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气相防锈塑料薄膜的发展与可持续发展探讨

作者:李艳玲 魏士礼浏览次数: 日期:2017-06-30

李艳玲    魏士礼
(苏州启阳防锈科技有限公司)

前言作为气相防锈包装材料的主要产品之一,气相防锈塑料薄膜是近年才发展起来的,是将气相缓蚀剂以一定方式添加到塑料薄膜中而形成的一种防腐蚀包装材料,它是一种特殊的功能性薄膜。气相防锈塑料薄膜的产生及发展历史较气相防锈纸晚,但因其可以简化包装环节,还具有透明性、热塑性和气密性等优点,我国气相防锈塑料薄膜得到了飞速发展,满足了金属防护包装工业的需要,市场占有率逐年上升。这也给社会带来了日益增多的包装废弃物,随着全球范围内倡导节约资源、降低消耗、发展低碳经济的趋势,我国也提出了绿色包装的发展战略,即大力发展能够重复利用、回收再生或降解,且在产品整个生命周期中对人体及环境不造成公害的适当包装。气相防锈塑料薄膜作为功能性金属防锈包装材料的代表,应充分考虑资源利用、能源消耗、人身安全、回收再利用和废弃物处理等问题,本文介绍了当前我国气相防锈塑料薄膜的现状,从产品规划、原料、生产过程、包装使用、废弃物的处理及利用等方面探讨气相防锈塑料薄膜可持续发展的途径。

 

关键词:气相防锈塑料薄膜  防锈  绿色包装  可持续发展

 

1.金属气相防锈原理

1.1金属的腐蚀

金属材料由于与其所处环境介质发生化学或电化学作用而引起变质和破坏,这种现象称为腐蚀。根据金属腐蚀的反应机理,腐蚀可以分为电化学腐蚀和化学腐蚀。电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质因发生电化学作用而产生的破坏;化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。其中, 电化学腐蚀是最常见、最普遍的腐蚀,因为只要组成环境的介质中有凝聚态的水存在,金属的腐蚀就会以电化学腐蚀的形式进行。

1.2气相防锈塑料薄膜的防锈原理

气相防锈塑料薄膜的防锈防锈作用其实是气相防锈剂以塑料薄膜为载体发挥防锈作用的。气相防锈剂即气相缓蚀剂(简称VCIVPI)能够在常温常压下直接汽化(或升华),在常温常压和相对封闭的条件下,气相防锈剂利用其本身的材料特性和高分子树脂分子结构的差异起到升华作用,即气相防锈剂在塑料薄膜包装内部作稳定而均匀的迁移,随之汽化,其汽化扩散的气体逐渐达到饱和状态。气相防锈剂会弥漫浸附着在塑料薄膜包装内的金属制品表面和构件内部,形成致密而透明的气态保护层,以阻止金属被腐蚀。而且因为防锈剂分子是以气体状态存在的,具有无孔不入的功能,不管金属制品内外部的形状多么复杂,其防锈气体仍可有效地附着于金属构件的内外表面部位,阻止金属制品的氧化,从而获得理想的防锈效果。

2.气相防锈塑料薄膜的发展现状

气相防锈塑料薄膜是将缓蚀剂以一定方式加到塑料薄膜中而形成的一种防锈包装材料。早期主要以涂敷型防锈膜为主要代表,随着加工工艺的革新,目前成熟的气相防锈塑料薄膜产品是经挤出吹塑加工而成,即VCI以微粉形式加入到与之相容性良好的高分子树脂中,经挤出造粒制成VCI塑料母粒,藉此母粒添加到聚烯烃树脂中,再经挤出吹塑制成薄膜。现在市场上常用的是将防锈母粒和聚乙烯(PE)树脂等通

VCI塑料母粒

 

过一定的工艺吹塑成不同规格的塑料薄膜。例如苏州启阳防锈科技有限公司就是采用其自主研发的气相防锈母粒与LDPF树脂混合采用国际先进三层共挤吹膜生产线吹塑制成。

气相防锈塑料薄膜挤出吹塑加工

 

上世纪九十年代末,我国拥有了气相防锈塑料薄膜制造的自主知识产权,打破了国际上的技术垄断,实现了气相防锈塑料薄膜的国产化,使该材料得到迅速普及应用。随着应用领域的不断扩展,对气相防锈塑料薄膜的性能要求也呈多功能化。

按功能和结构可分为如下主要型式:

普通多金属用气相防锈塑料薄膜:气相缓蚀剂微粉均匀分散在塑料薄膜中形成的产品,结构简单,用量最大;

抗静电型:在普通型防锈薄膜中加入抗静电剂而形成的具有抗静电功能的塑料薄膜,主要用于有抗静电要求的电子、电器产品和设备防锈包装;

拉伸型:具有超高伸长率,耐穿刺,具有自粘性,可用于金属部件的贴体紧密缠绕包装;

收缩型:遇热可收缩的防锈薄膜,主要用于金属件的紧固包装;

增强型:通过复合高强材料而制成的具有高强度(如拉伸强度、戳穿强度、撕裂强度等)的复合材料,广泛应用于重型金属制品防锈包装;

高阻隔型:通过多层共挤或复合而制成的具有高阻隔性能的薄膜,如铝塑复合型防锈膜等,该类材料具有低透湿度、低透气性等特点,尤其适用于高精密、高附加值产品的长期封存防锈。

气相防锈塑料薄膜具有很多纸类产品所不具备的特点,如透明、美观、防水、耐油、密闭性好、可回收再利用,环保等,广泛应用于机电、汽配和武器装备等领域。

3.气相防锈塑料薄膜的可持续发展

3.1产品规划,坚持可持续发展

安全、环保、可持续发展型产品已经体现在生产、生活等各个领域。实施绿色包装,对产品进行绿色设计是世界各国努力的方向和关注的重点。作为先进防锈包装技术的代表,气相防锈塑料薄膜的绿色设计应着重从选用安全、高效、多功能的气相缓蚀剂,选择可回收再利用或可降解的载体材料,采用创新的制造工艺,对废弃物进行有效的回收再利用,实现绿色气相防锈塑料薄膜包装的设计目标。

3.2选用安全、高效的原料,打造绿色源头

3.2.1气相缓蚀剂的选用,坚持多元化、高效能、绿色环保

气相缓蚀剂的种类有很多种,下面每一类列举一种物质来说明:

 

类别

缓蚀剂

作用金属

危害性

单独使用

有机胺及其盐类

六次甲基四胺(乌洛托品)

黑色金属、铝合金

无明显毒性

可以

有机酸及其盐类

3,5-二硝基苯甲酸六次甲基亚胺

万能气相缓蚀剂

无明显毒性

可以

亚硝酸盐类

亚硝酸钠

黑色金属

有毒

可以

碳酸盐类

碳酸环己胺

钢、铸铁

无毒

可以

杂环化合物

苯并三氮唑

铜、银

无毒

可以

铬酸盐类

铬酸环己胺

钢、铜、铝、锌

有毒

可以

 

一种气相缓蚀剂单独使用效果不是很好,且效用单一,将不同的气相缓蚀剂复合使用效果会更好,例如将乌洛托品与苯甲酸钠、亚硝酸钠复配使用,能够综合这三者的优势作用,对金属适用范围广,缓蚀效果更理想,作用时间更长。根据国家环保要求包装材料中以下物质为限制性物质:Cd镉、Pb铅、Hg汞、Cr六价铬、多溴联苯、多溴联苯醚、邻苯二甲酸酯、多环芳香烃、卤素、全氟辛酸盐类和脂类、聚氯乙烯等物质。

基于环境保护和可持续发展战略的需要,工业缓蚀剂不仅要求缓蚀性能好,还要求安全环保,对环境和人类不产生危害和不良的影响,提出环境友好型缓蚀剂的研发与开发。肉桂醛、苯甲酸盐、脂肪酸、脂肪胺、羧酸盐、葡萄糖酸及其盐类、氨基酸衍生物类、硅酸盐、磷酸盐等等都为环境友好型气相缓蚀剂。

3.2.2塑料原料树脂,坚持选用功能性、环保型材料

常用的塑料原料及功能见下表:

 

 

学名

简称

中文学名

俗称

用途

Polyethylene

PE

聚乙烯

 

食品包装袋、餐具

Polypropylene

PP

聚丙烯

百折胶,塑料

微波炉餐盒

High Density Polyethylene

HDPE

高密度聚乙烯

硬性软胶

清洁用品、沐浴产品

Low Density Polyethylene

LDPE

低密度聚乙烯

 

保鲜膜、塑料膜等

Linear Low Density Polyethylene

LLDPE

线性低密度聚乙烯

 

 

Polyvinyl Chloride

PVC

聚氯乙烯

搪胶

很少用于食品包装

Polyethylene Terephthalate

PET

聚对苯二甲酸乙二醇酯

聚酯

矿泉水瓶、碳酸饮料瓶

Polybutylene Terephthalate

PBT

聚对苯二甲酸丁酯

 

 

Polyamide(Nylon 6.66)

PA

聚酰胺

尼龙

 

Polycarbonates

PC

聚碳酸树酯

防弹胶

水壶、水杯、奶瓶

Polyacetal

POM

聚甲醛树酯

赛钢、夺钢

 

Polyphenyleneoxide

PPO

聚苯醚

Noryl

 

Polyphenylenesulfide

PPS

聚亚苯基硫醚

聚苯硫醚

 

Polyurethanes

PU

聚氨基甲酸乙酯

聚氨酯

 

Polystyrene

PS

聚苯乙烯

 

碗装泡面盒、快餐盒

 

3.3包装废弃物处理,坚持循环利用,可持续发展

开发可降解塑料载体。使用可降解树脂材料作为气相缓蚀剂的载体,生产可降解气相防锈塑料薄膜,从源头杜绝包装垃圾污染。

包装废弃物的回收利用是目前世界绿色包装和循环经济最重要的一个方面,防锈包装的回收利用具有良好的经济效益和生态效益。鉴于气相防锈塑料薄膜的种类较多,回收处理上应分类收集和处理,方便再利用。应加大在废弃气相防锈塑料薄膜的回收再利用方面的技术和资金方面的投入。

4.气相防锈塑料薄膜的可持续发展展望

气相防锈塑料薄膜作为一种新兴的产品和技术,在金属防腐领域发挥越来越重要的作用,在环境保护和可持续发展的要求下,气相防锈塑料薄膜会有以下发展趋势:气相防锈薄膜用缓蚀剂向通用、高效、无毒环保方向发展。适用于多金属防锈保护的通用型不含亚硝酸盐等有害物质的气相防锈薄膜制品;向着产品结构多样化、形式多元化、基材树脂多样化方向发展,例如气相防锈生物降解膜、聚醋酸乙烯防锈膜等。

 

 

参考文献:

[1]张大全.气相缓蚀剂及其应用[M].北京:化学工业出版社.20075

[2]蒋伟,龚敏,赵金平.天然植物绿色缓蚀剂的研究进展[J].腐蚀科学与防护技术,200719(4)278281.

[3]孙凯.气相防锈塑料薄膜的发展趋势及改进方向[期刊论文].塑料包装.2014(3).

[4]刘宏,唐艳秋,沈萍,白芳,周显良,赵柏东.气相防锈包装材料的绿色设计[期刊论文].2010.07.002.

[5]吴荫顺,郑家燊.电化学保护和缓蚀剂应用技术[M].北京:化学工业出版社.2005.6.

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