EVOH(亦可称EVAL)是乙烯-乙烯醇的无规共聚物,与聚偏二氯乙烯(PVDC)和聚酰胺(PA)并称为世界上三大阻隔树脂,可以看为聚乙烯醇(PVA)的改性物,其生产工艺流程与PVA相似。
20世纪50年代,美国杜邦公司通过乙烯与醋酸乙烯共聚、醇解制得EVOH。1972年,日本可乐丽公司将EVOH成功地实现了工业化,并投入市场。目前全球仅有3家公司生产EVOH树脂,其中最大的两家公司为日本可乐丽公司和日本合成化学工业公司,产品牌号分别为EVAL和Soarnol。
产品优缺点
1. 优点
(1)阻气性能。EVOH树脂最显著的特点是气体阻隔性高,可以有效地阻止氧气、CO2和其他气体的渗透。用它制成包装材料时,既可防止氧气等从外部渗入,避免所包装的食品、饮料等被侵蚀、变质,也可向内部充入氮气或CO2,以保护食品。在某些饮料(如啤酒、碳酸饮料等)本身就溶有CO2时,可防止气体从内部渗出,以保证容器内食物或饮料的风味和质量。
(2)热稳定性能。EVOH树脂是当前使用的高阻气性树脂中热稳定性最好的一种,不仅生产过程中产生的边角废料可以加以利用,其包装材料在用过之后还可以再生利用。
(3)卫生性能。由于EVOH不须外加增塑剂,无毒无味,符合欧洲共同体食品包装导则和美国食品与药品管理局(FDA)的规范,可与食品(如肉类家禽)或药品接触。EVOH在燃烧时,不会产生有害身体,是一种环境友好的材料,在欧、美、日等国家和地区,EVOH取代PVDC的趋向日渐明显。
(4)其他性能。EVOH还具有吸湿性、耐油性和耐有机溶剂性、耐候性、可加工性、可印刷性、光泽和透明性等优点。
2. 缺点
EVOH阻隔性能受环境影响较大,当湿度>60%时,阻隔性能明显下降。由于EVOH是亲水性的,其气体阻隔性受湿度影响,因而妨碍其应用范围的拓展,所以EVOH多用于制造复合包装材料的中间层,与其他阻湿性好的材料复合使用,如EVOH/聚丙烯(PP)、EVOH/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。
此外,在高压的环境中使用EVOH薄膜,其使用效果欠佳。
产品用途
(1)包装材料
EVOH树脂由于具有优异的阻隔性,在包装领域得到了广泛的使用。它能明显延长食品的贮存时间,可用来包装番茄酱、糖汁、奶制品、肉制品、蔬菜及果汁、饮料等。除此之外,EVOH树脂还可用于非食品的包装,如化学品、溶剂、保健产品、医药产品、化妆品及电子类产品等。另外,包装纸与EVOH共聚物复合可形成高阻气材料而应用于食品保鲜包装。
(2)结构材料
EVOH与高密度聚乙烯(HDPE)共混,可制造汽车油箱或内衬、空调设备构件等,因为EVOH结构构件可减少汽油或氟里昂的渗漏,同时HDPE/EVOH油箱比传统金属油箱更轻、更经济。
(3)纺织材料
EVOH树脂适用于各种纤维织物的热熔粘合和涂层,由于它对纤维具有优越的粘结性能和耐水洗性,特别适用于服装制造。日本可乐丽公司通过对EVOH进行改性并与聚酯一起进行双组分纤维纺丝加工,制得了高柔软、蓬松、吸湿、有光泽、易染等具有天然纤维特性的纤维。他们又在EVOH中加入0.5%的SiO2、ZrO2、ZrC、MnO2、Fe2O3、CoO、CuO和Al2O3结晶粒子,制得了远红外EVOH纤维,用于保健服装的生产。
(4)医用材料
用EVOH树脂可以制造医用选择性渗透膜,采用辐射处理法进行消毒。例如,EVOH树脂空心纤维封在聚乙烯膜中,并用Co60辐照,可用于尿的渗析。EVOH树脂制成中空纤维膜,可用于血液透析、血浆分级以及人造肾脏。
发展趋势
在实际应用中,EVOH树脂经常与其他热塑性树脂进行共挤、层压成型。例如,EVOH/聚烯烃/粘合层复合膜有良好的阻气性、耐水性和热封性。EVOH与尼龙复合,可提高树脂强度。当前研究也主要集中在如何对EVOH树脂进行改性方面,以扩大其应用领域。
有报道称,国际上流行6种较为热门和有发展前途的食品包装材料,其中有两种与EVOH树脂有关。一是高温杀菌塑料罐,材料组成为PP-EVOH-PP。其特点在于夹层以EVOH为材料,气密性极好,保存期与罐头相同,在常温下保存期达两年,可取代目前的金属罐。此项材料在美国、日本均处于试生产阶段,并已有专利。二是可挤压瓶,材料也为PP-EVOH-PP,用共挤压技术制造,气密性、挤压性良好,用于热充填、不杀菌的食品包装,如果酱、调味酱等。
EVOH的供应现状
目前全球只有日本可乐丽公司、日本合成化学工业公司和中国台湾长春石化3家企业生产EVOH,2018年世界EVOH产能为15.7万吨。
世界EVOH主要生产厂家见表1。
2018年世界EVOH树脂的产量达到12.6万吨,其中北美地区的产量占比最高,达到46%;其次为欧洲和亚洲地区,分别为31%和22%。目前,中国大陆还没有EVOH生产厂家,产品全部来自进口,且主要来自日本。
我国EVOH的消费现状
2018年,我国EVOH共聚物的消费量达0.8万吨,其中阻隔性气体包装薄膜和共挤出塑料片材约0.34万吨,汽车油箱为0.27万吨,EVOH多层复合瓶为0.17万吨,其他消费领域为0.02万吨。
2018年中国EVOH消费结构见图1。
我国EVOH的供需预测
截至目前中国大陆还没有EVOH供应,只有中石化川维厂自主开发技术进行建设的EVOH树脂中试装置于2016年完成中间交接,进入预试车阶段。川维厂的500吨EVOH树脂中试装置可研报告于2014年8月获总部批复,于2014年9月成立项目领导小组和项目部,2015年1月土建开工,2016年1月安装工程全面展开,至2016年4月底,EVOH项目安全、质量、投资等总体受控,工程具备中交条件。
预计未来5年,我国EVOH共聚物的消费量将以年均5%的速度增长,预计到2023年国内EVOH的总消费量将达到1.02万吨,其中汽车油箱是消费增长最快领域,消费量的年均增长率将达到5.9%左右。随着我国食品包装的更新换代、汽车产量的增长、燃油排放标准的实施,对EVOH共聚物的需求将稳步增长。
展望
中国林业科学研究院成功开发了EVOH薄膜,并确定了制备EVOH共聚物的最佳工艺和配方,其中以EVOH共聚物通过涂覆和共挤制备的复合膜已应用于食品包装。
洛阳巨尔乳业有限公司、青岛浩大实业有限公司和天津奶业集团等可生产含有EVOH共聚物的5层共挤复合膜液态奶包装,这种新型软包装将成为利乐包的取代品。江苏昆山市华亿塑料有限公司可生产含有EVOH共聚物的5层共挤化工包装袋。2010年,陕西林桦包装科技有限公司投资6亿元的EVOH包装生产基地项目在广西桂林市荔浦县签约。2012年,青岛彩信包装有限公司EVOH食品包装项目顺利投产,产品销往日本。这些工业项目增加了我国对EVOH共聚物的需求,将有力地拉动我国EVOH共聚物的消费。
目前全球只有日本可乐丽公司、日本合成化学工业公司和中国台湾长春石化3家企业拥有EVOH生产技术,中国大陆企业若要快速开拓EVOH项目,可通过购买上述3家公司的技术或与他们合资来生产EVOH。
赵静姝 中国化工信息中心咨询事业部精细化工产业研究部咨询师,毕业于北京理工大学,博士学位。拥有12年化学工程与技术专业研究经验,3年化工行业咨询经验。其专长领域包括电子化学品、煤化工、特种油品、化工新材料等。曾在《氯乙烯中国市场及生产技术分析》《煤化工基地液体石蜡、脱芳溶剂油和异构烷烃市场分析及预测》《某公司炼化一体化项目可行性研究报告之市场分析及预测》等50余个咨询项目中担任核心咨询顾问的角色。