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“PET饮料瓶”瓶口的防污染改进方案

上一篇 / 下一篇 2008-12-02 10:59:57 / 个人分类：食品技术

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  不少消费者都碰过这样的情形：打开PET瓶的饮料后发现瓶口有黑糊糊的霉斑，实在令人恶心。在如何改进瓶口污染的研究中，本文介绍了获得国家新型实用专利的改进方案。
  现有的瓶口带螺纹可重复密封的塑料饮料瓶，其主要材料是PET，瓶盖主要是HDPE，密封位置都是在瓶口顶部，并根据瓶内压力的大小不同分别采取密封垫、密封环、密封内塞或密封环与密封内塞结合使用的密封形式，而这些密封形式的不同只对改善密封性能产生作用。如图1所示的饮料瓶，就是采用了密封环与密封内塞结合使用的密封形式。由于密封位置只在瓶口，螺纹部分是没有密封的，从生产到消费者饮用的过程中，很多因素都会令瓶口螺纹部分产生污染，例如富营养饮料灌装过程中饮料溅落到瓶口螺纹部分，在细菌和空气的作用下，瓶口螺纹出现发霉、积聚色斑的现象；或运输和储存过程不良环境导致原来干净的瓶口螺纹污染，例如饮料售卖时长期放在冰水里。
很多消费者都会经历打开瓶盖后发现瓶口螺纹处的污物，因为瓶盖已经打开，投诉的效果有限，只好自认倒霉。从饮用习惯来看，大部分消费者饮用塑料瓶装饮料时都不用吸管，是用口直接包含瓶口，螺纹处的污染物会随着进入体内，这种现象在儿童身上尤其突出。
  事实上，很多饮料生产商都面对这个问题，而且也在采取各种方法去解决，如控制灌装量、减少灌装到封盖传送的震动、封盖前的瓶口清洗等，但仍不时出现这个问题，而且目前的各种方法都不能根本解决，如热灌装要求的满口液位和溢出就是一个矛盾。这种缺陷的产品有时甚至超过1％，生产商经常因为这个问题出现产品内部回收，另外在运输和售卖过程的污染也难以控制，最终流到消费者手上的产品也不少，招致投诉，严重影响产品声誉。从上面的缺陷原因分析看，问题主要是瓶口螺纹部分没有密封，从市场上的食品包装看，已经有一些保护消费者可直接接触到部位的设计，例如八宝粥上的胶盖，但这些包装是外加上的，密封效果一般，而且成本增加较多，在塑料饮料瓶里还没有这种保护性包装。那么有没有一种简单而成本不致过高的包装呢?我们提出一种实用、可行的办法。
  从密封原理来看，上面提到的塑料饮料瓶密封主要有两种，一是瓶盖里的顶密封垫，密封垫有一次成型和后加(二片盖)两种，二是瓶口的密封内塞。密封垫靠瓶口顶端对密封垫的挤压变形起密封作用；内塞是靠其外径与瓶口内径的过盈配合起密封作用。由于不同的原理，密封垫瓶盖能耐受较大的瓶内压力，目前多种饮料塑料瓶包装里都有用到，内塞瓶盖就相对较多数用在瓶内压力没有或较少的饮料品种，如目前大多数热灌装饮料，其密封性能同内塞外径与瓶口内径配合、内塞材料有关。从生产工艺看，内塞瓶盖工艺简单，成本较低，重新旋紧的密封性变化少，因此在非碳酸饮料使用广泛。从其密封原理看，其密封性与瓶盖的最终旋紧扭力没有关系，实际生产旋盖要求的最终旋紧扭力仅防止瓶盖的意外返松。因此，我们就可通过如图2的改进内塞式密封来获得需要的瓶口螺纹密封。上面提到的两种密封原理在该种结构中都利用到了，饮料瓶瓶口阳螺纹下方设有密封凸台，瓶盖内侧壁形成与密封凸台吻合的接触面，且在该接触面处有气密封环，气密封环可与瓶盖一体注塑(压塑)成型或为活动密封垫。瓶盖旋紧前，内塞压入瓶口密封饮料，旋紧后，靠气密封环压紧实现了螺纹与饮料和外界的隔离，在这种结构里，防盗环的结构和位置没有任何改变。由于两种密封原理的可靠性早已被证实，因此，此结构的密封可靠性也是不容置疑的，瓶盖和瓶子具体尺寸设计，特别是密封部位可按现有瓶盖和瓶子设计，新结构密封性能将不低于目前结构的瓶盖和瓶子。我们通过制作新结构瓶口的样品模拟实际生产和储存条件(87℃热水清洗盖、瓶螺纹，灌装87℃、10％橙汁饮料，旋紧扭力约12LBS，螺纹处沾染饮料，常温较大灰尘空气摆放储存和常温水里储存3个月)，未发现螺纹处出现本文开始提到的问题。目前有些内塞式瓶盖在其内顶部设计有气密封环，如图3所示，在内塞和气密封环之间的位置E就如我们设计的新结构中的螺纹位置，我们在不同市场上收集到的大量样品中从没有发现该处有发霉、色斑的现象。从应用角度看，这种瓶和盖也可解决我们使用目前瓶和瓶盖碰到的一些问题，如目前使用内塞盖的热灌装产品在冷却后会出现旋开扭力比旋入扭力小，原因是瓶子冷却后各部分尺寸变小，导致盖子螺纹与盖顶的拉伸预应力变小。生产时只好将旋盖扭力加大，例如要达到12LBS的旋开扭力，旋入扭力就要达到28LBS或以上，这种情况对设备要求较高，且难以控制，瓶颈托极易产生刮丝现象，影响外观质量。新结构的旋紧和旋开力决定于瓶盖螺纹到密封气环的压应力，瓶子冷却后产生的各尺寸缩小会导致原来的压应力加火，也就是要达到要求的旋开扭力，旋紧扭力会比原来少很多，旋盖机的要求也相应减少，刮丝问题也会减少，外观质量更有保障。
从瓶盖和瓶子的生产工艺来看，此新结构的实现与现在的瓶盖和瓶子一样。仅从技术看，采取这种包装结构没有任何困难，瓶盖、瓶子生产只需更换新模具，洗瓶、灌装、旋盖等设备只需稍作更改就可实现转换。由于新瓶盖和瓶子的重量都有所增加，饮料这个微利行业消化这部分增加的成本会较敏感。但这部分成本的增加相对于消费者健康的损害和生产商形象的损害是微不足道的，一旦这种新包装推向市场，使消费者了解到目前塑料饮料瓶包装的缺陷，获得广泛的认同，这种新包装将会迅速替代旧包装，市场需求是永远的真理.

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fpexcellent 发布于2008-12-01 09:25:35: PET冷瓶中的有压饮料瓶成型工艺
聚对苯二甲酸乙二酯(PET)吹塑瓶的生产按型坯的预成型不同可分为注射拉伸吹塑(简称注拉吹)和挤出拉伸吹塑(简称挤拉吹)。在这两种成型方法中，由于注拉吹工艺易控制，生产效率高，废次品少而较为通用。PET吹塑瓶可分为两类，一类是有压瓶，如充装碳酸饮料的瓶；另一类为无压瓶，如充装水、茶、油等的瓶。茶饮料瓶是掺混了聚萘二甲酸乙二酯(PEN)的改性PET瓶或PET与热塑性聚芳酯的复合瓶，在分类上属热瓶，可耐热80℃以上；水瓶则属冷瓶，对耐热性无要求。在成型工艺上热瓶与冷瓶相似。笔者主要讨论冷瓶中的有压饮料瓶成型工艺。
1 设备
  随着科技的不断进步和生产的规模化，PET吹瓶机自动化程度越来越高，生产效率也越来越高。设备生产能力不断提高，由从前的每小时生产几千个瓶发展到现在每小时生产几万个瓶。操作也由过去的手动按钮式发展为现在的全电脑控制，大大降低了工艺操作上的难度，增加了工艺的稳定性。目前，注拉吹设备的生产厂家主要有法国的SIDEL公司、德国的KRONES公司等。虽然生产厂家不同，但其设备原理相似，一般均包括供坯系统、加热系统、吹瓶系统、控制系统和辅机五大部分。
2 吹塑工艺PET瓶吹塑工艺流程。影响PET瓶吹塑工艺的重要因素有瓶坯、加热、预吹、模具及环境等。
2.1 瓶坯
  制备吹塑瓶时，首先将PET切片注射成型为瓶坯，它要求二次回收料比例不能过高(5％以下)，回收次数不能超过两次，而且分子量及粘度不能过低(分子量31000-50000，特性粘度0.78-0.85cm3／g)。注塑成型的瓶坯需存放48h以上方能使用。加热后没用完的瓶坯，必须再存放48h以上方能重新加热使用。瓶坯的存放时间不能超过六个月。瓶坯的优劣很大程度上取决于PET材料的优劣，应选择易吹胀、易定型的材料，并制定合理的瓶坯成型工艺。实验表明，同样粘度的PET材料成型的瓶坯，进口的原料要比国产料易吹塑成型；而同一批次的瓶坯，生产日期不同，吹塑工艺也可能有较大差别。瓶坯的优劣决定了吹塑工艺的难易，对瓶坯的要求是纯洁、透明、无杂质、无异色、注点长度及周围晕斑合适。
2.2 加热
  瓶坯的加热由加热烘箱来完成，其温度由人工设定，自动调节。烘箱中由远红外灯管发出远红外线对瓶坯辐射加热，由烘箱底部风机进行热循环，使烘箱内温度均匀。瓶坯在烘箱中向前运动的同时自转，使瓶坯壁受热均匀。
  灯管的布置在烘箱中自上而下一般呈"区"字形，两头多，中间少。烘箱的热量由灯管开启数量、整体温度设定、烘箱功率及各段加热比共同控制。灯管的开启要结合预吹瓶进行调整。要使烘箱更好地发挥作用，其高度、冷却板等的调整很重要，若调整不当，吹塑时易出现胀瓶口(瓶口变大)、硬头颈(颈部料拉不开)等缺陷。
2.3 预吹
  预吹是二步吹瓶法中很重要的一个步骤，它是指吹塑过程中在拉伸杆下降的同时开始预吹气，使瓶坯初具形状。这一工序中预吹位置、预吹压力和吹气流量是三个重要工艺因素。预吹瓶形状的优劣决定了吹塑工艺的难易与瓶子性能的优劣。正常的预吹瓶形状为纺锤形，异常的则有亚铃状、手柄状等，如图2所示。造成异常形状的原因有局部加热不当，预吹压力或吹气流量不足等，而预吹瓶的大小则取决于预吹压力及预吹位置。在生产中要维持整台设备所有预吹瓶大小及形状一致，若有差异则要寻找具体原因，可根据预吹瓶情况调整加热或预吹工艺。预吹压力的大小随瓶子规格、设备能力不同而异，一般容量大、预吹压力要小；设备生产能力高，预吹压力也高。即使采用同一设备生产同一规格的瓶子，由于PET材料性能的差异，其所需预吹压力也不尽相同。玻纤增强的PET材料，较小的预吹压力即可使瓶子底部的大分子正确取向；另一些用料不当或成型工艺不适当的瓶坯，注点附近有大量的应力集中不易消退，如果吹塑，常会在注点处吹破或在应力测试中从注点处爆裂、渗漏。根据取向条件，此时可如所示把灯管移出2-3支至注点上方开启，给予注点处充分加热，提供足够热量，促使其迅速取向。对于已加热二次使用的瓶坯或存放时间超标的瓶坯，由于时温等差效应，二者成型工艺相似，与正常瓶坯相比，其要求的热量要少，预吹压力也可适当降低。
2.4 辅机及模具
  辅机主要指维持模具恒温的设备。模具恒温对维持产品的稳定性有重要作用。一般瓶身温度高，瓶底温度低。对冷瓶来说，由于其底部的冷却效果决定了分子定向的程度，将温度控制在5-8℃为佳；而热瓶底部的温度则要高得多。模具是影响PET瓶吹塑工艺的重要因素，模具形状的优劣会减轻或加大工艺调整的难度，如加强筋、过渡区的弧度及底部的散热状况等都对工艺调整有影响。
2.5 环境
生产环境的好坏对工艺调整也有较大影响，恒定的条件可以维持工艺的稳定及产品的稳定。PET瓶吹塑成型一般在室温、低湿状态下为佳。
3 其它要求有压瓶应同时满足应力测试与耐压测试的要求。应力测试是为防止PET瓶灌装饮料时瓶底与润滑剂(碱性)接触过程中产生分子链的降解而发生开裂、渗漏等进行的内在质量控制；耐压测试则是防止瓶内充入一定压力气体后产生爆裂而进行的质量控制。为满足这两种需要，中心点厚度要控制在一定范围内，一般情况是中心点薄，应力测试较好，耐压较差；中心点厚，耐压测试较好，应力测试较差。当然，应力测试的结果还与中心点周围过渡区域料的堆积有很大关系，这要根据实际经验进行调整。
4 结语
PET瓶吹塑工艺的调整，是针对相应的材料进行的，如果材料不佳，对工艺的要求就很苛刻，甚至于难以吹塑出合格的瓶子.

[ 本帖最后由 fpexcellent 于 2008-12-22 16:25 编辑 ]