拉伸聚丙烯(opp)瓶將隆重登場,并在廣泛的食品和非食品容器中取代玻璃、pet和pvc。 但是所預(yù)測的突破并未如期而至。當(dāng)然,pp比pet成本更低,也更加耐熱,但同時它的硬度也較低、透明度和阻隔性能較差、較為難于加工。尤其加工速度低使opp在經(jīng)濟(jì)性上行不通。 現(xiàn)在,市場對opp瓶和罐的興趣再一次提升,而對期待以久的突破的討論又是層出不窮。由一步式注拉吹成型和兩步式再熱拉伸吹塑機(jī)器做出來的硬質(zhì)opp容器再一次被宣稱為一個良機(jī),來轉(zhuǎn)變對水、果汁、熱填充食品、干粉和個人護(hù)理產(chǎn)品進(jìn)行包裝的成本。 kraft食品研發(fā)主管surendra agarawal稱:“我們期待著opp瓶在制造成本上有一個逐級的改變。”與玻璃相比,opp瓶更輕、更難破碎、更易用手抓住。 瓶級pet的密度達(dá)1.35 g/cc,現(xiàn)在售價為63¢/lb,而在拉伸瓶中應(yīng)用的透明pp共聚物分別約為0.910 g/cc和56¢/lb。這使在體積相同的條件之下,opp瓶要比pet瓶便宜40%。agarawal也指出opp瓶比pet要輕,而“實際透明度”是和pet瓶相等的。 2002年北美地區(qū)使用的pet瓶約為570億只。在高產(chǎn)量旋轉(zhuǎn)式再熱拉伸吹塑機(jī)可以每小時吹出6萬只瓶子。與此比較,opp瓶目前被限制在嬰兒營養(yǎng)品和藥瓶這樣狹窄的應(yīng)用空間里,主要是在亞洲和南美地區(qū)。它們主要是在一步式注拉吹裝置上制成的,這種方法無法在用量龐大的美國包裝品市場有所作為。許多業(yè)界人士對pp瓶坯和opp瓶的產(chǎn)量能否比得上pet而表示出懷疑。 克服opp的缺陷 直到現(xiàn)在,與pet相比在加工速度和物理性能上的劣勢已經(jīng)阻礙了opp瓶的發(fā)展。然而,pp的支持者們認(rèn)為,通過先進(jìn)的設(shè)備、更佳的瓶坯和瓶具設(shè)計、為瓶子量身定制的pp樹脂和添加劑,這些缺點正在被克服掉。 “我們的研究顯示,利用高產(chǎn)量設(shè)備,和恰當(dāng)設(shè)計的pp瓶坯和opp瓶,有可能在產(chǎn)量、透明度、硬度韌度性能和感官上與pet抗衡。”艾克森美孚公司市場開拓員robert portnoy稱。他認(rèn)為當(dāng)在高速旋轉(zhuǎn)式再熱拉伸吹塑機(jī)器上生產(chǎn)opp瓶時,如sidel, sig corpoplast和其它公司出品的機(jī)器,那么opp瓶就非常具有競爭力了。但是,那些競爭性設(shè)備的供應(yīng)商指出,一步式注拉吹機(jī)器和縱列式再熱拉伸吹塑機(jī)器也同樣是可行的方法。 pp的問題是它與pet相比,對熱量的吸收和消散有著更大的阻力,而opp瓶用到的瓶坯壁一般較厚。所以,除了在瓶坯注射步驟時pp的加工溫度較低(230℃)以外,周期也是較長的。opp瓶在130℃下被吹出,與pet相比,能耗較高,成型和冷卻周期較長。結(jié)果是已經(jīng)達(dá)25%的處理速度要比pet慢。 pp拉伸吹塑的加工溫度范圍較窄,為5℃,而pet為15℃,增加了停機(jī)和不良品出現(xiàn)的機(jī)率。pp的拉伸也有不同,這是瓶坯和瓶具設(shè)計者將不得不去熟悉的東西。為了使opp的透明度接近于pet,拉伸方向和拉伸率必須得到改善。瓶坯的某些部位,如底部和頸部,可能比瓶身受到的拉伸較弱,使它們?nèi)菀鬃兓野怠? pp較低的硬度也意味著opp瓶比pet有著較小的頂部負(fù)荷和環(huán)箍強(qiáng)度。這一點與不盡如人意的co2阻隔性能,已使opp瓶不能涉足碳酸飲料。為了獲得同樣的硬度,opp瓶需要比同類pet瓶有更大的壁厚。因為pp較低的密度對所增加的壁厚進(jìn)行了彌補(bǔ),opp瓶通常比同類pet瓶較輕。 opp瓶的氧氣和co2滲透率約為pet的30倍,這使它們不能用作阻隔性容器,除非涂覆或共注塑上阻隔性樹脂。 材料上的進(jìn)步正在縮小opp瓶的性能缺點。一種因素是由milliken美利肯化學(xué)公司出品的高性能低殘余量透明劑產(chǎn)品millad 3988。在美國之外,它被廣泛應(yīng)用于維它命、水、茶、果汁、清潔劑和藥品所用到的opp瓶中。 “我們的透明劑解決了影響著opp瓶的一些重要問題,”美利肯市場開發(fā)經(jīng)理raj batlaw說。這些問題有朦朧不清(主要在頸部和底部)、瓶坯周期時間加長、拉伸吹塑工藝可靠性差。 艾克森美孚、basell和 atofina推出了透明級pp,促進(jìn)了opp在瓶具中的應(yīng)用前景。專用的拉伸吹塑級產(chǎn)品提供出高透明度和流動性,以及突出的硬度與韌度平衡。 basell為拉伸吹塑市場提供一種茂金屬pp。metocene x50182已經(jīng)在sidel設(shè)備上進(jìn)行了測試。它將瓶側(cè)壁的模糊度降低到1.5%,而將光亮度提高到82%。 opp瓶的優(yōu)點 真正在北美制造opp瓶的幾家公司之一是加拿大的ccc公司,其ceo norman gottlieb稱價格和環(huán)境上的優(yōu)點促進(jìn)了ccc在幾年前進(jìn)行opp瓶市場。他稱所造enviroclear瓶結(jié)合了opp瓶身、pp瓶蓋,是一個完全可回收的全pp系統(tǒng)。gottlieb還稱標(biāo)準(zhǔn)的pp瓶蓋有效地遮住了opp瓶頸的灰暗外觀。 gottlieb稱:“我們也看到了opp瓶在隔潮性、可擠榨性和可熱填充性等方面的機(jī)會?!? 盡管單層pet瓶的氧氣和co2阻隔性一般,但它們要遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝于單層opp瓶。這把單層opp限制到了那些貨架壽命極短的應(yīng)用中,多數(shù)瓶子容積在500 cc以下,不需要很多的氣體阻隔性。 第二個機(jī)會源于opp出眾的耐熱性,能承受95℃下的熱填充。pet瓶只能在70-75℃下進(jìn)行填充。它們也需要真空通道,防止在80℃以上填充時的毀壞。多數(shù)pet熱填充應(yīng)用需要加熱裝置,這增加了20%的成本。 單層opp瓶不需要加熱裝置,在許多熱填充食品市場是可行的,特別是在較高熱填充溫度范圍(80-95℃)進(jìn)行填充時。這為果汁、果醬、果凍、泡菜、沙拉和蕃茄醬的阻隔性和非阻隔性包裝打開了希望。 第三個機(jī)會是在pet和opp瓶都需要更大的氣體阻隔性的市場中。只要阻隔性材料的成本對于每種容器差不多是相同的,阻隔性opp瓶就將是取代玻璃的更好方法,因為它們具有成本優(yōu)勢。 三種生產(chǎn)方法 針對opp生產(chǎn)能力以前存在的局限性,bekum 和ccc兩家公司已經(jīng)對pet設(shè)備進(jìn)行了改良。他們認(rèn)為模腔達(dá)8個的縱列式線性再加熱拉伸吹塑系統(tǒng)對于中等規(guī)模的opp生產(chǎn)應(yīng)用是具有經(jīng)濟(jì)而高效的。 gottlieb說:“我們不經(jīng)意就為opp瓶具提供生產(chǎn)設(shè)備,”他指出,因為從商業(yè)渠道缺乏適合的機(jī)器和模具,ccc最初于六七年前生產(chǎn)opp瓶的努力而被擱淺。所以,ccc為opp設(shè)計出一種合適的縱列式再加熱拉伸吹塑生產(chǎn)線。其enviroclear裝置(也能加工pet)是由中國的合作伙伴所建造,具有2-8個模腔。機(jī)器每小時每穴能生產(chǎn)900只瓶,但下一代機(jī)器有望升級到1100只。ccc提供中國制造的瓶坯和模腔達(dá)32個的拉伸吹塑模具,而價格比加拿大本地產(chǎn)模具要低上40%-80%。 ccc稱改進(jìn)的瓶坯設(shè)計是很重要的。其自制的瓶坯被設(shè)計得比pet要高出50%的拉伸率,以提高透明度。 bekum美國公司將其再加熱拉伸吹塑裝置(如雙穴rbu-225)設(shè)計得能在pet和pp瓶生產(chǎn)之間轉(zhuǎn)換。幾年前bekum專門為pp設(shè)計出了首款全電動再加熱拉伸吹塑機(jī)sb-6。這種6穴機(jī)的生產(chǎn)能力為每小時7200只瓶,比具有同樣數(shù)量模腔的pet機(jī)器剛好慢上了15%。 pti公司的scott steele鼓吹一種不同的生產(chǎn)方法,他稱獲得opp瓶成本利益的最佳方法是在旋轉(zhuǎn)再加熱拉伸吹塑機(jī)上,以1000只瓶/腔/小時的穩(wěn)定速度來生產(chǎn)。pti在sidel機(jī)器上以這種速度,以計算機(jī)模擬生產(chǎn)24g的opp瓶,估計平均單價要比pet瓶低了10¢。 提高opp瓶產(chǎn)量需要對工藝的嚴(yán)格控制。如果在略低于opp溫度范圍之下吹瓶,它們不能很好地拉伸,導(dǎo)致透明度不佳或瓶坯爆裂。在溫度范圍之上吹opp瓶會引起瓶身、瓶頸和瓶底灰暗,以及瓶壁中材料分布不良,可能會破壞后續(xù)的操作。1000只瓶/腔/小時的速度在經(jīng)濟(jì)上是必要的。為達(dá)到這個速度,pti利用了實驗室研究和其可視原型制作軟件。pti還對目前在利用的空氣和水冷卻方法進(jìn)行了改良,加速pet瓶加工過程。pti發(fā)現(xiàn)這些技術(shù)成功轉(zhuǎn)化到opp瓶生產(chǎn)當(dāng)中,實現(xiàn)了目標(biāo)速度。 sipa公司稱其“1.5步法”集成式注拉吹塑機(jī)是opp瓶生產(chǎn)的第三種有效選擇。這種款式的機(jī)器結(jié)合了瓶坯注射和吹瓶步驟,雖然是機(jī)械性分開的,但通過集成式機(jī)械手和線性傳送 器而被聯(lián)結(jié)在一起。其中一款專門針對opp的fx20/80e速度達(dá)到了30000只瓶/小時。它利用了特殊的螺桿和重新設(shè)計的再加熱爐。
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