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塑料介紹

以單體為原料,通過加聚反應或縮聚反應聚合而成的高分子化合物,我們稱之為“合成樹脂”(resin),有時可直接簡稱為“樹脂”。

以合成樹脂為基礎,根據應用要求再添加一些助劑后混合而成的可進行塑化加工的材料,我們稱之為“塑料”(plastic)。

在塑料中常見的助劑有:穩定劑、抗氧劑、增塑劑、填料、潤滑劑或色母料等,這些助劑可以單獨使用,也可以幾種組合在一起使用。

化妝品塑料包裝

(來源:包裝之家精品展覽館)

樹脂

塑料的主要成分是樹脂。

樹脂這一名詞最初是由動植物分泌出的脂質而得名,如松香、蟲膠等,樹脂是指尚未和各種添加劑混合的高分子化合物。樹脂約占塑料總重量的40%~100%。塑料的基本性能主要決定于樹脂的本性,但添加劑也起著重要作用。有些塑料基本上是由合成樹脂所組成,不含或少含添加劑,如有機玻璃、聚苯乙烯等。

塑料按受熱時的行為可分為熱塑性塑料和熱固性塑料;按塑料中樹脂大分子的有序狀態可分為結晶塑料和非結晶塑料;按性能特點和應用范圍和分為通用塑料和工程塑料。

包裝是塑料其中最大的使用市場之一。

化妝品塑料包裝

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塑料類型

常見塑料類型如下圖:

常見塑料類型

塑料主要特性

  • 大多數塑料質輕,化學性穩定,不會銹蝕;
  • 耐沖擊性好;
  • 具有較好的透明性和耐磨損性;
  • 絕緣性好,導熱性低;
  • 一般成型性、著色性好,加工成本低;
  • 大部分塑料耐熱性差,熱膨脹率大,易燃燒;
  • 尺寸穩定性差,容易變形;
  • 多數塑料耐低溫性差,低溫下變脆,容易老化;
  • 某些塑料易溶于溶劑。

飾品塑料包裝

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塑料分子結構

基本有兩種類型:

第一種是線型結構,具有這種結構的高分子化合物稱為線型高分子化合物;

第二種是體型結構,具有這種結構的高分子化合稱為體型高分子化合物。

有些高分子帶有支鏈,稱為支鏈高分子,屬于線型結構。有些高分子雖然分子間有交聯,但交聯較少,稱為網狀結構,屬于體型結構。

兩種不同的結構,表現出兩種相反的性能。

線型結構,加熱能熔融,硬度和脆性較小的特點。體型結構硬度和脆性較大。塑料則兩種結構的高分子都有,由線型高分子制成的是熱塑性塑料,由體型高分子制成的是熱固性塑料。

塑料包裝盒

(來源:包裝之家精品展覽館)

塑料優點

  • 大部分塑料的抗腐蝕能力強,不與酸、堿反應。
  • 塑料制造成本低。
  • 耐用、防水、質輕。
  • 容易被塑制成不同形狀。
  • 是良好的絕緣體。
  • 塑料可以用于制備燃料油和燃料氣,這樣可以降低原油消耗。

塑料瓶

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塑料缺點

  • 回收利用廢棄塑料時,分類十分困難,而且經濟上不合算。
  • 塑料容易燃燒,燃燒時產生有毒氣體。例如聚苯乙烯燃燒時產生甲苯,這種物質少量會導致失明,吸入有嘔吐等癥狀,PVC燃燒也會產生氯化氫有毒氣體,除了燃燒,就是高溫環境,會導致塑料分解出有毒成分,例如苯等。
  • 塑料是由石油煉制的產品制成的,石油資源是有限的。
  • 塑料埋在地底下幾百年、幾千年甚至幾萬年也不會腐爛。
  • 塑料的耐熱性能等較差,易于老化。
  • 塑料的無法自然降解性。
  • EBM最常使用的PP,PE均屬于熱塑性塑料。

化妝品塑料瓶

(來源:包裝之家精品展覽館)

塑料的回收使用

為方便塑料的回收使用,由美國塑料行業相關機構制定。這套標識將塑料材質辨識碼打在容器或包裝上,從1號到7號,讓民眾無需費心去學習各類塑料材質的異同,就可以簡單地加入回收工作的行列。每個塑料容器都有一個小小身份證——一個三角形的符號,一般就在塑料容器的底部。三角形里邊有1~7數字,每個編號代表一種塑料容器,它們的制作材料不同,使用上禁忌上也存在不同,如下:

塑料的回收使用

生物塑料

  • 生物降解塑料biodegradable plastic
  • 生物基塑料biobased plastic
  • 生物塑料 bioplastic

生物降解塑料biodegradable plastic

指在指定的時間內(一般是半年),指定的處理環境中(如堆肥環境、水、土壤等),能夠被微生物完全分解的塑料。

降解過程包括兩個階段:

物理崩解:從完整的樣品變為小碎片;

化學降解:小碎片消失,降解為二氧化碳、水和其它小分子物質。

堆肥開始1周

堆肥開始1周

堆肥開始2周

堆肥開始2周

生物降解塑料biodegradable plastic

來源于可再生資源,如:

  • 聚乳酸PLA,PHA(PHB/PHBV),熱塑性淀粉塑料
  • 或來源于石油資源,PBS,Ecoflex(PBAT)

生物基塑料biobased plastic

全部或者部分來源于可再生資源的塑料。

  • 可再生資源主要包括植物、動物、微生物。
  • 目前市場上的生物基塑料中常用的原料有淀粉、秸稈粉、竹粉、木粉、甘蔗渣、植物油、海藻等。

生物基塑料可分為

  • 可生物降解,如聚乳酸PLA,PHA(PHB/PHBV)
  • 不可生物降解,如Bio-PE,Bio-PA

生物塑料是生物基塑料和生物降解塑料的統稱。

塑料分類示意圖

盡量使用生物基材料而謹慎選擇性地使用降解塑料。

塑料包裝

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材料/塑料的選用準則

  • 當我們在進行包裝材料選擇時,從需求出發,需要考慮的關鍵點如下:
  • 機械性能要求,如沖擊性能,頂壓力要求,剛性要求,拉伸撕裂性能等
  • 熱學性能要求,如最高,高低使用溫度等
  • 化學性能要求,內容物產品與包裝的兼容性,環境,如光,熱等對包裝的影響等
  • 阻隔性要求,從貨架使用壽命要求出發,考慮對氧,水,二氧化碳等阻隔要求等
  • 可裝飾性要求,如某些裝飾要求的對表面的處理的可行性等
  • 價格因素,材料價格是否在可接受的范圍
  • 光學性能要求,如透明與非透明,產品是否對光線(UV)敏感要求等
  • 電學性能要求,如關注靜電的產生對成型及貨架期的影響等

塑料添加劑

添加劑是指分散在塑料中,不會嚴重的影響塑料的分子結構,而能改善其性質或降低成本的化學物質。添加劑的加入,能促使塑料改進基材的加工性、物理性、化學性等功能和增加基材的物理、化學特性。

塑料添加劑按其特定功能可分為七大類:

①改善加工性能的添加劑,如熱穩定劑、潤滑劑等。

②改善機械加工性能的添加劑,如增塑劑、增韌劑等。

③改善表面性能的添加劑,如抗靜電劑、偶聯劑等。

④改善光學性能的添加劑,如著色劑等。

⑤改善老化性能的添加劑,如抗氧劑、光穩定劑等。

⑥降低塑料成本的添加劑,如增量劑、填充劑等。

⑦賦于其他特定效果的添加劑,如發泡劑、阻燃劑、防霉劑等。

化妝品塑料包裝

(來源:包裝之家精品展覽館)

塑料添加劑的主要性能

對塑料添加劑的主要要求是:

①高效:在塑料加工和應用中能有效地發揮其應有的功能。添加劑的選用應依據配混料的綜合性能要求。

②相容性:能與合成樹脂較好地相容。

③持久性:在塑料加工和應用過程中不揮發、不滲出、不遷移、不溶出。

④化學穩定性:在塑料加工和應用過程中不分解,不與合成樹脂及其他組分發生化學反應。

⑤無毒:對人體無任何毒性作用。

⑥成本考慮。

添加方式

添加劑的添加方式取決于:合成樹脂的物理形態和熔融特征;添加劑的物理形態和濃度;添加劑在配混料中的分散度和溶解度;配混料的最終物理狀態。添加時多采用高速混合、密煉和擠出等工藝。添加劑添加后的效果,除取決于其作用機理外,還取決于正確的添加順序。

各種塑料包裝

(來源:包裝之家精品展覽館)

塑料添加劑的分類如下:

增塑劑

絕大部分合成樹脂具有可塑性,但可塑性的大小卻不相同,為了使樹脂易于塑化和賦予制品柔軟性,一般在樹脂中加入一些低分子物質,這些低分子物稱為增塑劑。增塑劑(plasticizer)是液體或低熔點物質,與樹脂應有較好的混溶性。常用的增塑劑由鄰苯二甲酸酯類、脂肪族二元酸酯類、磷酸酯類、氯化石蠟等。

著色劑

是為了美化和裝飾塑料而在物料中加入的含色料的添加劑稱為著色劑(filling material)。

填料

是加于塑料的配合料中以降低成本,有時也可增進塑料的物理性能,如硬度、剛度及沖擊強度的相對惰性的物質稱為填料。最常用的填料由粘土、硅酸鹽、滑石、碳酸鹽等。

熱穩定劑

能阻止塑料因受熱所發生降解作用的添加劑。

潤滑劑

在塑料加工中,能降低塑料粒子之間的摩擦、塑料大分子之間的摩擦、塑料對加工設備金屬表面的粘附性,以及改善塑料熔體流動性,提高加工效率的添加劑。

抗靜電劑

又稱靜電消除劑;烊胨芰现谢蛲扛灿谒芰现破繁砻,能降低表面電阻,適度賦予導電性,從而消除或防止靜電荷積累所產生的危害的添加劑?轨o電劑大多屬離子型和非離子型表面活性劑。

按使用方法,可分為涂覆型和內加型兩類。涂覆型抗靜電劑可用各種涂覆方法涂施于制品表面,見效快,適應面廣,但易因摩擦和洗滌而損失,因此只有短期抗靜電效果。內加型抗靜電劑可直接混入塑料中,均勻分散后,有持久性抗靜電效果,故普遍采用。

抗氧劑

又稱抗氧化劑。能抑制或延緩塑料在制造、加工、應用和貯存中,因受熱、光、機械應力、電場、輻射及添加劑中所含重金屬離子等因素所引起的塑料及制品外觀和內在性能的劣化作用。

光穩定劑

能抑制或減弱塑料因吸收紫外光而導致的光降解或光老化作用,延長塑料制品使用及貯存壽命的添加劑。其機理在于屏蔽光輻射源,吸收并消散能引發塑料降解的紫外光輻射,或消散塑料分子上的激發態能量。光穩定劑可在塑料配混中混入。常用的光穩定劑有:水楊酸酯類、二苯甲酮類、苯并三唑類、取代丙烯腈類、三嗪類和有機絡合物類。

發泡劑

能在特定條件下產生大量氣體,使塑料形成連續或不連續微孔型結構的添加劑。具有這種微孔結構的塑料,稱為泡沫塑料或微孔塑料。根據產生氣體的方式,發泡劑可分為物理發泡劑和化學發泡劑兩大類。

①物理發泡劑:一般是無味、無毒的惰性氣體,或穩定性良好、沸點低的不燃性液體。常用惰性氣體有氮、二氧化碳和空氣,常用低沸點液體有四氯乙烷、氯甲烷和戊烷等。此外,可溶出性固體化合物(如食鹽)也是常用的物理發泡劑。物理發泡劑適用于聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等的發泡。

②化學發泡劑:在室溫下穩定,而在塑料加工溫度下能分解釋出大量氣體的化合物。在泡沫塑料制造中應用很普遍。工業上常用的化學發泡劑大多是釋放氮為主要氣相成分的有機化合物,和能分解并分別釋放氨或二氧化碳的碳酸氫銨和碳酸氫鈉;瘜W發泡劑多適用于各種熱塑性塑料的發泡。為了降低化學發泡劑的分解溫度,改善其分散性和提高發泡量,也常使用一種能活化化學發泡劑的發泡促進劑,或稱助發泡劑,如水楊酸、尿素等。

阻燃劑

能阻止塑料引燃或抑制火焰蔓延的添加劑。多為含鹵素、磷、銻、硼、鋁等元素的無機或有機化合物。按其使用方式,可分為反應型和添加型兩大類。

耐沖擊改質劑

耐沖擊改質劑(Impact modifier)通常是具有特殊性的樹脂以(Compounding)方式添加,而改善塑料的耐沖擊性。耐沖擊改質劑常常影響到塑料的耐熱性、流動性或加工性,選擇時必須慎重。

日化塑料包裝

(來源:包裝之家精品展覽館)

塑料添加劑的特別注意:

由于添加劑大部分是小分子化合物,一部分會在不同溫濕度條件下,析出遷移到制品表面。所以,需要特別注意:

1、法律法規的合規性,特別對化妝品和食品藥品包裝,建議符合銷售國的食品級和藥典的要求謹慎使用;

2、安全性,一定要符合安全性的要求,可參考歐盟等發達國家安全法規,不能盲目聽信;

3、注意添加劑等遷移問題對表面裝飾和內容物的相容性的研究。