TÌM HIỂU VỀ BAO BÌ THỦY TINH

IV. CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BAO BÌ THỦY TINH4.1. Sơ đồ qui trình4.2. Thuyết minh qui trìnhNguyên liệu: Cát cần có hàm lượng SiO2, kích thước tùy theo yêu cầu từng loại thủy tinh, ít lẫn các loại oxyt hoặc kim loại không mong muốn.Rửachà xát:Mục đích: loại bỏ một số hợp chất hòa tan và hợp chất dạng huyền phù.Cát được rửa bằng nước, đồng thời chà sát để tách rời các hạt cát dính nhau. Ngoài ra có thể sử dụng các phương pháp sau:Phương pháp tuyến nổi: hỗn hợp cát và nước được trộn với tác nhân tạo bọt (xà phòng sulfat, acid oleic (C17H35COOH)); do cát ưa nước bị thâm ướt chìm xuống còn các khoáng tạp chất kỵ nước nên không thấm ướt sẽ dính vào các bong bóng và nổi lên trên.Phương pháp tuyến nổi và sát liên hợp: kết hợp 3 quá trình: làm nổi, xát màng và rửa.Phương pháp hóa học: dùng các acid hoặc muối để hòa tan màng hydroxyt sắt hoặc tạp chất khác. Phương pháp này đắt và phức tạp nên thường dùng để sản xuất thủy tinh quang học.Phương pháp sinh học: dùng vi sinh vật thích hợp để hóa giải sắt trong cát.Phân loại theo kích thước hạt: Mục đích: Cát có kích thước đồng đều giúp quá trình nấu thủy tinh dễ dàng thời gian và nhiệt độ nấu.Cát sau khi làm sạch, sấy khô được đưa qua hệ thống rây để phân loại kích thước hạt.Phân ly điện từ: Mục đích: hạn chế hàm lượng oxyt sắt có trong cát làm ảnh hưởng xấu đến chiết quang, tạo màu không mong muốn cho thủy tinh.Dùng phương pháp phân ly điện từ cho cát đi qua thiết bị có khả năng nhiễm từ mạnh (nam châm điện). Cát hạt cát và tạp chất bị nhiễm từ với mức độ khác nhau sẽ phân thành các nhóm khác nhau.Sấy cát:Mục đích: Loại bỏ tạp chất hữu cơ, nâng nhiệt độ khối cát tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nấu thủy tinh.Sấy cát ở nhiệt độ rất cao (7008000C) trong thiết bị sấy thùng quay. Nếu thời tiết thuận lợi và diện tích đủ rộng có thể sấy cát tự nhiên bằng ánh nắng mặt trời.

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÔN CÔNG NGHÊ BAO BÌ VÀ ĐÓNG GÓI THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI:

GVHD: ĐẶNG THỊ YẾN

1Tp HCM, 10/2014 MỤC LỤC

Mở đầu

Bao bì đã được sử dụng phổ biến để chứa đựng tất cả các loại hàng hóatrong quá trình bảo quản, vận chuyển, phân phối và kiểm tra Bao bì có tácdụng bảo vệ chất lượng hàng hóa từ khi sản xuất, đến khi trao đổi thương mại

và tiêu thụ, mang lại hiệu quả kinh tế và thể hiện sự tiến bộ của xã hội Từnhững vật liệu chứa đựng thô xơ thời xưa, khoa học kĩ thuật phát triển tạo nênnhiều loại bao bì đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của xã hội

Công nghiệp bao bì liên tục được phát triển Các loại vật liệu bao bìluôn được nghiên cứu, công nghệ mới để sản xuất bao bì cũng ngày càng được

áp dụng rộng rãi nhằm đảm bảo cho sản phẩm bao bì đáp ứng tốt hơn nhu cầucủa sản xuất và trao đổi hàng hoá

Ngày nay, càng xuất hiện nhiều loại bao bì tiện dụng hơn so với bao bìthủy tinh, nhưng cho đến tận bây giờ bao bì thủy tinh vẫn còn được sử dụngrộng rãi trong việc chứa đựng các sản phẩm dạng lỏng do loại bao bì này có cácđặc tính tốt như không phản ứng với sản phẩm chứa đựng, không độc, chịuđược axit,… Bao bì bằng thuỷ tinh ngày nay đã được sản xuất bằng công nghệmới, tiên tiến, hình thức, kiểu dáng, chủng loại ngày càng phong phú, đa dạng,vừa có chất lượng cao vừa có tính mỹ thuật

Với những kiến thức đã học và qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu nhómchúng em xin trình bày về đề tài “ Tìm hiểu bao bì thủy tinh” để làm rõ hơn vềđặc tính, qui trình sản xuất cũng như việc tái sử dụng bao bì thủy tinh trongthực phẩm Do kiến thức còn hạn chế nên bài báo cáo này còn nhiều thiếu sótkính mong cô và các bạn đóng góp ý kiến để bài báo cáo của chúng em hoànchỉnh hơn

Xin chân thành cảm ơn!

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BAO BÌ THỦY TINH

1.1 Định nghĩa

1.1.1 Bao bì

Bao bì là vật chứa đựng, bao bọc thực phẩm thành đơn vị để bán.Bao bì

có thể bao bọc, có thể phủ kín hoàn toàn hay chỉ bao bọc một phần sản phẩm.(Theo quyết định của Tổng cục Tiêu chuẩn – Đo lường – Chất lượng số 23TĐC/QĐ ngày 20 tháng 2 năm 2006)

1.1.2 Bao bì thủy tinh

Bao bì được làm từ chất liệu thủy tinh được gọi là bao bì thủy tinh

Thuỷ tinh là chất liệu cao cấp: Các đặc tính của thuỷ tinh làm cho nó trởthành một chất liệu với chất lượng cao và hình ảnh đặc trưng Thuỷ tinh được

sử dụng trong nhiều thế kỷ và được coi là loại bao bì tốt nhất và quyến rũ nhấtđược sử dụng để chứa sâm banh hảo hạng hoặc nước ép hoa quả tươi

Các đồ vật làm từ thủy tinh từ thế kỷ 7 và thế kỷ 8 đã được tìm thấy trên đảoTorcello gần Venice Các loại hình này là liên kết quan trọng giữa thời La Mã

và sự quan trọng sau này của thành phố đó trong việc sản xuất thủy tinh.Khoảng năm 1000 sau Công nguyên, một đột phá quan trọng trong kỹ thuật đãđược tạo ra ở Bắc Âu khi thủy tinh sô đa được thay thế bằng thủy tinh làm từcác nguyên liệu có sẵn hơn: bồ tạt thu được từ tro gỗ Từ thời điểm này trở đi,thủy tinh ở khu vực phía bắc châu Âu có sự sai khác rõ nét với thủy tinh ở khuvực Địa Trung Hải, là khu vực mà sô đa vẫn được sử dụng chủ yếu

Thế kỷ 11 được cho là nổi bật, tại Đức, phương pháp mới chế tạo thủy tinhtấm đã ra đời bằng các quả cầu để thổi, sau đó chuyển nó sang thành các hìnhtrụ tạo hình, cắt chúng khi đang còn nóng và sau đó dát phẳng thành tấm Kỹthuật này đã được hoàn thiện vào thế kỷ 13 ở Vênidơ

Cho đến thế kỷ 12 thủy tinh đốm (có nghĩa là thủy tinh với các vết màu(thông thường là kim loại) đã không được sử dụng rộng rãi nữa Đến thế kỷ 19,ngành sản xuất thủy tinh đã phát triển rất mạnh nhờ các thí nghiệm được tổchức có hệ thống để xác định các thành phần của các phối liệu

Đến thế kỷ 20, trong công nghiệp thủy tinh có tiến bộ nổi bật là sự ra đời cácloại thủy tinh nổi tiếng: thủy tinh Jena, thủy tinh Pirec, cả hai có đặc tính quígiá là bền với acid và nước, dãn nở rất ít do đó chịu được sự biến đổi nhiệt độđột ngột, không vỡ Chúng được dùng để chế tạo nhiều dụng cụ thí nghiệm

1.3 Đặc tính chung của bao bì thủy tinh

Phân loại thủy tinh vô cơ:

- Thủy tinh đơn nguyên tử: là thủy tinh chỉ tập hợp một loại nguyên tố hóa học,các nguyên tố này thuộc nhóm V, VI, của bảng phân loại tuần hoàn, đây chính

là dạng đóng rắn của S, P, Se, As…

- Thủy tinh oxyt: là dạng tập hợp của các phân tử oxyt axit, hay oxyt bazo cùngloại hay nhiều loại tồn tại ở nhiệt độ thường như B2O3, SiO2, P2O5.

- Thủy tinh silicat là một loại thủy tinh oxyt rất phổ biến, chính là vật liệu làmchai lọ chứa đựng thực phẩm:

+ Chai nước giải khát có gas, bia, rượu, nước quả ép…

Thủy tinh có tính chuyển đổi trạng thái thuận nghịch theo sự tăng giảmnhiệt độ

Thủy tinh có tính đẳng hướng: xét theo mọi hướng thì cấu trúc thủy tinhđồng nhất như nhau

1.4 Bao bì thủy tinh silicat

1.4.1 Đặc điểm của bao bì thủy tinh silicat

 Ưu điểm:

− Nguồn nguyên liệu tự nhiên phong phú (cát trắng ở bờ biển)

− Có khả năng chịu được áp suất nén bên trong

− Bảo vệ được thực phẩm bên trong (ngăn chặn sự xâm nhập của tác nhân gây hưhỏng sản phẩm)

− Tái sinh dễ dàng không gây ô nhiễm môi trường

− Tái sử dụng nhiều lần, nhưng phải có chế độ rửa chai lọ an toàn vệ sinh

− Trong suốt có thể thấy được sản phẩm, hấp dẫn người tiêu dùng

− Ít bị ăn mòn hóa học bởi môi trường kiềm và axit Bao bì thủy tinh chưa thựcphẩm không bị ăn mòn bởi pH của thực phẩm mà thường bị ăn mòn bởi môitrường kiềm, vệ sinh chai lọ để tái sử dụng

 Nhược điểm:

− Dẫn nhiệt rất kém

− Có thể bị vỡ, nứt khi nhiệt độ thay đổi hoặc do va chạm cơ học Mảnh vỡ cóthể gây hại cho người tiêu dùng (mối nguy vật lí của sản phẩm)

− Nặng, khối lượng bao bì có thể lớn hơn thực phẩm được chứa đựng bên trong,

tỷ trọng của thủy tinh 2,26,6 Vì vậy gây bất tiện trong chuyên chở

− Không thể in, ghi nhãn theo qui định nhà nước lên bao bì mà chỉ có thể vẽ sơnlogo hay thương hiệu của công ty, nhà máy hoặc khi sản xuất chai có thể tạodấu hiệu nổi trên thành chai và nếu cần chi tiết hơn thì phải dán nhãn giấy lênchai như trường hợp sản phẩm rượu, nước ngọt chứa đựng trong chai thủy tinh

1.4.2 Thủy tinh silicat trong công nghiệp:

Các loại thủy tinh silicat sử dụng trong công nghiệp được phân loại dựatrên thành phần tham gia các oxyt như sau:

Loại 1: thủy tinh chứa kali và canxi: có độ bền hóa học cao, độ bóngsáng bề mặt, dùng làm dụng cụ đo, thủy tinh cao cấp

Loại 2: thủy tinh chứa natri và canxi: có độ bền hóa học cao do sự cómặt của nguyên tố canxi, với hàm lượng natri thấp, và nếu hàm lượng natricàng cao thì thủy tinh càng kém bền nhiệt cũng như ké bền hóa Với hàm lượngnatri thấp, thủy tinh có thể dùng làm bao bì đựng rượu, bia, nước giải khát…hoặc dùng trong các phòng thí nghiệm

Loại 3: thủy tinh chứa kali và chì: là thủy tinh đắt tiền, thuỷ trọng cao,

có độ bóng sáng bề mặt và độ chiết quang cao, dùng để làm các dụng cụ caocấp, đồ trang sức

Loại 4: thủy tinh chứa bo và nhôm: là thủy tinh bền nhiệt, bền hóa, bền

cơ cao Đây là thủy tinh kỹ thuật

II TÍNH CHẤT VẬT LÝ, HÓA HỌC CỦA BAO BÌ THỦY TINH

Những loại chai có cổ: dùng để đựng các loại nước giải khát, cồn, biarượu Các loại chai này thường chịu tác động của các lực sau:

− Lực theo phương thẳng đứng tác dụng lên đáy chai trong quá trình chiết rót vàlực tác dụng lên cổ chai khi đóng nút chai

− Lực theo phương ngang (phương thẳng góc với đường trục của chai), chính là

áp lực của khí CO2 tác động thẳng góc với thành chai Áp lực này càng lớn lúcthanh trùng, sau khi chiết rót đóng nút chai

Để đảm bảo chai được bền dưới tác động của lực trong quá trình chiết rót,đóng nắp chai thủy tinh luôn luôn được thiết kế:

+ Độ dày thành chai và đáy chai đồng đều nhau

+ Thân trụ thẳng đáy tròn

+ Đáy là một mặt cầu lồi

+ Cổ chai phía bên trong có dạng mặt cầu lồi tròn xoay và độ cong của cổ chaikhông thay đổi một cách đột ngột

2.2 Độ bền nhiệt

Khi chai lọ được rót dung dịch nóng thì thành trong sẽ giãn nở tạo ứnglực vòng chạy suốt chiều cao của thân trụ bên trong Ở thành ngoài, khi chưacân bằng nhiệt với thành trong thì sẽ xuất hiện ứng lực kéo Nếu nhiệt độ dungdịch và bao bì không chênh quá 700C thì ứng lực kéo ở thành ngoài và ứng lực

nén ở thành trong cũng không chênh lệch một cách đột ngột, không gây vỡchai Tương tự cho trường hợp rót dung dịch lạnh

Chai đựng thực phẩm có áp lực khí hoặc được đun nóng, làm lạnh, cầnthiết được cấu tạo thân trụ thẳng đáy tròn, cổ và thân chai không được giảmnhanh sự chênh lệch đường kính, thì tăng độ bền cơ hơn các loại chai có cấutạo khác

2.3 Tính chất quang học của thủy tinh

Thủy tinh có đặc tính quang học thể hiện ở khă năng hấp thụ ánh sáng vàphản xạ ánh sáng Thủy tinh silicat có khả năng hấp thụ tia có bước sóng 150 –600nm Có thể điều khiển sự truyền ánh sáng qua thủy tinh bằng cách cho thêmcác chất màu như: oxyt kim loại, hợp chất của lưu huỳnh, hợp chất của selen,các oxyt kim loại khác

Thủy tinh chứa hỗn hợp của các oxyt kim loại như cobalt (Co), niken(Ni), chromium (Cr), sắt (Fe) đều co thể tăng sự hấp thụ ánh sáng khả kiến, tiahồng ngoại, tia tử ngoại Riêng oxyt sắt tạo màu xanh lá cây cho thủy tinh có

khả năng hấp thụ tia cực tím và hồng ngoại

Ngoài ra khi bổ sung kim loại hay oxyt kim loại vào thủy tinh trong quátrình sản xuất có thể làm biến đổi màu sắc của thủy tinh như: thêm 2 – 3% củaoxyt đồng sẽ sinh ra màu xanh lam Đồng nguyên chất sinh ra thủy tinh mờ cómàu đỏ thẫm, đôi khi được sử dụng thay thế cho thủy tinh màu hồng ngọc củavàng Niken phụ thuộc vào nồng độ, sinh ra thủy tinh có màu xanh da trời, màutím hay là màu đen Sự bổ sung titan sinh ra thủy tinh có màu vàng

Thủy tinh amber và thủy tinh xanh lá cây là thủy tinh cản quang tốt nhất,

vì bao bì thủy tinh cản quang chỉ cho xuyên qua khoảng 10% ánh sáng có bướcsóng 290 – 450nm, nhưng thủy tinh lại có khuynh hướng hóa sẫm đen dướinăng lượng của bức xạ mạnh như trong trường hợp chiếu xạ thực phẩm

2.4 Độ bền hóa học:

Là khả năng chống ăn mòn hóa học của môi trường tiếp xúc với thủytinh, tùy thuộc vào thành phần nguyên liệu ban đầu và điều kiện của môitrường tiếp xúc với thủy tinh

Silic là nguyên tố lưỡng tính nên thủy tinh có thể bị ăn mòn bởi môitrường axit hoặc môi trường kiềm.

− Môi trường nước và axit: do thành phần H+ phân ly từ axit sẽ đến nhận điện tửcủa các kim loại kiềm, kiềm thổ, tạo khí H2 và các ion kim loại kiềm thổ bịkhuếch tán vào môi trường, tạo nên các lỗ hỏng trong mạng cấu trúc bề mặt củathủy tinh:

2H+ + 2Na  + 2Na+

Sự ăn mòn này tạo cho thủy tinh có bề mặt nhám,, bị lõm thành những vết

li ti, mất vẻ sáng bóng, ảnh hưởng đến tính chất quang học Thủy tinh kiềm thổ

bị ăn mòn bởi môi trường axit ở môi trường axit ở mức độ kém hơn so với thủytinh kiềm

− Môi trường kiềm: Môi trường ăn mòn thủy tinh nhanh chóng hơn so với cácmôi trường axit vì oxyt Si là oxyt lính, mạng lưới SiO4 bị ăn mòn dần trở nênnhững vết khuyết rõ ràng hơn so với các trường hợp của axit

Nhiệt độ môi trường ăn mòn càng cao thì thủy tinh bị ăn mòn càng nhanh,nếu bề mặt thủy tinh có vết trầy xước thì cũng tạo điều kiện ăn mòn dễ dàng

III NGUYÊN LIỆU VÀ PHỐI LIỆU TRONG SẢN XUẤT THỦY TINH 3.1 Nguyên liệu chính nấu thủy tinh

− SiO 2 :

Đây là thành phần chính của đa số thủy tinh công nghiệp Thủy tinhsilicat bền cơ, nhiệt, hóa Thủy tinh silicat thuần khiết còn được gọi là thạchanh có tính chiết quang cao, rất quý và được nấu ở nhiệt độ rất cao

Thủy tinh công nghiệp có thành phần SiO2 là 55 – 75% Nguồn nguyênliệu chính là cát biển thô Ngoài SiO2 còn có Al2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O…làcác thành phần cần được điều chỉnh trong thủy tinh công nghiệp Bên cạnh đó

có thể có những oxyt nhuộm màu, các oxyt ảnh hưởng đến độ chiết quang củathủy tinh như: Fe2O3, MnO2, TiO2, Cr2O3, V2O5

Yêu cầu cát nấu thủy tinh có hàm lượng SiO2 cao, hàm lượng tạp chất sắtrất nhỏ (0,012 – 0,3%) Fe2O3 làm thủy tinh có màu vàng, FeO làm thủy tinh cómàu xanh Hạt cát phải có kích thước nhỏ (0,1 – 8mm) Nếu hạt cát có kích

thước lớn thì sẽ khó chế tạo thủy tinh chất lượng cao Hạt cát nhỏ, mịn, trơn,láng bóng và không có khía cạnh, đồng đều về kích thước rất thuận lợi để sảnxuất thủy tinh chất lượng cao.

− K 2 O:

Được cho vào thủy tinh dưới dạng K2CO3, tạo cho thủy tinh vẻ bóng sáng

bề mặt K2O là phụ gia sản xuất thủy tinh cao cấp như: pha lê, thủy tinh màu,thủy tinh quang học, thủy tinh dùng trong phân tích hóa học và thủy tinh kỹthuật

− Na 2 O:

Được cung cấp từ các muối vô cơ như Na2CO3 và Na2SO4 Hàm lượng cao

sẽ làm giảm tính bền nhiệt, bền cơ, bền hóa và càng làm giảm tính dẫn điện củathủy tinh, ngoài ra còn có tác dụng hạ nhiệt độ nấu làm cho thủy tinh dễ bị bọt

3.2 Nguyên liệu phụ

Hỗ trợ kỹ thuật chế tạo các chất vô cơ được dùng ở lượng nhỏ hoặc rấtnhỏ để khử bọt, khử màu, nhuộm màu, làm đục thủy tinh rút ngắn quá trìnhnấu

Chất nhuộm màu thủy tinh gồm chất nhuộm màu thủy tinh phân tử vàchất nhuộm màu thủy tinh khuyếch tán Chất nhuộm màu phân tử sẽ không gâythay đổi tính chất của thủy tinh, cho màu ổn định và trong suốt, đối với tất cảcác quá trình gia nhiệt sử dụng thủy tinh

Bảng: Các chất nhuộm màu

Chất nhuộm màu phân tử Màu sắc thủy tinh

Cr (Cr 2 O 3 , K 2 Cr 2 O 7 ) Lục vàng

phần thủy tinh (cho màu khói, tím đỏ)

+ Hợp chất selen: để nhuộm thủy tinh thành đỏ và hồng hàm lượng Se khoảng0,05÷0,2%

+ Hợp chất vàng (Au) có thể nhuộm màu cho thủy tinh từ hồng đến đỏ để tạongọc có thể thêm hàm lượng thiếc 0,01÷0,02%

+ Hợp chất bạc (AgNO3) có thể nhuộm thủy tinh thành màu vàng

+ Hợp chất đồng (Cu2O) tạo ra màu đỏ cho thủy tinh, nhưng trong môi trường cótính oxy hóa thì tạo màu xanh

− Chất oxy hóa: muối nitrat, các hợp chất asenic, MnO2, sẽ phóng thích O2 trongquá trình nấu thủy tinh ở nhiệt độ cao 400÷9250 C Hỗn hợp chất oxy hóathường dùng như asenic As2O3 (0.3%) và KNO3 (1 – 1.5%) cũng là chất khửbọt cho quá trình nấu thủy tinh.

− Chất khử: carbon (C) từ nguồn mạc cưa, than đá, muối natri, kali hoặc SnO,SnCl2 thường được dùng để loại các nguyên tố oxy từ oxyt kim loại

− Các chất rút ngắn quá trình nấu giúp rút ngắn 10 – 15% thời gian nấu thủy tinhkhi thêm vào một lượng nhỏ các hợp chất Flo, muối Sunfat, NaCl, B2O3, BaO,muối Nitrat

IV CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BAO BÌ THỦY TINH

Sắt kim loại+oxyt sắt

(105-1100C)

(700-8000C)

(700-8000C) (1100-14000C)

CátRửa, chà xátSấy khôPhân loạiPhân ly điện từSấy cátNấu thủy tinhTạo hìnhPhủ nóng

4.2 Thuyết minh qui trình

- Nguyên liệu: Cát cần có hàm lượng SiO2, kích thước tùy theo yêu cầu từng loạithủy tinh, ít lẫn các loại oxyt hoặc kim loại không mong muốn

- Rửa-chà xát:

Mục đích: loại bỏ một số hợp chất hòa tan và hợp chất dạng huyền phù

Cát được rửa bằng nước, đồng thời chà sát để tách rời các hạt cát dínhnhau Ngoài ra có thể sử dụng các phương pháp sau:

+ Phương pháp tuyến nổi: hỗn hợp cát và nước được trộn với tác nhân tạo bọt (xàphòng sulfat, acid oleic (C17H35COOH)); do cát ưa nước bị thâm ướt chìmxuống còn các khoáng tạp chất kỵ nước nên không thấm ướt sẽ dính vào cácbong bóng và nổi lên trên

+ Phương pháp tuyến nổi và sát liên hợp: kết hợp 3 quá trình: làm nổi, xát màng

và rửa

+ Phương pháp hóa học: dùng các acid hoặc muối để hòa tan màng hydroxyt sắthoặc tạp chất khác Phương pháp này đắt và phức tạp nên thường dùng để sảnxuất thủy tinh quang học

+ Phương pháp sinh học: dùng vi sinh vật thích hợp để hóa giải sắt trongcát

- Phân loại theo kích thước hạt:

Mục đích: Cát có kích thước đồng đều giúp quá trình nấu thủy tinh dễdàng- thời gian và nhiệt độ nấu

Cát sau khi làm sạch, sấy khô được đưa qua hệ thống rây để phân loạikích thước hạt