Faktor-Faktor Penting yang Mempengaruhi Kualitas Chip PET Grade Botol

Faktor-Faktor Penting yang Mempengaruhi Kualitas Chip PET Grade Botol

Saat ini, PET adalah bahan kemasan minuman yang paling luas digunakan. Karena PET dapat dengan mudah didinginkan sehingga menghasilkan produk PET yang pada dasarnya berada dalam keadaan amorf, transparan tinggi, dan mudah diregangkan, PET dapat digunakan sebagai bahan kemasan untuk membuat film kemasan yang diregangkan secara biaxial, serta dapat digunakan untuk menghasilkan botol hembus rentang tinggi dengan kekuatan dan transparansi tinggi dari preform botol amorf, dan juga dapat diekstrusi atau ditiup langsung menjadi botol PE non-rentang. Botol hampa PET, terutama botol cetak tiup rentang, memanfaatkan sifat-sifat PET secara maksimal, memiliki efek tampilan yang baik terhadap isi, kinerja, serta biaya dibandingkan wadah hampa lainnya. Oleh karena itu, bahan kemasan PET pada umumnya digunakan dalam proses cetak tiup rentang, yang paling luas digunakan adalah botol kecil berkapasitas puluhan mililiter hingga 2 liter, namun juga terdapat botol berkapasitas 30 liter. Sejak awal 1980-an, karena bobotnya yang ringan, mudah dibentuk, harga murah, serta mudah diproduksi secara massal, PET berkembang pesat dengan momentum yang tak terbendung. Dalam waktu sekitar 20 tahun, PET telah menjadi bahan kemasan minuman paling penting di dunia. PET tidak hanya digunakan secara luas untuk kemasan minuman berkarbonasi, air minum dalam kemasan, bumbu, kosmetik, minuman keras, fruktosa kering, dan produk lainnya, tetapi juga dapat digunakan untuk kemasan minuman jus buah dan teh setelah pengolahan khusus menggunakan botol isian panas. Botol PET untuk bir yang diperlakukan dengan teknologi paling mutakhir juga mulai memasuki pasar, sementara botol PET untuk pengisian aseptik juga berkembang pesat. Dapat dikatakan bahwa kemajuan teknologi terus memperluas aplikasi botol PET, tidak hanya terus memperluas pasar tradisional dalam kemasan air minum dan minuman berkarbonasi, tetapi juga memberikan dampak signifikan terhadap posisi akhir kemasan kaca dan kaleng aluminium.

Proses produksi chip kelas botol PET terutama terbagi menjadi dua bagian. Bagian pertama adalah produksi chip dasar, yaitu produksi poliester. Proses pembuatan irisan dasar kelas botol pada dasarnya sama dengan proses pembuatan irisan konvensional. Untuk memenuhi beberapa sifat tertentu dari irisan kelas botol, monomer ketiga IPA dan beberapa aditif ditambahkan. Bagian kedua adalah peningkatan viskositas fase padat dari irisan dasar.

1. ukuran pengirisan bahan baku

Baik transesterifikasi maupun esterifikasi merupakan reaksi yang dapat balik. Untuk menggeser kesetimbangan ke arah yang positif, produk molekul kecil yang mudah menguap harus segera dihilangkan pada waktunya. Produk sampingan molekul kecil yang dihasilkan dari polikondensasi fase padat dapat dipisahkan dari chip melalui dua proses: difusi produk molekul kecil dari bagian dalam ke permukaan chip dan difusi dari permukaan chip. Secara relatif, dalam produksi SSP, laju difusi produk molekul kecil di dalam chip jauh lebih lambat dibandingkan dengan di luar permukaan chip pada suhu dan laju alir yang relatif tinggi. Oleh karena itu, agar dapat menghilangkan produk molekul kecil sejauh mungkin, teknologi ini membutuhkan waktu tinggal chip di dalam reaktor yang lebih lama. Karena jalur difusi produk molekul kecil pada partikel kecil lebih pendek dibandingkan pada partikel besar, maka lebih mudah dikeluarkan; selain itu, jika ukuran partikel sampel kecil, luas total permukaan partikel meningkat, laju perpindahan panas meningkat, dan laju reaksi juga semakin cepat. Oleh sebab itu, dalam rentang tertentu, laju reaksi polikondensasi fase padat PET berbanding terbalik dengan ukuran partikel chip bahan baku. Namun, jika partikel terlalu kecil, partikel tersebut mudah menggumpal, yang akan memengaruhi laju reaksi. Selain itu, bentuk partikel juga akan memengaruhi laju reaksi. Bentuk yang tidak beraturan cenderung mudah menggumpal. Oleh karena itu, pemotongan penampang dasar harus memenuhi persyaratan yang ketat, dan penampang khusus tidak boleh dimasukkan ke dalam sistem polikondensasi fasa padat.

2. nilai warna dari irisan bahan baku

Nilai warna dari irisan mentah secara langsung menentukan nilai warna dari irisan produk. Terdapat banyak faktor yang memengaruhi nilai warna dari irisan dasar. Warna merupakan indikator paling intuitif terhadap kualitas irisan reaksi. Pengukuran didasarkan pada prinsip kromatografi dan fotometri serta standar pengukuran Komisi Pencahayaan Internasional (ILC), biasanya diukur menggunakan kolorimeter Hunt (L, a, b), L berarti keputihan, kecerahan; A adalah indeks hijau/merah; B adalah indeks kuning. Banyak faktor yang memengaruhi warna irisan dasar, yang terutama disebabkan oleh kualitas bahan baku, jenis dan kadar aditif, teknologi produksi, kontrol proses produksi, serta perbedaan kualitas produk. Saat ini, metode kontrol langsung dari prosesnya adalah dengan mengubah penambahan agen kemerahan dan agen biru dalam kondisi proses yang stabil serta kualitas bahan baku dan bahan pembantu yang baik. Faktor-faktor yang memengaruhi nilai warna irisan produk jadi lebih kompleks, namun irisan kelas botol membutuhkan nilai warna produk yang tinggi, sehingga proses harus segera disesuaikan untuk memenuhi kebutuhan pengguna.

3.Kandungan IPA dan DEG

Kandungan IPA dan DEG dalam serpihan produk jadi dikendalikan dalam proses produksi serpihan dasar, dan kandungan IPA dan DEG pada dasarnya tidak berubah selama proses perekatan fase padat.

Jumlah IPA sangat penting terhadap viskositas chip PET. Tujuan penambahan IPA adalah untuk mengurangi keteraturan susunan makromolekul PET sehingga dapat menurunkan tingkat kristalinitas chip PET. Namun, titik pelunakan dan titik leleh PET menurun akibat penambahan IPA, yang menyebabkan stabilitas termal dan kekuatan mekanis botol menjadi lebih buruk. Oleh karena itu, kadar IPA harus disesuaikan berdasarkan kebutuhan pasar dan dikendalikan secara ketat. Saat ini, perusahaan memproduksi dua jenis irisan kelas botol sesuai kebutuhan pengguna, yaitu irisan kelas botol untuk minuman berkarbonasi biasa, dan irisan kelas botol untuk jus buah kaleng panas. Jenis terakhir memerlukan ketahanan suhu tinggi, sehingga selain melakukan penyesuaian yang tepat dalam proses tiup botol, seperti menambah proses perlakuan panas dan menyesuaikan suhu cetakan, kadar IPA (berkurang 1,5% berdasarkan persentase berat) juga dikurangi secara tepat pada bahan baku untuk meningkatkan kristalinitas PET agar memenuhi persyaratan ketahanan suhu botol minuman. Selain itu, kadar IPA juga memiliki dampak tertentu terhadap polikondensasi fase padat; jika kadarnya tidak tepat, misalnya terlalu tinggi, akan menyebabkan ketidaksempurnaan kristalisasi irisan dalam proses pra-kristalisasi dan kristalisator, sehingga menyebabkan irisan saling menempel dalam proses perekatan.

Kandungan diethylene glikol umumnya ditentukan oleh proses produksi, tetapi juga dapat disesuaikan dengan mengatur proporsi penyesuaian halus (seperti mengatur rasio EG terhadap PTA). Saat ini, kandungan diethylene glikol dalam chip kelas botol sekitar 1,1%±0,2% (persentase berat). Dalam kisaran ini, kandungan diethylene glikol yang lebih tinggi mendukung peningkatan ketahanan panas chip PET, karena fleksibilitas ikatan eter dalam diethylene glikol dapat meningkatkan laju kristalisasi PET. Namun, kandungan ini tidak boleh terlalu tinggi, karena keberadaan ikatan eter mengurangi kekakuan molekul PET, menurunkan titik leleh PET, dan mudah menyebabkan viskositas chip berkurang selama proses pencetakan. Jika kandungannya terlalu tinggi, hal ini juga akan menurunkan sifat mekanis dari proses blow molding.

4. Gugus karboksil terminal

Dalam kondisi tertentu lainnya, kandungan gugus karboksil tinggi bermanfaat untuk meningkatkan laju reaksi. Dapat dilihat dari persamaan reaksi SSP bahwa salah satunya adalah transesterifikasi, yang lainnya adalah esterifikasi, dan kandungan gugus karboksil terminal yang tinggi mendukung reaksi esterifikasi antar rantai PET serta laju reaksi. Pada bagian PET, peningkatan konsentrasi H+ juga bermanfaat bagi efek autokatalitik katalisator, namun peningkatan kandungan gugus karboksil terminal akan memengaruhi kinerja pengolahan berikutnya dari serpihan, sehingga kandungan gugus karboksil terminal pada serpihan dasar perlu dikendalikan dalam kisaran tertentu, umumnya berkisar 30 ~ 40 mol/t, sedangkan kandungan gugus karboksil terminal pada serpihan kelas botol [30 mol/t.

5. Faktor-faktor lain

Jenis dan jumlah berbagai aditif dalam irisan bahan baku juga akan memiliki pengaruh tertentu terhadap kualitas intrinsik dari irisan jadi. Produksi irisan tingkat botol memerlukan penambahan polifosfat asam sebagai stabilizer termal. Peran polifosfat asam adalah mengikat ujung rantai molekul PET dengan gugus fosfat dan meningkatkan stabilitas termal dari rantai PET. Namun, gugus fosfat juga dapat berubah menjadi agen pengkristal (nukleasi) untuk kristalisasi PET. Khususnya, hal ini akan memberi dampak tertentu pada proses cetak injeksi irisan tingkat botol. Selama proses tiup, oligomer, oksida logam (seperti antimon trioksida), fosfat, dan lainnya merupakan agen nukleasi bagi kristalisasi PET, sedangkan senyawa molekul rendah lainnya seperti polietilen glikol sendiri tidak memiliki sifat nukleasi, tetapi berperan sebagai katalisator kristalisasi. Jika kandungan zat-zat ini melebihi kadar tertentu dalam PET, laju kristalisasi PET akan dipercepat (yakni suhu kristalisasi dingin akan menurun), yang dapat memengaruhi kualitas botol hasil tiup, menyebabkan kabut putih di bagian dasar atau mulut botol, bahkan dapat mengurangi transparansi seluruh botol. Oleh karena itu, dalam kondisi menjaga kualitas irisan dan kecepatan reaksi (kapasitas perangkat), jumlah aditif, termasuk katalis, sebaiknya semakin sedikit semakin baik.

Pengaruh parameter proses pre-kristalisator dan kristalisator terhadap sifat produk

Secara umum, pengaturan suhu pre-kristalisator adalah 145~150°C (parameter ini diberikan oleh pihak asing). Jika suhunya terlalu rendah, sulit untuk menghilangkan molekul air dalam bentuk air kristal pada chip, sehingga menyebabkan kecepatan kristalisasi chip menjadi terlalu lambat. Kristalisasi yang tidak mencukupi tidak dapat memenuhi kebutuhan produksi. Namun, suhu kristalisasi sebaiknya tidak terlalu tinggi, karena seiring kenaikan suhu, pemotongan dan udara di dalam pre-kristalisator serta kristalisator rentan mengalami degradasi oksidatif yang memengaruhi nilai warna produk. Pengaturan suhu kristalisator adalah 170~175°C (parameter ini diberikan oleh pihak asing). Jika suhu melebihi 175°C, seiring bertambahnya waktu tinggal chip di pre-kristalisator dan kristalisator, nilai warna akan meningkat lebih tajam, sedangkan tingkat kristalinitas hampir tidak berubah. Tentu saja, dalam produksi aktual, tidak mungkin mendapatkan nilai b yang baik dengan pendinginan berlebihan, karena pada suhu rendah, kurangnya kristalisasi pada chip menyebabkan chip menggumpal di pemanas awal (preheater) dan reaktor berikutnya, serta air dalam keadaan kristal sulit dilepaskan. Hal ini akan memengaruhi efek penebalan chip dan kualitas intrinsik chip jadi. Hanya bagian chip yang mengalami kristalisasi baik yang dapat digunakan untuk mendapatkan bagian penebalan yang baik. Istilah bagian kristal yang baik terutama berarti bahwa tingkat kristalinitas chip mencapai nilai tertentu, misalnya kristalinitas dari pre-kristalisator ≥30%, kristalinitas pada keluaran kristalisator ≥40%, dan kristalinitas pada keluaran preheater ≥45%. Jika tidak, akan menyebabkan pelekatan antar chip selama proses penebalan; satu hal lainnya adalah permukaan chip harus mengalami kristalisasi secara merata.

7. Pengaruh parameter proses pemanas awal dan reaktor terhadap kinerja produk

Kedua tahap ini memiliki tingkat pengentalan irisan yang berbeda. Terdapat dua faktor yang memengaruhi termodinamika dan kinetika reaksi polikondensasi fasa padat: suhu reaksi dan sejauh mana produk sampingan molekul kecil menyebar keluar dari bagian tersebut. Faktor pertama bergantung pada suhu kontrol pemanasan nitrogen.

Pengaruh suhu terhadap reaksi selalu bersifat positif dan negatif. Sisi positifnya adalah peningkatan suhu dapat meningkatkan laju reaksi, dan produktivitas perangkat dapat ditingkatkan dengan syarat kenaikan viskositas tetap konstan. Selain itu, produksi dapat ditingkatkan dalam kondisi tertentu. Peningkatan ketebalan. Namun, kenaikan suhu diikuti oleh peningkatan reaksi samping, yang pada gilirannya memengaruhi kualitas produk. Oleh karena itu, dalam produksi aktual perlu menemukan suhu yang sesuai, dengan mempertimbangkan dua aspek tersebut. Dalam perangkat ini, suhu reaktor ditentukan oleh suhu keluaran preheater. Suhu reaktor dapat dikendalikan dengan mengubah suhu keluaran preheater dan aliran nitrogen di bagian bawah preheater. Suhu masuk reaktor berpindah perlahan ke bawah, dan reaksi sistem juga berlangsung lambat. Setelah terjadi perubahan, waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kembali kondisi stabil minimal dua kali waktu tinggal reaktor, serta viskositas produk akhir yang sesuai juga ikut berubah. Proses ini membutuhkan waktu, jika tidak, kecepatan reaksi akan berbeda, menyebabkan penebalan lapisan yang tidak merata, yang akan memengaruhi kinerja pengolahan berikutnya dari lapisan tersebut.

Faktor kedua tergantung pada laju aliran nitrogen pada saat reaksi dan luas permukaan spesifik dari irisan. Di sini, nitrogen berfungsi sebagai medium pemanas (terutama dalam preheater) sekaligus medium yang membawa keluar produk sampingan molekul kecil. Seperti disebutkan sebelumnya, produk sampingan molekul kecil yang dihasilkan oleh polikondensasi fasa padat meninggalkan bagian tersebut melalui dua proses, di mana difusi keluar molekul-molekul kecil dari permukaan berkaitan dengan laju aliran nitrogen dan suhu. Nitrogen dan irisan di sini mengalir secara berlawanan arah, yang meningkatkan efek pemanasan sekaligus membawa keluar produk sampingan molekul kecil. Preheater perangkat BUHLER menggunakan struktur seperti atap, yang dipanaskan melalui sirkulasi nitrogen dari bawah dan nitrogen tengah agar pemanasan menjadi lebih merata tanpa sudut mati. Dalam reaktor, karena irisan berada di bawah tekanan di bagian bawah, suhu inlet bawah dikendalikan pada suhu lebih rendah sekitar 190 derajat, sehingga irisan cenderung tidak mudah menempel. Sebagai medium pemanas, laju aliran nitrogen terutama ditentukan oleh suhu reaksi dan beban produksi (yakni kebutuhan rasio gas-padatan). Ketika suhu dan beban konstan, laju aliran nitrogen memiliki nilai batas, artinya setelah nilai tersebut tercapai, peningkatan laju aliran tidak lagi mempercepat laju reaksi karena antarmuka gas-padatan telah mencapai kesetimbangan adsorpsi. Namun ketika suhu naik, kesetimbangan ini terganggu, dan konsentrasi molekul kecil pada antarmuka gas-padatan terus menurun seiring peningkatan laju aliran nitrogen hingga mencapai kesetimbangan baru.

Alasan lain yang memengaruhi laju reaksi SSP adalah daya eksternal - daya katalis. Artinya, jumlah katalis pada bagian dasar, kandungan katalis di bagian A sekitar 2/3 dari bagian B. Di antara faktor-faktor yang memengaruhi efek katalitik katalis, selain kandungan katalis, suhu reaksi lebih penting.

8. Pengaruh sistem pemurnian nitrogen terhadap sifat produk

(1) Kadar oksigen

Sejumlah kecil udara instrumen dimasukkan ke dalam sistem pemurnian nitrogen untuk menghilangkan senyawa organik gas molekul kecil yang dihasilkan dalam sistem nitrogen. Dari Persamaan 1-3 terlihat bahwa hidrokarbon utama dalam reaksi tersebut adalah etilen glikol, dan terdapat beberapa asetaldehida, oligomer, dll. yang dihasilkan dari reaksi sampingan, yang secara katalitik teroksidasi oleh oksigen menjadi karbon dioksida dan air di dalam lapisan katalis Pt/Pd pada reaktor katalitik. Namun, kadar oksigen di dalamnya harus dikontrol secara ketat karena keberadaan molekul oksigen menyebabkan degradasi termal selama proses penebalan, sehingga menyebabkan penurunan nilai warna produk, penurunan viskositas, dan peningkatan gugus karboksil terminal. Kadar oksigen pada gas nitrogen dari sistem pemurnian nitrogen pada peralatan ini dikendalikan hingga maksimal 10 ppm. Saat ini, berdasarkan karakteristik sistem pemurnian nitrogen, selain oksidasi katalitik, metode lain untuk menghilangkan senyawa molekul kecil dalam nitrogen juga dapat dilakukan dengan penyemprotan EG dingin, yang dapat menghilangkan kandungan oksigen dalam nitrogen, tetapi untuk senyawa molekul kecil ber-titik didih rendah seperti asetaldehida, efek penghapusannya tidak begitu baik

(2) Derajat pemurnian nitrogen

Kemurnian nitrogen memiliki pengaruh tertentu terhadap penebalan irisan dan kualitas irisan. Pertama, hidrokarbon berat molekul kecil dalam nitrogen dapat mendorong reaksi penaikan viskositas ke arah reaksi balik, yang tidak mendukung penebalan irisan. Pada saat yang sama, hal ini juga memengaruhi penghilangan asetaldehida dalam irisan, sehingga memengaruhi kadar aldehida pada irisan, namun reaksi polimer sangat kompleks, analisis terhadap efek molekul kecil dalam nitrogen terhadap kadar asetaldehida masih perlu diteliti lebih lanjut.

(3) Titik embun sistem nitrogen

Pada suhu tinggi, molekul air cenderung menghidrolisis makromolekul poliester dan memengaruhi kualitas produk. Oleh karena itu, dalam produksi polikondensasi fase padat, perlu untuk mengendalikan titik embun sistem nitrogen, yaitu mengontrol kandungan molekul air dalam sistem nitrogen. Untuk perangkat BUHLER, titik embun nitrogen harus di bawah -30 derajat dan untuk perangkat SINCO diperlukan hingga -40 derajat.

Sebagai Kesimpulan

Ketika chip kelas botol PET digunakan sebagai bahan kemasan, indikator kualitas utama mencakup aspek-aspek berikut: kualitas penampilan, sifat mekanis, sifat pemrosesan, tidak berbau, dan tidak beracun, serta banyak faktor yang memengaruhi kualitas irisan juga sangat kompleks. Faktor utamanya adalah beberapa analisis di atas. Berdasarkan kebutuhan pengguna, resep dasar irisan, rute proses, dan kondisi proses dapat disesuaikan untuk menyesuaikan indikator di atas agar memenuhi kebutuhan pasar. Serta mempersiapkan lokaliasi produksi SSP.