吹膜法和流延法工艺原理

塑料包装的全生命周期环境经济价值研究●北京化工大学张冰目录一、塑料包装的市场应用与技术发展二、塑料包装的全生命周期过程与测算数据三、塑料包装生命周期分析的作用与意义一、塑料包装的市场应用与技术发展一、塑料包装的市场应用与技术发展●塑料包装材料的广泛使用●近年来，工业发达国家统计的城市固体废弃物（MSW）中，废塑料所占重量比在逐年增长，在很多国家已超过10%。如果按体积比计算，废塑料所占比例则达到30%左右。●全球范围内商品包装使用量在快速增长，塑料在包装材料中的使用比例也不断提升。●包装材料用后即废弃的一次性使用特点，使得塑料以更快的速度进入回收再生领域。在全球范围MSW的总量中，约有1/2—1/3为包装废弃物。●美国包装废弃物占29.3%，非包装废弃物占70.7%，其中塑料废弃物分别为4.1%和5.5%；日本包装废弃物约占40%，欧盟各国约占40％~70%，我国约占30％~40%。●据不完全统计，目前世界塑料包装废弃物每年高达5千万吨以上。●不同包装材料的市场比例一、塑料包装的市场应用与技术发展玻璃瓶塑料瓶不锈钢罐铝罐纸其他材料英国家用塑料包装材料回收情况统计图一、塑料包装的市场应用与技术发展●英国家用塑料包装材料回收情况●家用非瓶硬质塑料，也就是俗称的盆、缸、盘类塑料（PTTs）●除去HDPE材料外按塑料材料分类，PET所占比例为49%，PP为23%，PS为16%，PVC为12%。●材料种类多，分类回收不到位，混杂回收导致了回收经济性差，是家用非瓶硬质塑料回收率低的主要原英国废塑料按材料分类的回收情况一、塑料包装的市场应用与技术发展●英国家用塑料包装材料回收情况●靠物理法回收，难度巨大。英国废塑料2020年按材料分类的再生指标设定一、塑料包装的市场应用与技术发展●英国家用塑料包装材料回收情况一、塑料包装的市场应用与技术发展●我国塑料包装材料的废弃情况估算●根据对部分一、二、三线城市2015年生活垃圾产生量的测算，我国平均每人每天产生生活垃圾1.13公斤。●按照我国城市常住人口规模77116万人估算，2015年全国城市（包括县城）生活垃圾实际的年产生量约为3.18亿吨。随着人们生活水平的提高，从2010年到2015年的数据看，城市生活垃圾的产生量每年增长超过7%。●从部分城市的统计数据看，废塑料一般占到城市生活垃圾的10-20%，其中北京为13.1%、上海为13.8%、深圳为21.7%、成都14.9%。取14%的均值估算，可以算出2015年我国城市产生废塑料的总量约在4500万吨左右，●塑料软包装在食品、医药、电子工业、军事工业等各个领域发挥着越来越重要的作用。●具备独特的柔性、变化多端的功能性、加工的低能耗和使用的方便性●在食品包装中的应用比例为70%。一、塑料包装的市场应用与技术发展●塑料软包装材料的应用塑料包装应用情况软塑包装在西方发达国家包装市场中占比●我国软塑包装使用量占包装总量的5%左右。●国际软塑包装平均占比约为15%，我国软塑包装存在很大的成长空间。一、塑料包装的市场应用与技术发展●我国软塑包装的应用前景软塑包装在中国包装市场中占比我国的软塑包装应用与其他国家的对比●聚合物复合挤出成型聚合物复合共挤出工艺是一种使用数台挤出机分别供给不同的熔融料流，在一个复合机头内汇合共挤出得到多层复合型材（片材、膜）的加工过程。●聚合物复合膜生产技术可以大幅降低制品成本、简化流程、减少设备投资。复合过程不用溶剂、不产生三废。在包装材料中得到了广泛应用。高性能产品与生产装备仍然需要进口。●多组分的合成、复合材料的制备方法使多层具有不同特性的物料在挤出过程中彼此复合在一起，使制品兼有几种不同材料的优良特性，在特性上进行互补，从而得到特殊要求的性能和外观：如防氧和防湿的阻隔能力、着色性、保温性、热成型和热粘合能力，及强度、刚度、硬度等机械性能。一、塑料包装的市场应用与技术发展●食品包装安全和保质期的长短密切相关。严格控制添加剂的使用，保障食品安全，是世界各国必须优先考虑的问题。用普通包装材料包装肉类、奶制品、饮料、生鲜食品、高温蒸煮食品等产品，在常温下只能保存3天。●食品包装占消费品包装的50％，食品行业覆盖了80％的柔性包装需求量。●以共挤高阻隔包装新材料，可以使包装的食品在取消防腐剂的状态下延长保质期。采用高端共挤出技术生产柔性包装用高性能阻隔膜，可构建新型性能优越的包装材料，优化包装工艺和降低包装材料生产的成本和能耗，为保护自然资源作贡献。可使食品在运输、储存、分销过程中3—6个月不变质，这将大大提高我国的食品包装的安全性。同时减少营养成分流失，减少对消费者口感的影响，提升食品的品质与价值。●多层复合膜在食品包装中的应用一、塑料包装的市场应用与技术发展●高阻隔、多功能性塑料包装材料成为许多国家热点开发的包装材料。包括高阻渗性、多功能保鲜性，选择透气性、耐热性、无菌（抗菌）性以及防锈、除臭、形状记忆、可再封、易开封性等塑料包装材料。●节能、环保、易回收利用成为技术开发的出发点。●开发防静电、导电的软塑包装材料，具有广阔的发展前景。●塑料共混物、塑料合金、无机材料填充增强的复合材料（ABC）将成为研究新热点。●塑料包装材料发展趋势欧美等先进国家在食品、饮品包装材料发展的主要原则：是在满足包装功能性的特殊要求同时也要满足环保和卫生的要求，尽量减少垃圾的产生量，因此包装薄膜、包装容器呈现出向轻量化、薄壁化方向发展的趋势。一、塑料包装的市场应用与技术发展●由于氧气能够引起脂肪和蛋白质的氧化变质，要有优异的阻隔氧气的能力；●因水汽的进入或挥发可引起食物口味的变化，要有优异的水蒸气阻隔能力；●为防止异味进入或香味的挥发，保证食品原味，要有优异的阻隔香气的能力；●为满足密闭保存的需要，要有良好的热封性能；●满足杀菌的要求，避免微生物存在破坏食物，要具有一定的耐热性能；●为装潢美观及商品必要的信息的需要，要有良好的印刷性；●为保护食品，满足搬运和运输的需要，须具有较强的力学性能；●其他的一些光学性能方面的要求。●食品包装材料须满足条件一、塑料包装的市场应用与技术发展●随着消费水平的提高，对食品包装的要求也越来越苛刻。●靠单一品种的材料制成的包装薄膜无法经济地满足这些要求。●只有新型薄膜材料多层复合搭配才能满足这些需求。●单一组分的薄膜对水蒸气、二氧化碳和氧气的阻隔作用一、塑料包装的市场应用与技术发展●阻氧功能1.普通包装阻氧率：2000cc,高阻隔包装阻氧率5cc以下，是普通包装的400倍。2.高阻隔包装阻氧率是350cc,高阻隔包装是中阻隔包装的70倍。高阻氧率1.包装内绝氧可以延长粮食的保鲜期，12个月内粮食不会被氧化，和新米一样的口感，米油、和水分不会流失。2.延长货架期，提高附加值；对粮食的影响1.不需要填充氮气等惰性气体，即可保鲜。2.无氧状态下，包装内的微生物、虫卵不会繁殖，不会因为货架期长出现小虫等微生物。优点一、塑料包装的市场应用与技术发展●卫生性能1.传统包装：两层不同功能的塑料膜，通过胶水粘合，来满足印刷、热封制袋要求。胶水是化学物质，含：苯、酮、等对人体有害物质。2.包装内的有害溶剂残留物质析出会对包装内容物造成二次污染，卫生性能差。容易造成苯、酮等有害物质超标。3.九层共挤高阻隔包装，工艺要求一次成型，不需要用胶水粘合，不需要使用溶剂，没有溶剂残留，所以不会对内容物形成二次污染，卫生性能优异。PA胶水热封层高阻隔共挤包装包装结构溶剂残留共挤材料无溶剂残留●无溶剂残留一、塑料包装的市场应用与技术发展●多层共挤复合膜多层共挤高阻隔膜产品特点高阻隔产品透明，内容物可见，更能引起消费者关注价格更有优势阻隔性能不受拉伸形变而损失具有生产效率高、人工成本低、展示效果好等优点一、塑料包装的市场应用与技术发展●多层共挤工艺的类型●目前在国际能生产复合共挤膜生产线的厂家有德国的WH、布鲁克纳、多尼尔及法国的ESOPP等四家公司。●其中核心部件复合机头和多层集料块由美国EDI公司和克拉恩公司提供。●共挤出吹塑复合工艺（已可达9层）●平膜挤出复合工艺（已可达5层）●平膜挤出串联复合工艺（已可达9层）●共挤出流延复合工艺（已可达11层）一、塑料包装的市场应用与技术发展●吹膜与流延工艺的对比吹膜法和流延法工艺原理、工序的对比原理对比吹膜法：膜是由挤出吹塑法制造，物料经挤出机塑化后挤出成管坯，吹胀成型，吹塑膜是有取向的。流延法：膜是通过熔体流涎骤冷生产的一种无拉伸、非定向的平挤薄膜。不存在明显的取向结构。工序对比吹膜法：料斗上料→物料塑化挤出→吹胀牵引→风环冷却→人字夹板→牵引辊牵引→电晕处理→薄膜收卷流延法：挤出机挤出——T型口模流延——气刀——1#冷却辊——2#冷却辊——电晕处理——切废边——卷取。特征对比1、吹膜机的模头是圆形；流涎机的模头是梯形。2、吹膜机生产的薄膜经过一定的吹胀；流涎膜没有被吹胀。3、吹膜机生产的薄膜是经过冷风进行冷却的；流涎膜是经过激冷辊进行冷却的。4、流涎膜的透明度好于上吹膜。5、流涎膜的拉伸性好于上吹膜。6、上吹膜为筒膜，需要剖开用A、B双面收卷；流涎膜为单片膜单面收卷。7、流涎机的产能相对大于吹膜机。8、流涎膜的产品结构更多，流涎膜的应用领域更加广泛。一、塑料包装的市场应用与技术发展●多层流延法共挤工艺的优点●多层薄膜只需一次成型，设备投资省、成本低、降低能耗。●生产过程中不使用粘合剂和溶剂，消除了因包装材料上溶剂残留或渗漏而造成的食品卫生问题，也不会因溶剂挥发造成的环境污染和安全隐患。●工艺适应性强，操作方便，通过调整阻隔层的厚度及多种阻隔材料的搭配使用，制取具有不同阻隔性能（诸如阻氧、阻二氧化碳气体、防潮、遮光、保香、保鲜、杀菌、抗静电、防雾、耐高低温、耐氧化）要求的薄膜，最大限度地实现阻隔膜产品功能化、轻量化、超薄化的需求。●在多层共挤出机头设置薄膜包边的遮边系统，可以使薄膜两侧的废边便于回收，节约资源。●灵活更换调配热封层材料和防伪标记，改变功能性薄膜产品结构，更好地满足日用品、化妆品、食品、家用电器等不同包装的要求。一、塑料包装的市场应用与技术发展●常用的5-7层复合共挤阻隔膜●用于肉、灌肠、鱼和奶酪等的真空包装袋，使用带有EVOH阻隔层或PA/PE复合层的五层复合膜。●对用于在微波炉或水中加热且使甪寿命较长的深拉菜碗，可使甪带EVOH阻隔层的5-7层PP为主体的复合膜，覆盖层可用PE或PEGT改善表面外观质量和密封性能，为了降低成本，在非透明复合材料中间层亦可加入1-2层回收料。一、塑料包装的市场应用与技术发展●传统包装阻隔材料与多层共挤高阻隔膜的对比PETIEPAEVOHPATIELDPEmLLDPECOCmLLDPEPEEL多层共挤高阻隔膜的优势：传统包装阻隔材料：1、AL2、镀铝PET,镀铝CPP3、PET,NY,KNY,KPET1、提供膜层次的构建和物料的选配，可最经济地实现膜性能的最优化和多元化。阻隔性能优异，耐热性好，热封性强，力学性能优异。2、不用粘合剂，无溶剂残留，中间层可添加回收料、环保、可回收。3、工艺流程短、缩短生产周期、节能、低碳一、塑料包装的市场应用与技术发展●11层流延高阻隔膜制备●整体构成：11层流延高阻隔膜制备共挤出机组，由10台挤出机、1个集料块和1个流延衣架机头组成。●生产过程：将多层具有不同物性的聚合物，经过10台挤出机塑化后，共同挤入到一个复合机头中汇合。●包括流延、冷却、牵引及卷取等工序一、塑料包装的市场应用与技术发展●多层共挤流延机头设计●通过复合共挤流延机头结构的创新设计，可以有效调整各层薄膜厚度，精确控制各层物料温度，提升复合膜的综合性能。●可以在一定范围内，重构复合薄膜结构。后复合（外复合）前复合（内复合）阻尼板调节流量调节阀一、塑料包装的市场应用与技术发展●多层共挤流延机头喂料块设计●带喂料块共挤出机头适用于流动性和加工温度相近的物料，但各相邻层物料调节时容易产成干扰●多流道机头和喂料块组合的共挤出机头适用于表层材料与基层材料相差较大的复合膜挤出。一、塑料包装的市场应用与技术发展●多层共挤流延膜生产设备企业●位于德国兰格希