PET adalah bahan pembungkusan minuman yang paling meluas digunakan pada hari ini. Disebabkan PET boleh diperoleh dengan mudah dalam bentuk amorfus, sangat lutsinar dan mudah diregangkan melalui penyejukan pantas, apabila digunakan sebagai bahan pembungkusan, PET boleh dijadikan filem pembungkusan terorientasi dwi-arah, serta botol hasil acuan tiup regangan yang kuat tinggi dan sangat lutsinar boleh diperoleh daripada preform amorfus. Ia juga boleh diekstrusi secara langsung atau dibentuk melalui acuan tiup menjadi bekas berongga PET yang tidak meregang. Bekas berongga PET, khususnya botol acuan tiup regangan, sepenuhnya memanfaatkan prestasi PET, memberikan kesan paparan yang baik terhadap kandungan di dalamnya. Prestasi dan kosnya setanding dengan bekas berongga lain. Oleh itu, apabila PET digunakan sebagai bahan pembungkusan, ia pada asasnya dibentuk melalui acuan tiup regangan. Antara yang paling meluas digunakan ialah botol kecil berkapasiti puluhan mililiter hingga 2 liter, dan terdapat juga botol besar berkapasiti 30 liter. Sejak awal 1980-an, disebabkan ringannya, mudah dibentuk, harga rendah dan kemudahan pengeluaran skala besar, PET berkembang dengan pesat sejak diperkenalkan. Dalam tempoh kira-kira 20 tahun sahaja, PET telah berkembang menjadi bentuk pembungkusan minuman utama di dunia. Ia bukan sahaja digunakan secara meluas dalam pembungkusan minuman berkarbonat, air dalam botol, perisa, kosmetik, arak putih, gula-gula buah kering dan produk lain, tetapi botol isi panas yang dirawat secara khas juga boleh digunakan untuk pembungkusan jus buah dan minuman teh. Botol PET untuk bir yang diproses dengan teknologi paling canggih juga mula memasuki pasaran, manakala botol PET isi aseptik turut berkembang dengan pesat. Boleh dikatakan bahawa kemajuan teknologi sentiasa memperluaskan bidang aplikasi botol PET. Mereka tidak hanya terus meluaskan pasaran tradisional mereka dalam air minuman dan minuman berkarbonat, tetapi juga sedang menyerang medan pertempuran terakhir pembungkusan bir dan produk lain yang sebelum ini didominasi oleh kaca dan tin aluminium.
Proses pengeluaran cip gred botol PET terutamanya terdiri daripada dua bahagian utama. Bahagian pertama adalah pengeluaran cip asas, iaitu pengeluaran poliester. Proses pengeluaran cip asas gred botol pada dasarnya sama seperti cip konvensional. Sementara itu, untuk memenuhi beberapa keperluan prestasi cip gred botol, monomer ketiga IPA dan beberapa bahan tambahan ditambahkan. Bahagian kedua adalah pelekat fasa pepejal bagi hirisan asas.
1. Dimensi luaran hirisan bahan mentah
Kedua-dua tindak balas transesterifikasi dan esterifikasi adalah boleh balik. Untuk mengalihkan keseimbangan ke arah tindak balas ke hadapan, adalah perlu untuk segera mengeluarkan produk molekul kecil yang mudah meruap. Terdapat dua proses bagi hasil sampingan molekul kecil yang dihasilkan oleh polikondensasi fasa pepejal untuk meninggalkan keratan, iaitu proses peresapan hasil sampingan molekul kecil dari bahagian dalam ke permukaan keratan dan proses peresapan dari permukaan ke luar keratan tersebut. Antara keduanya, kadar peresapan dari permukaan keratan ke luar berkaitan dengan suhu dan kadar aliran nitrogen. Secara relatifnya, dalam pengeluaran SSP, pada suhu dan kadar aliran yang agak tinggi, kadar peresapan produk molekul kecil di dalam keratan jauh lebih perlahan berbanding dari permukaan keratan ke luar. Oleh itu, untuk mengeluarkan produk molekul kecil sebanyak mungkin, proses ini memerlukan masa tinggal keratan di dalam reaktor yang lebih lama. Memandangkan laluan peresapan produk molekul kecil di dalam zarah kecil lebih pendek berbanding di dalam zarah besar, ia lebih mudah dikeluarkan. Selain itu, dengan zarah sampel yang lebih kecil, jumlah luas permukaan zarah meningkat, kadar pemindahan haba meningkat, dan kadar tindak balas turut meningkat. Oleh itu, dalam julat tertentu, kadar tindak balas polikondensasi fasa pepejal PET berkadar songsang dengan saiz zarah cip bahan mentah. Namun, jika zarah terlalu halus, ia cenderung melekat, yang sebaliknya menjejaskan kadar tindak balas. Selain itu, bentuk zarah juga mempengaruhi kadar tindak balas. Bentuk zarah yang tidak sekata juga cenderung melekat. Oleh itu, keperluan penggranulan bagi cip asas adalah sangat ketat, dan tiada cip abnormal seharusnya memasuki sistem polikondensasi fasa pepejal.
2. Nilai warna kepingan bahan mentah
Nilai warna hirisan bahan mentah secara langsung menentukan nilai warna hirisan produk siap. Terdapat banyak faktor yang mempengaruhi nilai warna hirisan asas. Warna merupakan penunjuk paling langsung yang mencerminkan kualiti bahagian tersebut. Pengukurannya adalah berdasarkan prinsip kromatografi dan fotometri serta piawaian metrolgi oleh Suruhanjaya Antarabangsa mengenai Pencahayaan. Biasanya, sebuah pengukur warna menggunakan kaedah Hunter (L,a,b) digunakan untuk pengukuran, di mana L mewakili keputihan dan kecerahan. a ialah indeks hijau/merah; b mewakili indeks kuning. Terdapat banyak faktor yang mempengaruhi warna hirisan asas, terutamanya disebabkan oleh perbezaan dari segi kualiti bahan mentah, jenis dan kandungan bahan tambahan, proses pengeluaran, kawalan proses pengeluaran dan kualiti produk [3]. Pada masa ini, kaedah kawalan yang agak langsung dari aspek proses ialah, dalam keadaan proses yang stabil dan kualiti bahan mentah serta bantuannya yang baik, jumlah penambahan ejen darjah merah dan biru boleh mengubah nilai b hirisan secara sesuai. Faktor-faktor yang mempengaruhi nilai warna hirisan produk siap adalah lebih kompleks. Namun begitu, hirisan gred botol mempunyai keperluan yang sangat tinggi terhadap nilai warna produk. Oleh itu, proses perlu dilaraskan pada masa yang sesuai mengikut keperluan pengguna untuk memenuhi kehendak tersebut.
3. Kandungan IPA dan DEG
Kandungan IPA dan DEG dalam kepingan siap dikawal semasa pengeluaran kepingan asas, dan kandungan tersebut kekal hampir tidak berubah semasa proses pemejalan fasa pepejal.
Jumlah IPA adalah penting untuk peningkatan kelikatan cip. Penambahan IPA adalah untuk mengurangkan susunan teratur molekul makro PET dalam tahap tertentu, seterusnya merendahkan prestasi penghabluran cip. Pertama sekali, ia boleh meningkatkan prestasi pemprosesan semasa percetakan suntikan dan peniupan, serta merendahkan suhu pemprosesan. Kedua, ia boleh meningkatkan kejernihan preform dan botol. Walau bagaimanapun, penambahan IPA merendahkan takat lembut dan takat lebur PET, yang menyebabkan penurunan rintangan haba dan kekuatan mekanikal botol yang dihasilkan. Oleh itu, kandungan IPA harus dilaraskan dengan sesuai dan dikawal secara ketat mengikut permintaan pasaran. Pada masa ini, syarikat telah menghasilkan dua jenis hirisan gred botol mengikut keperluan pengguna: satu ialah hirisan gred botol untuk minuman berkarbonat biasa, dan satu lagi ialah hirisan gred botol untuk minuman jus dalam tin panas. Yang terakhir memerlukan rintangan suhu tinggi yang baik. Oleh itu, selain membuat pelarasan yang sesuai dalam proses peniupan botol, seperti menambah proses rawatan haba dan melaraskan suhu acuan, selain itu, kandungan IPA telah dikurangkan secara sesuai dalam bahan mentah (sebanyak 1.5%, iaitu peratusan berat) untuk meningkatkan penghabluran PET dan memenuhi keperluan rintangan suhu botol minuman. Selain itu, kandungan IPA juga mempunyai kesan tertentu terhadap pempolimeran fasa pepejal. Jika kandungan IPA tidak sesuai, contohnya apabila terlalu tinggi, ia akan menyebabkan penghabluran cip tidak lengkap dalam pra-penghabluran dan penghablur, seterusnya mengakibatkan pelekat cip semasa proses peningkatan kelikatan.
Jumlah dietilena glikol biasanya ditentukan oleh proses pengeluaran dan juga boleh dilaras sedikit dengan mengawal nisbah formula (seperti melaras nisbah EG kepada PTA). Pada masa ini, kandungan dietilena glikol dalam kepingan gred botol yang dihasilkan di pasaran umumnya sekitar 1.1%±0.2% (mengikut peratusan berat). Dalam julat ini, kandungan dietilena glikol yang lebih tinggi adalah bermanfaat untuk meningkatkan rintangan haba kepingan tersebut. Ini kerana ikatan eter dalam dietilena glikol mempunyai tahap kelenturan tertentu, yang boleh meningkatkan kadar penghabluran PET. Walau bagaimanapun, kandungan ini tidak seharusnya terlalu tinggi, kerana kehadiran ikatan eter mengurangkan kekakuan molekul PET dan menurunkan takat lebur PET, menyebabkannya mudah melekat semasa proses penebalan kepingan. Jika kandungannya terlalu tinggi, ia juga akan mengurangkan sifat mekanikal semasa proses pengkepingan dan peniupan botol.
4. Kumpulan karboksil terminal
Dalam keadaan tertentu yang lain, kandungan yang tinggi bagi kumpulan karboksil terminal adalah kondusif untuk meningkatkan kadar tindak balas. Daripada persamaan tindak balas SSP, dapat dilihat bahawa terdapat dua jenis: pemesteran semula dan pengesteran. Kandungan yang tinggi bagi kumpulan karboksil terminal adalah kondusif kepada tindak balas pengesteran antara rantai PET dan meningkatkan kadar tindak balas. Dalam cebisan PET, peningkatan kepekatan H+ juga bermanfaat kepada kesan autokatalitik mangkin. Walau bagaimanapun, peningkatan kandungan kumpulan karboksil terminal akan menjejaskan prestasi pemprosesan berikutnya bagi cebisan tersebut. Oleh itu, kumpulan karboksil terminal bagi cebisan asas perlu dikawal dalam julat tertentu, secara umumnya antara 30 hingga 40 mol/t, manakala bagi cebisan gred botol ia sepatutnya 30 mol/t.
5. Faktor-faktor lain
Jenis dan jumlah tambahan pelbagai aditif dalam hirisan bahan mentah juga akan memberi kesan tertentu terhadap kualiti dalaman hirisan siap. Pengeluaran cip gred botol memerlukan penambahan penstabil haba, asid polifosforik. Fungsi asid polifosforik ialah menutup hujung rantai molekul PET dengan kumpulan fosfat, meningkatkan kestabilan haba rantai PET. Walau bagaimanapun, memandangkan kumpulan fosfat juga boleh berubah menjadi ejen penggumpalan bagi hablur PET, ia khususnya akan memberi kesan tertentu terhadap acuan sulingan penebukan botol untuk cip gred botol. Dalam proses peniupan botol, oligomer, oksida logam (seperti antimon trioksida), fosfat, dan sebagainya merupakan ejen penggumpalan bagi penghabluran PET. Selain itu, sesetengah sebatian berat molekul rendah, seperti polietilena glikol, walaupun tidak mempunyai kesan penggumpalan sendiri, bertindak sebagai pemangkin penghabluran. Jika kandungan bahan-bahan ini dalam PET melebihi tahap tertentu, ia akan mempercepatkan kelajuan penghabluran PET (iaitu merendahkan suhu penghabluran sejuk), yang mana akan menjejaskan kualiti peniupan botol, menyebabkan kabut putih di bahagian dasar atau mulut botol, dan malah boleh menjejaskan kejernihan seluruh botol. Oleh itu, dalam keadaan memastikan kualiti hirisan dan kadar tindak balas (kapasiti pengeluaran peralatan), jumlah aditif, termasuk mangkin, seharusnya kurang daripada lebih.
6. Pengaruh parameter proses pra-penghabluran dan penghablur terhadap sifat produk
Tetapan suhu umum pra-penghabluran ialah 145 hingga 150℃ (parameter yang diberikan oleh pihak asing). Jika suhu terlalu rendah, disebabkan kesukaran mengalih keluar molekul air dalam bentuk air hablur pada hirisan, kelajuan penghabluran hirisan akan menjadi terlalu perlahan, dan penghabluran tidak mencukupi dalam masa yang singkat, maka tidak dapat memenuhi keperluan pengeluaran. Namun, suhu penghabluran juga tidak boleh terlalu tinggi, kerana apabila suhu meningkat, hirisan cenderung mengalami pengoksidaan dan degradasi dengan udara di dalam pra-penghablur dan penghablur, seterusnya mempengaruhi nilai warna produk. Tetapan suhu acuan ialah 170 hingga 175℃ (parameter yang diberikan oleh pihak asing). Jika suhu melebihi 175℃, apabila tempoh tinggal hirisan di dalam pra-penghablur dan penghablur meningkat, nilai warna akan meningkat lebih tajam, manakala darjah penghabluran hampir tidak berubah. Sudah tentu, dalam pengeluaran sebenar, penyejukan berlebihan tidak boleh digunakan untuk mendapatkan nilai b yang lebih baik. Kerana apabila suhu rendah, penghabluran hirisan yang tidak mencukupi akan menyebabkan hirisan melekat di pemanas awalan dan reaktor seterusnya, dan air dalam keadaan hablur juga sukar dikeluarkan sepenuhnya. Ini akan mempengaruhi kesan peningkatan kelikatan hirisan dan seterusnya kualiti dalaman hirisan siap. Hanya dengan menghasilkan hirisan hablur yang baik, hirisan yang menebal dengan baik dapat diperoleh. Apa yang dimaksudkan dengan hirisan hablur yang baik terutamanya merujuk kepada darjah penghabluran hirisan mencapai nilai tertentu, seperti darjah penghabluran dari pra-penghablur ≥30%, darjah penghabluran di pintu keluar penghablur ≥40%, dan darjah penghabluran di pintu keluar pemanas awalan ≥45%. Jika tidak, ia akan menyebabkan hirisan melekat semasa proses penebalan. Satu lagi perkara ialah penghabluran permukaan hirisan harus seragam.
7. Pengaruh parameter proses pemanas awal dan reaktor terhadap prestasi produk
Kedua-dua peringkat ini meningkatkan kelikatan hirisan pada tahap yang berbeza. Terdapat dua faktor pengaruh termodinamik dan kinetik dalam tindak balas polikondensasi fasa pepejal: suhu tindak balas dan darjah peresapan hasil sampingan molekul kecil keluar dari keratan. Faktor pertama bergantung kepada kawalan suhu pemanasan nitrogen.
Pengaruh suhu terhadap tindak balas sentiasa mempunyai aspek positif dan negatif. Dari segi positif, meningkatkan suhu boleh mempercepatkan kadar tindak balas. Dengan syarat peningkatan kelikatan tertentu, ia boleh meningkatkan kapasiti pengeluaran peranti. Tambahan pula, dengan syarat output tertentu, ia juga boleh meningkatkan peningkatan kelikatan. Namun, kenaikan suhu akan disertai oleh peningkatan tindak balas sampingan, yang seterusnya akan menjejaskan penunjuk kualiti produk. Oleh itu, dalam pengeluaran sebenar, adalah perlu untuk mencari suhu yang sesuai dengan mengambil kira dua aspek ini. Dalam peranti ini, apa yang benar-benar menentukan suhu reaktor ialah suhu aliran keluar pemanas awal. Suhu reaktor boleh dikawal dengan mengubah suhu aliran keluar pemanas awal dan kadar aliran nitrogen pendingin di bahagian bawah pemanas awal. Suhu aliran masuk reaktor secara beransur-ansur dipindahkan ke bawah, dan tindak balas sistem juga berlaku secara perlahan. Masa untuk kembali stabil selepas perubahan adalah sekurang-kurangnya dua kali ganda masa tinggal reaktor. Pada masa yang sama, perubahan yang sepadan pada nilai kelikatan produk akhir juga memerlukan masa. Jika tidak, kadar tindak balas akan menjadi tidak sekata, mengakibatkan peningkatan kelikatan yang tidak sekata pada hirisan dan seterusnya menjejaskan prestasi pemprosesan hirisan tersebut.
Faktor kedua bergantung pada kadar aliran nitrogen semasa tindak balas dan luas permukaan khusus hirisan. Di sini, nitrogen berfungsi sebagai medium pemanasan (terutamanya dalam pra-pemanas), dan di sisi lain sebagai medium yang mengeluarkan hasil sampingan molekul kecil. Seperti yang disebutkan sebelum ini, terdapat dua proses di mana hasil sampingan molekul kecil yang dihasilkan oleh pemadatan fasa pepejal meninggalkan bahagian tersebut. Antara proses-proses tersebut, proses peresapan molekul kecil dari permukaan ke luar berkaitan dengan kadar aliran nitrogen dan suhu. Di sini, nitrogen dan hirisan mengalir dalam arah yang bertentangan, yang dapat meningkatkan kesan pemanasan dan menghilangkan hasil sampingan molekul kecil. Pra-pemanas peranti BUHLER menggunakan struktur berbentuk cincin, dengan pemanasan nitrogen di bahagian bawah dan pemanasan kitaran nitrogen di bahagian tengah, menjadikan pemanasan lebih seragam dan menghapuskan sudut mati. Dalam reaktor, memandangkan hirisan berada di bawah tekanan yang lebih tinggi di bahagian bawah, suhu gas masukan di bahagian bawah dikawal pada tahap yang agak rendah iaitu sekitar 190 darjah, menyebabkan hirisan kurang cenderung melekat bersama. Kadar aliran nitrogen, yang digunakan sebagai medium pemanasan, bergantung terutamanya pada suhu tindak balas dan beban pengeluaran (iaitu keperluan nisbah gas-pepejal). Dalam keadaan suhu dan beban malar, terdapat nilai had untuk kadar aliran nitrogen. Maksudnya, setelah mencapai nilai ini, peningkatan kadar aliran tidak lagi mempercepatkan kadar tindak balas kerana antara muka gas-pepejal telah mencapai keseimbangan penyerapan pada ketika itu. Walau bagaimanapun, apabila suhu meningkat, keseimbangan ini terganggu. Kepekatan molekul kecil pada antara muka gas-pepejal terus berkurang seiring peningkatan kadar aliran nitrogen sehingga keseimbangan baharu tercapai.
Terdapat satu lagi sebab yang mempengaruhi kadar tindak balas SSP, iaitu daya pemacu luaran - daya pemacu mangkin. Ini bermaksud, saiz kandungan mangkin dalam bahagian asas, kandungan mangkin dalam bahagian A adalah lebih kurang dua pertiga daripada kandungan dalam bahagian B. Antara faktor yang mempengaruhi kesan pemangkinan sesuatu mangkin, selain daripada kandungan mangkin, suhu tindak balas adalah agak penting.
8. Pengaruh sistem penulen nitrogen terhadap sifat produk
(1)Kandungan oksigen
Sejumlah kecil udara instrumen dimasukkan ke dalam sistem pemurnian nitrogen untuk menghapuskan bahan organik gas molekul kecil yang terhasil dalam sistem nitrogen. Seperti yang dapat dilihat daripada persamaan 1-3, hidrokarbon utama dalam tindak balas ialah etilena glikol, dan juga terdapat sedikit asetaldehid, oligomer, dll., yang terbentuk akibat tindak balas sampingan, dan bahan-bahan ini dioksidakan secara pemangkalan oleh oksigen kepada karbon dioksida dan air di dalam katod Pt/Pd di dalam reaktor pemangkin. Walau bagaimanapun, kandungan oksigen mesti dikawal dengan ketat kerana kehadiran molekul oksigen akan menyebabkan penguraian haba semasa proses peningkatan kelikatan, yang mengakibatkan penurunan nilai warna produk, penurunan kelikatan, dan peningkatan kumpulan karboksil terminal. Kandungan oksigen dalam gas nitrogen yang keluar dari sistem pemurnian nitrogen pada peranti ini dikawal dalam lingkungan 10 ppm. Pada masa ini, berdasarkan ciri-ciri sistem pemurnian nitrogen, selain daripada pengoksidaan pemangkinan, semburan EG sejuk juga boleh digunakan untuk menghilangkan sebatian molekul kecil daripada nitrogen. Kaedah ini boleh menghapuskan kandungan oksigen dalam nitrogen, tetapi kurang berkesan dalam menghilangkan sebatian molekul kecil berketegangan rendah seperti asetaldehid
(2) Darjah pembersihan nitrogen
Ketulenan nitrogen mempunyai pengaruh tertentu terhadap peningkatan kelikatan hirisan dan kualiti hirisan. Pertama sekali, hidrokarbon molekul kecil dalam nitrogen boleh menggalakkan tindak balas peningkatan kelikatan bergerak ke arah songsang, yang tidak kondusif kepada peningkatan kelikatan hirisan. Pada masa yang sama, ia juga akan menjejaskan penyingkiran asetaldehid dalam hirisan, seterusnya mempengaruhi kandungan aldehid dalam hirisan. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh kerumitan tindak balas berat molekul tinggi, analisis pengaruh molekul kecil dalam nitrogen terhadap kandungan asetaldehid masih memerlukan penyelidikan lanjut.
(3) Titik embun sistem nitrogen
Pada suhu tinggi, molekul air boleh dengan mudah menyebabkan hidrolisis makromolekul poliester, seterusnya menjejaskan kualiti produk. Oleh itu, dalam pengeluaran pendahterimaan fasa pepejal, adalah perlu untuk mengawal titik embun sistem nitrogen, iaitu mengawal kandungan molekul air dalam sistem nitrogen. Bagi unit BUHLER, titik embun nitrogen perlu berada di bawah -30 darjah Celsius, dan bagi unit SINCO, ia perlu berada di bawah -40 darjah Celsius.
Kesimpulan
Apabila cip gred botol PET digunakan sebagai bahan pembungkusan, penunjuk kualiti utama termasuk aspek-aspek berikut: kualiti rupa luar, sifat mekanikal, prestasi pemprosesan, tidak berbau dan tidak toksik. Terdapat banyak faktor yang mempengaruhi kualiti cip dan faktor-faktor ini adalah kompleks, dengan faktor utamanya ialah aspek-aspek yang dianalisis di atas. Mengikut keperluan pengguna, formula, laluan proses dan keadaan proses bagi hirisan asas boleh dilaraskan untuk menyesuaikan penunjuk-penunjuk di atas, supaya memenuhi keperluan pasaran. Dan membuat persediaan untuk penswastaan pengeluaran SSP.
EN
