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为什么吹塑成型商转向使用EPET?

发布日期:2021-11-25 16:14   浏览量:

如今,市场对于可挤出PET(EPET)和PETG共聚酯的偏好正在发生转变,目的是制造能够与标准PET流一起回收再利用的挤出吹塑(EBM)透明瓶子。2017年10月,美国加利福尼亚州大力推动回收问题的进展,会议法案906出台,其修订了加利福尼亚州对PET的定义,以防止PETG对消费后进行回收利用(PCR)的PET流造成污染。法案禁止采用乙二醇改性共聚酯制成的产品使用ASTM树脂识别码(RIC)中的1号代码(PETE 1)。

该法案于2018年10月1日正式生效,可能会在加利福尼亚州以外的地方产生广泛的影响。目前,PETG产品属于RIC7号,定义为“其他”,这一类别包括使用1~6类别中的一种以上的树脂而制成的材料。

除了法案所带来的影响,EPET材料受到青睐的另一个推动因素是,带有透明手柄的容器正越来越流行,特别是在橙汁(或其他果汁)和即饮型(RTD)茶的包装中。与传统PET的拉伸吹塑不同,EBM工艺可以成型出一体式贯穿手柄。

“采用挤出吹塑生产的带有贯穿手柄的透明瓶,可以带有‘PETE#1’的树脂符号,这意味着这种材料可以和PET一起回收再利用。很长时间以来,这都是消费品群的包装目标。”EBM设备供应商Bekum America公司的应用工程师Joe Slenk说道。

EPET一个最新的成功案例是用于橙汁包装,如可口可乐公司的Simply Orange。为了确保瓶子的可回收性,这款橙汁所用的包装材料从原来的PETG转变为EPET。第一个大的EPET转换是百事可乐的89oz(1oz=29.57ml)的Tropicana橙汁罐。不过,这个产品所用的包装材料不是从PETG转变为EPET,而是从几年前所用的白色、不透明的HDPE转换为EPET,以利用PET的结晶透明度。还有业内人士指出,对于非饮料产品,从PVC转换为EPET也可提高可回收性。

imply Orange包装所用材料从PETG转向EPET

更好的回收利用率促使产品(如Simply Orange)从PETG转向EPET(图片来自Indorama Ventures公司)

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89oz的Tropicana橙汁壶

一些EPET的应用:这种89oz的Tropicana橙汁壶,其所用材料是从HDPE转变为EPET,目的是为了获得更好的透明度(图片来自Indorama Ventures公司)

这种市场转变得到了美国国内两家主要的EPET树脂供应商(DAK Americas公司和Indorama Ventures公司)的协助。他们开发了用于EBM工艺的高熔体黏度EPET牌号,它拥有合适的悬挂强度、韧性和降低的结晶速率。

PET较低的熔体强度(或EBM工艺中的“悬挂强度”)为其型胚成型带来了挑战,这也是30多年前,EBM等级共聚酯(如PETG)被开发出来的原因。“不幸的是,这款材料的干燥和熔融温度较低,在现有的PET回收基础设施中不易管控。” Bekum America公司的Slenk说。

DAK Americas公司的技术营销开发人员George Rollend指出,多年来,在瓶子回收流中占有较小比例的PETG是容器回收商遇到的主要加工问题的根源所在。“这是因为与PET相比,PETG的熔点显著降低。”他解释道,“在回收处理过程中,低熔点的无定形PETG会粘附在常规瓶所采用的PET材料上,导致整个物料流聚集和结块,造成过程中断,且无法获得高质量的回收产品。因此,PETG被回收商视为污染物。为了剔除PETG,一项活动被开展起来,就是取消PETG容器上的1号回收代码。”

传统的瓶用PET材料缺乏EBM工艺所必需的熔体强度和缓慢结晶。在过去的大约6年时间里,改进的EPET树脂进入市场。一个例子是DAK Americas公司的Array EBM,它具有增强的熔体强度;另一个是来自Indorama Ventures公司的Polyclear EBM。据Indorama Ventures公司新业务开发经理Frank Ebbs介绍,Polyclear EBM专为带或不带手柄的透明、高光泽EBM容器而开发,拥有改善的跌落性能,可以和透明的PET PCR流一起回收,没有不利影响。

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另外,PETG材料的重要生产商伊士曼化学公司于2012年底推出了用于EBM的Aspira One。它是一款已获专利的共聚酯,专门设计成能够与带有1号回收代码的PET相容。过去一段时间,有关于“伊士曼可能退出EBM树脂业务”的传言,对此,该公司全球业务经理Brad Potter表示:“伊士曼仍然将继续重视EBM容器市场,并致力于满足行业不断发展的需求。PETG将继续在质量、设计灵活性和可加工性方面展示其无与伦比的优势,无需品牌降低其性能标准。同时,我们也认识到可持续性之于我们的客户以及客户的客户的重要性。因此,我们正在积极探索一系列方法,包括但不限于机械回收,这将使他们能够同时实现绩效和可持续性目标。”

提供足够的EPET材料来支持不断增长的需求似乎不是一个问题,Rollend表示:“我们认为现在的EPET供应足以满足目前的需求。”对此,Indorama Ventures公司的Ebbs表示赞同。

EPET的潜力有多大?

DAK Americas公司的Rollend认为,目前的EPET市场规模大约在每年1亿lb(1lb=0.4536kg)范围内。他看到了这类材料在大型带手柄器皿(>60oz)中的应用潜力,特别是洗碗和洗衣用的洗涤剂领域。另外,农业化学品和汽车液体也是潜在市场。无手柄器皿方面的应用包括宽口瓶和一些窄颈瓶。“采用我们Array EBM树脂制成的各种形状、尺寸的无手柄宽口罐正在商业化,具体应用包括果酱和果冻罐;100ml、200ml和375ml的酒瓶;以及高的广口瓶。” Rollend表示。他还指出了这款树脂未来在个人护理(健康和美容用品)、营养补充剂、药品、小众食品以及饮料产品中的机会。

DAK Americas公司看到了EPET在大型带手柄器皿中的应用潜力

DAK Americas公司表示,大型手柄容器,特别是装餐具洗涤剂和衣用洗涤剂的产品,已经成为目标细分市场

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Indorama Ventures公司的Ebbs预计包装代码用什么表示容器种类,EPET将在果汁、茶、花蜜、水、橄榄油和洗衣液等产品方面赢得市场份额。他表示,最初的应用是用于果汁和茶的带手柄容器,最新的应用是家用、食品和水的包装。

针对消费品包装,Rollend列举了许多有利于EPET的因素,其中一个是EPET的成本相对较低。“DAK Americas公司的Array EBM产品是作为一个EPET配方而开发的,它拥有明显更高的熔体黏度,而且价格合理。其另一个优势是对回收利用有更大的耐受性。”他表示,大多数的PETG不能满足回收物用量达到25%和50%的严格要求,正如塑料回收商协会(APR)的“关键指南”文件中所要求的那样。而DAK Americas公司的EPET被优化可用于回用料比例高达50%或以上的应用。此外,Rollend指出,设备供应商已经学会了如何在现有的EBM轮式和梭式设备中处理黏度较高的EPET材料。

采用DAK Americas公司Array EBM树脂制成的无手柄宽口瓶

各种尺寸、形状的无手柄宽口瓶正采用DAK Americas公司的Array EBM树脂进行商业化

Bekum America公司的Slenk指出:“多年来,我们一直在开发加DAK公司工EPET的技术,现在已经有十几台设备以全自动的方式、全天候地生产带手柄的PET瓶子。这种趋势还在继续,因为我们收获了几个用于加工EPET的新设备订单。”

Rollend还引用了一些其他观点:

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1.有些品牌已经开始通过降低其性能指标,特别是落锤冲击标准,以鼓励采用EPET。因为如果容器拥有一个坚固的手柄,就不太可能掉落;

2.EPET拥有类似于拉伸吹塑PET树脂的熔融性能;

3.EPET结晶,因此可以在标准PET的结晶与干燥设备中进行再加工;

4.与PET拉伸吹塑工艺相比,EBM工艺的模具通常比预成型注塑和吹塑模具便宜。

EPET与PETG在加工方面的对比

来自EBM设备供应厂商的消息人士,如Bekum America公司的Slenk、Kautex Machines公司总裁Bill Farrant以及代表德国Hesta Blasformtechnik(以下简称“Hesta”)的Jackson机械公司总裁Bob Jackson等,就处理EPET和PETG之间的相似性和差异,以及随之而来的对设备选择的影响达成了实质性的一致。EPET的加工温度远高于500℉(260℃),而PETG的加工温度约400℉(204.44℃)。另外,对EPET来说很重要的一点是,熔体温度要尽可能的低以保持熔体强度。据Slenk介绍,悬挂强度对这种材料来说是一个挑战,如果太热了,型胚成型就会变得困难。

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设备供应商们一致认为,要解决这一问题的关键是限制螺杆转速,从而控制剪切热。这可能会限制产量,因此加工EPET的EBM设备采用一台更大的挤出机或者挤出机的L/D值高于PETG所用挤出机是非常有益的。例如,Hesta为其设备提供24:1和32:1的螺杆。Slenk指出包装代码用什么表示容器种类,机头设计对于防止过度剪切熔体也很重要。DAK Americas公司的Rollend补充说,为了防止料涌和对整个容器壁厚控制有很大影响的尾长变化,螺杆设计对于加工回用料含量高的EPET也是非常关键的。

尽管EPET的熔体温度高于PETG,但二者的周期时间相似,因为EPET的设置更快。

一些消息人士还认为,加工EPET需要更高的合模力以获得一个良好的截胚口。那么,合模力究竟要提高多少呢?有一家设备供应商建议提高大约20%,但关于这个问题还没有确切的答案。Jackson指出,这是Hesta将其最新、最大的全电动EBM设备Hesta 900的合模力从32t提高到44t的其中一个原因。

Slenk提醒,合模力分布的均匀性非常重要,这也是Bekum America公司的C-框架合模板在EPET应用中非常成功的一个原因。

合模力分布的均匀性非常重要,这也是Bekum America公司的C-框架合模板在EPET应用中非常成功的一个原因

Bekum America公司的C-框架合模板

在模具方面,EPET可能无法直接使用PETG的模具,而是需要对更尖锐的截胚口进行一些修改。Rollend建议,EPET模具可能会受益于更深的溢料槽、更锋利的刀具、更凸的边缘和更陡的角度。根据他的介绍,EPET的干燥要求与标准瓶用PET非常相似,通常比PETG更严格。

设备供应商指出,当涉及到从非聚酯树脂(如HDPE或PVC)转换到EPET时,上述所有的因素都要获得更慎重的考量。

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