A PET palackfokozatú lapkák minőségét befolyásoló fontos tényezők
Manapság a PET a leggyakrabban használt italcsomagoló anyag. Mivel a PET-et kényelmesen le lehet hűteni, olyan alapvetően amorf állapotú, nagy áttetszőségű és könnyen nyújtható termékeket kapva, a PET felhasználható kétirányú nyújtású csomagolófóliák előállítására, valamint nagy szilárdságú és magas áttetszőségű nyújtott fúvott palackok gyártására az amorf üvegtestből, de közvetlenül extrudálható vagy fújható nem nyújtott PE palackká is. A PET üreges edények, különösen a nyújtott fúvott palackok teljes mértékben kihasználják a PET tulajdonságait, kiváló megjelenést biztosítva a tartalom, a teljesítmény és az ár tekintetében más üreges csomagolóedényekkel versenyezve. Ezért a PET csomagolóanyagokat alapvetően nyújtott fúvással állítják elő, a legelterjedtebbek a tucatnyi milliliterestől 2 literig terjedő kis palackok, de léteznek 30 literes űrtartalmú palackok is. Az 1980-as évek eleje óta, köszönhetően kis súlyának, könnyű formázhatóságának, alacsony árának és tömeggyártási egyszerűségének, elárasztó lendülettel fejlődött. Körülbelül 20 év alatt a világ legfontosabb italcsomagoló anyagává vált. Nemcsak szénsavas italok, ásványvíz, fűszerek, kozmetikumok, likőrök, száraz fruktóz és egyéb termékek csomagolásában terjedt el széles körben, hanem speciális hőálló kezelés után gyümölcslevek és teáskészítmények meleg töltésű palackjainak gyártásában is alkalmazható. A legmodernebb technológiával kezelt PET sörszekrények is egyre inkább megjelennek a piacon, és az aszeptikus töltésű PET palackok is gyors ütemben fejlődnek. Elmondható, hogy a technológiai fejlődés folyamatosan bővíti a PET-palackok alkalmazási területét, nemcsak a hagyományos piacokat – például az ásványvíz és a szénsavas italok terén – terjeszti tovább, hanem hatással van a sör, valamint az üveg- és alumíniumdobozos csomagolások végső pozícióira is.
A PET palackminőségű lapok gyártási folyamata főként két részre osztható. Az első rész a alaplapok, azaz poliészter előállítása. A palackminőségű alaplapok előállításának folyamata alapvetően megegyezik a hagyományos lapokéval. A palackminőségű lapok bizonyos tulajdonságainak kielégítése érdekében a harmadik monomer, az IPA és egyes adalékanyagok kerülnek hozzáadásra. A második rész az alaplapok szilárfázisú viszkozitás-növelése.
1. nyersanyag szeletelés mérete
A tranzészterezés és az észterezés is reverzibilis reakciók. Ahhoz, hogy az egyensúlyt a pozitív irányba eltoljuk, a könnyen illékony kisméretű molekuláris termékeket időben el kell távolítani. A szilárdfázisú polikondenzáció során keletkező kismolekulájú melléktermékek két folyamaton keresztül választhatók el a chiptől: a kismolekulájú melléktermékek diffúziója a chip belsejéből annak felületére, majd a diffúzió a chip felületéről. Viszonylag megfontolva, a SSP gyártása során a kismolekulájú termékek diffúziós sebessége a chip belsejében lényegesen lassabb, mint a chip felületén viszonylag magas hőmérsékleten és áramlási sebességnél. Ezért ahhoz, hogy a kismolekulájú termékeket minél hatékonyabban eltávolítsuk, a technológia azt igényli, hogy a chip tartózkodási ideje a reaktorban hosszabb legyen. Mivel a kismolekulájú termékek diffúziós útja kisebb részecskékben rövidebb, mint nagyobb részecskékben, ezért könnyebben eltávolíthatók; a kisebb minta részecskék esetén a részecskék összes felülete növekszik, a hőátadási sebesség növekszik, és a reakciósebesség is felgyorsul. Ezért bizonyos határok között a PET szilárdfázisú polikondenzációjának reakciósebessége fordítottan arányos az alapanyag-chip részecskeméretével. Ugyanakkor ha a részecskék túlságosan kicsik, könnyen összeolvadhatnak, ami befolyásolja a reakciósebességet. Ezen felül a részecskék alakja is hatással van a reakciósebességre. Az irreguláris alakúak hajlamosak az összeolvadásra. Ezért a kiinduló metszet vágásával szemben magas követelmények vannak, és olyan speciális metszet nem vihető be a szilárfázisú polikondenzációs rendszerbe, amely nem felel meg ezeknek.
2. nyersanyag szeletek színértéke
A nyers szelet színértéke közvetlenül meghatározza a termék szelet színértékét. Számos tényező befolyásolja az alaplemezek színértékét. A szín a reakciós szeletek minőségének legintuitívabb mutatója. A mérés a kromatográfiai és fotometriai elveken, valamint a Nemzetközi Világítástechnikai Bizottság (ILC) mérési szabványain alapul, általában Hunt (L, a, b) színmérővel történik, ahol L a fehérséget, világosságot jelenti; A a zöld/piros index; B a sárga index. Számos olyan tényező van, amely befolyásolja az alapszeletek színét, amelyeket elsősorban a nyersanyagok minősége, az adalékanyagok fajtája és tartalma, a gyártási technológia, a gyártási folyamat irányítása és a termékminőségi különbségek okoznak. Jelenleg a folyamatból eredő direkt szabályozási módszer az, hogy stabil folyamat és jó minőségű nyers- és segédanyagok mellett megváltoztatják a vörösbarnító és kékítő anyagok hozzáadását. A késztermék szeletek színértékét befolyásoló tényezők összetettebbek, de az üvegminőségű szeleteknél magas színértéket követelnek meg, ezért a folyamatot időben kell korrigálni, hogy eleget tegyen a felhasználók igényeinek.
3. IPA és DEG tartalom
Az IPA és DEG tartalma a késztermék szeletben a kiinduló szelet gyártása során kerül szabályozásra, és az IPA valamint DEG tartalom alapvetően változatlan marad a szilárfázisú hőre keményedő folyamat során.
Az IPA mennyisége nagyon fontos a PET-chip viszkozitásához. Az IPA hozzáadásának célja a PET makromolekulák rendezettségének csökkentése, így a PET-chip kristályosságának csökkentése. Ugyanakkor az IPA hozzáadása csökkenti a PET lágyulási és olvadáspontját, ami rontja az üvegek hőállóságát és mechanikai szilárdságát. Ezért az IPA tartalmát a piaci igények alapján kell beállítani, és szigorúan ellenőrizni kell. Jelenleg a cég két fajta palackminőségű szeletet gyárt a felhasználók igényei szerint: az egyik az általános szénsavas italok palackminőségű szelete, a másik a melegen konzervált gyümölcslevest palackminőségű szelet, amely magas hőállóságot igényel, ezért a palackfújási folyamatban is megfelelő módosításokat kell végezni, például hőkezelési folyamatot kell beiktatni és a forma hőmérsékletét kell szabályozni. Emellett az IPA tartalmát (1,5%-kal csökkentett tömegszázalékban) a nyersanyagokban megfelelően csökkentették, hogy javítsák a PET kristályosságát, és ezzel kielégítsék az italos üvegek hőállósági követelményeit. Ezen felül az IPA tartalomnak bizonyos hatása van a szilárd fázisú polikondenzációra is; ha az IPA tartalom nem megfelelő, például túl magas, akkor előkristályosítási és kristályosítási hiányosságok léphetnek fel a szeletekben, ami az agglomerálódást okozhatja a ragadóssá válási folyamat során.
Az etilénglikol-tartalmat általában a gyártási folyamat határozza meg, de finomhangolással is szabályozható (például az EG és a PTA arányának beállításával). Jelenleg az üvegminőségű PET-töredék di-etilénglikol-tartalma körülbelül 1,1% ± 0,2% (súlyszázalék). Ezen a tartományon belül a magasabb di-etilénglikol-tartalom hozzájárul a PET-granulátum hőállóságának javításához, ami a di-etilénglikolban lévő éterkötés rugalmasságának köszönhető, így javítja a PET kristályosodási sebességét. Ugyanakkor ezt a tartalmat nem lehet túl magasra állítani, mivel az éterkötés jelenléte csökkenti a PET-molekulák merevségét, csökkenti a PET olvadáspontját, és könnyen vezethet a töredék viszkozitásának változásához. Kötési folyamat. Ha a tartalom túl magas, az csökkenti a feldolgozott töredék mechanikai tulajdonságait is.
4. Terminális karboxilcsoport
Bizonyos más körülmények között a magas karboxilcsoport-tartalom előnyös a reakciósebesség növelésében. Az SSP-reakció egyenletéből látható, hogy az egyik transzészterezés, a másik pedig észterezés, és minél magasabb a terminális karboxilcsoport-tartalom, annál kedvezőbb a PET-láncok közötti észterezési reakció és a reakciósebesség. A PET szakaszban a H+ koncentráció növekedése szintén előnyös az autokatalitikus katalizátor hatására, de a terminális karboxilcsoport-tartalom növekedése befolyásolja a szelet későbbi feldolgozási tulajdonságait, ezért az alap szelet terminális karboxilcsoportjának bizonyos tartományon belül kell lennie, általában 30–40 mol/t, míg az üvegszintű szeletnél [30 mol/t.
5. Egyéb tényezők
A különböző adalékanyagok típusa és mennyisége a nyersanyag szeletben szintén bizonyos hatással van a kész szelet belső minőségére. A palackszintű szeletelés gyártásához hőstabilizátorként polifoszforsavat kell hozzáadni. A polifoszforsav szerepe az, hogy foszfátcsoporttal lezárja a PET molekulalánc végét, és növeli a PET lánc hőállóságát. Ugyanakkor a foszfátcsoport PET-kristály nukleáló ügynékké is alakulhat. Különösen hatással lehet a palackszintű szeletek fröccsöntésére. A fúvási folyamat során oligomerek, fém-oxidok (például antimon-trioxid), foszfátok stb. mind nukleáló ügynökök a PET kristályosodásában, míg más alacsony molekulatömegű vegyületek, mint például a polietilén-glikol önmagában nem rendelkezik nukleáló hatással, de kristályosodási katalizátorként funkcionál. Ha ezeknek az anyagoknak a tartalma meghalad egy bizonyos szintet a PET-ben, a PET kristályosodási sebessége felgyorsul (azaz a hideg kristályosodási hőmérséklet csökken), ami befolyásolja a fúvott palack minőségét, fehér köd képződését okozhatja a palack alján vagy szájánál, sőt akár az egész palack átlátszóságát is ronthatja. Ezért a szelet minőségének és a reakciósebességnek (berendezés kapacitása) biztosítása mellett az adalékanyagokat, beleértve a katalizátort is, egyre kevesebbé kellene használni.
A prekristályosító és kristályosító folyamatparamétereinek hatása a terméktulajdonságokra
Általában a prekristályosító hőmérsékletének beállítása 145~150 °C (a paramétert a külföldi fél adja meg). Ha a hőmérséklet túl alacsony, nehéz eltávolítani a vízmolekulákat kristályvíz formájában a szeletekből, ami miatt a kristályosodási sebesség túl lassú lesz. A kristályosodás nem elegendő, és nem felel meg a termelési igényeknek. Ugyanakkor a kristályosítási hőmérséklet ne legyen túl magas, mert ahogy a hőmérséklet nő, a darabolás és a levegő a prekristályosítóban és a kristályosítóban oxidatív degradációnak lehet kitéve, ami befolyásolja a termék színértékét. A kristályosító hőmérsékletének beállítása 170~175 °C (a paramétert a külföldi fél adja meg). Ha a hőmérséklet magasabb, mint 175 °C, ahogy a lapkák tartózkodási ideje a prekristályosítóban és a kristályosítóban növekszik, a színérték élesebben emelkedik, miközben a kristályosság alig változik. Természetesen a gyakorlati termelés során nem lehet túlhűtéssel jó b-értéket elérni, mert alacsony hőmérsékleten a szeletek elégtelen kristályosodása miatt a lapkák a következő előmelegítőben és reaktorban problémát okozhatnak, és a kristályos állapotú víz nehezen oszlik el, ami befolyásolja a szeletek vastagítási hatását, és hatással van a kész szeletek belső minőségére. Csak jól kristályosodott szakaszokból lehet jó vastagított szakaszokat előállítani. Az úgynevezett jó kristályos szakasz elsősorban azt jelenti, hogy a szeletek kristályossága elér egy bizonyos értéket, például a prekristályosítóból kilépő kristályosság ≥30%, a kristályosító kimeneténél ≥40%, az előmelegítő kimeneténél pedig ≥45%. Ellenkező esetben a szeletek összeragadását okozhatja a vastagítási folyamat során; egy másik szempont pedig az, hogy a szeletek felülete egyenletesen legyen kristályosodva.
7. Az előmelegítő és reaktor folyamatparamétereinek hatása a termék teljesítményére
Ezek a két szakasz különböző mértékben vastagítják a szeleteket. Két tényező befolyásolja a szilárfázisú polikondenzációs reakció termodinamikáját és kinetikáját: a reakció hőmérséklete, valamint az alacsony molekulatömegű melléktermékek szakaszból történő kifelé diffundálásának mértéke. Az első tényező a nitrogénnel történő hőmérséklet-szabályozástól függ.
A hőmérséklet hatása a reakcióra mindig pozitív és negatív is egyben. A pozitív oldal, hogy a hőmérséklet növelésével növelhető a reakciósebesség, így növelhető a készülék termelékenysége annak feltételénél, hogy a viszkozitás növekedése állandó. Emellett bizonyos körülmények között növelhető a termelés. Vastagság növekedése. Ugyanakkor a hőmérséklet emelkedésével nőnek a mellékreakciók is, amelyek pedig befolyásolják a termék minőségét. Ezért a tényleges gyártás során meg kell találni a megfelelő hőmérsékletet, figyelembe véve mindkét szempontot. Ebben a berendezésben a reaktor hőmérsékletét az előmelegítő kilépő hőmérséklete határozza meg. A reaktor hőmérséklete szabályozható az előmelegítő kilépő hőmérsékletének és az előmelegítő alján lévő nitrogénáramnak a változtatásával. A reaktor bemenő hőmérséklete lassan halad lefelé, és a rendszer reakciója is lassú. Amint változik, a újra-stabilizálódási idő legalább kétszerese a reaktor tartózkodási idejének, és a megfelelő végtermék viszkozitása is megváltozik. Ennek időre van szüksége, különben a reakciósebesség eltérő lesz, ami a szelet egyenlőtlen sűrűsödéséhez vezet, és ez befolyásolja a szelet további feldolgozási tulajdonságait.
A második tényező a reakció időpontjában lévő nitrogénáramlástól és a szelet fajlagos felületétől függ. A nitrogén itt egyfelől hőhordozó közeg (különösen az előmelegítőben), másfelől kis molekulájú melléktermékeket elvezető közeg. Ahogy korábban említettük, a szilárfázisú polikondenzáció során keletkezett kis molekulájú melléktermékek két folyamatban hagyják el a szakaszt, amelyek közül a kis molekulák felületről történő diffúziója a nitrogénáramlástól és a hőmérséklettől függ. A nitrogén és a szeletelés itt ellentétes irányban halad, ami növeli a fűtési hatást, és eltávolítja a kis molekulájú melléktermékeket. A BUHLER készülék előmelegítője tetőszerű szerkezetet használ, amelyet az alsó és középső nitrogén-cirkuláció melegít, így a fűtés egyenletesebbé válik, és nem maradnak halott zónák. A reaktorban, mivel a szelet lent nyomás alatt áll, az alsó bemenet hőmérsékletét kb. 190 fokos alacsonyabb hőmérsékleten tartják, így a szeletek kevésbé tapadnak össze. A hőközlő közegként a nitrogénáramlás mértékét elsősorban a reakció hőmérséklete és a terhelés (azaz a gáz-szilárd arány igénye) határozza meg. Amikor a hőmérséklet és a terhelés állandó, a nitrogénáramlásnak van egy határértéke, azaz ezen az értéken túl az áramlás további növekedése már nem gyorsítja a reakciósebességet, mert a gáz-szilárd határfelületen adszorpciós egyensúly alakul ki. Ha viszont a hőmérséklet emelkedik, az egyensúly megszűnik, és a kis molekulák koncentrációja a gáz-szilárd határfelületen tovább csökken a nitrogénáramlás növekedésével, amíg az új egyensúly ki nem alakul.
Egy másik ok, amely befolyásolja az SSP reakció sebességét, a külső teljesítmény – katalizátorteljesítmény. Azaz a katalizátor mennyisége az alap szakaszban, az A szakaszban a katalizátor tartalom kb. 2/3-a a B szakaszénak. A katalizátor hatását befolyásoló tényezők közül, a katalizátor tartalmon kívül, a reakciós hőmérséklet fontosabb.
8. A nitrogén tisztítórendszer hatása a termékjellemzőkre
(1) Oxigéntartalom
A kis mennyiségű műszerlevegőt a nitrogén tisztítórendszerbe vezetik be, hogy eltávolítsák a nitrogénrendszerben keletkező kis molekulájú szerves gáznemű anyagokat. Az 1-3. egyenletből látható, hogy a reakció fő szénhidrogénje az etilénglikol, valamint vannak olyan melléktermékek, mint az acetaldehid, oligomerek stb., amelyek katalitikus oxidáció révén oxigénnel reagálnak a katalitikus reaktor Pt/Pd katalitikus ágyában, és széndioxiddá valamint vízzé alakulnak. Az oxigéntartalmat azonban szigorúan ellenőrizni kell, mivel az oxigénmolekulák jelenléte hőbontást okozhat a sűrítési folyamat során, ami a termék színértékének romlásához, viszkozitásának csökkenéséhez és a terminális karboxilcsoportok számának növekedéséhez vezet. A készülék nitrogéntisztító rendszeréből származó nitrogéngáz oxigéntartalmát 10 ppm-en belül tartják. Jelenleg a nitrogén-tisztító rendszer jellemzői alapján a katalitikus oxidáción kívül egy másik módszer is alkalmazható a nitrogénben lévő kis molekulájú vegyületek eltávolítására: a hideg EG beporlasztása, amely csökkentheti a nitrogén oxigéntartalmát, de alacsony forráspontú kis molekulájú vegyületek, például acetaldehid esetén az eltávolítási hatás nem megfelelő.
(2) A nitrogén tisztasági foka
A nitrogén tisztasága bizonyos hatással van a szeletek vastagodására és minőségére. Először is, a kis molekulájú szénhidrogének a nitrogénben elősegíthetik a viszkozitás-növelő reakciót a visszafelé irányuló reakció irányába, ami nem kedvez a szeletek vastagodásának. Ugyanakkor ez befolyásolja az aldehid eltávolítását a szeletekből, így hatással van a szeletek aldehidtartalmára, de a polimerreakció nagyon összetett, a nitrogénben lévő kis molekulák hatásának elemzése az aldehidtartalomra vonatkozóan további kutatást igényel.
(3) A nitrogénrendszer harmatpontja
Magas hőmérsékleten a vízmolekulák hajlamosak hidrolizálni a poliészter makromolekulákat, és így befolyásolják a termék minőségét. Ezért a szilárfázisú polikondenzációs gyártás során szükséges a nitrogénrendszer harmatpontjának szabályozása, azaz a nitrogénrendszer vízmolekula-tartalmának ellenőrzése. A BUHLER készülékeknél a nitrogén harmatpontjának -30 fok alatt, a SINCO készülékeknél pedig -40 fokon kell lennie.
Összefoglalva
Amikor PET palackfokozatú granulátumot használnak csomagolóanyagként, a fő minőségi jellemzők a következő területeken jelennek meg: megjelenési minőség, mechanikai tulajdonságok, feldolgozhatóság, szagtalan és nem mérgező jelleg. A lemezek minőségét befolyásoló tényezők száma is igen összetett. A főbb tényezők a fentiekben történt elemzés több szempontjából adódnak. A felhasználó igényei szerint az alaplemez receptjét, a technológiai útvonalat és a folyamatfeltételeket korrigálni lehet a fenti mutatók beállítása érdekében, hogy azok megfeleljenek a piaci igényeknek. Emellett előkészíthető az SSP-termelés helyi szintű bevezetése.
EN
