PET“可乐瓶”灌装时爆裂,原来是这个因素在作怪!

今年初国家发改委和生态环境部联合印发的最严“禁塑令”制定了明确时间表,将减塑与回收利用的政策举措贯穿到塑料制品生产、流通、使用、回收、处置全过程和各环节。靠谱的回收体系建立与有效运转,才是循环经济的根本!
源于美国的塑料回收标志,将塑料分为不同的等级,一个三角形符号,一般在塑料容器底部。三角形里边有1〜7的数字,每一个数字都代表不同的材料。
“01” PET—聚酯(聚对苯二甲酸乙二醇酯)
常用于制作矿泉水瓶、碳酸饮料瓶等塑料瓶等制品,属于食品级安全塑料材质,一般不会加塑化剂或其他添加剂,刚生产出来的透明度可以达到90%以上。回收可用于制作涤纶绳子和衣服。通常耐热最高为65℃,耐冷至-20℃,80度以上严重变形,高温达140度基本融化。
PET应用于饮料瓶一般有四种瓶型:碳酸瓶、无菌瓶、热灌装瓶、水瓶,其中碳酸瓶为充气饮料容易裂底,其他三种一般不充气所以不容易裂底。
在结晶聚合物中,同时存在结晶和非结晶部分,结晶部分分散在非结晶区域中,两者不能相互分离。结晶度指结晶的程度,即结晶部分的质量或体积对全体质量或体积的百分数。
随着结晶度的增加,硬度、拉伸强度、弹性模量也会增加,但断裂伸长率、冲击强度会随之下降。研究发现底部开裂的瓶样其结晶度比完好的瓶样其结晶度高。因结晶度提高,其拉伸强度增加,但伸长率及其冲击强度降低,韧性较差,延展性较差。所以碳酸瓶灌装后充气当其底部结晶度较高时易发生瓶底开裂。
01
PET结晶原理
PET结晶是通过成核与晶粒生长过程完成的,成核过程往往是在母相基体中分子链克服成核能量壁垒达到成核尺寸,只有这种核胚的进一步生长能使系统的自由能降低,这样晶体才能进一步长大。
PET球晶各生长阶段示意图
成核
PET成核包括均相成核和异相成核,均相成核是分子链克服成核能量壁垒从而达到成核的临界尺寸,异相成核是分子链通过在母相基体中的缺陷处成核,能量越高的缺陷越易于促进形核,或在母相中加入成核剂等异相,这些异相能量较高,分子链容易在这些异相界面上形成临界晶核。
晶粒生长
晶体的长大与分子链在界面上的迁移速度以及二次成核的速率有关,其次,晶核的长大机制也与晶核的界面结构有关,具有共格、半共格、非共格界面的晶核,其长大机制各不相同,而分子链在界面上的迁移速度与温度密切相关。
02
结晶度的测定
X衍射法测结晶度
利用结晶和非晶的两种结构对X射线衍射的贡献不同,把衍射部分分解为结晶和非晶两部分。结晶度是结晶峰面积与总的峰面积之比。
差示扫描量热法(DSC)
是根据结晶聚合物在熔融过程中的热效应求结晶度。设每克聚合物的熔融热为H,其中结晶部分的热为Hc,非晶部分为Ha,同时假定试样中的完全结晶部分和非晶部分的熔融热具有加和性,因此具有以下关系:
红外光谱法
结晶聚合物的红外光谱图上具有特定的结晶敏感吸收带或非晶敏感吸收带,其强度与结晶度有关。选择晶带或者非晶带为分析谱带,以结晶不敏感的一条谱带为参比谱带,则结晶度为:
密度法
假定在结晶聚合物中,结晶部分和非结晶部分并存。如果能够测得完全结晶聚合物的密度和完全非结晶聚合物的密度,则试样的结晶度可按两部分共存的模型来求得:
03
碳酸PET瓶结晶度的影响因素
吹瓶温度
碳酸PET瓶在吹瓶过程中与其吹瓶温度息息相关。当吹瓶温度高于其熔融温度时,大分子链的移动能力会明显增强,当大于分子间的吸引力时,分子往往就很难形成有序排列也就不容易结晶;相反当吹瓶温度过低时,分子链运动能力下降,严重的情况下可能处于冻结状态,因而也不容易结晶。所以其结晶的温度区间是大于玻璃化转变温度同时要小于熔融温度。
冷却速度
当冷却速度缓慢时,由于吹瓶模具温度较高,有利于PET瓶内部晶核生成和晶体长大,其结晶度增加;当冷却速度较快时,过冷度增大,结晶在非等温条件下进行,PET结晶的速度比温度下降的速度慢,没有充足的时间使PET发生结晶现象,因此其结晶度较小。
04
总结
碳酸PET瓶在吹瓶过程中若吹瓶温度偏低,保压时间过长,模具冷却速度较慢,其吹塑出的碳酸PET瓶结晶度特别是其底部结晶度会偏高,结晶度偏高导致其伸长率及其冲击强度降低,韧性和延展性较差,因此碳酸PET瓶在其后的灌装饮料充气后易发生开裂,甚至爆瓶。
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