TPVA-OBP阻隔应用材料:让国产高阻隔包装材料“大有可为”

  当前,塑料容器与金属、玻璃等传统的包装容器正被更加轻量化的塑料包装取代,乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)、聚偏二氯乙烯(PVDC)及尼龙等高阻隔塑料包装正成为一个新的应用热潮。它们以较好的阻氧性、阻水性与高阻渗性等成为产品保护与包装创新的重要材料,可以起到良好的保质、保鲜、延长保质期作用,在食品、药品、工业等产品包装领域具有广泛应用。

  然而,我国高阻隔膜行业起步较晚,目前国内阻隔材料的用量仅占包装材料总用量的5%,且长期以来国内市场一直由国际化工企业主导。近日,由中石化(上海)石油化工研究院有限公司(以下简称上海院)开发、中国石化长城能源化工(宁夏)有限公司(以下简称宁夏能化)生产的TPVA-OBP阻隔应用材料入选中国石油和化学工业联合会2023年度化工新材料创新产品榜单,推动了国内高阻隔塑料包装材料行业发展,降低了部分企业对高阻隔塑料包装材料的进口依赖。

  从需求端入手——明确技术攻关方向

  俄乌冲突以来,全球商品价格全面上涨,间接导致高阻隔包装材料行业经营成本上涨,国外高阻隔包装材料价格增高,为国内高阻隔材料行业发展提供了有利时机。在“嗅”到强劲市场需求后,上海院成立技术攻关团队,通过技术攻关和小试研究,对产品关键指标进行了重点攻关,成功研发出TPVA-OBP阻隔应用材料技术路线和生产工艺。

  与此同时,在距离上海院2000公里之外的宁夏能化,工作人员正在紧锣密鼓地为TPVA-OBP中试生产线做准备。宁夏能化建有年产10万吨聚乙烯醇(PVA)装置,可为TPVA-OBP生产提供原料。但常规PVA不适用TPVA产品,因此需开发TPVA-OBP专用原材料。为此,宁夏能化成立技术攻关小组,组织TPVA专用料试生产,经过百余次工艺参数调整后,成功开发出研发所需的专用原料,且质量指标均达到预期值。

  2019年,宁夏能化建成了国内首套2000吨/年TPVA-OBP阻隔性树脂中试生产线。

  连续热塑化工艺——满足加工成型需求

  与现有高氧气阻隔产品相比,TPVA-OBP树脂产品价格优势明显,可直接热塑加工,满足吹膜、流延膜、多层共挤、吸塑等加工成型方面的应用要求,解决了现有PVA薄膜溶液流延方法生产效率低、能耗高、不能生产多层膜的问题,切实降低了阻隔包装材料成本。“我们采用的是具有独立知识产权的连续热塑化工艺。该工艺克服了PVA的热塑化及薄膜加工成型等难题,为国际首创。”上海院研发团队骨干白瑜博士介绍道。

  项目建设初期,双方多次召开阶段性工作对接会,对项目进展情况进行梳理对接,统筹安排项目后续工作。为快速推进研发及中试装置的投产,宁夏能化多次组织召开生产协调会,从生产技术数据确定、技术保密多方面进行协调和安排。上海院也派出专家赴宁夏能化开展工艺技术培训,着重从产品性能、工艺流程等方面对相关人员进行详细讲授。每次开车,上海院技术人员都赶赴现场指导。

  随着TPVA-OBP项目热塑性阻隔材料工业试验取得突破性进展,双方在上海开展了产品的第三方检验测试,以推进TPVA-OBP食品接触材料认证工作。

  在双方共同努力下,该新产品开发经过实验室小试、中试放大及工艺调整优化几个主要阶段后,首批产品于2019年3月正式下线,并按计划分批次供给下游客户进行热塑阻隔多层复合试用。

  良好阻氧和加工性能——市场应用前景佳

  2020年,经过项目立项、技术开发、产品生产、产品试用等各阶段后,历时3年时间开发的TPVA-OBP产品正式走向市场。

  早期包装所用的单层塑料薄膜氧气透过率较高、水蒸气阻隔性低,还不耐磨损和穿刺。而由TPVA-OBP树脂制备的薄膜制品不但具备高阻隔包装材料所具有的氧气阻隔性能高、薄膜强度和韧性高、抗撕裂性能好等优势,而且材料成本低,市场应用前景可观。“TPVA-OBP阻隔应用材料不仅具有力学性能好的优势,氧气透过率也处于行业领先水平。”白瑜介绍道。

  为了更好拓展TPVA-OBP的应用领域,研究团队设计了不同工艺试验条件和优化方案,通过对关键工艺参数对比试验和原料均一性改进,不断提升生产稳定性和产品品质。经市场试用证明,TPVA-OBP阻隔应用材料具有良好的阻氧性能和加工性能。

  下一步,TPVA-OBP阻隔应用材料将应用于食品包装膜、化妆品包装盒和软管、化学品容器等氧气阻隔应用领域,让国产高阻隔包装材料在市场上“大有可为”。

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