PET 片材晶點(diǎn)問題及解決對策

葉德成 鐘永強(qiáng) 陳梓鑾 涂志剛

（1.中山北化高分子材料有限公司；2.廣東理工職業(yè)學(xué)院）

前言

隨著人們生活中塑料包裝的應(yīng)用不斷擴(kuò)大及新型包裝材料的快速發(fā)展，PET 片材作為一種硬質(zhì)環(huán)保片材，憑著其優(yōu)異的透明度和物理力學(xué)性能、成本較低和可再生循環(huán)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于化妝品包裝、食品包裝、玩具包裝、文具包裝、藥品包裝、電子托盤、新型飲品容器、新型保護(hù)產(chǎn)品等領(lǐng)域[1-4]。

PET 片材一般都要求高清晰度、高透光率，以替代其他傳統(tǒng)透明塑膠片材，如聚氯乙烯等。而在生產(chǎn)加工中“晶點(diǎn)”是影響PET 片材品質(zhì)的主要因素之一[5-8]。

晶點(diǎn)會導(dǎo)致片材截面不平整影響清晰度，晶點(diǎn)數(shù)量多會使透明度下降，大尺寸不規(guī)則的晶點(diǎn)更會形成應(yīng)力集中點(diǎn)使得片材容易破裂。

1. PET 片材中晶點(diǎn)

PET 片材中的“晶點(diǎn)”實(shí)際上是一些“過度聚合物”、“無機(jī)物團(tuán)聚體”、“氣泡”。

“過度聚合物”晶點(diǎn)部位聚合物的分子量高于周圍同種聚合物的分子量。因?yàn)榉肿恿扛撸匀埸c(diǎn)高于周圍同類聚合物。晶點(diǎn)部位聚合物在片材擠出過程中，熔體粘度較高，不能與周圍的同種聚合物均勻融合，在熔體成片材后，它先于周圍同種聚合物凝固或結(jié)晶。因此形成“小團(tuán)狀”或“箭頭狀”的凝固體。

“無機(jī)物團(tuán)聚體”晶點(diǎn)是由配方助劑或空氣雜質(zhì)引入的，大多數(shù)“無機(jī)物團(tuán)聚體”都不能與周圍的同種聚合物均勻融合，并可能促進(jìn)周圍聚合物結(jié)晶形成更大尺寸的凝固體，“無機(jī)物團(tuán)聚體”晶點(diǎn)通常有“團(tuán)狀”、“鏈狀”或“環(huán)狀”。

“氣泡”晶點(diǎn)是由于材料的含水量偏高，在材料中氣化且未能排出，冷卻定型后藏于片材里面?！皻馀荨本c(diǎn)通常呈空心的“球狀”、“橢圓狀”、“魚眼狀”。

2. PET 片材中晶點(diǎn)常見問題分析

聚合物產(chǎn)生晶點(diǎn)的原因主要是過度聚合物的形成，所以，只要可能產(chǎn)生過度聚合物的因素存在均有可能導(dǎo)致晶點(diǎn)。同時，回收利用的原材料中的異物，也可能導(dǎo)致質(zhì)量缺陷。

2.1 原料的影響

（1）催化劑殘留

PET 生產(chǎn)過程中經(jīng)過酯化反應(yīng)和縮聚反應(yīng)，所用的催化劑（鈦系、銻系、鍺系等）會有殘留，在成型加工過程中，含有催化劑的聚合物熔體粘附于生產(chǎn)設(shè)備表面，殘留的催化劑對聚合物在高溫下繼續(xù)進(jìn)行催化聚合作用，產(chǎn)生過度聚合物，過度聚合產(chǎn)生的小凝膠狀物質(zhì)見圖1，大凝膠狀物質(zhì)見圖2。

不同聚酯切片廠家的聚合設(shè)備及工藝不同，對催化劑殘留的處理程度有差異，對聚合物后加工過程有不同的影響。催化劑殘留量越低，產(chǎn)品產(chǎn)生晶點(diǎn)的機(jī)率越小。

圖1 PET 片材中過度聚合的小凝膠狀物質(zhì)

圖2 PET 片材中過度聚合的大凝膠狀物質(zhì)

（2）回收料中的雜質(zhì)

PET 片材的回收料中可能含有PVC、PE、膠黏劑、塵埃、油墨等雜質(zhì)，由于熔點(diǎn)不同，并存在相容性的問題，會在片材中產(chǎn)生降解物、碳化物等晶點(diǎn)，不同雜質(zhì)異物見圖3。

圖3 PET 片材中的不同雜質(zhì)異物

2.2 加工工藝、設(shè)備影響

加工工藝的影響主要是對材料的溫度與時間的控制。材料受熱時間過長，材料過度聚合或降解都會導(dǎo)致晶點(diǎn)產(chǎn)生。這種現(xiàn)象一般出現(xiàn)在換產(chǎn)、堵料、長時間未更換過濾網(wǎng)、長時間未清洗設(shè)備、設(shè)備冷卻后重啟設(shè)備等生產(chǎn)時期。

設(shè)備的影響是對材料的溫度與時間的控制：①擠出機(jī)模頭部位設(shè)計(jì)欠佳、擠出流道存在死角，造成少量材料時間過長、過度聚合或降解；②螺桿或螺筒內(nèi)壁未及時清洗，材料長時間積累會產(chǎn)生碳化物，而這些碳化物會成為凝膠點(diǎn)，不斷地黏附更多的雜質(zhì)，并生產(chǎn)過程中將被持續(xù)進(jìn)入的原料帶到片材上，使片材出現(xiàn)晶點(diǎn)；③部分免結(jié)晶抽真空的設(shè)備如真空設(shè)備損壞，材料含水量過高會產(chǎn)生氣泡點(diǎn)；④結(jié)晶干燥設(shè)備及供料系統(tǒng)對材料含水量的控制不好，片材會產(chǎn)生氣泡點(diǎn)。

2.3 PET 中水分的影響

PET 片材中含水量高也會產(chǎn)生晶點(diǎn)，見圖4。在PET 的再加工過程中（包括回收再加工及片材后加工），如果含水量高于50 ppm，PET 原料很容易發(fā)生水解，在后續(xù)的高溫加工下引起降解，會導(dǎo)致成型的制品（包括片材）外觀上出現(xiàn)氣泡、發(fā)霧、黃變雜質(zhì)等缺陷，影響產(chǎn)品的品質(zhì)。

圖4 PET 片材中的氣泡

圖5 PET 片材中的色母團(tuán)聚物

2.4 功能母料和色母粒的影響

PET 片材生產(chǎn)中通常會添加內(nèi)置的功能母粒和色母粒。如果功能母粒和色母粒選用的助劑或色粉表面處理不好，在造粒過程中發(fā)生“團(tuán)聚”，形成“聚集體”，在后續(xù)的加工中也難以分散，最終也會在片材中形成晶點(diǎn)，見圖5。

功能母粒和色母粒的載體樹脂與PET 片材原料相容性不好，母粒載體與片材原料未能形成連續(xù)相，母料以大尺寸碎屑的形式存在于片材中。

3. PET 片材中晶點(diǎn)的解決對策

（1）原料選純化好的樹脂，減少催化劑影響。（2）提高加工設(shè)備的精度和設(shè)計(jì)要求。

（3）選擇合適目數(shù)的過濾網(wǎng)，并定時更換濾網(wǎng)（尤其是陳舊設(shè)備），有利于晶點(diǎn)減少。

（4）對加工的原材料做充分的干燥，含水量控制在50 ppm 以下。

（5）在生產(chǎn)過程中設(shè)備需要專門清洗維護(hù)，保持干凈。減少聚合物熔體粘附在設(shè)備表面。

結(jié)語

PET 片材具有晶瑩通透的外觀、氣體阻隔性較好、有良好的保護(hù)藥性、韌性及延伸性；與聚氯乙烯相比，由于不含任何穩(wěn)定劑及增塑劑，不含有害元素，并且價格低廉，所以受到廣大消費(fèi)者的青睞；在生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用過程中均是可以回收利用的，因此，PET 片材具有較高的使用價值。在PET 生產(chǎn)過程中應(yīng)嚴(yán)格按照生產(chǎn)工藝要求，掌握好原材料、生產(chǎn)工藝，控制好加工設(shè)備、過濾網(wǎng)、催化劑和水分的用量等因素，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量。