酸性衛(wèi)生間清洗劑對塑料瓶的選擇性

盧志敏

（廣州市浪奇實業(yè)股份有限公司，廣東廣州 510627）

目前，用于洗滌劑包裝的塑料瓶一般有聚乙烯（PE）塑料瓶、聚丙烯（PP）和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料瓶．常規(guī)的液體洗滌劑/化妝品產(chǎn)品，如洗潔精、洗衣液、洗手液、沐浴液等產(chǎn)品，基本為表面活性劑體系，pH值一般在5～9范圍內(nèi)，不會對包裝瓶產(chǎn)生化學(xué)作用，在長期貯存的情況下包裝瓶一般不會發(fā)生變形、爆裂等現(xiàn)象，對包裝材料并沒有太嚴格的選擇性．但衛(wèi)生間清洗劑一般為強酸性體系，只有少量的表面活性劑．通過對市面上衛(wèi)生間清洗劑長期的考察及對公司自有產(chǎn)品的觀察，發(fā)現(xiàn)普遍存在包裝瓶變形的現(xiàn)象．通過研究不同材質(zhì)的塑料瓶的性能，為酸性衛(wèi)生間清洗劑包裝瓶材料的應(yīng)用和開發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)．

1 實驗部分

1.1 主要試劑與儀器

酸性衛(wèi)生間清洗劑，其主要原料為異構(gòu)十碳醇聚氧乙烯醚（XP-80，工業(yè)品，巴斯夫）．脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO7，工業(yè)品，中海殼牌），濃鹽酸（工業(yè)品）、濃硫酸（工業(yè)品），高密度聚乙烯（HDPE，中海殼牌5021D）、低密度聚乙烯（LDPE，中海殼牌2426H），聚丙烯（PP，韓國SK R520Y）．

差示掃描量熱儀（德國耐馳，DSC200PC），分析天平（梅特勒-托利多，ME 204），電子天平．

1.2 測試方法

1.2.1 跌落試驗

往標稱凈含量為600 g的包裝瓶中注入600 g的水，從80 cm高處垂直自由下落，著地后觀察包裝瓶的外觀有無爆裂、破損或變形．每種配方的包裝瓶的測試個數(shù)為20個，不允許有破裂．

1.2.2 高溫試驗

往標稱凈含量為600 g的包裝瓶中注入60 g的酸性衛(wèi)生間清洗劑，置于60±5℃下72 h．觀察試驗后包裝瓶的外觀有無爆裂、破損或變形．每種配方的包裝瓶的測試個數(shù)為20個，若有70%以上并無爆裂、破損或變形，外觀不變，則認為該配方包裝瓶通過該項測試．

1.2.3 堆壓試驗

往標稱凈含量為600 g的包裝瓶中注入600 g的酸性衛(wèi)生間清洗劑，裝箱并于室溫下堆壓．堆壓高度為5層，時間為3個月．堆壓試驗結(jié)束后，拆開最低一層包裝箱，觀察包裝瓶外觀，有無變形、歪頭或爆裂現(xiàn)象．如有歪頭或爆裂現(xiàn)象，則該配方包裝瓶不通過測試，但可以允許包裝瓶有極輕微的變形，但變形比例不超過20%．

1.2.4 示差掃描量熱分析

準確稱量干凈干燥的試樣（10±0.2）mg，先將其置于鋁制坩鍋，然后置于樣品池，在氮氣氛圍下進行升溫，設(shè)定升溫速率為5℃/min，測試溫度為28～200℃．待測試完成后，數(shù)據(jù)導(dǎo)出并保存．

2 結(jié)果與討論

2.1 原料選擇

根據(jù)合成的單體和合成工藝的不同，可以生產(chǎn)出眾多的適應(yīng)不同環(huán)境使用的塑料制品．廣泛用于中空包裝材料（瓶）的主要原料有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET），其中聚乙烯分為高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、線型低密度聚乙烯（LLDPE）等，以上材料的理化性能指標列于表1［1］．

表1 原料的主要理化指標Table 1 Main physical and chemical indexes of different materials

在實際生產(chǎn)中，由于低密度聚乙烯（LDPE）和線型低密度聚乙烯（LLDPE）的質(zhì)材較軟，單獨使用不能吹塑成型，只能作為薄膜使用，但適量加入其他材料可共混吹塑成型．聚丙烯（PP）因為質(zhì)材較硬，吹塑成型需要較高的加工條件．聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）為對苯二甲酸和乙二醇的縮聚物，在酸或堿的環(huán)境下有水解的趨勢，在光照的條件下該趨勢還會更明顯．實驗室小試的衛(wèi)生間清洗劑樣品用PET瓶貯存一段時間后，大部分瓶身出現(xiàn)發(fā)白破裂現(xiàn)象．因此，PET包裝瓶不能用于盛強酸性的衛(wèi)生間清洗劑．

2.2 性能測試

2.2.1 高密度聚乙烯（HDPE）共混低密度聚乙烯（LDPE）

由于LDPE的耐酸性比HDPE略勝一籌，但因為LDPE質(zhì)地偏軟，加入量過多會給吹塑成型過程造成困難，瓶的手感也會較軟，受壓受熱容易變形．跌落試驗是模擬物流過程中的極端狀態(tài)，高溫試驗是模擬貯存過程中的極端狀態(tài)，堆壓試驗反映了常規(guī)的貯存情況，這三個測試都對實際應(yīng)用有指導(dǎo)性作用，而且都需要通過才能進入大生產(chǎn)的應(yīng)用．調(diào)整LDPE的比例和包裝瓶的質(zhì)量，進行跌落試驗、高溫試驗和堆壓試驗，測試結(jié)果分別列于表2和表3．

表2 HDPE/LDPE共混測試結(jié)果（瓶重61 g）Table 2 Testing result of HDPE and LDPE mixtures（bottle weight 61g）

表3 HDPE/LDPE共混測試結(jié)果（瓶重66g）Table 3 Testing result of HDPE and LDPE mixtures（bottle weight 66g）

由表2和表3可知：無論瓶重為61 g或66 g，加入少量的LDPE可明顯改善堆壓后的包裝瓶的外形，表明瓶重對跌落試驗、高溫試驗以及堆壓試驗的結(jié)果影響不大；隨著LDPE用量的增加，瓶身高溫試驗通過率下降，其原因可能為LDPE的耐高溫性能比HDPE差，且在酸和表面活性劑的共同作用下高溫性能進一步下降．但在成型加工過程中發(fā)現(xiàn)，按照常規(guī)HDPE瓶的生產(chǎn)工藝條件，瓶肩和瓶口稍有批峰．批峰的產(chǎn)生可能是工藝方面的問題，也有可能是模具方面的問題．溫度過高，塑料的粘度低、流動性過大，熔體突入模具配合間隙的能力愈強，就會導(dǎo)致批鋒的產(chǎn)生，可通過降低吹塑壓力、降低料體溫度、降低料體的流動速度，從而使塑料流動性降低，減少批鋒的產(chǎn)生．另一方面，由于模具缺陷或機臺鎖模力不足，產(chǎn)生張開力大于鎖模力時，模具脹開，使塑料溢出，造成批峰，通過改進模具也可以在很大程度上解決批鋒的問題．

2.2.2 高密度聚乙烯（HDPE）共混聚丙烯（PP）

觀察廠家提供的聚丙烯塑料瓶發(fā)現(xiàn)，聚丙烯塑料瓶質(zhì)地硬，長期存放酸性衛(wèi)生間清洗劑并不發(fā)生變形，但單螺桿擠出機難以進行純聚丙烯塑料瓶的生產(chǎn)，而且聚丙烯成本較高．為了適應(yīng)生產(chǎn)條件和控制成本，以及測試聚丙烯的性能，在高密度聚乙烯里共混10%的聚丙烯，測試結(jié)果列于表4．

表4 HDPE/PP共混測試結(jié)果Table 4 Testing result of HDPE and PP mixture

由表4可知：高密度聚乙烯共混少量聚丙烯也可以明顯改善堆壓后的包裝瓶的外形，而且在成型加工過程中不會產(chǎn)生批峰，連接口較平滑；但該配方包裝瓶的高溫試驗通過率低，可能由于加入了聚丙烯，使塑料瓶硬度增加，在高溫和酸的作用下瓶底容易破裂．

2.2.3 高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和聚丙烯三元共混

高密度聚乙烯分別與低密度聚乙烯或聚丙烯共混均能夠明顯改善堆壓后的包裝瓶的外觀，但低密度聚乙烯和聚丙烯各有優(yōu)缺點．為了糅合三者的性能，希望塑料瓶既有一定的硬度，又有一定的柔韌性，將高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和聚丙烯進行三元共混，結(jié)果列于表5．

在成型加工過程中，塑料瓶并沒出現(xiàn)批峰，接口也較平滑．但從表5可以發(fā)現(xiàn)，在包裝瓶堆壓后的外形方面，試驗結(jié)果與預(yù)期猜測的差距很大，其原因可能為三種原料均為非極性分子材料，分子間作用力較小，而且試驗中的混料采取人工混料的方式，導(dǎo)致三種原料并沒有混合均勻，造成微觀的相分離．原料混合的種類超過兩種時，若將所有原料在低溫下高速研磨，混合均勻，或者采取預(yù)混造粒，得到粒度比較小的顆粒，然后再進行進一步的高速攪拌混合，吹塑成型，各種原料就可能較容易達到分子間的均勻混合．

表5 HDPE/LDPE/PP三元共混測試結(jié)果Table 5 Testing result of HDPE，LDPE and PP mixture

2.2.4 填充料的影響

對于熱塑性塑料加入填充料的目的主要是降低成本，常用的填料主要為天然礦物及工業(yè)廢渣等，此外還有木粉和果殼粉等有機填料及廢熱固性塑料粉等．多數(shù)無機填料，特別是粒徑大的填料加入會明顯降低產(chǎn)品的力學(xué)性能．在當(dāng)前塑料價格節(jié)節(jié)上漲的情況下，包裝成本也大幅上揚，加入填充料無疑是一個降低包裝成本的簡單方法．由于酸性衛(wèi)生間清洗劑的配方的特殊性，對塑料瓶的力學(xué)性能具有較高的要求，如果加入填充料不當(dāng)，會令產(chǎn)品外觀發(fā)生嚴重變形．在幾個塑料瓶的配方基礎(chǔ)上，加入20%的碳酸鈣填充料，考察填充料對塑料瓶性能的影響，其結(jié)果列于表6．

表6 填充料對包裝瓶性能的影響Table 6 Influence of filling on bottles

由表6可知，包裝瓶混入填充料后，會嚴重影響堆壓后的產(chǎn)品外觀，包裝瓶出現(xiàn)明顯的變形．這是因為在填充料使用不當(dāng)時，填充料就會成為材料中的應(yīng)力集中點，導(dǎo)致材料性能的下降．因此，當(dāng)進行新配方酸性衛(wèi)生間清洗劑的生產(chǎn)時，要對其包裝瓶使用的填充料進行充分的試驗，以保證產(chǎn)品質(zhì)量．

2.2.5 示差掃描量熱分析

為了進一步比較通過前期堆壓試驗、跌落試驗及 堆 壓 試 驗 的HDPE/LDPE（90∶10）塑 料 瓶 及HDPE塑料瓶的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，分別對HDPE塑料瓶（LNHDPE）和HDPE/LDPE塑料瓶（LNMPE）及市售存放1年不變形的塑料瓶（MKPE）產(chǎn)品進行示差掃描量熱法（DSC）分析，結(jié)果如圖1所示．

圖1 塑料瓶的DSC曲線圖Fig.1 DSC figure of bottles

從圖1可見，市售不變形塑料瓶（MKPE）產(chǎn)品的 熱 分 析 曲 線 與HDPE/LDPE（90∶10）塑 料 瓶（LNMPE）的曲線基本重合，尤其在熔點范圍內(nèi)峰形基本相同，雖然HDPE塑料瓶（LNHDPE）的熔點與上述兩者相同，但峰形明顯比MKPE和LNMPE的窄．由此可以估計，市售不變形產(chǎn)品的塑料瓶（MKPE）為HDPE/LDPE塑料瓶（LNMPE）．

3 結(jié) 論

酸性衛(wèi)生間清洗劑對塑料包裝瓶有嚴格的選擇性，除了要進行常規(guī)的跌落試驗外，還需要進行高溫試驗以及堆壓試驗．

PET瓶易爆裂，純HDPE瓶能通過跌落試驗和高溫試驗，但堆壓試驗容易變形．HDPE和PP共混瓶均可通過跌落試驗和堆壓試驗，但高溫試驗不通過．HDPE和LDPE及PP共混瓶跌落試驗均合格，但高溫試驗和堆壓試驗均不通過．瓶子添加填充料后，堆壓試驗中均出現(xiàn)不同程度的變形．HDPE和LDPE按一定比例共混所制得的瓶可以通過跌落試驗、高溫試驗及堆壓試驗的測試．