摘要:如今,液劑型農藥占了現有農藥制劑的一半以上,并不斷的更新?lián)Q代,相應的農藥包裝也發(fā)生了巨大的變革。塑料材質(zhì)在性能、質(zhì)量、工藝、使用方面具有其他材料*的優(yōu)點(diǎn),逐漸成為農藥包裝主流。由于不同的塑料材料性質(zhì)不同,根據農藥的特性和銷(xiāo)售需求,農藥包裝不僅應選擇合適阻隔性的包裝材料,且應具有足夠的密封性和耐壓強度,如此才能實(shí)現塑料容器在農藥領(lǐng)域的全面應用。
關(guān)鍵詞:農藥包裝、阻隔、氧氣、水蒸氣、有機溶劑
我國是傳統的農業(yè)大國,作為除蟲(chóng)害保豐收的重要利器,農藥是現代化農業(yè)生產(chǎn)*的組成部分。據了解,現有農藥制劑6000余種,其中液劑型農藥占了一半以上。隨著(zhù)蟲(chóng)害形式的不斷變化,農藥逐漸升級換代,也帶動(dòng)了的發(fā)展變革。
一、液劑型農藥簡(jiǎn)介及包裝現狀
液劑型農藥由原藥、助劑以及各種溶劑構成,溶劑的作用是用來(lái)溶解另一種物質(zhì)體,以改變另一種物質(zhì)的物理性質(zhì)或懸浮另一種物質(zhì),二者不發(fā)生化學(xué)變化。水、液氨、液態(tài)金屬溶劑皆為無(wú)機溶劑,而由碳氫化合物或碳氫化合物的衍生物組成的溶劑為有機溶劑。通常,液劑型農藥分為水劑型、懸浮液型和乳油型三類(lèi)。其中水劑型和懸浮液劑農藥都采用水等無(wú)機溶劑,相對安全;乳油型農藥多采用二甲苯、甲苯、C9芳香烴、甲醇、乙醇、正丁醇、丙酮等有機溶劑,因此這類(lèi)農藥高毒、強腐蝕性、強滲透性液體。
基于上述農藥的種種特性,隨著(zhù)包裝技術(shù)的不斷提升,農藥包裝材料和形式發(fā)生了數次變革:過(guò)去,玻璃瓶是農藥包裝的主要形式,其技術(shù)成熟、化學(xué)穩定性高、價(jià)格低廉、阻隔性好,以及不易滲漏等多種優(yōu)勢使其長(cháng)期占據著(zhù)農藥包裝的主導地位。但是,玻璃材質(zhì)易碎的特點(diǎn)常在農藥生產(chǎn)、儲運和使用過(guò)程中發(fā)生事故,不僅會(huì )引起經(jīng)濟損失,更有可能導致中毒事件以及局部土地、生物的污染。另外,玻璃自重較大,面對當前物流運輸成本飛速上漲的現狀,無(wú)疑增加了銷(xiāo)售成本。所以,找尋一種能取長(cháng)補短的更為完善的包裝形式顯得尤為重要。
20世紀90年代,在原化工部提出的“以塑代玻”的號召下,塑料容器逐漸進(jìn)入農藥領(lǐng)域,開(kāi)始了由單層向多層,由單一性向高阻隔性的發(fā)展之路。目前,應用于液劑型農藥包裝的單層塑料瓶主要有PE瓶、PET瓶及HDPE瓶等,由于材質(zhì)單一,其在阻隔氧氣、水蒸氣滲透和農藥揮發(fā)方面的作用明顯不足,難以實(shí)現農藥較長(cháng)時(shí)間的貯存。隨著(zhù)包裝要求的提升,具有高阻隔性的農藥塑料容器步入歷史舞臺。所謂阻隔塑料瓶,是指借助某種特殊工藝,如噴涂、復合、共混等類(lèi)似方法,使制得的塑料瓶具有優(yōu)異的阻隔氧氣、水蒸氣和有機氣體的作用,同時(shí)兼有質(zhì)輕、多變、堅固等優(yōu)良性能,例如當前使用zui多的氟化阻隔瓶、共混多層阻隔瓶和共擠多層阻隔瓶。
二、如何選擇合理性能的農藥包裝
上述介紹可以發(fā)現,如今農藥包裝林林總總,形式多樣。阻隔瓶,顧名思義,其zui大的優(yōu)勢就在于其優(yōu)異的阻隔性,但相應成本也較高,而單層瓶雖阻隔性較差,但勝在工藝簡(jiǎn)單,成本低廉。對于農藥生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō),若盲目追求高阻隔性,忽略產(chǎn)品實(shí)際需求,則會(huì )造成成本脫離控制的局面。對此,一方面應根據農藥的具體特性、貯存要求、預算等選擇合理阻隔性的包裝材料,另一方面要根據GB 3796-2006《農藥包裝通則》的要求,對包裝容器的堆碼、氣密和液壓三項性能進(jìn)行質(zhì)量檢測,以保證包裝容器的安全使用。
(一)阻隔性
首先,籠統的說(shuō),阻隔性指的是包裝材料阻隔氧氣、有機氣體和水蒸氣滲透的性能。滲透,是單分子擴散過(guò)程,當包裝材料與一側濃度高、另一側濃度低的滲透物質(zhì)接觸時(shí),在高濃度測,滲透物質(zhì)首先溶解于包裝材料,然后在材料中向低濃度一側擴散,zui后在低濃度一側逸出。根據滲透機理,筆者利用OX2/230氧氣透過(guò)率測試系統、W3/330水蒸氣透過(guò)率測試系統和OR2/410有機氣體透過(guò)率測試系統對多種同規格的農藥塑料瓶進(jìn)行了氧氣、水蒸氣和有機氣體透過(guò)率測試,結果見(jiàn)表1。
表1. 各材質(zhì)包裝容器的氧氣、水蒸氣和有機氣體透過(guò)率測試結果
測試對象 | 氧氣透過(guò)率 m3/pkg·d | 水蒸氣透過(guò)率 g/ pkg·d | 有機氣體透過(guò)率(二甲苯)g/ m2·d·100ppm |
1# PE | 189.674 | 201.584 | 9.354 |
2# PET | 46.426 | 23.587 | 7.963 |
3# HDPE | 201.587 | 163.856 | 4.193 |
4# PA/膠粘劑/HDPE | 3.5 | 0.3584 | 0.0318 |
5# EVOH/膠粘劑/HDPE | 0.1 | 0.0126 | 0.0962 |
通過(guò)氧氣、水蒸氣和有機氣體透過(guò)率的測試數據顯示,4#和5#兩種多層塑料瓶的阻隔性顯著(zhù)優(yōu)于1~3#單層塑料瓶,這是由于添加了高阻隔性材料PA和EVOH的緣故。之所以會(huì )出現不同材料對同一氣體的透過(guò)率差異的現象,是由于以下四種原因:
1、分子的極性。任何物質(zhì)的分子都分為極性分子和非極性分子。極性分子的相互引力大,內聚能密度高,因而擴散系數低,阻隔性好。本次試驗中,PET、PA、EVOH均為極性分子的物質(zhì),因此對于測試氣體的阻隔性?xún)?yōu)于其他兩種測試材料。
2、分子的聚集態(tài)結構。分子的聚集態(tài)結構包含三個(gè)方面:(1)結晶度。材料的結晶度高,分子鏈排列越緊密,氣體擴散需要更多的能量,擴散塑料低,阻隔性好;(2)密度。同結晶度相似,材料的密度越高阻隔性越好;(3)取向度。通過(guò)改變材料的拉伸取向可顯著(zhù)降低氣體透過(guò)率,特別對結晶材料,取向可使晶體按一定方向重新排列起來(lái),還可以促進(jìn)結晶,使得滲透劑分子需經(jīng)過(guò)更為曲折的路徑才能透過(guò)包裝材料。
3、濕敏度和溫度。有些材料含有羥基— OH、酰胺基— CNH —等,對水敏感,當水分子滲入,形成氫鍵,使高聚物膨脹、松弛,使透氣性增加,例如PA和EVOH,二者在濕度較大的環(huán)境都會(huì )對氣體阻隔性產(chǎn)生影響,但PA的影響程度較少,而EVOH的氣體阻隔性則會(huì )大幅下降。另外,氣體在塑料材料中的透過(guò)率隨溫度升高而增加。這是因為,隨著(zhù)環(huán)境溫度的升高,影響塑料薄膜阻隔性的因素都會(huì )有相應變化:分子鍵的剛性下降,內聚度下降,自由體積增大,易于氣體分子的滲透。環(huán)境溫度的升高還會(huì )使經(jīng)過(guò)拉伸取向的聚合物分子鏈間的取向能降低,這些變化使薄膜的氣體透過(guò)率隨著(zhù)環(huán)境溫度的升高而加大。
4、溶解度參數。對于材料的有機氣體透過(guò)率而言,除了受到上述因素的影響外,還與包裝材料與有機氣體的溶解度有關(guān)。根據“相似相溶”的原理,若有機溶劑氣體的小分子與材料的溶解度參數相近,那么二者易相溶,高溫情況下更甚。反之,包裝材料則會(huì )對該有機氣體表現出很好的阻隔性。表2列出了部分塑料包裝材料和有機氣體的溶解度,以供參考。
表2. 部分塑料和有機溶劑的溶解度
材料 | 溶解度 | 有機溶劑氣體 | 溶解度 |
PE | 8.0 | 甲苯 | 8.9 |
PET | 10.7 | 二甲苯 | 8.8 |
PVC | 9.6 | 甲醇 | 14.5 |
PA | 13.5 | 丙酮 | 9.8 |
EVOH | 19 | 乙酸乙酯 | 9.1 |
根據上述分析,PE、PET、HDPE三種材料的氧氣透過(guò)性、水蒸氣透過(guò)性以及有機氣體二甲苯的透過(guò)性不理想,而與大部分的有機溶劑的溶解度相近,易溶于有機溶劑。因此,相關(guān)農藥企業(yè)對于貯藏期短,阻隔性要求低的農藥可選則這三種包裝材料,以節省成本。但應特別注意的是,僅可用來(lái)灌裝水劑型和懸浮液型農藥,不能用于乳油型農藥,防止其含有的有機溶劑分子透過(guò)塑料瓶分子間隙逃逸出去。而對于那些阻隔性要求較高的農藥,可以選擇含PA和EVOH層的多層阻隔塑料容器,一般三層或五層共擠或復合瓶即可,如PA或EVOH/膠粘劑/HDPE (里層至外層,下同)。由于PA或EVOH不耐酸類(lèi)和醇類(lèi)溶劑,對于這樣的農藥且阻隔性要求較高時(shí),可選擇五層共擠塑料瓶,如HDPE/膠黏劑/PA或EVOH/膠黏劑/ HDPE。
(二)容器關(guān)鍵性能檢測
當選定合適材質(zhì)的包裝容器后,需要對其關(guān)鍵性能——主要是堆碼和氣密兩個(gè)基礎項目,進(jìn)行質(zhì)量檢測,以確保容器在堆碼時(shí)具有足夠的密封性和耐壓強度來(lái)保護內容物安全。GB 3796-2006《農藥包裝通則》對這兩方面性能做了要求。下面,筆者簡(jiǎn)單介紹一下這兩個(gè)項目的檢測方法。
堆碼試驗:將農藥裝入試驗容器中,按發(fā)貨時(shí)的正常封裝程序對包裝件進(jìn)行封裝。將試驗樣品置于水平平面上,使大于或等于3米的加載用包裝件組居中置于試驗容器的頂面。載荷應在40℃的環(huán)境下保持28天,之后去除載荷,對試驗容器進(jìn)行檢查。若無(wú)損,則滿(mǎn)足標準要求。
氣密試驗:將裝有進(jìn)氣孔密閉器與試驗容器安裝于一體,任意放置。對試驗容器充氣至一定氣壓后,將試驗容器*浸沒(méi)在水槽中5分鐘,若有成串氣泡產(chǎn)生,則說(shuō)明試驗容器有泄漏的地方,反之則氣密性較佳。根據GB3796-2006《農藥包裝通則》的要求,一般農藥容器的充氣壓力應大于等于20kPa,但對于危險品的一類(lèi)的農藥應大于等于30kPa。
三、結語(yǔ)
如今,現代化農業(yè)生產(chǎn)要求安全、環(huán)保、的使用農藥,這就要求農藥的包裝材料和包裝技術(shù)不斷的改進(jìn)。由于塑料材質(zhì)在性能、質(zhì)量、工藝、使用方面具有其他材料*的優(yōu)點(diǎn),將來(lái)會(huì )得到大規模的推廣。由于不同的塑料材料性質(zhì)不同,根據農藥的特性和銷(xiāo)售需求,農藥包裝不僅應選擇合適阻隔性的包裝材料,且應具有足夠的密封性和耐壓強度,如此才能實(shí)現塑料容器在農藥領(lǐng)域的全面應用。
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