常用塑料包裝材料
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一、聚乙烯(PE)
(一) 性能及用途
聚乙烯是典型的熱塑性塑料,為無(wú)臭、無(wú)味、無(wú)毒的可燃性白色粉末。成型用的聚乙烯樹(shù)脂均為經(jīng)擠出造粒的蠟狀顆粒料,外觀(guān)呈乳白色。
聚乙烯的分子量在1萬(wàn)~100萬(wàn)之間,分子量超過(guò)100萬(wàn)的為超高分子量聚乙烯。分子量越高,其物理力學(xué)性能越好,但隨著(zhù)分子量的增高,加工性能降低。因此,要根據使用情況選擇適當的分子量和加工條件。高分子量聚乙烯是個(gè)加工結構材料和負荷材料,而地分子量聚乙烯只適合作涂覆、上光劑、潤滑劑和軟化劑等。
聚乙烯的力學(xué)性在很大程度上取決于復合物的分子量、支化度和結晶度。高密度聚乙烯的拉伸強度為20~25MPa,而低密度聚乙烯的拉伸強度只有10~12MPa。聚乙烯的伸長(cháng)率主要取決于密度,密度大,結晶度高,其蔓延性就差。
聚乙烯的電絕緣性能優(yōu)異。因為它是非絕緣材料,其介電常教及介電損耗幾乎與溫度、頻率無(wú)關(guān);高頻性能很好,適于制造各種高頻電纜和海底電纜的絕緣層。
(二) 品種
1. 低密度聚乙烯(LDPE)
(1) 性能
低密度聚乙烯的密度范圍為0.910~0.925g/cm³。分子結構為主鏈上帶有長(cháng)、短不同支鏈的支鏈型分子。在主鏈上每1000個(gè)碳原子中約帶有50個(gè)以下的乙基、丁基或更長(cháng)的支鏈。與高密度和中密度聚乙烯相比,它具有較低的結晶度(55%~65%),較低的軟化點(diǎn)(108ºC~126ºC)以及較寬的熔體指數(0.2~80g/10min)。
由于低密度聚乙烯的化學(xué)結構與石蠟烴類(lèi)似,不含極性基團,所以具有良好的化學(xué)穩定性,對酸、堿和鹽類(lèi)水溶液具有耐腐蝕作用。它的電性能及好,具有導電率低、介電常數低、介電損耗低以及介電強度高等特性。但低密度聚乙烯的耐熱性能較差,也不耐氧和光老化。因此,為了提高其耐老化性能,通常要在樹(shù)脂中加入抗氧劑和紫外線(xiàn)吸收劑等。
低密度聚乙烯具有良好的柔軟性、延伸性和透明性,但機械強度低于高密度聚乙烯和線(xiàn)型低密度聚乙烯。
(2)用途
低密度聚乙烯主要用于制造薄膜。薄膜制品約占地密度聚乙烯制品總產(chǎn)量的一半以上,用于農用薄膜及各種食品、紡織品和工業(yè)品的包裝。低密度聚乙烯電絕緣性能優(yōu)良,常用作電線(xiàn)電纜的包覆材料。注射成型制品有各種玩具、蓋盒、容器等。與高密度聚乙烯摻混后經(jīng)注射成型和中空成型可制管道及容器等。
2.高密度聚乙烯(HDPE)
(1)性能
高密度聚乙烯的高密度為0.941~0.965g/cm³。分子結構為線(xiàn)型結構,支鏈少,平均每1000個(gè)碳原子僅含有幾個(gè)支鏈。與低密度聚乙烯相比,高密度聚乙烯結晶度達80%~90% ,密度大,使用溫度較高,硬度和機械強大較大,耐化學(xué)性能好。
(2)用途
高密度聚乙烯的用途與低密度聚乙烯不同。低密度聚乙烯約50%~70%用于制造薄膜;而高密度聚乙烯則主要用于制造中空硬制品,約占總消費量的40%~65% 。具體用途有:吹塑法制造各種瓶、罐及各種工業(yè)用槽、桶等容器;注射成型制造各種盆、桶、藍、簍、筐等日用成器、日用雜品和家具等;擠出成型制造各種管材、捆扎帶以及纖維、單絲等。此外,還可用于制造電線(xiàn)電纜的包覆材料和合成紙;加入大量無(wú)機鈣鹽以后,還可以制造鈣塑包裝箱和家具、門(mén)窗等。最近,高密度聚乙烯用于制造高強度超薄薄膜,做食品、農副產(chǎn)品和紡織品的包裝材料發(fā)展很快。
3.中密度聚乙烯(MDPE)
(1)性能
密度為0.926~0.940g/cm³,分子結構為支鏈數介于高密度聚乙烯和低密度乙烯之間的線(xiàn)型高分子。結晶度為70%~75%,軟化溫度為110ºC~115ºC,除兼有高、低密度聚乙烯的性能外,還具有優(yōu)良的抗應力開(kāi)裂性、剛性及耐熱性。
(2)用途
最適宜于高速吹塑成型制造瓶類(lèi),高速自動(dòng)包裹用薄膜以及各種注射成型制品和旋轉成型制品,如桶、罐等。還可用于電線(xiàn)電纜包覆層。
4.線(xiàn)型低度密度聚乙烯(LLDPE)
(1)性能
線(xiàn)型低密度聚乙烯的密度為0.910~0.925g/cm³。
由于線(xiàn)型低密度聚乙烯分子側鏈為短支鏈,分子結構介于線(xiàn)型高密度聚乙烯和帶有長(cháng)支鏈的高壓法低密度聚乙烯之間,所以其物理機械性能優(yōu)于普通低密度聚乙烯。
在機械性能方面,線(xiàn)型低密度聚乙烯的拉伸強度比普通低密度與乙烯高50%~70%,伸長(cháng)率高50%以上,耐沖擊強度、穿刺強度及耐低溫沖擊性能均比低密度聚乙烯好。
在物理性能方面,在相同密度情況下,線(xiàn)型低密度聚乙烯的熔點(diǎn)比低密度聚乙烯高,使用溫度范圍寬,允許使用溫度比低密度聚乙烯高10ºC~15ºC。
(2)用途
線(xiàn)型低密度聚乙烯可代替低密度聚乙烯制造薄膜、管材、注射成型制品、中空吹塑容器、旋轉成型制品及電線(xiàn)電纜包覆材料等。制得的產(chǎn)品的機械性能比低密度聚乙烯好。所以,制造相同強度的制品時(shí),線(xiàn)型低密度聚乙烯制品可減薄。
二、聚丙烯(PP)
(一)性能
聚丙烯重量輕,密度為0.90~0.91g/cm³,是通用塑料中最輕的一種。
聚丙烯具有優(yōu)良的耐熱性,長(cháng)期使用的溫度可達100ºC~120ºC,無(wú)載荷時(shí)使用溫度可達150ºC,聚丙烯是通用塑料中唯一能在水中煮沸,并能經(jīng)受135ºC的消毒溫度的品種,因此可制造輸送熱水的管道。
聚丙烯的耐低溫性能不如聚乙烯,催化溫度為-10ºC~-13ºC(聚乙烯為-60ºC)。低溫甚至室溫下的抗沖擊性能不佳,低溫下易脆裂是聚丙烯的主要缺點(diǎn)。
聚丙烯是一種非極性所料,具有優(yōu)良的化學(xué)穩定性,并且結晶度越高,化學(xué)穩定性越好。除強化性酸(如發(fā)煙硫酸、硝酸)對他有腐蝕作用外,室溫下還沒(méi)有一種溶劑能使聚丙烯溶解,只是低分子量的脂肪烴、芳香烴和氯化烴對它有軟化或溶脹作用。它的吸水性很小,吸水率還不到0.01%。
聚丙烯在成型和使用中易受光、熱、氧的作用而老化。聚丙烯在大氣中12天就老化變脆,室內放置4個(gè)月就會(huì )變質(zhì),通常需添加紫外線(xiàn)吸收劑、抗氧劑、炭黑和氧化鋅等來(lái)提高聚丙烯制品的耐候性。
聚丙烯的力學(xué)強度、剛性和耐應力開(kāi)裂都超過(guò)高密度聚乙烯,而且有突出的延伸性和抗彎曲疲勞性能,用它制成的活動(dòng)鉸鏈經(jīng)過(guò)7000萬(wàn)次彎曲試驗,竟無(wú)損壞痕跡。
聚丙烯的電絕緣性能優(yōu)良,特別是高頻絕緣性很好,擊穿電壓強度也高,加上吸水率低,可用于120ºC使用的無(wú)線(xiàn)電、電視的耐熱絕緣材料。
(二)用途
聚丙烯綜合性能優(yōu)良,可以用注射成型、擠出成型、中空成型制成各種制品。在這些用途中用于注射成型制品居首位,包括日用器具、娛樂(lè )和體育用品、玩具等;汽車(chē)部件,如蓄電池殼體、空調零件、散熱器葉片等;硬包裝,如醫療洗滌器、蓋罩、化妝品盒;機械零件,如洗衣機洗槽、攪拌器、空氣管。擠出成型制品包括電線(xiàn)、電纜、薄膜、片材、管材等。薄膜主要用于包裝服裝、針織品、食品、香煙等。中空成型制品包括容器、瓶類(lèi)。聚丙烯纖維分長(cháng)絲(單絲、復絲、膨體紗)、短纖絲。纖維可代替棉、麻、絲、毛等天然纖維。主要用于生產(chǎn)機織和針織,如地毯、沙發(fā)布、捆扎材料、繩索和編織袋等。
三、聚氯乙烯(PVC)
(一)性能
聚氯乙烯是無(wú)毒、無(wú)臭的白色粉末,密度為1.40g/cm³,加入增塑劑和填料的聚氯乙烯塑料的密度為1.15~2.00g/cm³。
聚氯乙烯的力學(xué)性能取決于聚合物的分子量、增塑劑和填料的含量。聚合物的分子量越大,力學(xué)性能、耐寒性、熱穩定性越高,但成型加工比較困難;分子量低則相反。增塑劑的加入,它不但能提高聚氯乙烯的流動(dòng)性,降低塑化溫度,而且使其變軟。通常,在100份聚氯乙烯樹(shù)脂中增塑劑量大于25份即變成軟質(zhì)塑料,伸長(cháng)率增加,而拉伸強度、剛度、硬度等力學(xué)性能均降低;增塑劑加入量小于25份時(shí)為硬質(zhì)或半硬質(zhì)塑料,具有較高的力學(xué)強度。
聚氯乙烯是無(wú)定型聚合物,它的玻璃化溫度(Tg)為80ºC左右,在此溫度下即開(kāi)始軟化,隨著(zhù)溫度的升高,力學(xué)性能逐漸喪失。顯然,Tg是聚氯乙烯理論使用溫度的上限。但在實(shí)際應用中,聚氯乙烯的長(cháng)期使用溫度不宜超過(guò)65ºC。聚氯乙烯的耐寒性較差,盡管齊催化溫度低于-50ºC,但低溫下即使軟質(zhì)聚氯乙烯制品也會(huì )變硬、變脆。
由于聚氯乙烯含氯量達65%,因而具有阻燃性和自熄性。
聚氯乙烯的熱穩定性差,無(wú)論受熱或日光都能引起變色,從黃色、橙色、棕色直到黑色,并伴隨著(zhù)力學(xué)性能和化學(xué)性能的降低。
聚氯乙烯具有較好的典型能,其電絕緣性可與硬橡膠媲美。
(二)用途
聚氯乙烯的應用比較廣泛。在包裝材料方面,它可制造包裝薄膜、收縮薄膜、復合薄膜和透明片材,還可制作集裝箱和周轉箱以及包裝涂層。
四、聚苯乙烯(PS)
(一)性能
聚苯乙烯是質(zhì)硬、脆、透明、無(wú)定型的熱塑性塑料。沒(méi)有氣味,燃燒時(shí)冒黑煙。密度為1.04~1.09g/com³,易于染色和加工,吸濕性低,尺寸穩定性、電絕緣和熱絕緣性能極好。
聚苯乙烯的力學(xué)性能同制造方法、分子量大小、取向度以及所含雜質(zhì)有關(guān)。分子量大的強度高,分子量在5萬(wàn)以下的拉伸強度很低,10萬(wàn)以上的其拉伸強度的改善就不明顯了。分子量高時(shí)成型困難,通常分子量控制在5~20萬(wàn)。
聚苯乙烯可溶解于許多溶劑中,如苯、甲苯、四氯化碳、氯仿、鄰二氯苯等。
聚苯乙烯的透光率為87%~92%,其透光性?xún)H次于有機玻璃。折光指數為1.59~1.60。受光照射或長(cháng)期存放,會(huì )出現面混濁和發(fā)黃現象。
聚苯乙烯毒性極低,屬于衛生安全的塑料品種。
(二)用途
聚苯乙烯由于具有高透明度、廉價(jià)、剛性、絕緣、印刷性好、易成型等優(yōu)點(diǎn),使它在青工制品,裝潢和包裝等方面有一定的使用價(jià)值。
五、聚對苯二甲酸乙二醇脂 (PET)
(一)性能
聚對苯二甲酸乙二醇脂系結晶型聚合物,密度為1.30~1.38g/cm³,熔點(diǎn)為255ºC~260ºC,在熱塑性塑料中具有最大的強韌性,其薄膜拉伸強度可與鋁箔相匹敵,為聚乙烯的9倍,聚碳酸酯和尼龍的3倍。
聚對苯二甲酸乙二醇脂在較寬的溫度范圍內,保持其優(yōu)良的物理機械性能,-20º~80Cº內溫度的影響很小,長(cháng)期使用溫度可達120ºC,能在150ºC使用一段時(shí)間。
聚對苯二甲酸乙二醇脂在較高溫度下,也能耐氟氫酸、磷酸、乙酸、乙二酸,但鹽酸、硫酸、硝酸能使它受到不同程度的破壞,如拉伸強度下降。強堿尤其是高溫下的堿,能使它的表面發(fā)生水解,其中以氨水的作用更劇。
(二)用途
聚對苯二甲酸乙二醇脂除了大量用于抽絲做纖維外,多用于制造薄膜,大量用于電影片基、X光片基、錄音音像帶基。由于電性能好,在電氣、電子工業(yè)中可做B級(130ºC)絕緣材料。此外,還大量用于吹塑瓶子,如用于調味品、食用油、飲料、化妝用品瓶子。注射制品堅韌耐磨,吸濕性小,尺寸穩定,彈性模量高,并具有優(yōu)良的電性能和耐化學(xué)性,主要用于機械、電氣電子精密結構件,如線(xiàn)圈骨架、配電開(kāi)關(guān)、繼電器原件等。
六、聚酰胺(PA)
(一)性能
聚酰胺是乳白色或微黃色不透明粒狀或粉狀物,密度為1.02~1.15g/cm³,吸水率為0.3%~9.0%,隨著(zhù)鏈節中碳原數的增加,密度和吸水率趨于降低。
聚酰胺的結構可以看作是聚乙烯分子鏈中每間隔一定距離嵌入一個(gè)聚酰胺基團。這中間隔隨鏈節中碳原子數的增加而增大,其性能受聚酰胺基團的影響變小,作為聚乙烯的性質(zhì)增加。例如,聚酰胺的拉伸強度彎曲強度、熔點(diǎn)和吸水率等都隨著(zhù)鏈節中碳原子數的增加而降低。但由于聚酰胺基團的存在,聚酰胺類(lèi)聚合物都顯示出耐磨、易吸水的共性。
與金屬比,聚酰胺的剛性比較低,表面硬度和耐蠕變性也較差,但它的比強度高于金屬,比壓縮強度與金屬相當。
聚酰胺的拉伸強度、彎曲強度和硬度隨溫度和吸水率的增大而降低。而沖擊強度則隨溫度和吸水率的增大而明顯提高。
聚酰胺居于有優(yōu)良的耐磨性,各種聚酰胺的摩擦系數差別不大,通常在0.1~0.3之間。如果在聚酰胺中添加二流化鉬、石墨等填料或聚四氟乙烯粉末,可進(jìn)一步提高其耐磨性。
聚酰胺的熔點(diǎn)溫度范圍窄,通常在180ºC~280ºC之間,長(cháng)期使用溫度一般不宜超過(guò)100ºC。若在100ºC以上的溫度下長(cháng)期與氧接觸,會(huì )使制品逐漸呈現褐色,喪失使用性能。
大多數聚酰胺具有自燃性,少數品種具有可燃性,但對火焰的傳播速度很慢。
聚酰胺在室溫下耐稀酸、弱堿和大多數鹽類(lèi),但強酸、較高濃度的酸及強氧化劑會(huì )使其明顯受到侵蝕,在較高溫度下發(fā)生破壞。
聚酰胺的耐溶劑性?xún)?yōu)良。能耐烴類(lèi)、油類(lèi)及一般溶劑,如四氧化碳、乙酸甲脂、苯、四氫呋喃等。它對礦物油、植物油均呈惰性,但水和醇及其類(lèi)似的化合物能使聚酰胺溶脹,在常溫下可溶于極性的酚類(lèi)化合物和氯化鈣的甲醇溶液。
各種聚酰胺的電性能在干態(tài)時(shí)基本相同,具有較高的電阻值,但隨著(zhù)溫度和吸水率的增加有明顯的降低;介電常數與此相反,雖吸水率的增加而增大。
(二)用途
聚酰胺在工業(yè)上主要用于制造各種機械、汽車(chē)、化工、電子和電器裝置的零部件,特別用于高強度或耐磨制件,如各種齒輪、滑輪、軸承、泵體中葉輪、風(fēng)箱葉片、高壓密封圈、閥座、墊片、各種殼體、工具手柄、支撐架、汽車(chē)燈照等。在電子儀器設備、繼電器等電器設備中制作零件、電梯導軌、建筑裝飾用扶手等。在包裝上可制成薄膜,與鋁箔制成復合材料,用于罐頭、食品和飲料的包裝。
七、聚偏二氯乙烯 (PVDC)
(一)性能
聚偏二氯乙烯是硬幣、韌性、半透明至透明材料,帶有不同程度的黃色。經(jīng)紫光照射后發(fā)暗橙道淡紫色熒光。密度為1.70~1.75g/cm³,吸水性<0.1% 。
與其他塑料相比,聚偏二氯乙烯對很多氣體和溶液具有很低的透過(guò)率,故廣泛用作包裝材料。
純聚偏二氯乙烯由于難以制得適當的測試樣品,因而很少獲知其機械性能。主要是測定共聚物的強度。聚偏二氯乙烯的機械性能與結晶的種類(lèi)、數量和定向程度有關(guān)。拉伸強度隨結晶度升高,而韌性和伸長(cháng)率則隨之而下降。
聚偏二氯乙烯在熱、紫外線(xiàn)、離子輻射、堿性試劑、催化金屬或鹽類(lèi)作用下容易分解,分解反應的共同特點(diǎn)是有氯或氫釋放出來(lái)。
(二)用途
聚偏二氯乙烯除作纖維用外,主要用作包裝薄膜。此外還可作為防濕的涂料和粘合劑。
八、聚乙烯醇 (PVA)
(一)性能
聚乙烯醇的密度為1.26~1.29g/cm³,折射率為1.52,紫外線(xiàn)照射后發(fā)藍白色熒光。吸水性大,浸入水中能溶解。對纖維的含水率可達30%~50%,在65%RH、25ºC環(huán)境下的濕率也可達4.5% 。能透過(guò)水蒸氣,但難透過(guò)醇蒸汽,更不能透過(guò)有機溶劑蒸汽、惰性氣體和氫氣。聚乙烯醇薄膜的阻氣性甚至優(yōu)于聚偏二氯乙烯薄膜。
聚乙烯醇的彈性模數為4400~5400MPa,拉伸強度為35MPa,伸長(cháng)率取決于含濕量,平均可達450%;纖維的濕強度是干強度的55%~60%;薄膜的硬度隨分子量的增加而增加。
聚乙烯醇雖為結晶性高聚物,但熔點(diǎn)不敏銳,融熔溫度范圍為220ºC~240Cº。玻璃化溫度為85ºC。
聚乙烯醇受熱軟化,穩定使用溫度為120ºC~140Cº。在250ºC,有氧存在分解時(shí),產(chǎn)生自然。
由于聚乙烯醇在一般氣候條件下都會(huì )吸濕,故不宜在電絕緣方面應用。
(二)用途
由于聚乙烯醇具有良好的透明性、五靜電性、韌性、印刷性,極好的阻氣性和良好的耐化學(xué)性,作為水溶性的包裝材料是個(gè)分適宜的。
九、乙烯-醋酸乙烯脂共聚物(EVA)
(一)性能
EVA共聚物是高分子的熱塑性聚合物,是典型的無(wú)規共聚體。EVA由于在乙烯支鏈中引入由極性的醋酸集團所組成的短支鏈,打亂了原來(lái)的結晶狀態(tài),從而降低了支鏈上乙烯的結晶度,同時(shí)還增加了聚合物鏈之間的距離。這就使EVA比聚乙烯更富有柔韌性和彈性。
EVA的熔體指數(MI)的大小與聚合工藝條件有關(guān),亦與VA含量有關(guān),在同一聚合條件下,VA含量逾高,其MI亦逾高。
EVA的介電常數、介電損耗角正切值與共聚物中VA含量呈線(xiàn)性的函數關(guān)系,即VA含量越高,其介電常數也就越大。
EVA熱分解溫度為229ºC~230º,也有文獻報道在250Cº以上。
EVA對于氣體和濕氣的滲透性要比低密度聚乙烯高,因此它不宜做高度抗滲透材料。EVA的耐油、耐化學(xué)藥品性比聚乙烯、聚氯乙烯稍差,隨VA含量的增加,這一傾向愈加明顯。
(二)用途
EVA可作為收縮薄膜、重包裝袋、可撓性電線(xiàn)和電纜護套,也常用于注射和吹塑制品、熱熔粘合劑、各種板材紙張涂層、泡沫制品等。EVA還可作為其他樹(shù)脂的改性劑。
十、聚碳酸酯(PC)
(一)性能
聚碳酸酯是無(wú)色或微黃色透明顆粒,無(wú)味、無(wú)臭、無(wú)毒。密度為1.2g/cm³,吸水率小于0.16%,透明率為75%~90%,折光指數(25ºC)1.5890,可制成透明、半透明,不透明的各種制品。
聚碳酸酯具有優(yōu)異的沖擊強度和耐蠕變性,拉伸強度和彈性模量也較高,而且能在較高的溫度范圍內保持較高的力學(xué)強度;不足之處是它的疲勞強度和耐磨性差。
聚碳酸酯既有良好的耐寒性,又有良好的耐熱性。它的脆化溫度為-100%,最高使用溫度為100%,可在-60~120ºC下長(cháng)期使用。
聚碳酸酯對熱、氧、大氣和紫外線(xiàn)有良好的穩定性。但長(cháng)期在室外使用或在強光照射下,其表面會(huì )變暗,失去光澤、泛黃,甚至產(chǎn)生龜裂。
聚碳酸酯是極性聚合物,電性能比非極性的碳氫聚合物稍差,但仍屬于電性能優(yōu)良的塑料品種。
(二)用途
聚碳酸酯的用途十分廣泛,可用作機械零件,能耐油酸可作食品和醫藥包裝薄膜,能經(jīng)受高溫消毒,可作外科醫療器械。由于其力學(xué)強度高,又可作安全防護用的面罩、安全帽、機械防護罩等,以及飛機的擋風(fēng)罩、座艙蓋、空調管道、艙門(mén)、儀表盤(pán)、座位及結構材料等。日前,聚碳酸酯已成為航空和宇航工業(yè)中不可缺少的材料窗體底端