酸性卫生间清洗剂对塑料瓶的选择性

卢志敏

（广州市浪奇实业股份有限公司，广东广州 510627）

目前，用于洗涤剂包装的塑料瓶一般有聚乙烯（PE）塑料瓶、聚丙烯（PP）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料瓶．常规的液体洗涤剂/化妆品产品，如洗洁精、洗衣液、洗手液、沐浴液等产品，基本为表面活性剂体系，pH值一般在5～9范围内，不会对包装瓶产生化学作用，在长期贮存的情况下包装瓶一般不会发生变形、爆裂等现象，对包装材料并没有太严格的选择性．但卫生间清洗剂一般为强酸性体系，只有少量的表面活性剂．通过对市面上卫生间清洗剂长期的考察及对公司自有产品的观察，发现普遍存在包装瓶变形的现象．通过研究不同材质的塑料瓶的性能，为酸性卫生间清洗剂包装瓶材料的应用和开发提供基础数据．

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

酸性卫生间清洗剂，其主要原料为异构十碳醇聚氧乙烯醚（XP-80，工业品，巴斯夫）．脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO7，工业品，中海壳牌），浓盐酸（工业品）、浓硫酸（工业品），高密度聚乙烯（HDPE，中海壳牌5021D）、低密度聚乙烯（LDPE，中海壳牌2426H），聚丙烯（PP，韩国SK R520Y）．

差示扫描量热仪（德国耐驰，DSC200PC），分析天平（梅特勒-托利多，ME 204），电子天平．

1.2 测试方法

1.2.1 跌落试验

往标称净含量为600 g的包装瓶中注入600 g的水，从80 cm高处垂直自由下落，着地后观察包装瓶的外观有无爆裂、破损或变形．每种配方的包装瓶的测试个数为20个，不允许有破裂．

1.2.2 高温试验

往标称净含量为600 g的包装瓶中注入60 g的酸性卫生间清洗剂，置于60±5℃下72 h．观察试验后包装瓶的外观有无爆裂、破损或变形．每种配方的包装瓶的测试个数为20个，若有70%以上并无爆裂、破损或变形，外观不变，则认为该配方包装瓶通过该项测试．

1.2.3 堆压试验

往标称净含量为600 g的包装瓶中注入600 g的酸性卫生间清洗剂，装箱并于室温下堆压．堆压高度为5层，时间为3个月．堆压试验结束后，拆开最低一层包装箱，观察包装瓶外观，有无变形、歪头或爆裂现象．如有歪头或爆裂现象，则该配方包装瓶不通过测试，但可以允许包装瓶有极轻微的变形，但变形比例不超过20%．

1.2.4 示差扫描量热分析

准确称量干净干燥的试样（10±0.2）mg，先将其置于铝制坩锅，然后置于样品池，在氮气氛围下进行升温，设定升温速率为5℃/min，测试温度为28～200℃．待测试完成后，数据导出并保存．

2 结果与讨论

2.1 原料选择

根据合成的单体和合成工艺的不同，可以生产出众多的适应不同环境使用的塑料制品．广泛用于中空包装材料（瓶）的主要原料有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），其中聚乙烯分为高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、线型低密度聚乙烯（LLDPE）等，以上材料的理化性能指标列于表1［1］．

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

在实际生产中，由于低密度聚乙烯（LDPE）和线型低密度聚乙烯（LLDPE）的质材较软，单独使用不能吹塑成型，只能作为薄膜使用，但适量加入其他材料可共混吹塑成型．聚丙烯（PP）因为质材较硬，吹塑成型需要较高的加工条件．聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）为对苯二甲酸和乙二醇的缩聚物，在酸或碱的环境下有水解的趋势，在光照的条件下该趋势还会更明显．实验室小试的卫生间清洗剂样品用PET瓶贮存一段时间后，大部分瓶身出现发白破裂现象．因此，PET包装瓶不能用于盛强酸性的卫生间清洗剂．

2.2 性能测试

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略胜一筹，但因为LDPE质地偏软，加入量过多会给吹塑成型过程造成困难，瓶的手感也会较软，受压受热容易变形．跌落试验是模拟物流过程中的极端状态，高温试验是模拟贮存过程中的极端状态，堆压试验反映了常规的贮存情况，这三个测试都对实际应用有指导性作用，而且都需要通过才能进入大生产的应用．调整LDPE的比例和包装瓶的质量，进行跌落试验、高温试验和堆压试验，测试结果分别列于表2和表3．

表2 HDPE/LDPE共混测试结果（瓶重61 g）Table 2 Testing result of HDPE and LDPE mixtures（bottle weight 61g）

表3 HDPE/LDPE共混测试结果（瓶重66g）Table 3 Testing result of HDPE and LDPE mixtures（bottle weight 66g）

由表2和表3可知：无论瓶重为61 g或66 g，加入少量的LDPE可明显改善堆压后的包装瓶的外形，表明瓶重对跌落试验、高温试验以及堆压试验的结果影响不大；随着LDPE用量的增加，瓶身高温试验通过率下降，其原因可能为LDPE的耐高温性能比HDPE差，且在酸和表面活性剂的共同作用下高温性能进一步下降．但在成型加工过程中发现，按照常规HDPE瓶的生产工艺条件，瓶肩和瓶口稍有批峰．批峰的产生可能是工艺方面的问题，也有可能是模具方面的问题．温度过高，塑料的粘度低、流动性过大，熔体突入模具配合间隙的能力愈强，就会导致批锋的产生，可通过降低吹塑压力、降低料体温度、降低料体的流动速度，从而使塑料流动性降低，减少批锋的产生．另一方面，由于模具缺陷或机台锁模力不足，产生张开力大于锁模力时，模具胀开，使塑料溢出，造成批峰，通过改进模具也可以在很大程度上解决批锋的问题．

2.2.2 高密度聚乙烯（HDPE）共混聚丙烯（PP）

观察厂家提供的聚丙烯塑料瓶发现，聚丙烯塑料瓶质地硬，长期存放酸性卫生间清洗剂并不发生变形，但单螺杆挤出机难以进行纯聚丙烯塑料瓶的生产，而且聚丙烯成本较高．为了适应生产条件和控制成本，以及测试聚丙烯的性能，在高密度聚乙烯里共混10%的聚丙烯，测试结果列于表4．

表4 HDPE/PP共混测试结果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显改善堆压后的包装瓶的外形，而且在成型加工过程中不会产生批峰，连接口较平滑；但该配方包装瓶的高温试验通过率低，可能由于加入了聚丙烯，使塑料瓶硬度增加，在高温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

高密度聚乙烯分别与低密度聚乙烯或聚丙烯共混均能够明显改善堆压后的包装瓶的外观，但低密度聚乙烯和聚丙烯各有优缺点．为了糅合三者的性能，希望塑料瓶既有一定的硬度，又有一定的柔韧性，将高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和聚丙烯进行三元共混，结果列于表5．

在成型加工过程中，塑料瓶并没出现批峰，接口也较平滑．但从表5可以发现，在包装瓶堆压后的外形方面，试验结果与预期猜测的差距很大，其原因可能为三种原料均为非极性分子材料，分子间作用力较小，而且试验中的混料采取人工混料的方式，导致三种原料并没有混合均匀，造成微观的相分离．原料混合的种类超过两种时，若将所有原料在低温下高速研磨，混合均匀，或者采取预混造粒，得到粒度比较小的颗粒，然后再进行进一步的高速搅拌混合，吹塑成型，各种原料就可能较容易达到分子间的均匀混合．

表5 HDPE/LDPE/PP三元共混测试结果Table 5 Testing result of HDPE，LDPE and PP mixture

2.2.4 填充料的影响

对于热塑性塑料加入填充料的目的主要是降低成本，常用的填料主要为天然矿物及工业废渣等，此外还有木粉和果壳粉等有机填料及废热固性塑料粉等．多数无机填料，特别是粒径大的填料加入会明显降低产品的力学性能．在当前塑料价格节节上涨的情况下，包装成本也大幅上扬，加入填充料无疑是一个降低包装成本的简单方法．由于酸性卫生间清洗剂的配方的特殊性，对塑料瓶的力学性能具有较高的要求，如果加入填充料不当，会令产品外观发生严重变形．在几个塑料瓶的配方基础上，加入20%的碳酸钙填充料，考察填充料对塑料瓶性能的影响，其结果列于表6．

表6 填充料对包装瓶性能的影响Table 6 Influence of filling on bottles

由表6可知，包装瓶混入填充料后，会严重影响堆压后的产品外观，包装瓶出现明显的变形．这是因为在填充料使用不当时，填充料就会成为材料中的应力集中点，导致材料性能的下降．因此，当进行新配方酸性卫生间清洗剂的生产时，要对其包装瓶使用的填充料进行充分的试验，以保证产品质量．

2.2.5 示差扫描量热分析

为了进一步比较通过前期堆压试验、跌落试验及 堆 压 试 验 的HDPE/LDPE（90∶10）塑 料 瓶 及HDPE塑料瓶的热力学数据，分别对HDPE塑料瓶（LNHDPE）和HDPE/LDPE塑料瓶（LNMPE）及市售存放1年不变形的塑料瓶（MKPE）产品进行示差扫描量热法（DSC）分析，结果如图1所示．

图1 塑料瓶的DSC曲线图Fig.1 DSC figure of bottles

从图1可见，市售不变形塑料瓶（MKPE）产品的 热 分 析 曲 线 与HDPE/LDPE（90∶10）塑 料 瓶（LNMPE）的曲线基本重合，尤其在熔点范围内峰形基本相同，虽然HDPE塑料瓶（LNHDPE）的熔点与上述两者相同，但峰形明显比MKPE和LNMPE的窄．由此可以估计，市售不变形产品的塑料瓶（MKPE）为HDPE/LDPE塑料瓶（LNMPE）．

3 结 论

酸性卫生间清洗剂对塑料包装瓶有严格的选择性，除了要进行常规的跌落试验外，还需要进行高温试验以及堆压试验．

PET瓶易爆裂，纯HDPE瓶能通过跌落试验和高温试验，但堆压试验容易变形．HDPE和PP共混瓶均可通过跌落试验和堆压试验，但高温试验不通过．HDPE和LDPE及PP共混瓶跌落试验均合格，但高温试验和堆压试验均不通过．瓶子添加填充料后，堆压试验中均出现不同程度的变形．HDPE和LDPE按一定比例共混所制得的瓶可以通过跌落试验、高温试验及堆压试验的测试．