PET (hoặc PETE) – Polyethylene terephthalate là một loại polymer nhiệt dẻo đa năng thuộc họ polyme polyester . Nhựa polyester được biết đến với sự kết hợp tuyệt vời của các đặc tính như khả năng chịu lực, nhiệt, kháng hóa chất cũng như độ ổn định kích thước. PET là một trong những loại nhựa nhiệt dẻo được tái chế nhiều nhất, và mã nhận dạng nhựa của nó là số “1”.
Polyethylene terephthalate thuộc nhóm polyester là loại copolyme được chế tạo bởi phản ứng trùng ngưng. Tên viết tắt PET để chỉ loại polyester đã được sử dụng ethylene glycol làm chất nền khởi đầu cho q trình trùng hợp. PET cịn có tên thương mại là Mylar, Milinex, Hoslaphane, Terphane… Pet là loại vật liệu plastic quan trọng dùng làm bao bì thực thẩm. PET được sản xuất từ phản ứng trùng ngưng giữa ethylene glycol và dimethyl terephthalate (DTM) hoặc acid terephthalic (TPA) dưới áp suất thấp.
3.8.1 Cấu tạo
Các monomer tham gia phản ứng trùng ngưng tạo nên PET đều có 2 nhóm chức như: OH trong ethylene glycol và COOH trong TPA và nhóm COOCH3 trong DTM. Sự trùng ngưng tạo nên phân tử polymer mạch dài, các phân tử H2O hoặc CH3OH được loại tùy thuộc monomer tác chất.
Hình 3.4 Cấu trúc của PET và kí hiệu nhựa PET
3.8.2 Tính chất
Trường ĐH Cơng Nghiệp Thực Phẩm Tp.HCM Khoa Cơng Nghệ Hóa Học
Tỷ trọng PET vơ định hình: 1,370 g/cmPET tinh thể: 1,445 g/cm3 3
Độ co giãn dài 50 – 150 %
Độ chịu va đập 3.6 kJ/m2
Nhiệt độ nóng chảy ~ 260 oC
Có khả năng chịu lực và chịu nhiệt cao. Khi gia tăng nhiệt ở 200oC hay làm lạnh ở -90oC thì cấu trúc hóa học của PET vẫn được giữ ngun.
Có tính chống thấm khí (O2 và CO2) tốt hơn nhiều loại nhựa khác. Ở nhiệt độ khoảng 100oC thì nhựa PET vẫn được tính chất này.
Bền cơ học cao, có khả năng chịu đựng lực xé và lực va chạm, chịu đựng sự mài mịn cao, có độ cứng vững cao.
Trong suốt.
Bề mặt có rất nhiều lỗ rỗng, xốp, rất khó để có thể làm sạch. Mức độ tái chế của nhựa PET cũng rất thấp (chỉ khoảng 20%).
3.8.3 Ứng dụng
Được ứng dụng rộng rãi để làm vật đựng đồ uống, chai nước khống, bình đựng nước ngọt, nước giải khát có gas, có thể ép phun để tạo hình bao bì đóng gói,…
Được sử dụng rộng rãi trong sản xuất khay nhựa đựng thực phẩm.
Được sử dụng trong việc sản xuất sợi thủ công, trong các ngành công nghiệp dệt may, túi xách.
Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.HCM Khoa Cơng Nghệ Hóa Học
Sử dụng sản phẩm một lần duy nhất, không nên dùng đi dùng lại nhiều lần.
Do tính chấm thấm khí CO2 cao nên PET được dùng làm chai đựng nước giải khát có gas, chiếm 40% tổng lượng nước giải khát sản xuất và khoảng 80% lượng PET được sản xuất. PET cũng được chế tạo dạng màng để làm túi bao bì thực phẩm cần chống oxy hóa.
3.9 Nhựa PP (Polypropylene) 3.9.1 Cấu tạo
Nhựa PP (Polypropylene) là một loại nhựa nhiệt dẻo polymer có độ cứng, dai và kết tinh được sản xuất từ monome propene (hoặc propylene). Nhựa PP có cơng thức hố học là (C3H6)n - là loại nhựa giá rẻ nhất hiện nay.
Hình 3.5 Cấu trúc của PP
3.9.2 Tính chất
Tính chất vật lý:
Mật độ phân tử nhựa PP là từ 0,895 đến 0,92 g / cm³. Do đó, PP là loại nhựa có tỷ trọng nhẹ nhất trên thị trường hiện nay. Tuy nhiên, mật độ của nó có thể thay đổi đáng kể với chất độn.
Polypropylene nổi trội với độ dai và dẻo, đặc biệt khi đồng trùng hợp với ethylene. Điều này cho phép polypropylene được sử dụng như một loại nhựa kỹ thuật
Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.HCM Khoa Cơng Nghệ Hóa Học
Ngồi ra PP cũng có giá thành sản xuất rẻ và khả năng chống mịn tốt.
Điểm nóng chảy của của nhựa PP xảy ra trong một phạm vi nhiệt từ 130 °C ~ 165 °C tuỳ thuộc vào vật liệu độn và độ kết tinh.
Nhựa PP có điện trở cao nên khả năng cách điện tốt, thường là vật liệu bao bọc dây diện, các vật liệu cách điện.
Độ trong của nhựa PP là tương đối Tính chất hóa học:
Nhựa PP ở nhiệt độ phịng có khả năng chống ăn mịn bởi chất béo và hầu hết các dung môi hữu cơ, ngoại trừ các chất oxy hoá mạnh.
Nhựa PP sử dụng để bảo quản các loại Axit và bazơ khơng oxy hóa do khơng bị hồ tan bởi các chất này.
Ở nhiệt độ cao, PP có thể được hịa tan trong các dung môi không phân cực như xylen, tetralin và decalin. Do nguyên tử cacbon bậc ba nên PP có độ bền hóa học kém hơn nhựa PE.
Hầu hết polypropylene thương mại là đẳng tính và có mức độ kết tinh trung gian giữa polyethylene mật độ thấp (LDPE) và polyethylene mật độ cao (HDPE).
3.9.3 Ứng dụng
Dùng làm bao bì một lớp chứa đựng bảo quản thực phẩm, khơng yêu cầu chống oxy hóa một cách nghiêm nhặt.
Tạo thành sợi, dệt thành bao bì đựng lương thực, ngũ cốc có số lượng lớn.
PP cũng được sản xuất dạng màng phủ ngồi đối với màng nhiều lớp để tăng tính chống thấm khí, hơi nước, tạo khả năng in ấn cao, và dễ xé rách để mở bao bì (do có tạo sẵn một vết đứt) và tạo độ bóng cao cho bao bì.
Dùng làm chai đựng nước, bình sữa cho bé, hộp bảo quản thực phẩm.
Một số sản phẩm làm từ nhựa PP có khả năng chịu nhiệt tốt dùng được trong lị vi sóng.
Trường ĐH Cơng Nghiệp Thực Phẩm Tp.HCM Khoa Cơng Nghệ Hóa Học
3.10 Nhựa PS (Polystyrene) 3.10.1 Cấu tạo
Là một loại nhựa dẻo (polymer), được tạo thành từ phản ứng trùng hợp styrene. Cơng thức cấu tạo của Polystyrene là (CH[C6H5]-CH2)n.
Hình 3.6 Cấu trúc của PS
3.10.2 Tính chất
Trong suốt, khơng màu, dễ tạo màu, dễ gia cơng(nhiệt độ gia cơng 180 ÷ 200ºC). Nhược điểm giòn dễ rạn nứt, chịu va đập kếm chịu hố chất kém, tan trong dung mơi benzen, Acetone, MEK.
Tỷ trọng: 1.05 ÷ 1.1 g/cm3. Chỉ số chảy: 1 ÷ 8g/10 phút. Độ bền kéo đứt: 400 ÷ 450 kg/cm2. Độ bền va đập thấp. Độ giãn dài thấp 1 ÷ 2%. Cách điện tần số cao tốt. Độ cứng Brinel 14 ÷ 16 kg/mm2.
Nhiệt độ biến dạng thấp, tạo khí đen (khi cháy Styren thốt ra). Vật liệu không phân cực, không hút ẩm.
Nhựa khơng kết tinh (vơ định hình ): trong suốt. Độ co rút khi định hình: 0.3 ÷ 0.5%.
Nhựa PS chịu va đập được sản xuất bằng cách bổ sung thêm vào khoảng 5 ÷ 10% thành phần chất cao su tổng hợp Butadiene, loại này có ưu điểm là độ chịu va đập cao
Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.HCM Khoa Cơng Nghệ Hóa Học
3.10.3 Ứng dụng
Được sử dụng trong sản xuất hộp xốp nhựa đựng thực phẩm, vỏ nhựa CD, DVD, đồ chơi trẻ em, máy vi tính, máy sấy tóc và các thiết bị nhà bếp.
Nhựa định hình PS thường được dùng sản xuất hộp nhựa, ly nhựa, tô chén nhựa, khay nhựa bánh kẹo nhờ vào đặc tính cứng và giịn, rất nhẹ và dễ tạo hình, sản phẩm cho ra đẹp.
Đối với sản phẩm từ nhựa polystyrene tốt nhất là không nên dùng nhựa này để đựng thức ăn nóng (trên 70°C) vì ở nhiệt độ cao lượng Monostyren giải phóng ra lượng lớn sẽ làm tổn hại đến gan.
Không dùng khay nhựa từ PS để đựng nước sôi và thức ăn nhiều dầu mỡ, dưa muối hoặc giấm.
3.11 Phụ gia 3.11.1 Định nghĩa
Phụ gia là các chất được thêm vào hỗn hợp nhằm mục đích hỗ trợ q trình gia cơng, q trình lưu trữ cũng như cãi thiện một số tính năng cho hỗn hợp.
Mục đích của việc sử dụng phụ gia: duy trì tính chất của nhựa; tăng tính năng cơ, lý, hóa cho nhựa; tăng khả năng gia cơng; tăng đặc tính sử dụng.
3.11.2 Phân loại
Được chia thành những loại chính như sau:
Phụ gia bảo vệ: chất chống oxy hóa, chất định quang, chất kháng UV,…
Phụ gia tạo tác động đặc biệt: chất chống cháy, chất tạo màu, chất hấp thụ oxi hóa, chất lọc tia cực tím,…
Phụ gia tăng tính chất của nhựa: chất hóa dẻo, chất ổn dịnh,…
3.11.3 Một số phụ gia thường dùng
Chất tăng cơ lý tính (tăng dai, tăng va đập, tăng dẻo) cho các loại nhựa phổ thông như PE, PP, và các loại nhựa kỹ thuật như ABS, PC, PS...
Chất tăng khả năng ngậm màu khi sản xuất hạt màu cao cấp.
Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.HCM Khoa Cơng Nghệ Hóa Học
Chất ổn định nhiệt (heat stabilizer), ổn định gia công (processing stabilizer), hạn chế biến màu, cháy màu khi gia cơng.
Chất phịng lão (antioxidant): tăng tuổi thọ, giữ được cơ lý tính cho sản phẩm sau gia cơng và lưu trữ trong kho trong thời gian dài.
Chất trợ gia công, chất bôi trơn (Polymer Processing Aid) làm vật liệu nhựa dễ chuyển hóa, giảm nhiệt khi sản xuất, giảm tiêu thụ điện năng.
Chất kháng UV (UV Stabilizer, UV-Absorber, chất kháng tia cực tím): giữ cơ lý tính, chống rạn nứt, hạn chế biến màu đối với các sản phẩm nhựa để ngồi trời (do tiếp xúc thường xun với tia cực tím từ ánh nắng mặt trời).
Chất tạo độ trong cho màng (Nucleating Agent): chất tăng trong cho sản phẩm nhựa PP.
Chất tăng trắng quang học (Optical Brightener).
Chất chống oxy hoá (AntiOxidant agent): chống lại sự ơ-xi hố của các sản phẩm nhựa dưới tác động của môi trường.
Chất chống tĩnh điện (AntiStatic agent). Chất chống tạo khối (AntiBlocking agent).
Chất chống vi khuẩn (Anti microbial Masterbatch). Chất hỗ trợ gia công (Processing Aid agent).
Chất trượt, chống trượt (Slip Additive, Anti Slip Additive Masterbatch) Chất chống cháy (Flame Retardant) Antimony Tridioxide.
Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.HCM Khoa Cơng Nghệ Hóa Học
CHƯƠNG 4 MÁY VÀ THIẾT BỊ 4.1 Thiết bị đùn
4.1.1 Giới thiệu
Nhiệm vụ chính của thiết bị đùn là tạo nên áp suất đủ lớn để đẩy vật liệu qua khn. Áp suất này phụ thuộc: cấu trúc hình học của khn, tính chất dịng chảy của vật liệu và tốc độ chảy.
Hình 4.7 Thiết bị đùn
Máy đùn trục vít (Extruder) là một phương pháp gia công chủ yếu cho nhựa nhiệt dẻo, các loại vật liệu có độ đàn hồi cao như cao su, đơi khi cũng gia công cho nhựa nhiệt rắn, vật liệu được đẩy liên tục qua một khe hở có tiết diện khơng đổi gọi là đầu tạo hình.Sản phẩm được định hình theo hai chiều (những sản phẩm có chiều dài liên tục), độ chính xác của sản phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chế độ gia công (nhiệt độ, áp suất), sau khi ra khỏi đầu tạo hình kéo căng định hình hay có bộphận tiếp nhận… hoặc kết hợp với nhiều bộ phận xử lý phôi đùn khác, khác với dạng gia công máy ép phun (Injection) là loại máy gia cơng có chu kỳ. Máy đùn dùng để sản xuất trong những mặt hàng như: màng mỏng (film), tấm (sheet), sợi, thanh, ống, bọc cáp điện, các sản phẩm rỗng vv… những sản phẩm có bề rộng có thể lên tới hơn 10m.
Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.HCM Khoa Cơng Nghệ Hóa Học
4.1.2 Cấu tạo máy đùn trục vít
Hình 4.8 Cấu tạo thiết bị đùn trục vít
Xy-lanh: Để đảm bảo tính kinh tế và kỹ thuật, xy-lanh bao giờ cũng có hai phần : Phần nịng xy-lanh làm bằng thép có độ cứng cao vật liệu làm nịng xy lanh phải cứng hơn vật liệu làm trục xy-lanh phần này thường dày từ 10 đến 15mm.
Phần thân xy-lanh dày hơn nòng xy-lanh là thép chịu nhiệt cao và ăn mòn hóa học phát sinh trong q trình gia cơng. Khi chế tạo xy lanh người ta đặc biệt quan tâm đến độ ổn định nhiệt.
Cửa nhập liệu: Có kích thước 1D x 2D có kèm theo tấm đóng mở cửa để điều chỉnh lượng nguyên liệu vào xy lanh (D: đường kính trục vít). Ở phần cấp liệu nhằm tăng năng suất cho máy đùn người ta chỉ tạo một số rãnh trong xy-lanh, các rãnh này chiếm khoảng 3D. Các rãnh này có nhiệm vụ ngăn cản sự quay quẩn của nguyên liệu làm cho các cánh vít có tác dụng đẩy tốt hơn (ở vùng này phải được làm nguội tốt). Xy-lanh có lỗ thốt hơi: Dùng để lấy đi hơi ẩm hoặc hơi của các vật liệu dễ bay hơi hoặc hơi phát sinh trong q trình gia cơng. Để q trình thốt hơi nhanh người ta tạo xung quanh vùng thoát hơi một vùng áp suất chân khơng. Đường thốt hơi gồm các lỗ nhỏ có đường kính khoảng 0,2mm để tránh sự rị rỉ của nguyên liệu hoặc người ta
Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.HCM Khoa Cơng Nghệ Hóa Học
chuyển và cấp nhiệt đến trạng thái nóng chảy sau đó giảm áp suất xuống thấp nhất ở vùng thoát hơi và áp lực lại tăng lên đến vùng định lượng thì áp suất lại ổn định. (Sơ đồ của áp suất của xy-lanh có gia đoạn thốt hơi).
Trục vít: Đây là bộ phận riêng của máy, quay trong xy-lanh, nhiệm vụ của nó là tiếp nhận nguyên liệu, tải nguyên liệu tới vùng nhựa hóa, tạo ma sát trượt để nhựa hóa và trộn có tác dụng như bơm một nhựa lỏng qua đầu tạo hình, trên chiều dài máy chia thành 3 vùng:
Vùng vận chuyển hạt rắn (cấp liệu): Trong đó ngun liệu thơng thường ở dạng rắn.
Vùng nhựa hóa (nén ép): Gồm hỗn hợp lẫn lộn nhựa nóng chảy và các hạt rắn. Vùng phối liệu (định lượng): Ở đó vật liệu ở trạng thái chảy nhớt.
Từ khi nhập liệu di chuyển dần đến đầu tạo hình: Vật liệu sẽ biến đổi từ trạng thái rắn rồi sang trạng thái mềm cao rồi sang trạng thái chảy nhớt, khối lượng riêng thay đổi, vít xoắn cần một hệ số nén nào đó để tạo nén vật liệu di chuyển trong các rãnh vít.
Bước răng khơng thay đổi, ở giữa bề sâu giảm dần. Bước vít giảm dần bề sâu khơng đổi.
Bước vít giảm dần, bê sâu rãnh vùng giữa giảm dần.
Bước vít khơng đổi, bề sâu rãnh vùng nạp liệu không đổi, vùng tiếp theo giảm dần, vùng phối liệu có thể có cánh hướng dịng.
Nói chung phương pháp áp dụng là: Thay đổi bề sâu rãnh, thay đổi bước vít, hoặc kết hợp cả hai phương pháp trên. Xét về tính năng kỹ thuật: Bước răng khơng đổi thì ổn định kỹ thuật hơn, khi thay đổi bước răng thì sẽ thay đổi góc xoắn và thay đổi rất nhiều thông số kỹ thuật và khó khăn trong chế tạo vít xoắn.
Kích thước của vít xoắn ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm, chiều dài của vít xoắn ảnh hưởng đến thời gian lưu của vật liệu trong máy.
Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.HCM Khoa Cơng Nghệ Hóa Học
Chiều dài các vùng phân chia trên trục vít rất quan trọng nhất là chiều dài vùng phối liệu: Chiều dài vùng phối liệu ngắn thì máy làm việc rất biến động ở nhiệt độ, áp suất, năng suất thay đổi nhiều, chiều dài vùng phối liệu dài thì làm việc ổn định hơn.
Trục vít thơng thường được chế tạo bằng thép không rỉ: Hệ số ma sát nguyên liệu lên bề mặt trục vít nhỏ, để đảm bảo năng suất thì hệ số ma sát vật luệu trên trục vít bé hơn hệ số ma sát của vật liệu trên thành xy lanh, thông thường phải làm nguội xy lanh.
Bộ phận cấp nhiệt và giải nhiệt: Để cung cấp nhiệt cho xy-lanh trong q trình gia cơng có thể sử dụng dầu gia nhiệt, hơi quá nhiệt, nhiệt điện (điện trở).
Nhiệt trên xy-lanh được phân bố theo vùng nén ép, định lượng và cụm tạo hình, cịn phần cấp liệu khơng cần cấp nhiệt (nếu nhiệt ở vùng này không cao).
Hệ thống gia nhiệt phải có khả năng đạt nhanh nhiệt độ mong muốn và phải được kiểm soát một cách chặt chẽ và điều chỉnh được nhiệt độ từ 20ºC đến 300ºC.
Làm mát xy-lanh: Sự làm mát xy lanh rất cần thiết để giảm nhiệt độ, tránh sự quá nhiệt, nhất là do ma sát, hiện tượng cắt xé vật liệu bên trong gây ra làm phân hủy vật liệu nhựa bên trong xy-lanh.
Người ta có thể làm mát xy-lanh bằng nước (trường hợp nhiệt độ thấp hơn 100ºC) và khơng khí (những máy hiện nay người ta thơng thường làm nguội bằng 2 cách). Làm nguội bằng nước thường được bố trí ở vùng cấp liệu để tránh hiện tượng nguyên liệu bám vào thành phiễu hoặc bám dính vào trục vít. Đồng thời khống chế nhiệt không cho lan ra phần sau làm hư hỏng phần ổ bi và dầu mỡ bên trong ổ bi. Dùng nước làm mát thường có van để khống chế lượng nước và đường ống nước được chế tạo là một đường ống xoắn ốc quanh xy lanh. Khơng khí nguội được hệ hống quạt gió thổi qua khi nhiệt độ trên xy-lanh vượt quá giới hạn cho phép, đồng thời hệ thống cung