Factores importantes que afectan la calidad de las escamas de PET para botellas

Factores importantes que afectan la calidad de las escamas de PET para botellas

Hoy en día, el PET es el material de envasado de bebidas más ampliamente utilizado. Dado que el PET puede enfriarse convenientemente para obtener productos PET que se encuentran básicamente en estado amorfo, con alta transparencia y fácil de estirar, puede utilizarse como material de envasado para fabricar películas de embalaje con estirado biaxial, y también puede usarse para obtener botellas de soplado por estiramiento con alta resistencia y alta transparencia a partir de preformas amorfas, además puede ser extruido o soplado directamente para producir botellas huecas no estiradas de PE. Los envases huecos de PET, especialmente las botellas moldeadas por soplado con estiramiento, aprovechan al máximo las propiedades del PET, ofrecen un buen efecto de exhibición del contenido, rendimiento y costo competitivo frente a otros envases huecos. Por lo tanto, los materiales de envasado de PET se utilizan básicamente en el moldeo por soplado con estiramiento, siendo los más comunes las pequeñas botellas de decenas de mililitros hasta 2 litros, aunque también existen botellas con capacidad de hasta 30 litros. Desde principios de la década de 1980, debido a su ligereza, facilidad de conformación, bajo precio y facilidad para la producción en masa, ha tenido un impulso irresistible de desarrollo rápido. En aproximadamente 20 años, se ha convertido en el material de envasado de bebidas más importante del mundo. No solo se utiliza ampliamente en el envasado de bebidas carbonatadas, agua embotellada, condimentos, cosméticos, licores, fructosa seca y otros productos, sino que también puede emplearse en el envasado de jugos de frutas y bebidas de té mediante botellas rellenadas en caliente tras un tratamiento especial. Las botellas de PET para cerveza tratadas con la tecnología más avanzada también están entrando en el mercado, y las botellas de PET para llenado aséptico también se están desarrollando rápidamente. Puede decirse que el progreso tecnológico está ampliando el uso de las botellas de PET, no solo para seguir expandiendo el mercado tradicional en aguas potables y bebidas carbonatadas, sino también para impactar finalmente en el posicionamiento de envases de vidrio y latas de aluminio.

El proceso de producción del gránulo de grado para botellas de PET se divide principalmente en dos partes. La primera parte es la producción del gránulo básico, es decir, la producción de poliéster. El proceso de fabricación de láminas básicas de grado para botellas es básicamente el mismo que el de las láminas convencionales. Para satisfacer ciertas propiedades de las láminas de grado para botellas, se añaden un tercer monómero IPA y algunos aditivos. La segunda parte es el aumento de viscosidad en fase sólida de las láminas básicas.

1. tamaño del corte de la materia prima

Tanto la transesterificación como la esterificación son reacciones reversibles. Para desplazar el equilibrio hacia la dirección positiva, los productos volátiles de baja masa molecular deben eliminarse a tiempo. Los subproductos de pequeñas moléculas producidos por la policondensación en estado sólido pueden separarse del gránulo mediante dos procesos: la difusión de las pequeñas moléculas desde el interior hasta la superficie del gránulo y la difusión desde la superficie del gránulo. Relativamente hablando, en la producción de SSP, la velocidad de difusión de los productos de pequeñas moléculas dentro del gránulo es mucho más lenta que la de fuera de la superficie del gránulo a temperaturas relativamente altas y altas velocidades de flujo. Por lo tanto, para eliminar los productos de pequeñas moléculas en la mayor medida posible, la tecnología requiere que el gránulo permanezca más tiempo en el reactor. Dado que la trayectoria de difusión de los productos de pequeñas moléculas en partículas pequeñas es más corta que en partículas grandes, es más fácil su eliminación; además, al ser las partículas pequeñas, el área superficial total de las partículas aumenta, la velocidad de transferencia de calor se incrementa y también se acelera la velocidad de reacción. Por consiguiente, dentro de un cierto rango, la velocidad de reacción de la policondensación en estado sólido del PET es inversamente proporcional al tamaño de partícula del gránulo de materia prima. Sin embargo, si las partículas son demasiado pequeñas, tienden a aglomerarse, lo cual afectará la velocidad de reacción. Además, la forma de las partículas también influye en la velocidad de reacción. Las formas irregulares favorecen la aglomeración. Por ello, existe un requisito elevado respecto al corte de la sección basal, y no se pueden introducir secciones especiales en el sistema de policondensación en fase sólida.

2. valor de color de las láminas de material en bruto

El valor del color del rebanado crudo determina directamente el valor del color del rebanado del producto. Existen muchos factores que afectan el valor del color de los rebanados básicos. El color es el indicador más intuitivo de la calidad de los rebanados de reacción. La medición se basa en principios cromatográficos y fotométricos, así como en las normas de medición de la Comisión Internacional de Iluminación (ILC), generalmente medida mediante un colorímetro Hunt (L, a, b); L significa blancura o luminosidad; A es el índice verde/rojo; B es el índice amarillo. Muchos son los factores que afectan el color de los rebanados básicos, causados principalmente por la calidad de las materias primas, los tipos y contenidos de aditivos, la tecnología de producción, el control del proceso productivo y las diferencias en la calidad del producto. Actualmente, el método de control directo desde el proceso consiste en modificar la adición de agente rojo y agente azul en condiciones de proceso estable y buena calidad de materias primas y auxiliares. Los factores que afectan el valor del color de los rebanados del producto terminado son más complejos, pero los rebanados de grado para botellas requieren un alto valor de color del producto, por lo que el proceso debe ajustarse oportunamente para satisfacer las necesidades de los usuarios.

3.Contenidos de IPA y DEG

El contenido de IPA y DEG en la rebanada del producto terminado se controla en la producción de la rebanada básica, y el contenido de IPA y DEG permanece básicamente inalterado en el proceso de tixificación en fase sólida.

La cantidad de IPA es muy importante para la viscosidad de la viruta PET. El propósito de agregar IPA es reducir la regularidad del arreglo de las macromoléculas de PET, con el fin de disminuir la cristalinidad de la viruta PET. Sin embargo, el punto de reblandecimiento y el punto de fusión del PET disminuyen con la adición de IPA, lo que deteriora la estabilidad térmica y la resistencia mecánica de las botellas. Por lo tanto, el contenido de IPA debe ajustarse según los requisitos del mercado y controlarse estrictamente. Actualmente, la empresa produce dos tipos de láminas de grado para botellas según las necesidades del usuario: uno es para botellas de bebidas carbonatadas comunes y el otro para botellas de jugos envasados en caliente. Este último requiere una alta resistencia a la temperatura, por lo que, además de realizar ajustes adecuados en el proceso de soplado de botellas, como aumentar el proceso de tratamiento térmico y ajustar la temperatura del molde, también se reduce apropiadamente el contenido de IPA (1,5 % menos en porcentaje en peso) en las materias primas para mejorar la cristalinidad del PET y cumplir así con los requisitos de resistencia térmica de las botellas. Además, el contenido de IPA también tiene un cierto impacto en la policondensación en estado sólido; si el contenido de IPA no es adecuado, por ejemplo, cuando es demasiado alto, puede provocar una cristalización imperfecta de las láminas durante la pre-cristalización y en el cristalizador, lo que resulta en la adherencia de las láminas en el proceso de aglutinamiento.

El contenido de glicol dietilénico generalmente se determina por el proceso de producción, pero también puede ajustarse modificando la proporción de microajuste (como ajustar la relación entre EG y PTA). Actualmente, el contenido de glicol dietilénico en las escamas de grado botella es de aproximadamente 1,1 % ± 0,2 % (porcentaje en peso). Dentro de este rango, un mayor contenido de glicol dietilénico favorece la mejora de la resistencia térmica de las escamas de PET, debido a la flexibilidad del enlace éter presente en el glicol dietilénico, lo que puede mejorar la velocidad de cristalización del PET. Sin embargo, este contenido no puede ser demasiado alto, ya que la presencia del enlace éter reduce la rigidez de las moléculas de PET, disminuye el punto de fusión del PET y puede provocar fácilmente variaciones en la viscosidad de las escamas durante el proceso de polimerización. Si el contenido es demasiado alto, también reducirá las propiedades mecánicas del soplado de las escamas.

4. Grupo carboxilo terminal

Bajo ciertas condiciones, un alto contenido de grupos carboxilo es beneficioso para aumentar la velocidad de reacción. Puede observarse en la ecuación de la reacción SSP que una es transesterificación y la otra es esterificación; cuando el contenido de grupos carboxilo terminales es alto, favorece la reacción de esterificación entre las cadenas de PET y la velocidad de reacción. En la sección de PET, el aumento de la concentración de H+ también favorece el efecto autocatalítico del catalizador, pero el incremento del contenido de grupos carboxilo terminales afectará el rendimiento en el procesamiento posterior de la escama, por lo que se requiere que el grupo carboxilo terminal de la escama básica se controle dentro de un rango determinado, generalmente entre 30 y 40 mol/t, mientras que el grupo carboxilo terminal de la escama de grado botella es [30 mol/t.

5. Otros factores

El tipo y la cantidad de diversos aditivos en la rebanada de materia prima también tendrán cierta influencia sobre la calidad intrínseca de la rebanada terminada. La producción de rebanadas de nivel para botellas requiere la adición de un estabilizante térmico, ácido polifosfórico. El papel del ácido polifosfórico consiste en sellar el extremo de la cadena molecular de PET con un grupo fosfato y aumentar la estabilidad térmica de la cadena de PET. Sin embargo, el grupo fosfato también puede convertirse en un agente nucleante para la cristalización del PET. En particular, tendrá cierto impacto en el moldeo por inyección de las rebanadas de nivel para botellas. Durante el proceso de soplado, los oligómeros, los óxidos metálicos (como el trióxido de antimonio), los fosfatos, etc., son todos agentes nucleantes para la cristalización del PET, mientras que otros compuestos de bajo peso molecular, como el propio polietilenglicol, no tienen capacidad de nucleación, pero sí actúan como catalizadores de cristalización. Si el contenido de estas sustancias supera cierto nivel en el PET, se acelerará la velocidad de cristalización del PET (es decir, se reducirá la temperatura de cristalización en frío), lo cual afectará la calidad de la botella soplada, provocando una neblina blanca en la base o en la boca de la botella, e incluso podría afectar la transparencia total de la botella. Por lo tanto, asegurando la calidad de la rebanada y la velocidad de reacción (capacidad del equipo), los aditivos, incluido el catalizador, deberían ser cada vez menos.

Efecto de los parámetros del proceso del pre-cristalizador y cristalizador en las propiedades del producto

En general, la temperatura del pre-cristalizador se establece entre 145 y 150 °C (el parámetro es proporcionado por la parte extranjera). Si la temperatura es demasiado baja, resulta difícil eliminar las moléculas de agua en forma de agua de cristalización en la viruta, lo que hará que la velocidad de cristalización sea demasiado lenta. La cristalización será insuficiente y no podrá adaptarse a las necesidades de producción. Sin embargo, la temperatura de cristalización no debe ser demasiado alta, ya que al aumentar la temperatura, el corte y el aire en el pre-cristalizador y el cristalizador son susceptibles a la degradación oxidativa, lo que afecta al valor del color del producto. La temperatura del cristalizador se establece entre 170 y 175 °C (los parámetros son proporcionados por la parte extranjera). Si la temperatura supera los 175 °C, conforme aumenta el tiempo de residencia de las virutas en el pre-cristalizador y el cristalizador, el valor del color aumenta más bruscamente, mientras que la cristalinidad apenas cambia. Por supuesto, en la producción real no es posible obtener un buen valor b mediante un enfriamiento excesivo, porque al ser baja la temperatura, la falta de cristalización de la viruta provoca que esta se aglomere en el precalentador posterior y en el reactor, y el agua en estado cristalino es difícil de eliminar. Esto afectará al efecto de engrosamiento de la viruta y a la calidad intrínseca de la viruta terminada. Solo se pueden utilizar secciones bien cristalizadas para obtener secciones engrosadas adecuadas. La denominada sección de buen cristal significa principalmente que la cristalinidad de la viruta alcanza un valor determinado; por ejemplo, la cristalinidad a la salida del pre-cristalizador es ≥30 %, la cristalinidad a la salida del cristalizador es ≥40 % y la cristalinidad a la salida del precalentador es ≥45 %. De lo contrario, se produciría la aglomeración de las virutas durante el proceso de engrosamiento; otro aspecto importante es que la superficie de las virutas esté uniformemente cristalizada.

7. Efecto de los parámetros del proceso del precalentador y del reactor en el rendimiento del producto

Estas dos etapas tienen diferentes grados de engrosamiento de las láminas. Existen dos factores que afectan la termodinámica y la cinética de la reacción de policondensación en fase sólida: la temperatura de reacción y el grado en que los subproductos moleculares pequeños difunden hacia el exterior de la sección. El primer factor depende de la temperatura de control del nitrógeno.

El efecto de la temperatura sobre la reacción siempre es positivo y negativo. El aspecto positivo es que aumentar la temperatura puede incrementar la velocidad de reacción, y la productividad del dispositivo puede aumentarse bajo la condición de que el aumento de viscosidad sea constante. Además, la producción puede incrementarse bajo ciertas condiciones. Aumento de espesor. Sin embargo, un aumento de temperatura va acompañado de un incremento en las reacciones secundarias, lo que a su vez afecta la calidad del producto. Por lo tanto, en la producción real es necesario encontrar la temperatura adecuada, teniendo en cuenta ambos aspectos. En este dispositivo, la temperatura del reactor se determina por la temperatura de salida del precalentador. La temperatura del reactor puede controlarse variando la temperatura de salida del precalentador y el flujo de nitrógeno en la parte inferior del mismo. La temperatura de entrada del reactor se transfiere lentamente hacia abajo, y la reacción del sistema también es lenta. Una vez realizada una modificación, el tiempo necesario para volver a estabilizarse es al menos el doble del tiempo de residencia del reactor, y la viscosidad del producto final correspondiente también cambia. Esto lleva tiempo; de lo contrario, la velocidad de reacción será diferente, lo que provocará un engrosamiento desigual de la lámina, afectando así el rendimiento posterior del procesamiento de la misma.

El segundo factor depende del caudal de nitrógeno en el momento de la reacción y del área superficial específica de la rebanada. Aquí, el nitrógeno actúa por un lado como medio de calentamiento (especialmente en un precalentador) y por otro lado como medio que arrastra los subproductos de baja masa molecular. Como se mencionó anteriormente, los subproductos de baja masa molecular producidos por la policondensación en fase sólida abandonan la sección en dos procesos, en los cuales la difusión hacia el exterior de las moléculas pequeñas desde la superficie está relacionada con el caudal de nitrógeno y la temperatura. El nitrógeno y la rebanada fluyen aquí en contracorriente, lo que aumenta el efecto de calentamiento y arrastra los subproductos de baja masa molecular. El precalentador del dispositivo BUHLER utiliza una estructura tipo techo, que se calienta mediante circulación de nitrógeno inferior e intermedio para lograr un calentamiento más uniforme y sin ángulos muertos. En el reactor, dado que la rebanada está bajo presión en la parte inferior, la temperatura de entrada inferior se controla a una temperatura más baja de aproximadamente 190 grados, haciendo que las rebanadas sean menos propensas a adherirse. Como medio de calentamiento, el caudal de nitrógeno depende principalmente de la temperatura de reacción y de la carga de producción (es decir, el requisito de relación gas-sólido). Cuando la temperatura y la carga son constantes, el caudal de nitrógeno tiene un valor límite, es decir, una vez alcanzado este valor, el aumento del caudal ya no acelera la velocidad de reacción porque la interfaz gas-sólido alcanza el equilibrio de adsorción; sin embargo, cuando la temperatura aumenta, el equilibrio se rompe y la concentración de moléculas pequeñas en la interfaz gas-sólido continúa disminuyendo a medida que aumenta el caudal de nitrógeno hasta alcanzar un nuevo equilibrio.

Otra razón que afecta la velocidad de la reacción SSP es la potencia externa - potencia del catalizador. Es decir, la cantidad de catalizador en la sección base, el contenido de catalizador en la sección A es aproximadamente 2/3 de la sección B. Entre los factores que afectan el efecto catalítico del catalizador, además del contenido de catalizador, la temperatura de reacción es más importante.

8. Efecto del sistema de purificación de nitrógeno en las propiedades del producto

(1) Contenido de oxígeno

Se introduce una pequeña cantidad de aire de instrumentación en el sistema de purificación de nitrógeno para eliminar la materia orgánica gaseosa de pequeñas moléculas producida en el sistema de nitrógeno. Puede observarse en la Ecuación 1-3 que el hidrocarburo principal en la reacción es el etilenglicol, y existen algunos subproductos como el acetaldehído, oligómeros, etc., que se oxidan catalíticamente con oxígeno a dióxido de carbono y agua en el lecho catalítico de Pt/Pd del reactor catalítico. Sin embargo, el contenido de oxígeno debe controlarse estrictamente porque la presencia de moléculas de oxígeno provoca una degradación térmica durante el proceso de espesamiento, lo que resulta en un empeoramiento del valor de color del producto, una disminución de la viscosidad y un aumento de los grupos carboxilo terminales. El contenido de oxígeno del gas nitrógeno procedente del sistema de purificación de nitrógeno del equipo se controla para que esté dentro de los 10 ppm. Actualmente, según las características del sistema de purificación de nitrógeno, además de la oxidación catalítica, existe un método para eliminar compuestos de pequeñas moléculas en el nitrógeno que consiste en rociar EG frío, el cual puede eliminar el contenido de oxígeno en el nitrógeno, pero su efecto de eliminación no es bueno en compuestos de baja ebullición como el acetaldehído.

(2) Grado de purificación del nitrógeno

La pureza del nitrógeno tiene un cierto efecto sobre el engrosamiento de las láminas y la calidad de las mismas. En primer lugar, los hidrocarburos de bajo peso molecular en el nitrógeno pueden favorecer que la reacción de aumento de viscosidad transcurra en sentido inverso, lo cual no es favorable para el engrosamiento de las láminas. Al mismo tiempo, también afecta la eliminación del acetaldehído en las láminas, influyendo así en el contenido de aldehído de las mismas, pero la reacción de polimerización es muy compleja, por lo que el análisis del efecto de las moléculas pequeñas en el nitrógeno sobre el contenido de acetaldehído debe estudiarse aún más.

(3) Punto de rocío del sistema de nitrógeno

A altas temperaturas, las moléculas de agua tienden a hidrolizar las macromoléculas de poliéster y afectan la calidad del producto. Por lo tanto, en la producción por policondensación en fase sólida, es necesario controlar el punto de rocío del sistema de nitrógeno, es decir, controlar el contenido de moléculas de agua en el sistema de nitrógeno. Para los dispositivos BUHLER, se requiere que el punto de rocío del nitrógeno esté por debajo de -30 grados y para el dispositivo SINCO se requiere -40 grados.

En conclusión

Cuando las virutas de grado para botellas PET se utilizan como materiales de embalaje, los principales indicadores de calidad presentan los siguientes aspectos: calidad aparente, propiedades mecánicas, propiedades de procesamiento, ausencia de olor y toxicidad; además, muchos factores que afectan la calidad de las virutas son también muy complejos. Los factores principales son varios de los analizados anteriormente. Según los requisitos del usuario, se puede ajustar la fórmula básica de virutas, la ruta del proceso y las condiciones de proceso para modificar estos indicadores y satisfacer las necesidades del mercado. Y prepararse para la localización de la producción SSP.