Was ist die Heißabfülltechnologie für PET-Flaschen?

1. Struktur von PET

PET steht für Polyethylenterephthalat und besteht aus den drei Elementen Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Die Molekularstruktur ist wie folgt: PET wird im Allgemeinen durch direkte Veresterung oder Umesterung von Terephthalsäure (PTA) oder Dimethylterephthalat (DMT) mit Ethylenglykol (EG) zu PET-Monomeren und anschließender Festphasenpolykondensation hergestellt. Die chemische Reaktionsgleichung lautet wie folgt:

nHOOC-C6H4-COOH nHOCH2CH2OH---CO-C6H4-COO CH2CH2-O-]n+nH2O

2. Physikalische Eigenschaften von PET

PET wird je nach Polymerisationsverfahren in homopolymerisiertes und copolymerisiertes PET unterteilt und nach Anwendungsgebiet in Textil-PET, Flaschen-PET und Platten-PET klassifiziert. PET für das Blasformen lässt sich in Homopolymere und Copolymere unterteilen. Homopolymere weisen eine niedrigere Viskosität und einen niedrigeren Schmelzpunkt als Copolymere auf (Viskositätsindex [IV] 0,75–0,83), während der IV-Wert von Copolymeren zwischen 0,75 und 0,90 liegt. Im Allgemeinen werden Homopolymere oder Copolymere mit niedrigerem IV-Wert als Rohmaterialien für die Herstellung von PET-Heißabfüllflaschen verwendet.

3. Chemische Eigenschaften von PET

3.1 Hydrolysereaktion Unter hohen Temperaturen, hohem Druck oder alkalischen Bedingungen neigt PET zur Hydrolyse, was zum Bruch der PET-Molekülpolymerkette, einer Verringerung des Molekulargewichts (d. h. einer Verringerung der Jodzahl) und einer Reduzierung der mechanischen Eigenschaften führt.

3.2 Thermische Zersetzungsreaktion PET neigt bei hohen Temperaturen zu Zersetzungsreaktionen, die zur Bildung von Acetaldehyd und Kohlendioxid führen. Daher ist beim Hochtemperatur-Wärmefixierungsprozess beim Flaschenblasen darauf zu achten, die Temperatur so einzustellen, dass eine zu hohe Acetaldehydkonzentration vermieden wird.

PET-Heißabfüllflaschen sind Flaschen, die für die Heißabfüllung von Getränken mit Temperaturen über 75 °C verwendet werden. Im Vergleich zu herkömmlichen PET-Flaschen zeichnen sie sich durch hohe Temperaturbeständigkeit, Schrumpffestigkeit und Vakuumbeständigkeit aus. Das gängigste Verfahren zur Herstellung hitzebeständiger PET-Flaschen ist derzeit die Hochtemperatur-Wärmebehandlung. Dabei wird die Kristallisation des PET-Materials verstärkt, wodurch die Flaschen höheren Temperaturen standhalten können. Generell gilt: Je höher der Kristallisationsgrad, desto besser die Hitzebeständigkeit und desto geringer die Wasseraufnahme, was zu einer besseren Konservierung führt.

PET weist bei unterschiedlichen Temperaturen verschiedene mechanische Eigenschaften auf. Unterhalb von 78 °C befindet es sich im glasartigen Zustand, zwischen 78 °C und 245 °C im hochelastischen Zustand und oberhalb von 245 °C im viskosen Fließzustand. Im glasartigen Zustand sind die PET-Moleküle relativ reaktiv; die Molekülketten können sich bewegen und geordnet anordnen, um einen kristallinen Zustand zu bilden. Die für die Kristallisationswärmebehandlung von PET erforderliche Temperatur liegt im Allgemeinen zwischen 78 °C und 220 °C.

In der Produktion werden hauptsächlich Primär- und Sekundärblasverfahren zur Wärmebehandlung eingesetzt. Beim Sekundärblasverfahren wird der Vorformling zunächst auf ein größeres Volumen aufgeblasen, anschließend auf ca. 200 °C erhitzt, dann geschrumpft und schließlich in die endgültige Flaschenform geblasen. Dieses Verfahren bietet den Vorteil eines höheren Kristallisationsgrades und einer besseren Hitzebeständigkeit als das Primärblasverfahren. Aufgrund der großen und komplexen Hilfsanlagen ist der Platzbedarf jedoch hoch und der Wärmebedarf entsprechend hoch, was zu höheren Gesamtbetriebskosten führt. Daher verwenden wir derzeit das Primärblasverfahren mit der Vfine-Heißblasmaschine. Für dieses Verfahren wird die Form auf 90–170 °C erhitzt. Beim Dehnen des Vorformlings in die Heißblasform dauert der Kristallisationsprozess einige Sekunden bis über 10 Sekunden. Die mit der Vfine-Blasmaschine hergestellten Flaschen erreichen eine maximale Hitzebeständigkeit von 93 °C.

4.1 Verbesserung der Kristallisationsrate der Flasche: Im Produktionsprozess hängt die Steigerung der Kristallisationsrate der Flasche hauptsächlich von der Erhöhung der Thermofixierungstemperatur und der Verlängerung der Kristallisationszeit ab. Die Kristallisationsrate hat einen signifikanten Einfluss auf die Wasseraufnahmerate von PET. Je höher die Kristallisationsrate, desto weniger Wasser nimmt die Flasche unter gleichen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen auf.

4.2 Reduzierung der Luftfeuchtigkeit: Aufgrund seiner Feuchtigkeitsaufnahmeeigenschaften nimmt PET (einschließlich Chips, Preforms und Flaschen) in der Luft Feuchtigkeit auf. Je länger es gelagert wird, desto mehr Wasser wird aufgenommen. Der Feuchtigkeitsgehalt von PET beeinflusst dessen Eigenschaften direkt. Bei Heißabfüllflaschen wirkt er sich auf die Hitzebeständigkeit aus. Je höher der Feuchtigkeitsgehalt, desto niedriger die Hitzebeständigkeit. Generell hängt die Hitzebeständigkeit von Heißabfüllflaschen – von der Preform-Herstellung bis zur Getränkeabfüllung – maßgeblich vom Feuchtigkeitsgehalt ab. Daher sind strenge Lagerbedingungen unerlässlich.

5. Produktionsprozess von Heißabfüllflaschen

Das Herstellungsprinzip von PET-Heißabfüllflaschen ist im Prinzip dasselbe wie bei herkömmlichen PET-Flaschen, jedoch sind der Produktionsprozess und die Produktionsbedingungen deutlich komplexer. Unser Unternehmen verwendet derzeit hauptsächlich ein Heißblasverfahren mit anschließender biaxialer Streckung und Heißverformung bei hohen Temperaturen. Der Hauptproduktionsprozess ist wie folgt: Die Herstellung von Heißabfüllflaschen umfasst im Vergleich zu herkömmlichen PET-Flaschen zusätzliche Schritte wie das Erhitzen der Form, die Luftkühlung und die zweistufige Streckung, was den Blasprozess komplexer macht. Gleichzeitig ist die Blasgeschwindigkeit aufgrund der längeren Kristallisationszeit während des Blasprozesses deutlich geringer als bei herkömmlichen PET-Flaschen. Es ist wichtig zu beachten, dass die Produktqualität eng mit der Blasgeschwindigkeit zusammenhängt. Generell gilt: Je langsamer die Geschwindigkeit, desto besser die Produktqualität.

5.1 Die wichtigsten Prozessparameter sind wie folgt:

5.1.1 Blasgeschwindigkeit

Nehmen wir als Beispiel eine 0,5-Liter-Heißabfüllflasche. Die Blasgeschwindigkeit jeder Flaschenblasmaschine beträgt: 500-700 pro Kavität.

5.1.2 Formtemperatur

Formtemperatur: 110–160 °C (erste Generation), 130–170 °C (zweite Generation) Bodenformtemperatur: 70–120 °C

5.1.3 Heizprinzip der Vorform

Versuchen Sie, den Anteil der Leuchtstoffröhren im einstellbaren Bereich des Heizofens zu erhöhen und die Anzahl der in Betrieb befindlichen Leuchtstoffröhren zu reduzieren. Die Erhöhung der Vorformlingstemperatur trägt dazu bei, die beim Blasen der Flaschen entstehenden Spannungen zu verringern und die Hitzebeständigkeit zu verbessern.

5.1.4 Kapazitätsanpassung

Die Kapazität hängt von der Formtemperatur, der Blasformzeit, der Luftkühlzeit und der Formherstellung ab. Ist die Kapazität beispielsweise zu gering, kann die Formtemperatur gesenkt, der Blasform-Endnocken nach vorne verschoben, die Luftkühlzeit verlängert und die Kapazitätsausgleichsscheiben des Formkörpers entfernt werden.