大咖专栏 | 一文读懂——元气森林新品包装选择的PET瓶，究竟有什么魔力？
日前，报道称半年卖了8个亿的元气森林，近日又有了新动作。继无糖茶、苏打气泡水、奶茶、功能饮料等品类后，再度布局新领域，推出了“黑沢”和“浅介”两款咖啡新品。这两款咖啡新品的包装都延续了元气森林以往的日系风格，简约又清新，前者采用了高端的铝制BC罐，后者则采用了便携的PET瓶装。瓶装饮料包装选择如此之多，为何元气森林最终选择了PET？
目前市场上高阻隔包装材料众多，如牛奶和果汁包装常用的纸塑铝复合包装、油炸食品常用的镀铝膜包装、啤酒等含汽饮料的氧化硅PET瓶包装等等。 对于消费者而言，一个好的包装必须首先发挥其基本功能：即保护及保存其内含产品的口味、颜色、样式和其他特征完好无损。其次，随着人们环保意识的日益增强，包装材料能否回收和再利用也成为消费者选择的重要依据之一。他们也希望通过自己日常回收行为来支持环境保护。而PET的诸多特性也让消费者放心。
例如一个应用实例就是通过共混改善材料的阻隔性能。PEN的阻隔性很好，其对水的阻隔性是PET的3-4倍，对氧气和二氧化碳的阻隔性是PET的4-5倍，因此可用PEN改良PET，提高PET的阻隔性和热性能。除此之外，在PET包装材料上涂覆一层高阻隔性树脂（如聚偏氯乙烯）乳胶，也可有效改善PET材料的阻隔性能。
高阻隔性包装材料市场简介
高阻隔性包装材料主要是指能够对氧气、水气等小分子气体和细菌等微生物具有较好隔离作用的包装材料。高分子塑料膜材料如PET（聚酯）、 PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）等均具有众多优点，是“天然的＂包装材料，但塑料材料自身的结构特性决定了其对各种气体和小分子化学物质的阻隔能力很差。例如，25微米厚度的普通BOPET膜（双向拉伸聚脂膜）对水汽或者氧气的阻隔能力一般为50-100克/平方米·天。在自然状态下，物质浓度的差异将导致该物质从高浓度区域向低浓度区域扩散，扩散的最终的目是使各区域的物质浓度达到相同。例如，水气和氧气会使炸薯片等油炸食品受潮并变质，因此炸薯片包装袋的主要功能是阻隔大气中的水气和氧气透过包装袋向袋内扩散，进入包装袋内的水气和氧气越少，该类产品的货架时间越长。高阻隔包装材料可以极大地延缓这一过程，在更长的时间内保持食品的初始特性。
改进传统PET包装的阻隔性能的最简单的解决方案是将PET与一种市售的阻隔材料混合。混合产物的耐透气性（被动阻隔）得到改善，甚至可以主动捕获聚合物基质中的氧分子（活性氧清除剂）。这种方法除了聚合物计量和混合助剂之外，不需要任何设备更换，这在某些情况下或许是一种适当的解决方案。但最简单的解决方案往往也会有严重的局限性，甚至会带来害处。阻隔性改善因子与添加到混合物中的阻隔材料的量成正比。随着添加剂水平的增加，PET瓶的清晰度和透明度通常会下降，这就限制了在保持需要的包装外观的情况下所能达到的改善程度。更为重要的是，与多层包装相比，混合方案会增加阻隔材料的成本，并且对可回收性有着潜在的影响。
尽管光阻隔应用不涉及气体扩散机制，但仍能从多层技术中获得类似的材料成本和包装性能优势。在室温下，为更长时间保存乳制品（如超高温处理牛奶）的保存能力受制于多种因素，包括核黄素（维生素B2）的分解以及光照引起的蛋白质和脂肪的氧化，导致营养价值和口味的损失。单层瓶胚的TiO2母料（氧化钛通常用于产生强烈不透明的白色）含量很难显著高于12％，并且在某些点上不可能拉伸吹瓶，从而限制了其所能达到的光阻隔能力。相比之下，由于多层瓶胚在白色PET中包含一个隐藏的黑色PET层，其透光性大大降低，能最高阻挡99.99％650nm波长的光，同时又减少了对昂贵的不透明白色添加剂的需要量。
由于能够通过瓶胚拱顶提供不间断的阻隔层覆盖，提高了整个包装的阻隔性能，这对于对氧气和光敏感的产品尤为重要。特别地，某些食品类型（例如意粉酱汁）在包装内不容易被混合，导致在未被阻隔层覆盖的包装部分可能发生局部氧化，从而造成变质。赫斯基的热流道设计和控制系统允许以圆顶端部封闭或开放（瓶底有无阻隔层均可）的方式来注塑多层瓶胚，在前一种情况下，可提供出色的端部处理（后缘）控制或阻隔层。
提高光阻隔性，减少添加剂用量
由两层PET构成的牛奶瓶：白色的外表层吸引眼球，灰色的内壁层阻挡光线以保护牛奶。通常，为了生产出纯白色的奶瓶，需要将白色颜料钛白粉添加到用于生产瓶坯的聚合物中。
这种添加剂还提供了一种增强的阻隔效果，可以阻挡有害的紫外光。但是，对于单层瓶坯而言，这种钛白粉的添加比重必须至少是瓶坯整体重量的15%。而对于PRELACTIA®瓶坯而言，由于该添加剂只是被混合到外层材料中，因而可以将添加比重减少到瓶坯重量的5%。
这意味着在年产1.05亿个瓶坯、每个瓶坯重17g的情况下，高级别钛白粉的用量可以减少大约180t。按€7~8/kg的市场价格计算，每年节省的开支是巨大的。同时，与单层PET瓶坯相比，客户还能从显著提高的光阻隔效应中受益。
由于能够可靠地阻挡几乎100%的可见光，因此 PRELACTIA®瓶坯特别适用于保质期长达6个月的乳制品和乳饮料包装。含气PET饮料瓶是由PET瓶身和PP瓶盖两部分构成，故应分别考虑气体渗透情况。VAC-V2压差法气体渗透仪测试了厚度为20μm左右的两种材质塑料薄膜的N2和CO2的气体透过率，试验温度设定为25℃、35℃和40℃。测试数据如表1。
表1. 多种气体阻隔性实测数据表
试样/测试气体 | 气体透过量 cm3/m2·24h·0.1MPa | |||
25℃ | 35℃ | 40℃ | ||
PP 21um | N2 | 159.60 | 198.36 | 229.09 |
CO2 | 3984.66 | 4287.98 | 4369.64 | |
PET 20um | N2 | 8.24 | 11.44 | 14.17 |
CO2 | 289.36 | 360.00 | 401.89 |
从材料来看，同面积同厚度的PET薄膜的N2和CO2的透过量明显低于PP薄膜，以此数据为参考，当原料制成具有一定厚度的瓶体和瓶盖，二者对气体的阻隔性也会随厚度增加而提升。但放到饮料瓶整体包装系统中来看，由于PP瓶盖的表面积占比很小，因此饮料瓶整体的阻隔性还是主要取决于瓶体PET的阻隔性。对PET瓶装碳酸饮料货架期影响因素的研究结果也证明，瓶身的CO2丧失量高于瓶口处。
从渗透气体来看，两种材质对N2的透过量远低于CO2的透过量，其原因是因为气体分子的大小和形状会影响气体在材料内的扩散性。分子的大小可以通过气体分子的动力学直径来表示，如表2。普遍情况下，分子的动力学直径越小，在聚合物中扩散越容易。
此外，分子的极性和凝聚难易主要影响气体在材料表面的溶解性，由于不同的高分子材料其极性也不完全一致，因此溶解度系数的变化成为影响多种气体在不同材料间渗透的主要原因。如果材料中没有可与透过气体发生作用的官能团时，临界温度是控制溶解度的主要因素，临界温度较高者往往在聚合物中具有较大的溶解度。CO2的临界温度是31℃，远高于其它常见无机气体，所以它在材料表面的溶解度更大，故综合而言，CO2透过量明显高于N2透过量。
表2. N2和CO2气体的分子量及动力学直径表
气体种类 | N2 | CO2 |
分子量 | 28 | 44 |
动力学直径/nm | 0.364 | 0.33 |
另外，温度对材料透气性的影响还与气体渗透特性有关。常温常压下，气体温度越高，气体分子的热运动越剧烈，能量越大。当气体作为渗透质在高分子材料内部扩散时，温度升高，气体分子能量增大，使得它的能量更易达到在分子链间扩散所需要的能量值，这样气体分子对高分子材料的扩散系数变大，材料的阻隔性下降，透气量增大。
瓶体厚度
厚度是塑料材料具有特定保护功能的先决条件之一。一般材料的厚度越大，对气体的阻隔性越优良，当厚度达到一定程度后，材料的阻隔性能逐渐趋于稳定，不再随材料厚度的增长而增大。对于饮料生产企业来说，在成本允许的前提下建议选择壁厚较大的PET瓶，有利于瓶内气体的保持。实际包装运输中，瓶体厚度的均匀更加重要。这是由于饮料瓶在运输搬运过程中难免发生挤压碰撞，外力容易造成瓶壁或瓶盖处磨损，使之局部厚度变薄，成为气体渗透的“重灾区”。
再生塑料PET饮料瓶
吹瓶调温站
PET来源有两种途径：从石油提炼，回收PET。而回收PET、制成RPET是能缓解石油资源短缺，快速降低碳排放的绿色发展途径。
具体数据也可以直观表明这一点：
一吨RPET纱线
=67000个塑料瓶
=减少二氧化碳4.2吨
=省石油0.0364吨
=省水6.2吨
这意味着，生产RPET比常规制程生产PET节省近80％的能源。
可生物降解的软饮料瓶级聚乙醇酸（PGA）是一个很好的起点。食品和饮料业务的竞争环境促使包装生产商开发创新材料，使制造商能够保持产品的质量，原始气味，原始颜色和味道，并延长其在市场上的保质期。
PGA是一种可生物降解的热塑性聚合物，是最简单的线性脂肪族聚酯。PGA具有对二氧化碳和氧气的高阻气性，可控水解和优异的机械强度，非常适用于高性能包装以及其他应用。
然而，PGA的工业规模生产已被证明是难以预料的。乙醇酸易于通过酯化聚合，但水副产物则倾向于水解酯键，将聚合物切碎成短链。试图用热量驱除水只能加速不必要的反应。因此，PGA的生产限于用于制造外科缝合线的相对小规模的范围。
聚乙醇酸（红色）对二氧化碳和氧气具有高阻气性
现在已经为PGA研发了一种大批量，经济高效的制造工艺。一种制备乙交酯的方法：二聚体。在右侧溶剂中的正确二聚体浓度下，打开二聚体环以聚合成高分子量聚合物。PGA提供：
1、气体阻隔性比PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）大100倍。它也是多层PET瓶中比MXD6无定形尼龙高2-3倍（高达10倍）的阻隔层。这使得可以将这些瓶子中使用的PET量减少约20％并保持阻隔以防止二氧化碳损失。
2、接近PET的熔点简化了瓶坯的共注射。
3、与EVOH（乙烯 - 乙烯醇）不同，PGA在高湿度下的阻隔性能不会显着下降。
4、PET / PGA / PET结构中不需要连接层。
5、水解特性/聚酯化学使其与工业PET回收工艺兼容。
具体来说，和玻璃瓶相比，由于玻璃易碎且不耐低温，极易导致产品在运输途中产生破损，或者运输到低温地区发生冻裂；化妆品行业里面，而亚克力瓶需要制作内胆，耗费的成本较高，而厚壁瓶的材料是塑料，成本相较偏低，同时耐受力好，更方便运输。且PET/PETG材料也可降解，属于国际公认的环保材料。正因为这些优秀的属性使其倍受市场欢迎。
（冠道=品牌战略公司+品牌设计公司+广告创意公司）
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