SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG TINH KHIẾT
1 Bao bì cấp 1
15.6 Thân chai: bao bì PET
Hình 3. 1 Chai PET
15.6.1Vật liệu làm thân chai
Thân chai được làm bằng nhựa PET, là một loại copolyme thuộc nhóm polyester được tạo bằng phản ứng trùng ngưng. Trong đó, ethylene glycol được sử dụng làm chất nền khởi đầu cho quá trình trùng hợp, do đó polyester này có tên viết tắt là PET. PET cịn có tên thương mại là Mylar, Milinex, Hoslaphane và Terphane.
Hình 3. 2 Cấu trúc phần tử của phân tử PET
15.6.2Phương pháp chế tạo PET
PET được sản xuất từ phản ứng trùng ngưng giữa ethylene glycol và dimethyl terephthalate (DMT) hoặc axit terephthalic (TPA) dưới áp suất thấp. Phản ứng trùng ngưng tạo PET như sau:
Các monomer tham gia phản ứng tạo nên PET đều có hai nhóm chức: OH trong ethyleneglycol và COOH trong TPA và nhóm COOCH3 trong DMT. Sự trùng ngưng tạo nên phân tử polyme mạch dài, các phân tử H2O hoặc CH3OH được loại tùy thuộc monomer tham gia phản ứng.
15.6.3Tính chất của PET
PET là một loại bao bì thực phẩm quan trọng có thể tạo được dạng chai lọ bởi các tính chất sau:
Tỉ trọng: 1.4
Bền cơ học cao, có khả năng chịu đựng lực xé và lực va chạm, khó bị ăn mịn.
Trơ với mơi trường thực phẩm Trong suốt
Khơng thấm nước, chống thấm khí O2 và CO2 tốt hơn các loại polyelefin. Khi gia nhiệt đến khoảng 2000C, cấu trúc hóa học của mạch PET vẫn được
giữ ngun; tính chống ẩm và khí vẫn khơng thay đổi ở nhiệt độ khoảng 66 – 1000C, nhưng ở nhiệt độ khoảng 900C thì PET có thể bị biến dạng
Ở -700C, màng PET vẫn giữ nguyên các tính chất cơ lí Nhiệt độ phá hủy cấu trúc PET là 2250C
Bền với dung mơi hữu cơ Khơng bị thấm dầu, mỡ
15.6.4Quy trình sản xuất thân chai
Thân chai có thể được sản xuất theo: phương pháp đúc thổi và phương pháp đùn thổi:
Phương pháp đúc thổi: Nhựa được rót vào (1) rồi tạo phơi nhựa (2), sao đó phơi
nhựa được tháo khỏi khn để gia nhiệt trở lại và đưa vào khn có hình dạng như mong muốn. Sau đó được thổi khí với áp lực cao để nhựa bám đều khn tao hình dạng chai nhựa (5), cuối cùng được tháo ra khỏi khn (6).
Hình 3. 3 Quá trình sản xuất thân chai theo phương pháp đúc thổi
Phương pháp đùn thổi: Plastic được đùn vào khuôn theo ống dẫn từ thiết bị ép
đùn, được thổi khí với áp lực cao từ miệng khn xuống phía dưới làm cho nhựa bám đều vào thành khn, sau đó dỡ khn để lấy chai nhựa than chai ra và cắt phần thừa ở đáy chai.
Hình 3. 4 Quá trình sản xuất thân chai theo phương pháp đùn thổi
Nguyên tắc hoạt động của thiết bị ép đùn: Hạt plactic vào thiết bị qua phễu nhập liệu rồi được đun nóng đến trạng thái chảy mềm, sau đó được ép đùn bằng trục vít xoắn ốc chuyển động xoay tròn bên trong thiết bị, plastic được ra khe cửa để tạo
hình được máy kéo căng định hướng một chiều hoặc hai chiều. Để cải thiện tính chất cơ lí, tính chống thấm, đồng thời cũng giảm độ dày của tấm và tăng chiều dày của màng được định hướng theo chiều dọc của màng khi sản xuất hoặc định hướng cả hai chiều.
Hình 3. 5 Thiết bị ép đùn
15.6.5Ưu điểm và nhược điểm của bao bì PET
Ưu điểm
Có độ bền cơ học cao: chịu được lực xé, lực va chạm, cứng chắc Bảo quản tốt thực phẩm vì có tính chống ẩm và khí
Khơng tương tác với thực phẩm Giá thành rẻ, có thể tái chế
Khối lượng nhẹ nên thuận tiện để sử dụng Nhược điểm
• Khơng thể tái sử dụng nên gây ô nhiễm môi trường do những rác thác chai lọ
• Tốn kém chí phí cho việc tái chế
15.6.6Kiểm tra bao bì
Bảng 3. 1 Các chỉ tiêu cần kiểm tra trên bao bì PET
Chỉ tiêu kiểm tra Điều kiện ngâm Dung dịch ngâm Giới hạn cho phép
Antimon 600C trong 30 phút Axit axetic 4%
Không quá 0.05ppm
Germani Không quá 0.1ppm
Cặn khô
250C trong 1 giờ n-heptan
Không quá 30 ppm
600C trong 30 phút Etanol 20%
15.7 Nắp chai: nhựa
Hình 3. 6 Nắp nhựa
Có thể được làm từ các loại nhựa khác nhau nhưng thơng thường nắp chai nước tinh khiết thì được làm bằng nhựa PP và Pet.
15.7.1Vật liệu chế tạo nắp chai
15.7.1.1Nhựa PP
Tổng quan
- Polypropylen là một loại polyme, là sản phẩm của phản ứng trùng hợp Propylen.
- Công thức phân tử: (C3H6)x.
Tỷ trọng: PP vô định hình là 0.85 g/cm3; PP tinh thể là 0.96 g/cm3. - Độ giãn dài là 250 – 700%;
- Độ bền kéo dài là 30 – 40 N/mm2.
- PP có ý nghĩa trong kĩ thuật khi có phân tử lượng từ 80000 – 200000 đvC. - Điểm nóng chảy: -1650C.
- Cơng thức cấu tạo:
Tính chất
Tính chất về nhiệt: t0nc = 160 - 1700C. Nếu khơng có tác dụng tải trọng từ bên ngồi thì các sản phẩm của PP có thể giữ nguyên dạng tới 1500C . PP chịu lạnh kém (ở -5 – - 150C bị giòn ).
Tính chất hóa học : Với nhiệt độ bình thường PP khơng tan trong các dung
mơi, nó chỉ trương nở trong cacbua thơm hoặc cacbua được clorua hóa. Nhưng ở nhiệt độ trên 800C thì PP bắt đầu tan trong hai loại dung môi trên. PP hầu như không tan trong dầu thực vật. Độ bền hố chất: Polymer có kết tinh lớn > polymer có độ kết tinh bé. PP thực tế xem như không hút nước, mức hút ẩm < 0.01%
Tính chất cơ học: PP cứng hơn rất nhiều so với PE. Độ bền cơ học của PP phụ
thuộc rất mạnh vào tốc độ chất tải. PP chịu lạnh kém hơn PE, dễ bị oxi hóa Độ dai va đập 3.3 Ncm/cm2.
Độ cứng Brinen 63N/mm2 Phương pháp tổng hợp
Được điều chế dưới tác dụng của hệ xúc tác cationic (TiCl4 + Al(C2H5)) trong dung môi hexan ở -800C, áp suất phản ứng là 30 bar, áp suất này được điều chỉnh nhờ điều chỉnh tốc độ đưa nguyên liệu propylene và sử dụng thiết bị tăng áp.
Cơng dụng
Dùng làm bao bì một lớp chứa đựng bảo quản thực phẩm, không 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.
Ký hiệu: Trên sản phẩm sử dụng nguyên liệu chính từ PP sẽ được ký
hiệu bằng số 5 được đặt trong một hình tam giác cân Kiểm tra nguyên liệu
Bảng 3. 2 Điều kiện thử nghiệm và giới hạn an tồn đối với ngun liệu và bao bì thành phẩm dạng PE, PP (Quy định của Bộ Y tế năm 2001)
Kiểm tra ngun liệu
Cadimi Khơng q 100mg/kg
Chì Khơng q 100mg/kg
Chỉ tiêu kiểm tra Điều kiện ngâm Dung dịch ngâm Giới hạn an toàn Các kim loại nặng
600C trong 30 phút
Acid acetic 4% *1 Không quá 1mg/kg Lượng KMnO4 sử
dụng Nước *2 Không quá10mg/kg
Cặn khô 250C trong 60 phút n-heptan *3 Không quá 30mg/kg (không quá 150mg/kg nếu sử dụng nhiệt độ ở 1000C hay nhỏ hơn) 600C trong 30 phút Etanol 20% *4 Khơng q 30mg/kg Nước *2 Acid acetic 4% *1 Chú thích *1 đối với thực phẩm có pH ≤ 5 *2 đối với thực phẩm có pH > 5 *3 đối với thực phẩm dầu, mỡ, béo *4 đối với đồ uống có cồn
15.7.1.2Nhựa Pet
Polyethylene terephthalate (được gọi là PET, PETE hoặc PETP hoặc PET-P) là nhựa nhiệt dẻo, thuộc loại nhựa polyester và được dùng trong tổng hợp xơ sợi, vật đựng đồ uống, thức ăn và các loại chất lỏng; có thể ép phun để tạo hình; và trong kỹ nghệ thường.
Đặc điểm của nhựa Pet:
Các đặc tính của PET được quyết định bởi q trình xử lý nhiệt, nó có thể tồn tại cả hai: vơ định hình (trong suốt) và ở dạng kết tinh (màu trắng đục). Monomer của PET có thể được tổng hợp bởi phản ứng ester hóa giữa acid terepthalic và ethylene glycol tạo ra nước, hoặc phản ứng transester hóa giữa ethylene glycol và dimethyl terepthalate, methanol là sản phẩm. Sự polymer hóa được tiến hành bởi một q trình đa trùng ngưng của các monomer (ngay lập tức sau q trình ester hóa hoặc transester hóa) với ethylene glycol là sản phẩm (ethylene glycol được thu hồi trong sản xuất).
Hầu hết công nghiệp PET trên thế giới là tổng hợp sợi (chiếm 60%) cung cấp cho khoảng 30% nhu cầu của thế giới. Trong lĩnh vực vải sợi, PET được ứng dụng làm polyester kết hợp với cotton. Hầu hết, PET được ứng dụng đùn ép tạo sản phẩm.
PET được sản xuất dưới tên thương mại Arnite, Impet và Rynite, Ertalyte, Hostaphan, Melinex và Mylar films, và Dacron, Diolen, Terylene và Trevira fibers.
PET có thể được bọc bởi vỏ cứng hay làm vỏ cứng bọc vật dụng, quyết định bởi bề dày lớp và lượng nhựa cần thiết. Nó tạo thành một màng chống thấm khí và ẩm rất tốt. Chai PET chứa được các loại thức uống như rượu và các loại khác, bền và chịu được va đập mạnh. PET có màu tự nhiên với độ trong suốt cao.
PET có thể kéo thành màng mỏng (thường được gọi với tên thương mại là mylar). PET thường được bao bọc với nhơm để làm giảm tính dẫn từ, làm cho nó có tính phản chiếu và chắn sáng. Chai PET là một loại vật đựng rất tốt và được sử dụng rộng rãi để đựng đồ uống lỏng. PET hoặc Dacron cũng được sử dụng như là một lớp vật liệu cách nhiệt phủ phần ngoài của trạm vũ trụ quốc tế (ISS). Ngoài ra, sự kẹp PET vào giữa màng polyvinyl alcol sẽ làm tăng sự ngăn thẩm thấu khí oxygen.
Khi có sự gia cường hạt hay sợi thủy tinh, nó trở nên cứng một cách đáng kể và bền hơn. PET là một dạng bán bán kết tinh, được mua bán dưới tên thương mại là Rynite, Arnite, Hostadur&Crastin.
PET được tìm ra vào năm 1941 bởi Calico Printer’ Association của Manchester. Chai PET được sản xuất vào năm 1973.
Các tính chất của PET
Một trong những đặc tính quan tọng của PET là độ nhớt. Độ nhớt của chất được decilit/gram (dl/g) phụ thuộc vào độ dài mạch polymer. Độ dài mạch của polymer càng dài, độ rắn càng cao, nên độ nhớt càng cao. Độ dài của một
polymer của thể được đều chỉnh thông qua q trình polymer hóa. Độ nhớt của một vài dạng: 0.6 dl/g: dạng sợi. 0.65 dl/g: dạng màng mỏng. 0.76-0.84 dl/g: chai lọ. 0.85 dl/g: dạng dây thừng.
PET có khả năng hút ẩm. Khi bị ẩm, trong q trình gia cơng PET, sự thủy phân sẽ diễn ra tại bề mặt tiếp xúc giữa nước và PET, nguyên nhân này làm giảm phân tử lượng của PET (hay độ nhớt) và những đặc tính cơ lý của nó. Vì thế trước khi nhựa được gia công, độ ẩm phải được loại bỏ khỏi nhựa. Có thể thực hiện được bằng cách sử dụng chất hút ẩm hoặc sấy trước khi đưa vào gia cơng.
Q trình sấy PET:
Trong lị sấy, khí nóng được thổi từ phía dưới lên sàn chứa những mảng PET được cắt, làm PET bay lên lơ lửng trong khơng khí nóng, nên có thể loại bỏ được độ ẩm. Khí nóng ẩm được dẫn khỏi sàn và đi qua bộ làm lạnh để loại bỏ độ ẩm. Cuối cùng khơng khí này được nung trở lại và được cho trở lại để sấy những mảng PET như lúc đầu, chu trình được lập lại. Độ ẩm trong sản phẩm nhựa phải nhỏ hơn 40 phần triệu (một phần nước trên một triệu phần nhựa theo khối lượng) thì đạt yêu cầu chất lượng trước khi gia công. Thời gian sấy không nên ngắn hơn 4 giờ, bởi vì sấy nguyên liệu thấp hơn 4 giờ, thì nhiệt độ của mảng PET sẽ thấp hơn 1600C. Ở nhiệt độ này thì sự thủy phân sẽ xảy ra bên trong những mảng PET trước khi chúng được sấy khơ.
15.7.2Quy trình sản xuất và thiết bị
15.7.2.1Q trình sản xuất nắp chai
B1: Tìm ngun liệu hạt nhựa phù hợp và loại khn phù hợp.
B2: Từ nguyên liệu hạt nhựa thô, được cho qua phễu, qua thiết bị tầng sôi với
nhiệt độ cao, và sau đó các hạt nhựa nóng chảy, phân bố đồng đều vào mỗi khoang chứa và cuối cùng khn ép tiến hành ép, định hình nắp. Nắp chai được sản xuất, thông qua việc cài đặt các thơng số kĩ thuật, có chất lượng mặt bên trong cao và hình dáng bên ngồi đẹp, và các điểm phun và dịng chảy chất, chảy tự do.
15.7.2.2Máy sản xuất nắp chai
Hình 3. 7 Thiết bị sản xuất nắp chai
Bảng 3. 3 Các thông số kỹ thuật của máy
Cap diameter 25mm-50mm
Productivity 280 thousand to 350 thousand/day
Max. cap height 25MM
Number of cavities 24cavities
Working press 1000N/min
Total power 22KW
Absorbed electrical power 15KW
Size(L × W × H) 3800*1600*2580 mm
Voltage 440/380/220v
Máy này, đặc trưng bởi hoạt động dễ dàng và tiết kiệm điện, nước, nguyên liệu và sức lao động, tăng sản lượng bằng ba lần so với máy ép nhựa khác, với điện năng tiêu thụ tương tự. Các thiết bị kiểm soát nhiệt độ tự động và một hệ thống phù hợp với tốc độ của máy đùn và máy ép được cài đặt để tối ưu hóa nhiệt độ của khn mẫu và các nguyên liệu, làm cho máy có độ bền cao và ổn định. Chiếc máy ra đời là một bước đột phá lớn trong ngành công nghiệp sản xuất nắp chai. Hơn nữa, nó đã được cấp bằng sáng chế trên tồn quốc (bằng sáng chế số) và là một trong những thế hệ đầu tiên của sản phẩm mới độc lập phát triển.
Nén Molding là một cơng nghệ nổi tiếng trên tồn thế giới. Ngày nay, hầu hết các nắp chai nước ngọt và nước, được sản xuất bằng máy nén, vì quá trình này sử dụng máy nén khí để cung cấp áp lực. Áp lực cao hơn nhiều, ổn định và cung cấp thậm chí áp lực để mỗi khn. Vì vậy, các nắp chai được sản xuất bởi quá trình này là đẹp hơn và có cấu trúc chặt chẽ hơn.
Sản xuất nắp chai là nhanh hơn và chất lượng cao hơn và tiêu thụ điện năng cũng thấp hơn rất nhiều so với một máy ép phun.
Tính năng của máy
- Hồn tồn tự động, runnerless, giảm chi phí về nhựa và nhân lực lên đến 15 ~ 50 %. Sản lượng hàng ngày lên đến 316.000, nhanh hơn so với thiết bị ép phun 3 lần.
- Do hệ thống khí nén, mặc các bộ phận giảm đến mức tối thiểu - Thành phần quan trọng dễ bị kết dính và tháo rời
- Cơng thức và độ dày ổn định, đầu ra phù hợp - Thành phần tiêu chuẩn dẫn đến hoán đổi linh hoạt
- Một nhà điều hành có thể hoạt động nhiều máy tính cùng một lúc
- Thiết kế tối ưu hóa, bảng điều khiển thân thiện, tốc độ sản xuất có thể điều chỉnh
Kiểm tra nguyên liệu
Bảng 3. 4 Điều kiện thử nghiệm và giới hạn an toàn đối với nguyên liệu và bao bì thành phẩm dạng PET (Quyết định của Bộ Y tế năm 2001)
Cadimi Khơng q 100mg/kg
Chì Khơng q 100mg/kg
Kiểm tra bao bì
Chỉ tiêu kiểm tra Điều kiện ngâm Dung dịch ngâm Giới hạn an toàn Các kim loại nặng
600C trong 30 phút
Acid acetic 4% *1 Không quá 1mg/kg Antimon
Nước *2
Không quá 0.05mg/kg
Germani Không quá
0.05mg/kg Lượng KMnO4 sử dụng Không quá10mg/kg Cặn khô 250C trong 60 phút n-Heptan *3 Không quá 30mg/kg (không quá 150mg/kg nếu sử dụng nhiệt độ ở 1000C hay nhỏ hơn) 600C trong 30 phút Etanol 20% *4 Khơng q 30mg/kg Nước *2 Acid acetic 4% *1 Chú thích *1 đối với thực phẩm có pH ≤ 5 *2 đối với thực phẩm có pH > 5 *3 đối với thực phẩm dầu, mỡ, béo *4 đối với đồ uống có cồn
15.8 Nhãn chai: PVC
15.8.1Cấu trúc
PVC được sản xuất bằng phương pháp trùng hợp các monomer VCM vinyl chroride, ở áp suất thấp, ở khoảng nhiệt độ không cao phản ứng trùng hợp PVC có thể biểu diễn như sau:
Phân tử VCM có 1 nối đơi trong phân tử, có thể mở nối đơi tham gia phản ứng