¿Qué es la tecnología de llenado en caliente para botellas de PET?

1. Estructura del PET

PET se refiere al tereftalato de polietileno, compuesto por tres elementos: carbono, hidrógeno y oxígeno. Su estructura molecular es la siguiente: El PET se forma generalmente mediante esterificación directa o transesterificación del ácido tereftálico (PTA) o del tereftalato de dimetilo (DMT) con etilenglicol (EG) para producir monómeros de PET, seguida de policondensación en estado sólido. La ecuación de la reacción química es la siguiente:

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

2. Propiedades físicas del PET

El PET se divide en PET homopolimerizado y copolimerizado según el método de polimerización, y se clasifica en PET textil, PET para botellas y PET para láminas según su aplicación. El PET utilizado para moldeo por soplado se divide en homopolímeros y copolímeros. Los homopolímeros tienen menor viscosidad y punto de fusión que los copolímeros, con un índice de viscosidad (IV) que oscila entre 0,75 y 0,83, mientras que el de los copolímeros oscila entre 0,75 y 0,90. Generalmente, se utilizan homopolímeros o copolímeros con un IV menor como materia prima para la producción de botellas de PET para llenado en caliente.

3. Propiedades químicas del PET

3.1 Reacción de hidrólisis En condiciones de alta temperatura, alta presión o alcalinas, el PET es propenso a la hidrólisis, lo que produce la ruptura de la cadena molecular del polímero de PET, una disminución del peso molecular (es decir, una disminución del IV) y una reducción de las propiedades mecánicas.

3.2 Reacción de degradación térmica. El PET es propenso a reacciones de descomposición a altas temperaturas, lo que da como resultado la formación de acetaldehído y dióxido de carbono. Por lo tanto, durante el proceso de termofijación a alta temperatura del soplado de botellas, se debe tener cuidado de ajustar la temperatura para evitar una concentración demasiado alta de acetaldehído.

Las botellas de PET para llenado en caliente se refieren a las botellas utilizadas en la producción de bebidas mediante llenado en caliente a temperaturas superiores a 75 °C. En comparación con las botellas de PET comunes, presentan características de alta resistencia a la temperatura, a la contracción y a la presión de vacío. Actualmente, el método más habitual para producir botellas de PET resistentes al calor es el termofijado a alta temperatura, que principalmente aumenta la cristalización del PET para que pueda soportar temperaturas más elevadas. En general, a mayor grado de cristalización, mayor resistencia al calor y menor absorción de agua, lo que se traduce en una mejor conservación.

El PET presenta diferentes estados mecánicos a distintas temperaturas. Por debajo de 78 °C, se encuentra en estado vítreo; entre 78 °C y 245 °C, presenta un estado de alta elasticidad; y por encima de 245 °C, presenta un estado de flujo viscoso. En el estado vítreo, las moléculas de PET son relativamente activas y las cadenas moleculares pueden moverse y ordenarse para formar un estado cristalino. La temperatura requerida para el tratamiento térmico de cristalización del PET generalmente se sitúa entre 78 °C y 220 °C.

En producción, los métodos de soplado primario y secundario se utilizan principalmente para el tratamiento térmico. El método de soplado secundario primero expande la preforma, luego la calienta a unos 200 °C, la contrae y finalmente la sopla hasta darle la forma final de la botella. Su ventaja radica en un alto grado de cristalización y una mejor resistencia al calor que el método de soplado primario. Sin embargo, debido al gran tamaño y la complejidad del equipo auxiliar, la planta ocupa mucho espacio y requiere mucha energía térmica, lo que incrementa los gastos operativos. Por lo tanto, actualmente utilizamos el método de soplado primario, que emplea la máquina de soplado de botellas de llenado en caliente Vfine. Este método requiere calentar el molde a entre 90 y 170 °C. Al estirar la preforma para que adquiera la forma del molde de soplado en caliente, el proceso de cristalización dura entre varios segundos y más de 10 segundos. La botella soplada con la máquina Vfine alcanza una temperatura máxima de resistencia al calor de 93 °C.

4.1 Mejora de la velocidad de cristalización de la botella. Durante el proceso de producción, el aumento de la velocidad de cristalización de la botella depende principalmente del incremento de la temperatura de termofijación y de la prolongación del tiempo de cristalización. La velocidad de cristalización influye significativamente en la tasa de absorción de agua del PET. Cuanto mayor sea la velocidad de cristalización, menor será la cantidad de agua que absorba la botella en las mismas condiciones de temperatura y humedad.

4.2 Reducción de la absorción de humedad del aire. Debido a sus propiedades de absorción de humedad, el PET (incluidos los gránulos, preformas y botellas) expuesto al aire absorberá la humedad ambiental. Cuanto mayor sea el tiempo de exposición, mayor será la absorción. El contenido de humedad del PET afecta directamente a su rendimiento. En el caso de las botellas para llenado en caliente, influye en la temperatura de resistencia térmica. A mayor contenido de humedad, menor es la temperatura de resistencia térmica. En general, para las botellas de llenado en caliente, desde la producción de preformas hasta el llenado de bebidas, la resistencia térmica depende principalmente del contenido de humedad. Por lo tanto, las condiciones de almacenamiento son muy estrictas.

5. Proceso de producción de botellas de llenado en caliente

El principio de producción de las botellas de PET para llenado en caliente es básicamente el mismo que el de las botellas de PET convencionales, pero el proceso y las condiciones de producción son mucho más complejos. Actualmente, nuestra empresa utiliza principalmente un proceso de producción de soplado en una sola etapa y estiramiento biaxial con termofijación a alta temperatura. A continuación, se describe su proceso de producción principal: La producción de botellas para llenado en caliente incluye pasos adicionales, como el calentamiento del molde, el enfriamiento por aire y el estiramiento en dos etapas, en comparación con las botellas de PET convencionales, lo que aumenta la complejidad del proceso de soplado. Asimismo, debido al mayor tiempo de cristalización que requieren las botellas durante el proceso de soplado, su velocidad de soplado es considerablemente menor que la de las botellas de PET convencionales. Cabe destacar que el rendimiento del producto está estrechamente relacionado con la velocidad de producción del soplado. En general, a menor velocidad, mejor rendimiento del producto.

5.1 Los principales parámetros del proceso son los siguientes:

5.1.1 Velocidad de soplado

Tomando como ejemplo una botella de llenado en caliente de 0,5 L, la velocidad de soplado de cada máquina sopladora de botellas es: 500-700 por cavidad.

5.1.2 Temperatura del molde

Temperatura del molde: 110-160 ℃ (primera generación) 130-170 ℃ (segunda generación) Temperatura del molde inferior: 70-120 ℃

5.1.3 Principio de calentamiento de la preforma

Intente aumentar el porcentaje de tubos fluorescentes en la zona ajustable del horno de calentamiento y reduzca el número de tubos fluorescentes en funcionamiento. El aumento de la temperatura de la preforma ayudará a reducir la tensión generada durante el soplado de la botella y mejorará su resistencia al calor.

5.1.4 Ajuste de capacidad

La capacidad de la botella está relacionada con la temperatura del molde, el tiempo de soplado, el tiempo de enfriamiento por aire y la fabricación del molde. Por ejemplo, si la capacidad es demasiado pequeña, se puede reducir la temperatura del molde, adelantar la leva de finalización del soplado, aumentar el tiempo de enfriamiento por aire y eliminar las arandelas de ajuste del cuerpo del molde.