正文 第四節 擠出塗布用的塑料(3 / 3)

在共擠出時,常常需要在不同聚合物之間有個黏結層,以起到黏合的作用。起這種作用的聚合物通常是一種化學改性聚烯烴,即在聚烯烴主鏈上移植其他單體以進行改性。例如,將順丁烯二酐單體移植到常用的聚烯烴或共聚物上,即可形成常用的化學改性聚合物。移植大約0.5%~1.0%(質量分數)的單體就足以使聚烯烴改性而起到對諸如聚酰胺和乙烯乙烯醇共聚物的黏合作用。

四、阻隔性聚合物類

傳統上都用鋁箔作為氣體、水和光線的阻隔材料。但新近開發出來的各種起阻隔作用的聚合物已不斷地侵占鋁箔的應用領域。

生產乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)的成本比較高,因為不可能從單體直接聚合而成。其生產方法是首先製取含有60%~70%摩爾分數乙酸乙烯的乙烯乙酸乙烯酯共聚物,然後將此聚合物水解或皂化成醇。這個反應過程很慢,而且要產出80%左右的無用副產品。如果將此副產品回用於乙酸乙烯的生產,則可有助於降低成本。

乙烯乙烯醇共聚物之所以有阻隔氣體和香味的卓越能力,是由於它具有高結晶度以及其羥基所產生的大量氫鍵。高度極化的乙烯乙烯醇共聚物雖對氣體有卓越的阻隔性能,但對水汽的阻隔能力較差。

聚偏二氯乙烯(PVDC)由於其具有良好的阻隔氣體性能和卓越的水汽阻隔能力,做到了兩者兼顧。但聚偏二氯乙烯的缺點是在擠出塗布時可降解而生成鹽酸,因此要求生產設備必須具有耐腐蝕性;另一缺點是現在提倡食品包裝材料不要含有氯化物,這影響了它的廣泛使用。因此,在擠出塗布中,乙烯乙烯醇共聚物還是提供最佳阻隔性能的重要材料。

乙烯乙烯醇共聚物的性能和可加工性取決於在共聚物分子中的乙烯含量。它是在今天共擠出塗布中最常用於液體包裝的阻隔材料,因為在這種場合,必須要有很好的阻隔氧和氣味的能力。目前國外新型的汁、液包裝結構即為低密度聚乙烯/紙板/低密度聚乙烯/黏合劑/乙烯乙烯醇共聚物/黏合劑/低密度聚乙烯,或低密度聚乙烯/紙板/低密度聚乙烯/乙烯乙烯醇共聚物/黏合劑/乙烯乙烯醇。

另一種可提供阻隔性能的聚合物是較昂貴的聚酰胺(即尼龍)類,如尼龍PA-6和尼龍MXD-6。MXD-6稱為芳香尼龍,在MXD-6中存在的芳香環給聚合物提供了較高的抗熱能力、較高的挺度和較好的抗張強度。MXD-6具有遠低於乙烯乙烯醇共聚物和其他聚酰胺的水分敏感性。在許多用途中,利用常規聚酰胺聚合物可提供足夠的氣體阻隔性能。220℃的高熔點使聚酰胺適用於抗熱性用途。但超過該熔點,塗布時黏度將迅速下降,造成分布不均。

五、其他聚合物類——聚酯

聚酯(PET)也是一種擠出塗布聚合物。聚酯在包裝用途上的性能是具有適度的隔氧和隔氣味能力。與其他聚合物比較,它的獨特性能是兼具優良的耐溫性與耐油脂性。

隨著家庭擁有微波爐數量的增長,以及準備用微波爐加工的食品的迅速增加,已大大增加了對提高應用溫度的要求,從而也增加了市場對聚酯塗布紙板的需求。

聚酯被用作紙板上的塗料,塗布紙板可製成折疊紙盒。還可作為在壓製紙板容器上的塗料,此時先將聚酯塗料塗在紙板上,接著又將紙板壓製成各種盤形和碟形容器。國外的微波爐普及較早,因此在1987年用於微波爐的容器中已有約45%是用經塗布的壓製紙板製成,11%是用塗布紙板製成的。通常所用聚酯塗料層的厚度為0.0254mm。

聚酯是一種凝縮聚合物,由二元酸和二醇反應水解而形成聚合酯。擠出塗布用的聚酯主要由乙二醇與對苯二甲酸製成的聚合物,即聚對苯二甲酸乙二醇酯。有些聚酯也由乙二醇、對苯二甲酸和改性乙二醇共同製成改性聚酯,以改進聚合物的結晶度,從而改善熱封合性能。聚酯具有最佳的耐溫性與耐油脂性,但熱封合性不甚好,而上述改性聚酯則有較好的熱封合性和黏合力。這兩種聚酯的隔氧性和感官性能都相類似。

聚酯是極性聚合物,它極易吸收水分,從100%相對濕度和25℃的大氣中,吸水量可達0.35%。吸收水分使聚酯在高溫與水的存在下發生解聚作用,再加上許多物理性能與分子量有密切關係,這兩種因素就使得擠出聚酯必須小心地幹燥到十分低的水分含量(0.005%)。具體做法是要用幹空氣在149℃溫度下將聚合物幹燥4~5h。

聚酯的擠出性能與使用性能跟平均分子量(它以聚合物的內黏度表示)和結晶度水平(一般為30%~35%)成函數關係。結晶度是與改性乙二醇的加入量成函數關係,內黏度則與聚合狀況成函數關係。

用於擠出塗布的聚酯冷卻很快,以致它們沒有機會結晶化,因而其結構主要是無定形的。聚酯不同於聚乙烯,它們具有較高的熔融點和較低的熔融黏度。聚酯可在為聚乙烯設計的擠出設備中進行擠出作業,但如果螺杆長些、進料區淺些、過渡區短些以及螺杆後部的操作溫度高些,擠出作業將會更好些。