刘春阳 1，每评 2
(1. 中国石化化工销售有限公司华北分公司，北京 100120 ; 2.《解放军健康》杂志社，济南 250014)
摘要:介绍了热成型基本原理及特点、国内热成型包装市场现状、热成型食品包装用聚丙烯特点及发展，重点介 绍了国内聚丙烯 (PP) 在热成型包装方面，尤其食品包装上的应用，从应用方面对 PP 原料性能提出要求。综述了国 内热成型原料的研发情况，重点介绍了中石化天津石化公司推出的系列高性能热成型专用料，满足下游需求，为热成 型客户生产加工提供多种可选方案。
关键词:热成型;包装;食品包装;聚丙烯;原料
热成型是近些年发展起来的一种塑料加工方式，随着 人们生活水平的提高、生活方式的改变，越来越多的热成型 制品出现在人们生活的方方面面。聚丙烯 (PP) 树脂具有密 度低、无毒、易加工、抗翘曲及绝缘性好等特点，适用于注射 成型、挤吹成型、热成型等加工方式，在包装、汽车、家电等领 域得到广泛应用。
近几年，PP 增长速度较快，仅次于聚乙烯 (PE) 已成为 合成树脂用量第二大的通用塑料。截止到 2017 年 6 月底， 我国 PP 总生产能力达到 2 309.0 万 t，据国家统计局统计， 2016 年 我 国 PP 产 量 为 1 849.67 万 t，同 比 2015 年 增 长 约 9.7%，当年，PP 进口量达 290.21 万 t，同比减少 4.6% ;出口 量为 23.97 万 t，较 2014 年大幅提升 [1]。2017 年，我国 PP 总产能达到 2 350 万 t/a，产量为 1 980 万 t，国内 PP 消费量 29 420 万 t，出口数量达到 34 万 t，净进口量达到 483 万 t[2]。 与注射成型相比，热成型制品可以制得更薄，具有成本优势。 近年来，随着热成型技术的发展，热成型工艺在家用电冰箱 内衬、汽车部件、建筑产品和小艇的外壳、化工容器等大型制 品上的应用也日益增多 [3]。
笔者介绍热成型基本原理及特点、国内热成型包装市 场概况、热成型食品包装用 PP 概况以及 PP 在热成型包装 尤其食品包装方面的应用情况。
1 热成型基本原理及特点
热成型是将热塑性塑料片材加工成各种制品的一种较 特殊的塑料加工方法。即通过加热热塑性片材使其软化后 采用压力 ( 真空或正压 ) 使热塑性塑料片材作用于模表面， 以取得与型面相仿的形状，冷却定型后，经过修整得到所需形状的制品。热成型快速而均匀，成型周期短且模具费用低 廉，适于自动化和长时间生产，被认为是塑料成型方法中单 位成本效率最高的加工方法 [4]。热成型法自出现以来发展 迅速，尤其是随着热成型工艺和设备的不断改进及计算机模 拟手段的介入，热成型已成为与注射和吹塑等成型相竞争的 主要加工方法[5]。近年来，热成型加工设备已取得新的进展， 治明 [5] 曾介绍过德国 K2013 展会上展出的热成型设备与工 艺，速度、多功能化、控制技术和降低成本成为包装和工业领 域热成型新型设备的关键主题。
图 1 热成型工艺流程图
热成型类型主要有:真空成型、压力成型、柱塞辅助成型及它们的组合 [6]。在市场上，热成型产品越来越多，例如 杯、碟、食品盘、玩具、帽盔，以及汽车部件、建筑装饰件、化工 设备等。与注射成型比较，热成型具有生产效率高、设备投 资少和能制造表面积较大的产品等优点 [7]。用于热成型的 塑料主要有聚苯乙烯 (PS)、聚氯乙烯 (PVC)、聚烯烃类 [ 如 PE，PP，聚丙烯酸酯类 ( 如聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA)] 和纤 维素 [ 如硝酸纤维素 (NC)、乙酸纤维素 (CA) 等 ] 塑料，也用 工程塑料如丙烯腈 – 丁二烯 – 苯乙烯塑料 (ABS)、聚碳酸酯 (PC) 等。高透明 [3，8–10]、高熔体强度 [11–15]、低翘曲 [16] 等高性 能 PP 的研发，促进了 PP 在热成型领域的应用与发展。
2 国内热成型包装市场现状
国内热成型包装企业超过 3 000 家，其中年产量上千吨 的工厂超过 300 家，由于小型的热成型包装企业投资成本较 低，国内存在大量小作坊形式的工厂。上千吨的制品厂中约 有 70% 为自产片材及热成型制品的整合商，外购片材以定 向 PS (OPS) 和聚对苯二甲酸乙二酯 (PET) 为主，部分有能 力的制品厂自产 PP，PS，PVC 片材，小厂外购片材。
热成型制品主要应用于食品包装、非食品包装以及裁 切片材，不同应用领域对原料的要求也有差异。
2.1 食品包装
国内食品热成型包装生产市场使用原料主要为 PP， PS[17] 及 PET[18]。其中使用的 PP 原料，大部分为带色 PP 材质， 如餐盒、肉托、豆腐托等，主要使用颜色为乳白色、黑色、红色 等。
2017 年国内在食品热成型包装领域透明片材的年使 用量约为 283 600 t，其中以 OPS 使用量最大，可占总比的 45%，主要在盖子、对折盒以及食品内衬领域使用;其次为本 色 PP，占总比例的 25%，主要在杯子、盖子以及肉托等应用; PET 片材使用量占总比例的 17%，主要用于盖子、对折盒以 及食品内衬;透明 PP 在透明材质的食品热成型领域所占比 例较低，仅占总比例的 9% 左右，主要用于杯子和盖子。
2.2 非食品包装
国内工业热成型包装生产市场较复杂，以低端产品为 主，如工具类的产品包装，多以PVC[19] 材质为主;中高端 工业类吸塑包装，如电子、医药、石化等领域，主要使用 PS， PET和PVC材质，而且绝大多数PS均带颜色，PS材质挺度 好，上色也较容易。
2017 年国内在工业热成型包装领域透明片材的年使用 量约为 578 985 t，以 PVC 使用量最大，可占总比例的 76%， 主要在医药的胶囊泡罩，工具包装 ( 文具，五金用品 ) 和清洁 用品领域使用;其次为 PET，占总比例的 23%，主要在电子、 清洁用品中应用;在该领域基本没有透明 PP 的使用。
在电子零部件以及带毛发的产品包装中一般厂家会有 不同程度的防静电要求，其中电子零部件做静电处理是为了 避免由于包装和产品之间的静电导致产品损坏，因此需要做 防静电处理;而带毛发的产品包装做防静电处理是为了产品 毛发美观不凌乱。
2.3 裁切片材
国内裁切片材领域主要是折盒部分对片材的消耗量最大，以使用 PET 和 PVC 为主，2017 年折盒部分材质 PET 消 耗量明显增加。裁切片材领域以透明材质为主，PS 和 OPS 材质较脆容易折断不适用于裁切片材领域。国内在裁切片 材领域透明片材的年使用量约为 237 966 t，PET 用量最大， 占总比例的 45%，PVC 片材用量占总比的 40%，PP 片材用 量占总比例的 15%，在折盒、窗口包装以及超市挂条中均使 用，高端的折盒中会使用少量的透明 PP，占总比例的 3% 左 右。
3 热成型食品包装用 PP 特点及发展
国内 PP 热成型应用从 20 世纪 90 年代开始起步，近几年发展迅速，年增长率约为 10% 左右。国内现已有日本中 央化学等多个大型知名热成型塑料包装生产商在华建厂投 产，产品主要集中在中、高端塑料热成型包装制品。目前，国 内专门针对热成型工艺用的 PP 专用料还比较缺乏。国内热 成型制品生产企业普遍采购 T30S 等通用树脂改性后使用， 但通过后改性得到的产品与工业装置规模化生产的产品相 比较，存在添加量控制方面不均匀、拉伸性能达不到要求、在 热成型时容器壁厚不均匀、挤出涂布压延时出现边缘卷曲等 问题，难以满足高质量高要求的应用需求，同时也制约着下 游加工企业的生产效率。
与其它树脂相比，PP 性能价格比有很多优势 , 见表 1[8]。
表 1 PP 与其它材料相比的优势
热成型技术已成为 PP 继注射、挤出、吹塑之后，又一重 要的加工方式，世界主要 PP 生产厂商针对这一市场提供了 多个商业化的 PP 牌号。
表 2 列出世界主要 PP 生产商部分 商业化 PP 热成型专用料牌号。
表 2 世界主要 PP 生产商部分商业化 PP 热成型专用料牌号
国外热成型专用料多为均聚物，透明无规共聚物较少， 且部分牌号进口周期长，国内下游热成型厂商较少使用进 口料。热成型制品厂商现有片材生产以 600 mm 宽片材为 主，随成型机工艺的进步 [21]，片材宽度日益提高，最宽可达1 000 mm 以上，因此对片材的抗熔垂能力提出更高要求。 下游制品行业内解决方法为普通 PP 添加一定比例的高密度 聚乙烯 (PE–HD)[22] 以提高片材耐熔垂性能，但此方式将带 来混料不均、制品透明性受限等问题。国内热成型行业对具 有高性能、超高透明度的 PP 原料需求日益迫切。
4 国内 PP 热成型包装应用
2017 年国内食品包装用 PP 热成型市场总消耗量约为119 300 t。其中主要用于食品热成型包装领域透明 PP 用量 约为 26 900 t，主要应用于杯子及盖子;其余为非透明包装， 主要应用于杯子、盖子及食品托盘。
表 3 食品包装用 PP 热成型消耗量
4.1 杯子
杯类主要为一次性杯子，如奶茶杯、冷饮杯、快餐杯等，主要用于快餐店、奶茶店、果冻制品厂等。原料主要以 PP[23] 材质为主，部分冷饮采用 PET 材质。杯子主要以透明材质 为主，季节性较强。每年集中在 2~9 月份。2017 年该领域 消耗塑料 71 874 t，其中 PP 原料占 92%，预计未来 3 年增长 率为 10%。
4.2 耐热餐盒
一般的餐盒只盛放温度不高的食品。但下游客户也需要盛放刚出锅的热粥、热汤等或是需要在高温蒸汽下进行消 毒。这都对树脂原料提出了更高要求。PET，PS 不耐高温。 PP 耐热性能较好，价格低廉，易得，所以成为首选原料。但 一般 PP 无法在高温蒸汽下 ( ≥ 120°C ) 不变形，且市场上无 针对热成型的专用料，客户采用 T30S 添加助剂改性，仍存在 耐热温度不稳定、制品成型困难等问题。
耐热餐盒对透明性一般无要求，所以本色料占绝大部 分。2017 年该领域消耗树脂 17 496 t，预计未来 3 年增长率 为 8%。天津分公司研究院针对这种情况，经过长时间研究， 开发了耐高温 PP 热成型专用料 PPT5030，具有耐热温度高， 成型方便，适用于正负压吸塑成型的加工方式，可解决下游 用户的用料问题。
4.3 盖子
主要制品包括碗盖、餐盒盖、杯盖等，主要用于快餐店、 奶茶店、蛋糕店等。2017 年该领域消耗树脂 168 591 t，PP 用 量占 13%，预计未来年增长率为 12% 左右，盖子以透明为主，PP 盖子一般在热饮中应用较多。
4.4 食品内衬
食 品 内 衬 主 要 用 于 饼 干 、薯 片 、花 生 、饺 子 、汤 圆 的 包 装，外面还会有一层包装，主要使用于速食品厂。目前国内 食品内衬以透明为主，另外还有乳白色等。一般饺子、汤圆 等速冻产品的保存温度为 –4°C左右，PET 和 PP 都是较合适 的材质，常温下使用的零食托盘以 PET，PS 和 PP 为主，厂家 根据喜好及价格选择。2017 年该领域消费片材 9 835 t，PP 用量占 41%，预计未来 3 年成长速度约为 12%。该领域的发 展主要随着零食和速冻面食的市场发展而发展，零食加工企 业为使包装后食品饱满度更强及食品不易被压坏，越来越多 的零食中会使用食品内衬。目前未发现可替代热成型托盘 在食品内衬领域应用的替代品。
综上可见，PP 在热成型食品包装方面的应用越来越普 遍，树脂性能要适应热成型加工方式的要求，如加工性能、力 学性能、光学性能等，同时加工设备的改进提升，也会对树脂 性能提出更高的要求，二者相互促进，可生产出更多满足用 户需求的 PP 热成型制品。
5 国内热成型专用料的研发
2012 年以前，国内高透明热成型专用料的研发相对滞后。当时国内热成型专用料研发情况列于表 4。
表 4 2012 年以前国内热成型专用料研发情况
这些专用料均未针对热成型加工所需的较高的熔体强 度和较宽的分子量分布做进一步工作，有的也并未形成规模 化生产。
中国石油兰州石化公司 [26] 成功开发的无规透明 PP 专 用料 RP340R 新产品。RP340R 可应用于热成型 PP 食品包 装容器，该产品可取代 PS 材料，其熔体流动速率 (MFR)、弯 曲弹性模量、冲击强度均优于同类产品。但该专用料 MFR 为 22 g/10 min，相对热成型加工应用来说可能偏高，需要 进行调整。
近几年，天津石化公司陆续推出几款热成型专用料，牌 号信息列于表 5。
2013 年天津石化公司推出 PPT5015[27]，为国内首个无 规共聚透明打杯专用料，是饮料杯行业标准原料，可与任意 比例 T30S 掺混使用。PPT5015 是无规共聚 PP，用于片材挤 出和正负压辅助热成型。具有良好的拉伸性和刚性/韧性 平衡，适用于深拉伸饮料杯和果冻杯的生产。
PPR–ET02[28] 是高透明无规共聚 PP，适用于片材挤 出和真空吸塑成型工艺。它具有耐熔垂性高、适宜的刚韧 平衡性能和超高透明度的特点。与国外同类型产品相比， PPR–ET02 具有加工流动性好、加工温度低、熔体强度高、回 弹性好、成型效率高、超透明低雾度。保持与均聚产品同等 刚性的前提下，PPR–ET02 韧性高，耐低温跌落性佳，可微波 加热等特点，适用于高透明的托盘、餐盖、食品包装容器和折 盒、文具用品、工业零件等包装的生产。目前 PPR–ET02 是 国内首个实现单独负压吸塑使用的热成型 PP 专用料。
PPT5015M[29] 是超透无规共聚 PP，用于片材挤出和正 压辅助吸塑成型。它具有优良的拉伸性、刚韧平衡性和超高 透明性，可取代 PET，PS。适用于生产超透托盘、盖子、深拉 伸饮料杯和翻折盒等产品。
PPR–EM01[30] 是无规共聚 PP，无需添加其它辅料可直 接真空负压吸塑成型。它具有高耐熔垂性、优良的冲击性能 和高光泽度、低收缩率的特点，适用于吸塑成型用的托盘、餐 盖 、食 品 包 装 容 器 和 折 盒 、文 具 用 品 、工 业 零 件 等 包 装 的 生 产。
PPT5030 为高刚性、高耐热级、高等规度、成核均聚 PP， 用于食品包装，适用于注塑、片材挤出等加工方式。
PPH–CM01 为新推出产品，是均聚 PP，具有耐熔垂性 高、高刚性、适宜的韧性、高耐热、可微波加热等特点，适用于 食品包装、工业零件包装等。
近期广州石化推出类似 PPT5015 的打杯牌号，大唐多 伦煤化工也推出热成型 PPH701 ，热成型专用料的开发越来 越受到各大石化公司的重视。
6 结语
近年来，随着人民生活水平的提高，对一次性食品包装容器的外观和品质有了越来越高的要求，促使我国热成型市 场发展越来越快。PP 在热成型食品包装方面的应用越来越 普遍。热成型制品生产厂迫切需要原料企业开发出适合于 现 有 热 成 型 设 备 、易 加 工 、力 学 性 能 优 良 、抗 熔 垂 性 能 好 的 PP 热成型树脂满足国内高质量、高性能的市场要求。国内 PP 热成型系列专用料的开发成功填补了热成型专用料的市 场空白，解决了客户用料难题，引领热成型行业发展方向，为 热成型行业的发展壮大提供了完整的解决方案。
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