Facteurs importants affectant la qualité des copeaux de qualité bouteille PET

Facteurs importants affectant la qualité des copeaux de qualité bouteille PET

Aujourd'hui, le PET est le matériau d'emballage de boissons le plus largement utilisé. Le PET pouvant être refroidi facilement pour obtenir des produits essentiellement à l'état amorphe, hautement transparents et faciles à étirer, il peut servir de matériau d'emballage pour fabriquer des films d'emballage étirés biaxialement, mais aussi permettre d'obtenir, à partir de préformes amorphes, des bouteilles soufflées étirées présentant une grande résistance et une haute transparence, ou encore être extrudé ou soufflé directement en bouteilles non étirées en PET. Les récipients creux en PET, en particulier les bouteilles obtenues par soufflage avec étirage, mettent pleinement en valeur les propriétés du PET, offrent un excellent effet de présentation du contenu, et sont compétitifs en termes de performance et de coût par rapport aux autres récipients creux. Ainsi, le PET est principalement utilisé en emballage par soufflage avec étirage, les formats les plus courants étant des petites bouteilles allant de quelques dizaines de millilitres à 2 litres, bien qu'il existe également des bouteilles d'une capacité de 30 litres. Depuis le début des années 1980, grâce à son faible poids, sa facilité de mise en forme, son prix bas et sa facilité de production de masse, il connaît un développement rapide et irrésistible. En environ 20 ans, il est devenu l'emballage de boissons le plus important au monde. Il est non seulement largement utilisé pour l'emballage des boissons gazeuses, de l'eau en bouteille, des condiments, des cosmétiques, des spiritueux, du fructose sec et d'autres produits, mais peut également être employé pour l'emballage des jus de fruits et des thés glacés après traitement spécial des bouteilles à chargement à chaud. Des bouteilles en PET destinées à la bière, traitées selon les technologies les plus avancées, font également leur entrée sur le marché, tandis que les bouteilles en PET pour remplissage aseptique se développent rapidement. On peut dire que le progrès technologique élargit constamment les applications des bouteilles en PET, non seulement en consolidant continuellement leur marché traditionnel dans l'eau potable et les boissons gazeuses, mais aussi en concurrençant fortement les emballages en verre et en canettes d'aluminium sur leurs positions finales.

Le processus de production de la puce de qualité bouteille PET est principalement divisé en deux parties. La première partie est la production de la puce de base, c'est-à-dire la production de polyester. Le processus de fabrication des tranches de base de qualité bouteille est fondamentalement identique à celui des tranches conventionnelles. Afin de satisfaire certaines propriétés des tranches de qualité bouteille, un troisième monomère IPA et certains additifs sont ajoutés. La deuxième partie consiste en l'augmentation de la viscosité en phase solide des tranches de base.

1. taille de la tranche de matière première

Les réactions de transestérification et d'estérification sont toutes deux réversibles. Afin de déplacer l'équilibre dans le sens souhaité, les produits volatils de faible masse moléculaire doivent être éliminés en temps voulu. Les sous-produits de faible masse moléculaire générés par la polycondensation à l'état solide peuvent être séparés du galet par deux processus : la diffusion des sous-produits de faible masse moléculaire depuis l'intérieur jusqu'à la surface du galet, puis la diffusion depuis la surface du galet. Relativement parlant, lors de la production de SSP, la vitesse de diffusion des produits de faible masse moléculaire à l'intérieur du galet est beaucoup plus lente que celle à l'extérieur de la surface du galet à température relativement élevée et à débit élevé. Par conséquent, afin d'éliminer au maximum les produits de faible masse moléculaire, la technologie exige un temps de séjour plus long du galet dans le réacteur. Étant donné que le trajet de diffusion des produits de faible masse moléculaire est plus court dans les petites particules que dans les grandes, leur élimination est facilitée ; de plus, lorsque les particules sont fines, la surface totale des particules augmente, ce qui accroît la vitesse de transfert thermique ainsi que la vitesse de réaction. Ainsi, dans une certaine plage, la vitesse de réaction de la polycondensation à l'état solide du PET est inversement proportionnelle à la taille des particules du galet de matière première. Toutefois, si les particules sont trop petites, elles risquent de s'agglomérer, ce qui affecterait la vitesse de réaction. En outre, la forme des particules influence également la vitesse de réaction : une forme irrégulière favorise l'agglomération. Il existe donc des exigences strictes concernant le découpage de la section de base, et aucune section particulière ne doit pénétrer dans le système de polycondensation en phase solide.

2. valeur de couleur des tranches de matière première

La valeur de la couleur des tranches brutes détermine directement la valeur de la couleur des tranches du produit. De nombreux facteurs influencent la valeur de la couleur des tranches de base. La couleur est l'indicateur le plus intuitif de la qualité des tranches réactionnelles. La mesure s'appuie sur les principes de la chromatographie et de la photométrie, ainsi que sur les normes de mesure de la Commission internationale de l'éclairage (CIE), généralement effectuée à l'aide d'un colorimètre Hunt (L, a, b) : L indique la blancheur et la luminosité ; A est l'indice vert/rouge ; B est l'indice jaune. De nombreux facteurs affectent la couleur des tranches de base, principalement dus à la qualité des matières premières, aux types et teneurs des additifs, à la technologie de production, au contrôle du procédé de fabrication et aux différences de qualité du produit. Actuellement, la méthode de contrôle directe depuis le procédé consiste à modifier l'ajout d'agent rouge et d'agent bleu dans des conditions de procédé stables et avec des matières premières et auxiliaires de bonne qualité. Les facteurs influant sur la valeur de la couleur des tranches finies sont plus complexes, mais les tranches de qualité bouteille exigent une valeur de couleur élevée du produit, il convient donc d'ajuster en temps voulu le procédé afin de répondre aux besoins des utilisateurs.

3. Teneur en IPA et DEG

La teneur en IPA et DEG dans la tranche de produit fini est contrôlée lors de la production de la tranche de base, et la teneur en IPA et DEG reste fondamentalement inchangée au cours du processus de polymérisation en phase solide.

La quantité d'IPA est très importante pour la viscosité de la puce PET. Le but de l'ajout d'IPA est de réduire la régularité de l'arrangement des macromolécules de PET afin de diminuer la cristallinité de la puce PET. Toutefois, le point de ramollissement et le point de fusion du PET sont abaissés par l'ajout d'IPA, ce qui dégrade la thermostabilité et la résistance mécanique des bouteilles. Par conséquent, la teneur en IPA doit être ajustée selon les exigences du marché et strictement contrôlée. Actuellement, l'entreprise produit deux types de tranches de qualité bouteille selon les besoins des utilisateurs : l'un est destiné aux bouteilles ordinaires pour boissons gazeuses, l'autre aux bouteilles pour jus de fruits stérilisés à chaud. Ce dernier type exige une forte résistance à la chaleur ; ainsi, outre des ajustements appropriés dans le processus de soufflage, comme l'ajout d'un traitement thermique et le réglage de la température du moule, la teneur en IPA (réduite de 1,5 % en pourcentage pondéral) est légèrement diminuée dans les matières premières afin d'améliorer la cristallinité du PET et de répondre aux exigences de résistance thermique des bouteilles. En outre, la teneur en IPA a également un certain impact sur la polycondensation à l'état solide : si cette teneur n'est pas appropriée, par exemple lorsqu'elle est trop élevée, elle peut entraîner une cristallisation imparfaite des tranches lors de la pré-cristallisation et dans le cristallisoir, provoquant ainsi l'agglomération des tranches durant le processus de collation.

La teneur en diéthylène glycol est généralement déterminée par le procédé de production, mais peut également être ajustée en modifiant la proportion de micro-ajustement (par exemple en réglant le rapport entre EG et PTA). Actuellement, la teneur en diéthylène glycol dans les paillettes de qualité bouteille est d'environ 1,1 % ± 0,2 % (pourcentage pondéral). Dans cette plage, une teneur plus élevée en diéthylène glycol favorise l'amélioration de la résistance thermique des paillettes PET, en raison de la flexibilité de la liaison éther présente dans le diéthylène glycol, ce qui peut accroître la vitesse de cristallisation du PET. Toutefois, cette teneur ne doit pas être trop élevée, car la présence de liaisons éther réduit la rigidité des molécules de PET, abaisse le point de fusion du PET et peut facilement entraîner une variation de la viscosité des paillettes lors du processus de polymérisation. Si la teneur est trop élevée, cela réduit également les propriétés mécaniques des paillettes lors du soufflage.

4. Groupe carboxyle terminal

Dans certaines autres conditions, une teneur élevée en groupes carboxyles est bénéfique pour augmenter la vitesse de réaction. On peut voir à partir de l'équation de la réaction SSP que l'une est une transestérification, l'autre une estérification, et qu'une teneur élevée en groupes carboxyles terminaux favorise la réaction d'estérification entre les chaînes de PET ainsi que la vitesse de réaction. Dans la section PET, l'augmentation de la concentration en H+ est également favorable à l'effet autocatalytique du catalyseur, mais l'augmentation de la teneur en groupes carboxyles terminaux affecte les performances de transformation ultérieures de la pâte, c'est pourquoi la teneur en groupes carboxyles terminaux de la pâte de base doit être contrôlée dans une plage déterminée, généralement comprise entre 30 et 40 mol/t, tandis que celle de la pâte de qualité bouteille est [30 mol/t.

5. Autres facteurs

Le type et la quantité de divers additifs présents dans la tranche de matière première exercent également une certaine influence sur la qualité intrinsèque de la tranche finie. La production de tranches de niveau bouteille nécessite l'ajout d'un stabilisant thermique, l'acide polyphosphorique. Le rôle de l'acide polyphosphorique est de bloquer l'extrémité de la chaîne moléculaire de PET par un groupe phosphate et d'augmenter la stabilité thermique de la chaîne de PET. Toutefois, le groupe phosphate peut également se transformer en agent nucléant pour la cristallisation du PET. En particulier, cela aura un certain impact sur le moulage par injection des tranches de niveau bouteille. Lors du processus de soufflage, les oligomères, les oxydes métalliques (comme le trioxyde d'antimoine), les phosphates, etc., constituent tous des agents nucléants pour la cristallisation du PET, tandis que d'autres composés de bas poids moléculaire comme le polyéthylène glycol n'ont pas d'effet de nucléation. Cependant, ils agissent comme catalyseurs de cristallisation. Si la teneur de ces substances dépasse un certain seuil dans le PET, la vitesse de cristallisation du PET s'accélère (c'est-à-dire que la température de cristallisation à froid diminue), ce qui affecte la qualité de la bouteille soufflée, provoquant un voile blanc au fond ou à l'ouverture de la bouteille, et pouvant même altérer la transparence de toute la bouteille. Par conséquent, tout en garantissant la qualité de la tranche et la vitesse de réaction (capacité de l'appareil), les additifs, y compris le catalyseur, doivent être utilisés de plus en plus parcimonieusement.

Effet des paramètres de processus du pré-cristalliseur et du cristalliseur sur les propriétés du produit

En général, le réglage de la température du pré-cristalliseur est de 145~150 °C (le paramètre est fourni par la partie étrangère). Si la température est trop basse, il est difficile d'éliminer les molécules d'eau sous forme d'eau cristallisée dans la puce, ce qui rend la vitesse de cristallisation de la puce trop lente. La cristallisation est insuffisante et ne peut pas répondre aux besoins de production. Toutefois, la température de cristallisation ne doit pas être trop élevée, car lorsque la température augmente, le broyage et l'air présents dans le pré-cristalliseur et le cristalliseur sont sensibles à une dégradation oxydative qui affecte la valeur de couleur du produit. Le réglage de la température du cristalliseur est de 170~175 °C (les paramètres sont fournis par la partie étrangère). Si la température dépasse 175 °C, avec l'augmentation du temps de séjour des puces dans le pré-cristalliseur et le cristalliseur, la valeur de couleur augmente plus fortement, tandis que la cristallinité change à peine. Bien sûr, en production réelle, il n'est pas possible d'obtenir une bonne valeur b par un refroidissement excessif, car à basse température, le manque de cristallisation de la puce provoque la formation de copeaux dans le préchauffeur suivant et dans le réacteur, et l'eau à l'état cristallin est difficile à éliminer. Cela affectera l'effet d'épaississement de la puce et nuira à la qualité intrinsèque de la puce finie. Seules les sections bien cristallisées peuvent être utilisées pour obtenir de bonnes sections épaissies. La soi-disant section bien cristallisée signifie principalement que la cristallinité de la puce atteint une certaine valeur, par exemple, la cristallinité en sortie du pré-cristalliseur est ≥30 %, celle en sortie du cristalliseur est ≥40 %, et celle en sortie du préchauffeur est ≥45 %. Sinon, cela provoquera un collage des puces pendant le processus d'épaississement ; un autre point important est que la surface des puces doit être uniformément cristallisée.

7. Effet des paramètres de processus du préchauffeur et du réacteur sur les performances du produit

Ces deux étapes présentent des degrés différents d'épaississement des tranches. Deux facteurs influencent la thermodynamique et la cinétique de la réaction de polycondensation en phase solide : la température de réaction et le degré de diffusion vers l'extérieur des sous-produits de petite taille moléculaire à partir de la section. Le premier facteur dépend de la température de commande du chauffage par azote.

L'effet de la température sur la réaction est toujours positif et négatif. Le côté positif est qu'une augmentation de la température peut accroître la vitesse de réaction, et la productivité de l'appareil peut être augmentée à condition que l'augmentation de la viscosité reste constante. En outre, la production peut être augmentée dans certaines conditions. Augmentation de l'épaisseur. Cependant, une hausse de température s'accompagne d'une augmentation des réactions secondaires, ce qui affecte à son tour la qualité du produit. Par conséquent, dans la production réelle, il convient de déterminer la température appropriée en tenant compte de ces deux aspects. Dans cet appareil, la température du réacteur est déterminée par la température de sortie du préchauffeur. La température du réacteur peut être contrôlée en faisant varier la température de sortie du préchauffeur et le débit d'azote à la base du préchauffeur. La température d'entrée du réacteur descend lentement, et la réaction du système est également lente. Une fois modifiée, le temps nécessaire à la réstabilisation est au moins deux fois supérieur au temps de séjour dans le réacteur, et la viscosité du produit final correspondant change également. Cela prend du temps ; sinon, la vitesse de réaction sera différente, entraînant un épaississement inégal de la tranche, ce qui affectera les performances de traitement ultérieures de celle-ci.

Le second facteur dépend du débit d'azote au moment de la réaction et de la surface spécifique de la tranche. Ici, l'azote est d'une part un milieu chauffant (en particulier dans un préchauffeur) et d'autre part un milieu évacuant les sous-produits de faible masse moléculaire. Comme mentionné précédemment, les sous-produits de faible masse moléculaire générés par la polycondensation en phase solide quittent la section selon deux processus, dans lesquels la diffusion vers l'extérieur des petites molécules depuis la surface est liée au débit d'azote et à la température. L'azote et la découpe sont ici en écoulement inverse, ce qui améliore l'effet de chauffage et permet d'évacuer les sous-produits de faible masse moléculaire. Le préchauffeur de l'appareil BUHLER utilise une structure en forme de toit, chauffée par une circulation d'azote par le bas et un azote intermédiaire, assurant ainsi un chauffage plus uniforme et sans angle mort. Dans le réacteur, comme la tranche est sous pression au fond, la température d'entrée inférieure est maintenue à une température plus basse d'environ 190 degrés, ce qui rend moins probable l'agglutination des tranches. En tant que milieu de chauffage, le débit d'azote dépend principalement de la température de réaction et de la charge de production (c'est-à-dire du rapport gaz-solide requis). Lorsque la température et la charge sont constantes, le débit d'azote atteint une valeur limite : au-delà de cette valeur, l'augmentation du débit n'accélère plus la vitesse de réaction, car l'interface gaz-solide atteint un équilibre d'adsorption. Toutefois, lorsque la température augmente, cet équilibre est rompu, et la concentration des petites molécules à l'interface gaz-solide continue de diminuer à mesure que le débit d'azote augmente, jusqu'à atteindre un nouvel équilibre.

Une autre raison qui affecte la vitesse de la réaction SSP est la puissance externe - puissance du catalyseur. C'est-à-dire la quantité de catalyseur dans la section de base, la teneur en catalyseur dans la section A étant d'environ 2/3 de celle de la section B. Parmi les facteurs influant sur l'effet catalytique du catalyseur, outre la teneur en catalyseur, la température de réaction est plus importante.

8. Effet du système de purification de l'azote sur les propriétés du produit

(1) Teneur en oxygène

Une petite quantité d'air instrument est introduite dans le système de purification d'azote afin d'éliminer les matières organiques gazeuses de faible masse moléculaire produites dans le système à azote. D'après l'équation 1-3, on constate que l'hydrocarbure principal de la réaction est le glycol éthylénique, et que certains composés tels que l'acétaldéhyde, les oligomères, etc., produits par des réactions secondaires, sont oxydés de manière catalytique par l'oxygène en dioxyde de carbone et en eau dans le lit catalytique au Pt/Pd du réacteur catalytique. Toutefois, la teneur en oxygène doit être strictement contrôlée, car la présence de molécules d'oxygène provoque une dégradation thermique pendant le processus d'épaississement, entraînant une détérioration de la valeur de couleur du produit, une diminution de la viscosité et une augmentation des groupes carboxyles terminaux. La teneur en oxygène du gaz azote provenant du système de purification d'azote de l'appareil est maintenue inférieure à 10 ppm. Actuellement, selon les caractéristiques du système de purification d'azote, outre l'oxydation catalytique, une méthode permettant d'éliminer les composés de faible masse moléculaire dans l'azote consiste également à pulvériser de l'EG froid, ce qui permet d'éliminer la teneur en oxygène dans l'azote, mais l'efficacité de cette méthode est insuffisante pour les composés de faible masse moléculaire à bas point d'ébullition, comme l'acétaldéhyde.

(2) Degré de purification de l'azote

La pureté de l'azote a un certain effet sur l'épaississement des tranches et sur la qualité de celles-ci. Premièrement, les hydrocarbures à faible masse moléculaire présents dans l'azote peuvent favoriser la réaction d'augmentation de la viscosité en sens inverse, ce qui n'est pas favorable à l'épaississement des tranches. En même temps, cela affecte également l'élimination de l'acétaldéhyde contenu dans les tranches, influant ainsi sur la teneur en aldéhyde des tranches. Toutefois, la réaction de polymérisation est très complexe, et l'analyse de l'effet des petites molécules présentes dans l'azote sur la teneur en acétaldéhyde reste à approfondir.

(3) Point de rosée du système azote

À haute température, les molécules d'eau ont tendance à hydrolyser les macromolécules de polyester et à affecter la qualité du produit. Par conséquent, lors de la production par polycondensation en phase solide, il est nécessaire de contrôler le point de rosée du système d'azote, c'est-à-dire de maîtriser la teneur en molécules d'eau du système azote. Pour les appareils BUHLER, le point de rosée de l'azote doit être inférieur à -30 degrés, tandis que pour les appareils SINCO, il doit être de -40 degrés.

En conclusion

Lorsque des paillettes de qualité bouteille PET sont utilisées comme matériaux d'emballage, les principaux indicateurs de qualité présentent plusieurs aspects : qualité visuelle, propriétés mécaniques, propriétés de transformation, absence d'odeur et non-toxicité ; de nombreux facteurs influant sur la qualité des paillettes sont également très complexes. Les principaux facteurs sont ceux mentionnés dans l'analyse ci-dessus. En fonction des exigences des utilisateurs, la formule de base des paillettes, le procédé et les conditions opératoires peuvent être ajustés afin de modifier ces indicateurs et répondre aux besoins du marché. Et préparer la localisation de la production SSP.