一种塑料高脚杯用PET材料及其加工成型工艺的制作方法

背景技术：

1、高脚杯是一种底座较高、杯体较大的杯具，常用于饮用红酒、香槟等饮品。根据材质，高脚杯可以分为玻璃、水晶、塑料等。pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)是制作塑料高脚杯的常用材料，重量轻，不易碎，适合日常以及户外使用。

2、吹塑是pet高脚杯杯碗成型最重要的环节，吹塑往往需要通过拉伸来提高材料的结晶度，拉伸不够时，产品的结晶度不够，拉伸比例过大时会导致产品开裂。为了改善pet材料在拉伸吹塑过程中的性能和最终产品的质量，一般需要加入一定量成核剂。现有成核剂按照化学成分可分为无机小分子、有机小分子、有机聚合物。目前，包括二氧化硅在内的无机粉体，对聚酯材料有促进结晶的作用，但二氧化硅分散性差且容易聚集。有机小分子与有机离聚物的成核率较低、热稳定性差。目前最常见的方法是通过用聚合物包覆的纳米二氧化硅，能均匀地分散在pet中，但外层为中性聚合物，成核效率低。

3、pet高脚杯的杯口边缘未经特殊处理，保持原始切割状态不卷边高脚杯；杯口边缘经过卷边处理，形成圆滑的边缘的卷边高脚杯。不卷边高脚杯，制作简单，成本较低，但可能存在锋利边缘，使用体验相对较差。卷边高脚杯，饮用舒适，降低割伤风险，但制作工艺相对复杂，成本略高。目前卷边工艺主要有以下几种：a)热卷边：利用加热装置将杯口边缘加热软化，然后通过模具将边缘卷起；b)机械卷边：使用专门的卷边机，通过机械力将杯口边缘卷起；c)火焰卷边：使用高温火焰快速加热杯口，然后进行卷边处理；d)超声波卷边：利用超声波能量使杯口边缘局部熔化，再进行卷边。这些方式有的能耗高，需要额外的加热设备；有的易造成微小裂纹，影响产品使用寿命；有的难以精确控制加热程度，容易造成过烧或加热不足；有的设备成本高，对操作人员技术要求高。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的不足，本发明通过原子转移自由基(atrp)聚合对有机纳米二氧化硅表面进行修饰，得到了接枝离聚物的有机纳米二氧化硅成核剂，对pet材料具有良好的相容性、分散性、成核效率高且对材料性能有一定的提升，并且采用带有夹角的吹塑模具对杯坯进行吹塑成型，省去了卷边的步骤，简化了工艺流程。

2、本发明目的的技术方案如下：一种塑料高脚杯用pet材料，所述pet材料按照重量份计包括：pet 95～98份，成核剂0.5～3份，热稳定剂1～2份；所述成核剂的制备方法如下：

3、1)制备有机纳米二氧化硅：在反应釜中，加入1份的硅氧烷并将其溶于30～40份n,n-二甲基甲酰胺和15～20份甲醇的混合溶液中，然后，依次加入0.7～0.8份氢氧化铵和1.0～1.1份蒸馏水，密封后，在50～60℃条件下，加热搅拌反应24小时，得到无色透明液体，除去溶剂得到表面为羟基与氨基的有机纳米二氧化硅；

4、2)制备有机纳米二氧化硅引发剂：将1份步骤1)所得有机纳米二氧化硅分散于20～25份无水二氯甲烷溶剂中，超声15～30min后，转移至反应釜中，加入2.5～3份三乙胺，使用氩气对溶液鼓泡3～5min，在0～5℃下，将1.5～2.0份酰化剂溶于无水二氯甲烷溶剂后缓慢滴加入反应釜后，室温反应20～24h，反应结束后，先后使用稀盐酸溶液、蒸馏水和饱和碳酸氢钠水溶液分别洗涤三次，无水硫酸镁干燥，收集有机相，除去溶剂得有机纳米二氧化硅引发剂；

5、3)制备成核剂：将1份步骤2)所得有机纳米二氧化硅引发剂分散于30～35份无水苯甲醚溶剂中，超声15～30min后，转移至反应釜中，分别加入20～25份丙烯酸酯单体和0.01～0.015份溴化亚铜，冻融脱气三次，在氮气氛围下，加入0.15～0.22份n,n,nˋ,nˋ,nˋˋ-五甲基二亚乙基三胺配体，60～65℃加热条件下，搅拌6～8h，后在氮气氛围下，加入用5～10份马来酸酐单体，搅拌6～8h后，通入氧气，终止聚合反应，通过蒸馏水洗涤除去被氧化的铜离子，收集有机相，旋蒸浓缩，分散于氢氧化钠水溶液与甲醇的混合溶液中，在25～40℃下搅拌1～2h，旋蒸除去甲醇，二氯甲烷溶剂萃取三次，收集有机相，旋蒸浓缩，在冷甲醇中沉淀，过滤，干燥得成核剂。

6、优选的，所述pet为食品级pet。

7、优选的，所述热稳定剂为钙锌稳定剂、环氧大豆油的至少一种。

8、优选的，步骤1)中所述硅氧烷为3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷的至少一种。

9、优选的，步骤2)中所述酰化剂为氯乙酰氯、溴乙酰氯、溴乙酰溴的一种或者几种；

10、更优选的，步骤2)中所述酰化剂为氯乙酰氯。

11、优选的，步骤3)中所述丙烯酸酯单体为丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯的一种或者几种。

12、更优选的，步骤3)中所述丙烯酸酯单体为丙烯酸乙酯。

13、优选的，步骤3)中所述氢氧化钠水溶液的浓度为1～2mol/l；所述混合溶液中氢氧化钠水溶液与甲醇的体积比为(1：2)～(2：1)。

14、本发明还公开一种塑料高脚杯加工成型工艺，包括以下步骤：

15、s1.制备片材：将pet、成核剂和热稳定剂混合均匀后送入挤出机，挤出为pet片材；

16、s2.制备杯碗：将s1所得pet片材，通过成型模具将片材进行模压成杯坯，冷却后，放入具有夹角的吹塑模具中进行预热，通过拉伸、预吹、高吹、冷却、开模，得到带有卷边的杯碗；

17、s3.制备杯脚与底座：将pet、成核剂和热稳定剂混合均匀后通过注塑机，注射到杯脚与底座的模具中，通过冷却、固化、开模，得到杯脚与底座；

18、s4.组合高脚杯：通过热熔的方式，将杯碗与杯脚进行加压结合，冲剪后既得高脚杯。

19、优选的，所述吹塑模具包括主体、固定部分和吹塑部分，所述主体具有模腔，所述杯坯加入到模腔中；所述固定部分包括上模20和下模30，其中上模20和下模30部分相对夹紧并限定出夹角31；所述吹塑部分包括拉伸芯棒10和吹管11，吹塑部分设置在上模20中并插入到所述模腔中。

20、具体的，所述模腔并不限于附图所示的形状，在一个具体的实施例中，所述模腔可为波尔多杯型模腔、勃艮第杯型模腔、郁金香型香槟杯型模腔、浅碟香槟杯型模腔、白葡萄酒杯型模腔、甜酒杯型模腔、霞多丽酒杯型模腔、雪利酒杯型模腔、波特酒杯型模腔等形状。

21、本发明的上模和下模之间设置有夹角，吹塑时直接得到具有卷边的杯碗。

22、具体的，步骤s1中所述挤出温度为240～280℃，螺杆转速为50～80rpm；步骤s2中所述模压温度为250～280℃，预热温度为90～110℃，拉伸温度为90～100℃，拉伸长度为80～90mm，吹塑温度为100～120℃，预吹压力1～1.3mpa，高吹压力3.5～4.5mpa；步骤s3中所述注射温度为260～280℃，注射压力为80～120mpa；s4中所述加压结合温度为200～230℃，加压压力为0.3～0.5mpa。

23、有益效果

24、本发明包含以下有益效果：

25、(1)采用带有夹角的吹塑模具对杯坯进行吹塑成型，省去了卷边的步骤，去了卷边的步骤，简化了工艺流程，提高生产效率。

26、(2)改性有机纳米二氧化硅成核剂为有机纳米二氧化硅与离聚物协同成核，除成核作用外，离聚物还起到提高成核剂分散性、相容性的作用，有机纳米二氧化硅则起到增强成核剂稳定性与提高pet机械性能的作用。

27、(3)内核为自制有机纳米二氧化硅，相较于市售纳米二氧化硅表面除了有未反应的羟基还有大量的氨基，具有更多的反应位点，通过酰化剂进行修饰后，通过atrp聚合，水解得到表面修饰的有机纳米二氧化硅；相较于普通纳米二氧化硅，自制有机纳米二氧化硅有更多的反应位点，可接枝更多的聚合物链，拥有更好的分散性，不易聚集；自制有机纳米二氧化硅内部引入了烷基链，可以进一步提升内核的韧性。

28、(4)加入成核剂，可提高pet的结晶速度，提升生产效率，改善透明度和光泽度，提高pet的拉伸等机械性能。