Fatores Importantes que Afetam a Qualidade de Lascas de PET para Garrafas
Atualmente, o PET é o material mais amplamente utilizado para embalagens de bebidas. Como o PET pode ser convenientemente resfriado para obter produtos que são basicamente em estado amorfo, com alta transparência e fácil alongamento, pode ser usado como material de embalagem para produzir filmes de embalagem com estiramento biaxial, além de poder ser transformado por sopro estirado em garrafas com alta resistência e alta transparência a partir de pré-formas amorfas, e também pode ser extrudado ou soprado diretamente em garrafas não estiradas de PE. As garrafas ocos. Os recipientes ocos de PET, especialmente as garrafas moldadas por sopro com estiramento, aproveitam plenamente as propriedades do PET, apresentando bom efeito de exibição do conteúdo, desempenho e custo competitivo em relação a outros recipientes ocos. Portanto, os materiais de PET são basicamente utilizados na moldagem por sopro com estiramento, sendo os mais comuns garrafas pequenas de dezenas de mililitros até 2 litros, existindo também garrafas com capacidade de 30 litros. Desde o início da década de 1980, devido ao seu baixo peso, facilidade de moldagem, preço baixo e facilidade de produção em massa, tem apresentado um impulso irresistível de rápido desenvolvimento. Em cerca de 20 anos, tornou-se a embalagem de bebidas mais importante no mundo. É amplamente utilizada não apenas na embalagem de refrigerantes, água engarrafada, condimentos, cosméticos, bebidas alcoólicas, frutose seca e outros produtos, mas também pode ser usada na embalagem de sucos de frutas e chás gelados após tratamento especial em garrafas para enchimento a quente. Garrafas de PET para cerveja tratadas com a tecnologia mais avançada também estão entrando no mercado, e as garrafas de PET para enchimento asséptico estão se desenvolvendo rapidamente. Pode-se dizer que o progresso tecnológico está expandindo a aplicação das garrafas de PET, não apenas continuando a ampliar o mercado tradicional de água potável e refrigerantes, mas também impactando fortemente a posição final de embalagens de vidro e latas de alumínio.
O processo de produção de chips de grau para garrafas PET é principalmente dividido em duas partes. A primeira parte é a produção do chip básico, ou seja, a produção de poliéster. O processo de produção de lâminas básicas de grau para garrafas é basicamente o mesmo que o das lâminas convencionais. Para satisfazer algumas propriedades das lâminas de grau para garrafas, é adicionado o terceiro monómero IPA e alguns aditivos. A segunda parte é o aumento da viscosidade em fase sólida das lâminas básicas.
1. tamanho do fatiamento da matéria-prima
Tanto a transesterificação quanto a esterificação são reações reversíveis. Para deslocar o equilíbrio no sentido positivo, os produtos voláteis de pequenas moléculas devem ser eliminados a tempo. Os subprodutos de pequenas moléculas produzidos pela policondensação em estado sólido podem ser separados do grânulo por dois processos: a difusão dos subprodutos de pequenas moléculas do interior até a superfície do grânulo e a difusão a partir da superfície do grânulo. Relativamente falando, na produção de SSP, a taxa de difusão dos produtos de pequenas moléculas no interior do grânulo é muito mais lenta do que fora da superfície do grânulo em temperaturas relativamente altas e alta vazão. Portanto, para eliminar os produtos de pequenas moléculas o máximo possível, a tecnologia exige que o grânulo tenha um tempo de residência no reator mais longo. Como o caminho de difusão dos produtos de pequenas moléculas em partículas menores é mais curto do que em partículas maiores, é mais fácil excluí-los; além disso, quando as partículas são pequenas, a área superficial total das partículas aumenta, a taxa de transferência de calor aumenta e a velocidade da reação também acelera. Assim, dentro de uma certa faixa, a taxa de reação da policondensação em estado sólido do PET é inversamente proporcional ao tamanho das partículas do grânulo da matéria-prima. No entanto, se as partículas forem muito pequenas, tendem a aglomerar-se, o que afetará a taxa de reação. Além disso, a forma das partículas também influenciará a taxa de reação. Formas irregulares tendem mais à aglomeração. Por isso, há requisitos rigorosos quanto ao corte da seção basal, não sendo permitida a entrada de seções especiais no sistema de policondensação em fase sólida.
2. valor da cor das fatias de material bruto
O valor da cor do fatiamento bruto determina diretamente o valor da cor do fatiamento do produto. Existem muitos fatores que afetam o valor da cor das fatias básicas. A cor é o indicador mais intuitivo da qualidade das fatias reativas. A medição baseia-se nos princípios cromatográficos e fotométricos e nas normas de medição da Comissão Internacional de Iluminação (ILC), sendo geralmente medida por um colorímetro Hunt (L, a, b), em que L representa brancura e luminosidade; A é o índice verde/vermelho; B é o índice amarelo. Há diversos fatores que afetam a cor das fatias básicas, causados principalmente pela qualidade das matérias-primas, tipos e conteúdos de aditivos, tecnologia de produção, controle do processo produtivo e diferenças na qualidade do produto. Atualmente, o método de controle direto a partir do processo consiste em alterar a adição de agente avermelhador e agente azulante nas condições de processo estável e boa qualidade das matérias-primas e auxiliares. Os fatores que afetam o valor da cor das fatias do produto acabado são mais complexos, mas as fatias de grau garrafa exigem alto valor de cor do produto, portanto o processo deve ser ajustado prontamente para atender às necessidades dos usuários.
3. Teores de IPA e DEG
O teor de IPA e DEG na fita do produto acabado é controlado na produção da fita básica, e o teor de IPA e DEG permanece basicamente inalterado no processo de taquefiação em fase sólida.
A quantidade de IPA é muito importante para a viscosidade da resina PET. O objetivo da adição de IPA é reduzir a regularidade do arranjo das macromoléculas de PET, diminuindo assim a cristalinidade da resina PET. No entanto, o ponto de amolecimento e o ponto de fusão do PET são reduzidos com a adição de IPA, o que piora a estabilidade térmica e a resistência mecânica das garrafas. Portanto, o teor de IPA deve ser ajustado de acordo com as exigências do mercado e rigorosamente controlado. Atualmente, a empresa produz dois tipos de resinas para garrafas conforme as necessidades dos usuários: um é o tipo padrão para bebidas carbonatadas, e o outro é o tipo para garrafas de suco em lata quente, que exige alta resistência térmica. Por isso, além de realizar ajustes adequados no processo de moldagem por sopro, como aumentar o processo de tratamento térmico e ajustar a temperatura do molde, o conteúdo de IPA (reduzido em 1,5% em porcentagem ponderal) foi adequadamente diminuído na matéria-prima para aumentar a cristalinidade do PET, atendendo aos requisitos de resistência térmica das garrafas. Além disso, o teor de IPA também tem certo impacto na policondensação em estado sólido; se o teor for inadequado — por exemplo, quando for muito alto — pode causar imperfeições na cristalização prévia e no cristalizador, resultando na aderência das resinas durante o processo de aglutinação.
O teor de glicol etilênico é geralmente determinado pelo processo de produção, mas também pode ser ajustado mediante a proporção de microajuste (como ajustar a relação entre EG e PTA). Atualmente, o teor de glicol etilênico em flocos de grau garrafa é de cerca de 1,1% ± 0,2% (percentagem em peso). Nessa faixa, um teor mais alto de glicol etilênico favorece a melhoria da resistência térmica dos grânulos de PET, devido à flexibilidade da ligação éter no glicol etilênico, o que pode aumentar a taxa de cristalização do PET. No entanto, esse teor não pode ser muito elevado, pois a presença da ligação éter reduz a rigidez das moléculas de PET, diminui o ponto de fusão do PET e facilmente leva à variação da viscosidade dos flocos. Processo de polimerização. Se o teor for muito alto, também reduzirá as propriedades mecânicas na sopragem dos flocos.
4. Grupo carboxila terminal
Sob certas outras condições, o alto teor de grupo carboxila é benéfico para aumentar a taxa de reação. Pode-se observar pela equação da reação SSP que uma é transesterificação, a outra é esterificação, e o teor de grupo carboxila terminal é alto, o que é favorável à reação de esterificação entre as cadeias de PET e à taxa de reação. Na seção do PET, o aumento da concentração de H+ também é benéfico para o efeito autocatalítico do catalisador, mas o aumento do teor de grupo carboxila terminal afetará o desempenho de processamento subsequente da flocagem, portanto, exige-se que o grupo carboxila terminal da flocagem básica seja controlado dentro de um intervalo específico, geralmente exigido entre 30 ~40 mol/t, sendo o grupo carboxila terminal da flocagem para garrafa [30 mol/t.
5. Outros fatores
O tipo e a quantidade de diversos aditivos na fatia da matéria-prima também terão uma certa influência sobre a qualidade intrínseca da fatia acabada. A produção de fatiamento em nível de garrafa requer a adição de um estabilizante térmico, o ácido polifosfórico. O papel do ácido polifosfórico é selar a extremidade da cadeia molecular de PET com um grupo fosfato e aumentar a estabilidade térmica da cadeia de PET. No entanto, o grupo fosfato também pode se transformar em um agente nucleante para a cristalização do PET. Em particular, isso terá um certo impacto sobre a moldagem por injeção das fatias em nível de garrafa. Durante o processo de sopragem, oligômeros, óxidos metálicos (como o trióxido de antimônio), fosfatos, etc., são todos agentes nucleantes para a cristalização do PET, enquanto outros compostos de baixa massa molecular, como o próprio polietilenoglicol, não possuem função de nucleação. Contudo, atuam como catalisadores de cristalização. Se o teor dessas substâncias exceder um determinado limite no PET, a taxa de cristalização do PET será acelerada (ou seja, a temperatura de cristalização a frio será reduzida), o que afetará a qualidade da garrafa soprada, provocando névoa branca no fundo ou na boca da garrafa, e podendo até afetar a transparência total da garrafa. Portanto, na condição de garantir a qualidade da fatia e a velocidade da reação (capacidade do equipamento), os aditivos, incluindo o catalisador, devem ser cada vez menos.
Efeito dos parâmetros do processo do pré-cristalizador e cristalizador nas propriedades do produto
Geralmente, a temperatura do pré-cristalizador é definida entre 145~150°C (o parâmetro é fornecido pela parte estrangeira). Se a temperatura for muito baixa, é difícil remover as moléculas de água na forma de água cristalizada na pastilha, o que faz com que a velocidade de cristalização da pastilha seja muito lenta. A cristalização será insuficiente e não conseguirá atender às necessidades da produção. No entanto, a temperatura de cristalização não deve ser excessivamente alta, pois, com o aumento da temperatura, o corte e o ar no pré-cristalizador e no cristalizador ficam suscetíveis à degradação oxidativa, o que afeta o valor de cor do produto. A temperatura do cristalizador é definida entre 170~175°C (os parâmetros são fornecidos pela parte estrangeira). Se a temperatura ultrapassar 175°C, com o aumento do tempo de residência das pastilhas no pré-cristalizador e no cristalizador, o valor de cor aumenta mais acentuadamente, enquanto a cristalinidade praticamente não muda. É claro que, na produção real, não é possível obter um bom valor b por resfriamento excessivo, pois, com baixa temperatura, a falta de cristalização da pastilha provoca a fusão da pastilha no pré-aquecedor subsequente e no reator, e a água no estado cristalino é difícil de eliminar, o que afeta o efeito de espessamento da pastilha e prejudica a qualidade intrínseca da pastilha final. Somente seções bem cristalizadas podem ser utilizadas para obter boas seções espessadas. A chamada seção de boa cristalização significa principalmente que a cristalinidade da pastilha atinge um determinado valor; por exemplo, a cristalinidade na saída do pré-cristalizador é ≥30%, a cristalinidade na saída do cristalizador é ≥40% e a cristalinidade na saída do pré-aquecedor é ≥45%. Caso contrário, ocorrerá aglomeração das pastilhas durante o processo de espessamento; outro ponto importante é que a superfície das pastilhas deve estar uniformemente cristalizada.
7. Efeito dos parâmetros do processo do pré-aquecedor e do reator no desempenho do produto
Essas duas etapas apresentam diferentes graus de espessamento das lâminas. Existem dois fatores que afetam a termodinâmica e a cinética da reação de policondensação em fase sólida: a temperatura da reação e o grau em que os subprodutos moleculares pequenos difundem para fora da seção. O primeiro fator depende da temperatura de controle do aquecimento por nitrogênio.
O efeito da temperatura na reação é sempre positivo e negativo. O lado positivo é que o aumento da temperatura pode aumentar a velocidade da reação, e a produtividade do dispositivo pode ser aumentada sob a condição de que o aumento da viscosidade seja constante. Além disso, a produção pode ser aumentada sob certas condições. Aumento de espessura. No entanto, um aumento de temperatura é acompanhado por um aumento nas reações secundárias, o que por sua vez afeta a qualidade do produto. Portanto, na produção real, é necessário encontrar a temperatura adequada, levando em consideração dois aspectos. Neste dispositivo, a temperatura do reator é determinada pela temperatura de saída do pré-aquecedor. A temperatura do reator pode ser controlada variando-se a temperatura de saída do pré-aquecedor e o fluxo de nitrogênio na base do pré-aquecedor. A temperatura de entrada do reator é transferida lentamente para baixo, e a reação do sistema também é lenta. Uma vez alterada, o tempo necessário para restabilização é pelo menos duas vezes o tempo de residência do reator, e a viscosidade do produto final correspondente também é alterada. Isso leva tempo; caso contrário, a velocidade da reação será diferente, resultando em um espessamento irregular da fatia, o que afetará o desempenho posterior do processamento da fatia.
O segundo fator depende da taxa de fluxo de nitrogênio no momento da reação e da área superficial específica da fatia. Aqui, o nitrogênio é, por um lado, um meio de aquecimento (especialmente em um pré-aquecedor) e, por outro lado, um meio que remove os subprodutos de pequenas moléculas. Como mencionado anteriormente, os subprodutos de pequenas moléculas produzidos pela policondensação em fase sólida deixam a seção em dois processos, nos quais a difusão externa das pequenas moléculas a partir da superfície está relacionada ao fluxo de nitrogênio e à temperatura. O nitrogênio e a fatia aqui estão em fluxo contracorrente, o que aumenta o efeito de aquecimento e remove os subprodutos de pequenas moléculas. O pré-aquecedor do dispositivo BUHLER utiliza uma estrutura semelhante a um telhado, que é aquecida pela circulação de nitrogênio inferior e intermediário, tornando o aquecimento mais uniforme e sem ângulos mortos. No reator, como a fatia está sob pressão na parte inferior, a temperatura de entrada inferior é controlada em uma temperatura mais baixa de cerca de 190 graus, tornando menos provável que as fatias grudem. Como meio de aquecimento, a taxa de fluxo de nitrogênio depende principalmente da temperatura da reação e da carga de produção (ou seja, a relação gás-sólido). Quando a temperatura e a carga são constantes, a taxa de fluxo de nitrogênio tem um valor limite, ou seja, após atingir esse valor, o aumento da taxa não acelera mais a velocidade da reação, porque a interface gás-sólido atinge o equilíbrio de adsorção; contudo, quando a temperatura aumenta, o equilíbrio é rompido, e a concentração de pequenas moléculas na interface gás-sólido continua a diminuir à medida que a taxa de fluxo de nitrogênio aumenta, até alcançar um novo equilíbrio.
Outro motivo que afeta a taxa de reação SSP é a potência externa - potência do catalisador. Ou seja, a quantidade de catalisador na seção base, o teor de catalisador na seção A é cerca de 2/3 da seção B. Entre os fatores que afetam o efeito catalítico do catalisador, além do teor de catalisador, entre eles, a temperatura da reação é mais importante.
8. Efeito do sistema de purificação de nitrogênio nas propriedades do produto
(1) Teor de oxigênio
Uma pequena quantidade de ar de instrumentação é introduzida no sistema de purificação de nitrogênio para eliminar a matéria orgânica gasosa de pequenas moléculas produzida no sistema de nitrogênio. Pode-se observar pela Equação 1-3 que o principal hidrocarboneto na reação é o etileno glicol, e há também alguns subprodutos da reação secundária, como acetaldeído e oligômeros, que são cataliticamente oxidados pelo oxigênio a dióxido de carbono e água no leito catalítico de Pt/Pd do reator catalítico. No entanto, o teor de oxigênio deve ser rigorosamente controlado, pois a presença de moléculas de oxigênio provoca degradação térmica durante o processo de espessamento, resultando em deterioração do valor de cor do produto, redução da viscosidade e aumento dos grupos carboxila terminais. O teor de oxigênio do gás nitrogênio proveniente do sistema de purificação de nitrogênio no equipamento é controlado para permanecer dentro de 10 ppm. Atualmente, de acordo com as características do sistema de purificação de nitrogênio, além da oxidação catalítica, um método de remoção de compostos de pequenas moléculas no nitrogênio pode também consistir em pulverizar EG frio, o qual consegue eliminar o teor de oxigênio no nitrogênio, mas apresenta baixa eficiência na remoção de compostos de pequenas moléculas de baixo ponto de ebulição, como o acetaldeído.
(2) Grau de purificação do nitrogênio
A pureza do nitrogênio tem um certo efeito sobre o espessamento das lâminas e a qualidade das mesmas. Primeiro, os hidrocarbonetos de pequenas moléculas no nitrogênio podem promover a reação de aumento de viscosidade na direção da reação reversa, o que não é favorável ao espessamento das lâminas. Ao mesmo tempo, também afeta a remoção de acetaldeído nas lâminas, afetando assim o teor de aldeído nas mesmas, mas a reação de polimerização é muito complexa, e a análise do efeito de pequenas moléculas no nitrogênio sobre o teor de acetaldeído ainda precisa ser estudada mais a fundo.
(3) Ponto de orvalho do sistema de nitrogênio
Em altas temperaturas, as moléculas de água tendem a hidrolisar macromoléculas de poliéster e afetar a qualidade do produto. Portanto, na produção por policondensação em fase sólida, é necessário controlar o ponto de orvalho do sistema de nitrogênio, ou seja, controlar o teor de moléculas de água no sistema de nitrogênio. Para dispositivos BUHLER, exige-se que o ponto de orvalho do nitrogênio esteja abaixo de -30 graus e para o dispositivo SINCO é exigido -40 graus.
Em Conclusão
Quando aparas de grau para garrafas PET são usadas como materiais de embalagem, os principais indicadores de qualidade apresentam os seguintes aspectos: qualidade aparente, propriedades mecânicas, propriedades de processamento, ausência de odor e toxicidade, e muitos fatores que afetam a qualidade das aparas também são bastante complexos. Os principais fatores são vários dos aspectos analisados acima. De acordo com os requisitos do usuário, a formulação básica das aparas, a rota do processo e as condições operacionais podem ser ajustadas para modificar os indicadores mencionados e atender às necessidades do mercado. E preparar para a localização da produção SSP.
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