גורמים חשובים המשפיעים על איכות של שבבי PET לבקבוקים

גורמים חשובים המשפיעים על איכות של שבבי PET לבקבוקים

בימינו, PET הוא חומר האריזה למשקאות הנפוץ ביותר. מאחר שניתן לקרר אותו בسهولة כדי לקבל מוצרים מ-PET שהם בעיקר במצב לא קריסטלי, בעלי שקיפות גבוהה וקלים להארכה, ניתן להשתמש ב-PET כחומר אריזה לייצור סרט אריזה נמוך דו-צירי, וכן ניתן להשתמש בו כדי להשיג בקבוקי פקק מתוחים בעלי חוזק גבוה ושקיפות גבוהה מקטעי בקבוק לא קריסטליים, כמו גם לדחוף או לפוצץ ישירות לבקבוקי PE ללא מתיחה. בקבוקי PET חלולים הם מיכלים חלולים. מיכלים חלולים מ-PET, במיוחד בקבוקים עטופי פקק מתוחים, מנצלים במלואן את תכונות ה-PET, ומציגים הצגה טובה של התוכן, הביצועים והעלות בהשוואה עם מיכלים חלולים אחרים. לכן, חומרי האריזה מסוג PET משמשים בעיקר בעיצוב פקק מתוח, הנפוצים ביותר הם בקבוקים קטנים בנפח של עשרות מיליליטרים עד 2 ליטר, וגם קיימים בקבוקים בנפח של 30 ליטר. מאז תחילת שנות ה-80 של המאה העשרים, בשל משקלם הקל, הקלה בייצור, המחיר הנמוך והיכולת לייצר בכמויות גדולות, הם התפתחו במהירות בתנופה בלתי נמנעת. תוך כשעשור, הפכו לאריזה החשובה ביותר למשקאות בעולם. הם משמשים בצורה רחבה לא רק באריזת משקאות קלויים, מים בבקבוקים, תבלינים, קוסמטיקה, שתיה חריפה, פרוקטוזה יבשה וمنتجات אחרות, אלא גם ניתן להשתמש בהם באריזת מיץ פירות ותה משקאות לאחר טיפול מיוחד בקבוקים למילוי חם. בקבוקי בירה מ-PET שעברו טכנולוגיה מתקדמת ביותר כבר נכנסים לשוק, ובקבוקי מילוי א-זיהומיים מ-PET גם כן מתפתחים במהירות. אפשר לומר שהתקדמות טכנולוגית מרחיבה את השימוש בקבוקי PET, לא רק על מנת להמשיך ולהרחיב את השוק המסורתית של מים לשתייה ומשקאות קלויים, אלא גם להשפיע על המקום הסופי של אריזות זכוכית ואלומיניום עבור בירה ושאר המשקאות.

תהליך הייצור של שבבי דרגת בקבוקים PET מחולק בעיקר לשני חלקים. החלק הראשון הוא ייצור שבלית בסיסית, כלומר ייצור פוליאסטר. תהליך ייצור שיבוטי דרגת בקבוקים הוא באופן עקרוני זהה לזה של שיבוטי קונבנציונליים. על מנת לעמוד בכמה מתכונותיה של שיבוטית דרגת הבקבוקים, מוסיפים מונומר שלישי IPA וכמה תוספים. החלק השני הוא עליית הצמיגות בפזיזה המוצקה של השיבוטיות הבסיסיות.

1. גודל חיתוך החומר الخام

שני התגובות, טרנסאסטריפיקציה ואסטריפיקציה, הן תגובות הפיכות. על מנת להזיז את שיווי המשקל לכיוון החיובי, יש להסיר בזמן את תוצרי הלוואי הקטנים והנדיפים. ניתן להפריד את תוצרי הלוואי הקטנים שמתקבלים בתגובה של פוליקר bonדנסציה במצב מוצק משברי החומר בשני תהליכים: דיפוזיה של תוצרי הלוואי הקטנים מהפנים אל פני השטח של השבר, ודיפוזיה מפני השטח של השבר. יחסית speaking, בייצור של פוליקר bonדנסציה במצב מוצק (SSP), קצב הדיפוזיה של תוצרי הלוואי הקטנים בתוך השבר איטי בהרבה מאשר מחוץ לפני השבר בטמפרטורה גבוהה יחסית ובקצב זרימה גבוה. לכן, על מנת להיפטר מתוצרים קטנים ככל האפשר, הטכנולוגיה דורשת שהשבר ישהה זמן ארוך יותר במאיץ. מאחר שהמסלול של הדיפוזיה של תוצרי לוואי קטנים בחלקיקים קטנים הוא קצר יותר מאשר בחלקיקים גדולים, קל יותר להסילם, וככל שהחלקיקים קטנים יותר, שטח הפנים הכולל שלהם גדל, קצב העברת החום עולה, וגם קצב התגובה מואץ. לכן, בתחום מסוים, קצב התגובה של פוליקר bonדנסציה במצב מוצק של PET נמצא ביחס הפוך לגודל החלקיקים של שברי החומר הראשוני. עם זאת, אם החלקיקים קטנים מדי, הם נוטים להתחבר זה לזה, מה שמשפיע על קצב התגובה. בנוסף, גם צורת החלקיקים משפיעה על קצב התגובה. צורות לא סדירות נוטות להיצמד יותר בקלות. לכן, יש דרישה גבוהה לחתך את החתך הבסיסי, ולא ניתן להכניס חתכים מיוחדים למערכת פוליקר bonדנסציה בפאזה מוצקה.

2. ערך צבע של פרוסות חומר גלם

הערך הצבע של חיתוך גולמי קובע ישירות את הערך הצבע של חיתוך המוצר. יש הרבה גורמים שמשפיעים על הערך הצבע של פרוסות בסיסיות. צבע הוא המדד האינטואיטיבי ביותר לאיכות פרוסות תגובה. המדידה מבוססת על עקרונות כרומטוגרפיים ופוטומטריים ועל תקני מדידה של הוועדה הבינלאומית לאלקטרוניקה (ILC), ונמדדת בדרך כלל באמצעות פוטומטר צבע של הנט (L, a, b); L מציין לבנות ובהירות; A הוא אינדקס ירוק/אדום; B הוא אינדקס צהוב. ישנן מספר סיבות המשפיעות על צבע הפרוסות הבסיסיות, אשר נגרמות בעיקר עקב איכות החומרים הגולמיים, סוגי התוספים וריכוזיהם, טכנולוגיית הייצור, בקרת תהליך הייצור והבדלים באיכות המוצר. כיום, שיטת הבקרה הישירה מתוכנית היא שינוי בהוספת סוכן אדמומיות וסוכן כחול בתנאי תהליך יציב ואיכות טובה של חומרים גולמיים ועזרים. הגורמים המשפיעים על הערך הצבע של פרוסות המוצר המוגמר מורכבים יותר, אך פרוסות דרגת בקבוק דורשות ערך צבע גבוה של המוצר, ולכן יש להתאים את התהליך בזמן כדי לעמוד בצרכיו של המשתמש.

3. ריכוזי IPA ו-DEG

ריכוזי IPA ו-DEG בחתיכת המוצר הסופי נשלטים בתהליך ייצור החתיכה הבסיסית, וריכוזי IPA ו-DEG נשארים עקרונית ללא שינוי בתהליך הקשחה של השלב המוצק.

כמות ה-IPA חשובה מאוד לצמיגות של ר_CHIP PET. מטרת הוספת ה-IPA היא להפחית את הסדריות במערך המקרומולקולות של PET, ובכך להפחית את הגבישיות של ר_CHIPS PET. עם זאת, נקודת הריכוך ונקודת ההמסה של PET ירדו עם הוספת ה-IPA, מה שהוביל לירידה בת יציבות החום ובחוזק המכני של הבקבוקים. לכן, יש להתאים את תוכן ה-IPA בהתאם לדרישות השוק ולשלוט בו בצורה קפדנית. כיום, החברה מייצרת שני סוגי פרוסות דרגת בקבוקים בהתאם לדרישות המשתמש: סוג אחד הוא פרוסות דרגת בקבוקים למשקאות קלויי פחמן רגילים, והשני הוא פרוסות דרגת בקבוקים לפרי חם במיכל, כאשר האחרון דורש עמידות גבוהה בפני חום. לכן, בנוסף להתאמות מתאימות בתהליך הניפוח של הבקבוקים, כגון הוספת תהליך טיפול בחום והתאמת טמפרטורת התבנית. בנוסף, תוכן ה-IPA (הפחתה של 1.5% באחוז משקלי) został מופחת באופן מתאים בחומרים הראשוניים כדי לשפר את הגבישיות של ה-PET, על מנת לעמוד בדרישות עמידות הטמפרטורה של בקבוקי המשקה. כמו כן, לתוכן ה-IPA יש גם השפעה מסוימת על הפוליקרימריזציה במצב מוצק; אם תוכן ה-IPA אינו מתאים, למשל כאשר התוכן גבוה מדי, זה עלול לגרום לפרוסות לא להגבש כראוי בתהליכי הקישור והגבישון, מה שגורם להדבקות הפרוסות בתהליך ההדבקה.

תכולת גליקול איטילן דו-этילי נקבעת בדרך כלל על ידי תהליך הייצור, אך ניתן גם לכוונן אותה על ידי התאמת היחסים המיקרוסקופיים (כגון התאמת היחס בין EG ל-PTA). כיום, התכולה של גליקול איטילן דו-этילי בחתיכות דרגת בקבוק היא בערך 1.1%±0.2% (באחוז משקל). בטווח זה, תכולה גבוהה יותר של גליקול איטילן דו-этילי תורמת לשיפור עמידות החום של חלקי PET, וזאת בגלל הגמישות של הקשר האתרי שבגליקול האיטילן הדו-этילי, שמאפשרת שיפור של קצב הקריסטליזציה של ה-PET. עם זאת, התכולה הזו לא יכולה להיות גבוהה מדי, כיוון שהקיום של הקשר האתרי מפחית את הקשיחות של מולקולות ה-PET, מוריד את נקודת ההמסה של ה-PET, ועשוי להוביל לשינוי בצמיגות החתיכות בתהליך הליכה. אם התכולה גבוהה מדי, היא גם תפחית את התכונות המכניות של הפעלה של החתיכות.

4. קבוצה קרבוקסילית קצה

בתנאים מסוימים אחרים, תוכן גבוה של קבוצות קרבוקסיל מועיל להגברת קצב התגובה. ניתן לראות ממשוואת התגובה של SSP שמדובר בשתי תגובות: טרנסאסטריפיקציה ואסטריפיקציה, וכאשר ריכוז הקבוצות הקרבוקסיל בקצה הוא גבוה, זה תורם לתגובת האסטריפיקציה בין שרשרות ה-PET ולקצב התגובה. בחלק של ה-PET, עלייה בריכוז H+ גם כן תורמת לאפקט הקטליזה העצמית של הקטליזטור, אך עליה בתכולת הקבוצות הקרבוקסיל בקצה תؤثر על ביצועי העיבוד הבאים של השקע, ולכן נדרש לשלוט בתכולת הקבוצות הקרבוקסיליות בקצה של השקע הבסיסי בתוך טווח מסוים, בדרך כלל נדרש להיות 30. ~40 מול/טון, ולקבוצות הקרבוקסיל בקצה של שקע לרמה של בקבוקים [30 מול/טון.

5. גורמים אחרים

הסוג והכמות של תוספים שונים בחתיכת החומר הגלום ישפיעו גם הם במידה מסוימת על האיכות הפנימית של הצלחת הסופית. ייצור חיתוך ברמה של בקבוקים מחייב הוספת סטביליזטור חום - חומצה פוליפוספט. תפקיד החומצה הפוליפוספטית הוא לחותך את קצה שרשרת המולקולרית של ה-PET באמצעות קבוצה פוספטית ולהגביר את היציבות התרמית של שרשרת ה-PET. עם זאת, הקבוצה הפוספטית עשויה להפוך גם לסוכן גרעינון לגבישי PET. במיוחד, יהיה לכך השפעה מסוימת על הזרקה של חתיכות ברמה של בקבוקים. בתהליך הזרקה, אוליגומרים, תחמוצות מתכת (כגון אנטימואן תלת-חמצני), פוספטים וכדומה הם כלם סוכני גרעינון להתקרystalization של PET, בעוד ש합גים נמוכים אחרים כגון פוליאתילן גליקול אינם בעלי פעילות כזו. עם זאת, זהו קטליזטור להתקרystalization. אם ריכוז החומרים האלה עולה על רמת סף מסוימת ב-PET, קצב ההתקרystalization של ה-PET יגדל (כלומר, טמפרטורת ההתקרystalization בקירור תרד), מה שעלול להשפיע על איכות בקבוק הזרקה, ויגרום לערפל לבן בתחתית או בפה של הבקבוק, ואף עלול להשפיע על השקיפות של כל הבקבוק. לכן, בהינתן דרישת שמירה על איכות הצלחת ועל מהירות התגובה (קיבולת המכשיר), יש לצמצם עד כמה שניתן את התוספים, כולל הקטליזטור.

השפעת פרמטרי תהליך של מקדים-מגביש ומגביש על תכונות המוצר

באופן כללי, הגדרת הטמפרטורה של הקדם-גביש היא 145~150°C (הפרמטר ניתן על ידי הזרק). אם הטמפרטורה נמוכה מדי, קשה להסיר את מולקולות המים בצורת מים של גביש בחתיכים, מה שיגרום למהירות גביש איטית מדי. הגביש יהיה לא מספיק ולא יתאים לצורכי הייצור. עם זאת, טמפרטורת הגביש לא צריכה להיות גבוהה מדי, משום שעם עליית הטמפרטורה, חתיכות החומר והאוויר בקדם-גביש ובמתקן הגביש רגישים לדלקת חמצנית שתؤثر על ערך הצבע של המוצר. הגדרת הטמפרטורה של מתקן הגביש היא 170~175°C (הפרמטרים ניתנו על ידי הזרק). אם הטמפרטורה גבוהה יותר מ-175°C, ככל שזמן השהייה של הצלחות בקדם-גביש ובמתקן הגביש גדל, ערך הצבע עולה בצורה חדה יותר, בעוד שהגבישיות כמעט ולא משתנה. כמובן, בייצור בפועל, לא ניתן להשיג ערך b טוב על ידי קירור יתר, מכיוון שבטמפרטורה נמוכה, מחסור בגביש של הצלחת גורם ליצירת צלחת במחמם הקדם ובמאיץ, והמצב הגבישי של המים קשה לפירוק, מה שיפעיל את אפקט עיבוד הצלחת ויאffect את האיכות הפנימית של הצלחת הסופית. רק חתיכות מגובשות היטב יכולות לשמש להשגת חתיכות מעובה טובות. מה שנקרא חתיכה מגובשת טובה פירושו בעיקר שהגבישיות של הצלחת מגיעה לערכה מסוים, למשל, גבישיות מקדם-הגביש ≥30%, גבישיות ביציאה ממתקן הגביש ≥40%, וגבישיות ביציאה מהמחמם הקדם ≥45%. אחרת ייווצר הדבקות בין הצלחות בתהליך העיבוי; נקודה נוספת היא שהפני השטח של הצלחות מגובשות באופן אחיד.

7. השפעת פרמטרי תהליך של מחמם קדימתי ומאגר על ביצועי המוצר

בשני השלבים האלה יש דרגות שונות של עיבוי של השכבות. ישנם שני גורמים המؤثרים על התרמודינמיקה והקינטיקה של תגובת הפוליקריזציה בפאזה הקשה: טמפרטורת התגובה, ומידת הדיפוזיה החוצה של תוצרים קטנים של מולקולות צדדיות מהקטע. הגורם הראשון תלוי בטמפרטורת בקרת חימום החנקן.

השפעת הטמפרטורה על התגובה היא תמיד חיובית ושלילית. הצד החיובי הוא שהעלאת הטמפרטורה יכולה להגביר את קצב התגובה, וניתן להגדיל את הפרודוקטיביות של המכשיר בתנאי שעלייה בצמיגות קבועה. בנוסף, ניתן להגדיל את הייצור בתנאים מסוימים. עלייה בעובי. עם זאת, עלייה בטמפרטורה מלווה בעלייה בתגובות לוואי, אשר בתורן משפיעות על איכות המוצר. לכן, בייצור בפועל יש למצוא את הטמפרטורה המתאימה, תוך התחשבות בשני היבטים. במכשיר זה, טמפרטורת הכור נקבעת על ידי טמפרטורת היציאה של המחמם המקדים. ניתן לשלוט בטמפרטורת הכור על ידי שינוי טמפרטורת היציאה של המחמם המקדים וזרימת החנקן בתחתית המחמם המקדים. טמפרטורת הכניסה של הכור מועברת לאט כלפי מטה, ותגובת המערכת גם היא איטית. לאחר השינוי, זמן הייצוב מחדש הוא לפחות כפול מזמן השהייה של הכור, וגם צמיגות המוצר הסופי המתאים משתנה. זה לוקח זמן, אחרת, מהירות התגובה תהיה שונה, וכתוצאה מכך עיבוי לא אחיד של הפרוסה, מה שישפיע על ביצועי העיבוד הבאים של הפרוסה.

הגורם השני תלוי בקצב זרימת החנקן בזמן התגובה ובשטח הפנים הספציפי של השכבה. כאן, חנקן הוא מצד אחד תווך חימום (בעיקר במתחמם קדמי) ומצד שני תווך שמוביל להסרת תוצרים לוואי של מולקולות קטנות. כפי שנאמר קודם, התוצרים הלוואי של מולקולות קטנות שנוצרו ע"י פוליקondenציה בפאזה מוצקה עוזבים את התחום בשני תהליכים, כאשר הדיפוזיה החוצה של מולקולות קטנות מפני השטח קשורה לזרימת חנקן ולטמפרטורה. החנקן והחתיכה כאן זורמים בכיוונים מנוגדים, מה שמעלה את אפקט החימום ומוביל להסרת תוצרים לוואי של מולקולות קטנות. המתחמם הקדמי של המכשיר BUHLER משתמש במבנה דמוי גג, המחומם על ידי חנקן תחתון וחנקן מתcirculating באמצע כדי להפוך את החימום אחיד יותר וללא זוויות מתות. בתגובה, מאחר שהשכבה נמצאת תחת לחץ בתחתית, טמפרטורת הכניסה התחתונה מבוקרת בטמפרטורה נמוכה יותר של כ-190 מעלות, מה שמקל על כך שהשכבות לא ידביקו. כאמצעי חימום, קצב זרימת החנקן תלוי בעיקר בטמפרטורת התגובה ועומס הייצור (כלומר, דרישת יחס גז-מוצק). כאשר הטמפרטורה והעומס קבועים, לקצב זרימת החנקן יש ערך מירבי, כלומר לאחר שמגיעים לערכה, הגדלת הקצב כבר לא מגבירה את קצב התגובה מכיוון שגבול הגז-מוצק מגיע לשיווי משקל ספיגתי, אך כאשר הטמפרטורה עולה, שיווי המשקל נשבר, וריכוז המולקולות הקטנות בגבול הגז-מוצק ממשיך לרדת ככל שקצב זרימת החנקן גדל עד לשיווי משקל חדש.

סיבה נוספת המשפיעה על קצב התגובה של SSP היא הכוח החיצוני - כוח הקטליסט. כלומר, כמות הקטליסט בחלק הבסיסי, ריכוז הקטליסט בחלק A הוא בערך שני שליש מהחלק B. בין הגורמים המשפיעים על האפקט הקטליסטי של הקטליסט, בנוסף לריכוז הקטליסט, חשוב יותר טמפרטורת התגובה.

8. השפעת מערכת ניקוי חנקן על תכונות המוצר

(1) תוכן חמצן

כמות קטנה של אוויר מכשירי מוכנסת למערכת טיהור החנקן כדי לסלק את החומר האורגני הגזי המולקולרי הקטן המיוצר במערכת החנקן. ניתן לראות ממשוואה 1-3 שהפחמימן העיקרי בתגובה הוא אתילן גליקול, וישנם כמה. האצטאלדהיד, האוליגומר וכו' המיוצרים בתגובת הצד מתחמצנים באופן קטליטי על ידי חמצן לפחמן דו-חמצני ומים במצע הקטליטי Pt/Pd של הכור הקטליטי. עם זאת, יש לשלוט בקפדנות בתכולת החמצן בו מכיוון שנוכחות מולקולות חמצן גורמת לפירוק תרמי במהלך תהליך העיבוי, וכתוצאה מכך הידרדרות בערך הצבע של המוצר, ירידה בצמיגות ועלייה בקבוצות קרבוקסיל סופיות. תכולת החמצן של גז החנקן ממערכת טיהור החנקן במנגנון נשלטת כך שתהיה בטווח של 10 ppm. כיום, בהתאם למאפייני מערכת טיהור החנקן, בנוסף לחמצון קטליטי, ניתן גם לרסס שיטה להסרת תרכובות מולקולריות קטנות בחנקן באמצעות EG קר, שיכולה לסלק את תכולת החמצן בחנקן, אך עבור תרכובות מולקולריות קטנות בעלות רתיחה נמוכה כמו אצטאלדהיד. אפקט ההסרה אינו טוב

(2) רמת טיהור החנקן

הנקיון של החנקן משפיע במידה מסוימת על עיבוד השכבות ועל איכותן. ראשית, הידראקרבונים במשקל מולקולרי נמוך בחנקן יכולים לקדם את תגובת ההסבה בכיוון ההפוך, מה שאינו תורם לעיבוד השכבות. כמו כן, זה משפיע על הסרת האצטאלדהיד מהשכבות, ובכך משפיע על ריכוז האלדהיד בשכבות, אך תגובת הפולימריזציה היא מורכבת מאוד, ולכן ניתוח השפעת מולקולות קטנות בחנקן על ריכוז האצטאלדהיד עדיין צריך להמשך.

(3) נקודת הטל של מערכת החנקן

בתמורות גבוהות, מולקולות מים נוטות להידרוליז את מולקולות הפוליאסטר הגדולות ולשנות את איכות המוצר. לכן, בייצור של פוליקרbonציה בפאזה מוצקה, יש צורך לשלוט על נקודת הטל של מערכת החנקן, כלומר, לשלוט בתכולת מולקולות המים במערכת החנקן. עבור התקני BUHLER, נדרש שנקודת הטל של החנקן תהיה מתחת למינוס 30 מעלות, ועבור התקני SINCO נדרש שהיא תהיה במינוס 40 מעלות.

לסיכום

כאשר רתיכות ברמה של בקבוקי PET משמשות כחומר אריזה, המדדים המרכזיים לאיכות כוללים את ההיבטים הבאים: איכות מראה חיצוני, תכונות מכניות, תכונות עיבוד, חוסר ריח וחוסר רעילות, וגם גורמים רבים המשפיעים על איכות הרתיכות הם מורכבים מאוד. הגורמים העיקריים הם מספר הניתוחים שהוזכרו לעיל. בהתאם לדרישות המשתמש, ניתן להתאים את המתכון הבסיסי של הרתיכות, מסלול התהליך והתנאים הטכנולוגיים כדי לכייל את המדדים האמורים ולהתאים אותם לצורכי השוק. וכמו כן להתכונן localization של ייצור SSP.