食品接触级TPU的加工成型

食品接触级 TPU（热塑性聚氨酯）的加工成型需在满足食品接触安全标准的前提下，结合其热塑性特性和材料性能（如熔融流动性、热稳定性）设计工艺，核心是控制加工温度、避免杂质污染，并确保添加剂（如润滑剂、抗氧剂）符合食品级要求。以下是其加工成型的关键环节、常用工艺及注意事项：

一、加工前的原料准备与配方控制

食品接触级 TPU 的加工以纯新料为基础（禁止使用回收料，避免杂质或添加剂迁移风险），原料及配方需满足严格要求：

原料选择：采用符合食品接触标准的 TPU 颗粒（如 FDA、EU 10/2011 认证），树脂中游离异氰酸酯（TDI/MDI）残留量需≤0.1%（避免迁移至食品中），且分子量分布均匀（确保加工稳定性）。
添加剂管控：仅允许添加食品级助剂，如：

润滑剂：硬脂酸钙（食品级），减少加工中物料与设备的摩擦，避免析出有害物质；
抗氧剂：茶多酚衍生物、维生素 E 等天然抗氧剂，替代传统酚类抗氧剂（如 BHT），防止 TPU 高温加工时氧化降解；
色母粒：需使用食品级色粉（如氧化铁红、钛白粉），确保着色均匀且无迁移风险。

干燥处理：TPU 易吸潮（吸水率 0.1%~0.5%），加工前需经干燥机处理（80~100℃，4~6 小时），使水分含量≤0.05%，避免成型时产生气泡、银纹或水解（尤其聚酯型 TPU 对水分更敏感）。

二、主要加工成型工艺

食品接触级 TPU 的加工依赖其热塑性特性，可采用注塑、挤出、吹塑等传统塑料加工工艺，具体如下：

1. 注塑成型（应用最广泛）

适用于生产小型异形制品，如密封垫圈、餐具手柄、瓶盖配件、婴儿餐具部件等。

工艺流程：

软质 TPU（邵氏 A 60~90）：160~190℃；
硬质 TPU（邵氏 D 50~80）：180~210℃）；

干燥后的 TPU 颗粒加入注塑机料斗，经螺杆输送至料筒，分段加热熔融（温度范围根据硬度调整：
熔融 TPU 在螺杆压力（50~150bar）下注入模具型腔，保压（20~50bar）使制品致密；
冷却定型（模具温度 30~60℃）后开模，取出制品并去除飞边。

关键要点：

温度控制：TPU 熔融温度接近分解温度（超过 220℃易降解产生有毒气体），需精确控制料筒各段温度，避免局部过热；
模具设计：型腔表面需抛光至高光洁度（Ra≤0.8μm），减少制品表面残留应力，降低后期使用中添加剂迁移风险；
保压与冷却：保压时间不足易导致制品缩痕，冷却过快则可能因内应力导致开裂，需根据制品厚度调整（通常 5~30 秒）。

2. 挤出成型

适用于生产管材、薄膜、板材、异型材等连续型制品，如食品级软管、包装薄膜、吸管等。

工艺流程：

干燥后的 TPU 颗粒进入挤出机料筒，经螺杆剪切加热熔融（温度 170~200℃，软质 TPU 取低限，硬质取高限）；
熔融物料通过模具（管材模头、薄膜平模头）挤出成型，经冷却装置（水冷或风冷）定型；
牵引机匀速牵引，切割或卷取得到成品（如软管切割成定长，薄膜卷取成卷材）。

关键要点：

螺杆选择：采用渐变式螺杆（长径比 L/D=20~25），确保物料充分塑化且避免过度剪切导致降解；
模具精度：管材 / 薄膜模具需保证尺寸均匀（如吸管壁厚偏差≤0.1mm），避免因壁厚不均导致使用中破裂；
冷却速度：TPU 冷却过快易产生内应力，过慢则易变形，需控制冷却水温（20~30℃）或风量，确保定型稳定。

3. 吹塑成型

适用于生产中空制品，如小型食品容器（如酱料瓶、调味品罐）、婴儿辅食储存盒等。

工艺流程：

物料熔融后挤出成管状坯料（型坯），温度控制在 180~210℃；
模具闭合夹住型坯，向内部通入压缩空气（压力 0.2~0.5MPa），使坯料膨胀贴合模具内壁；
冷却定型（模具温度 40~60℃）后开模，取出制品并修剪毛边。

应用限制：食品接触级 TPU 吹塑制品的耐冲击性略逊于 PP 或 PE，且成本较高，仅在需要弹性或密封性的小型中空制品中应用（如带密封盖的酱料小罐）。

4. 其他工艺

压延成型：用于生产厚度 0.1~1mm 的 TPU 薄膜（如食品包装复合膜的内层），通过多辊压延机（温度 170~190℃）将熔融 TPU 压制成均匀薄膜，适合高透明、高精度的包装需求。
3D 打印：食品级 TPU 线材可用于 3D 打印定制化食品接触部件（如异形密封件、小型餐具），打印温度 190~210℃，需确保打印环境清洁，避免杂质污染。

三、加工过程中的安全控制

设备与环境要求：

设备材质：与物料接触的螺杆、料筒、模具需采用食品级不锈钢（304 或 316），避免重金属（如铅、镉）迁移；
清洁流程：生产前需用食品级清洗料（如专用 TPU 清洗颗粒）彻底清洁设备，去除残留杂质；换色或换型号时，需拆解模具清理死角，防止交叉污染。

添加剂与助剂管理：

仅使用符合食品接触标准的助剂（如 FDA 认证的硬脂酸钙润滑剂），禁止添加邻苯二甲酸酯、酚类抗氧剂等非食品级助剂；
控制助剂添加量（通常≤1%），避免过量导致迁移超标（如润滑剂析出到制品表面）。

过程质量检测：

在线监测：实时记录料筒温度、螺杆转速、挤出 / 注塑压力，确保参数稳定；
离线检测：每批次抽样检测制品的挥发性有机物（VOC）、助剂迁移量（如润滑剂在 4% 乙酸中的迁移值需≤0.05mg/kg）、拉伸强度等指标，符合 GB 4806.11-2022 等标准。

四、加工特性与局限性

优势：

加工窗口宽（相比 PVC）：软质 TPU 加工温度范围约 30℃（160~190℃），硬质约 40℃（180~220℃），对设备精度要求低于 PVC；
废料可回收：生产中的边角料可破碎后重新造粒（需单独储存，避免混入杂质），用于非食品接触级产品，降低浪费。

局限性：

对水分敏感：聚酯型 TPU 在加工中若水分超标，易发生水解，导致分子量下降、制品力学性能衰减；
成本较高：原料及加工成本高于食品接触级 PVC 和部分 TPE，限制其在低成本一次性制品中的应用。

总结

食品接触级 TPU 的加工成型以注塑和挤出为核心，通过严格控制原料纯度、加工温度、设备清洁及助剂合规性，确保制品符合食品接触安全标准。其热塑性加工的便利性（无需硫化）和废料可回收性，使其生产效率高于食品级硅胶；同时，合理的工艺设计可充分发挥其弹性、耐温性等优势，满足密封件、包装膜、餐具等多种食品接触场景的需求。