Что представляет собой технология горячего розлива в ПЭТ-бутылки?

1. Структура ПЭТ

ПЭТ — это полиэтилентерефталат, состоящий из трёх элементов: углерода, водорода и кислорода. Его молекулярная структура выглядит следующим образом: ПЭТ обычно получают путём прямой этерификации или переэтерификации терефталевой кислоты (ТФК) или диметилтерефталата (ДМТ) с этиленгликолем (ЭГ) для получения мономеров ПЭТ с последующей твердофазной поликонденсацией. Уравнение химической реакции выглядит следующим образом:

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

2. Физические свойства ПЭТ

В зависимости от метода полимеризации ПЭТ подразделяется на гомополимеризованный и сополимеризованный, а в зависимости от области применения – на текстильный, бутылочный и листовой. ПЭТ, используемый для выдувного формования, можно разделить на гомополимеры и сополимеры. Гомополимеры имеют более низкую вязкость и температуру плавления, чем сополимеры, с характеристической вязкостью от 0,75 до 0,83, а сополимеры – от 0,75 до 0,90. Как правило, гомополимеры или сополимеры с более низкой характеристической вязкостью используются в качестве сырья для производства ПЭТ-бутылок горячего розлива.

3. Химические свойства ПЭТ

3.1 Реакция гидролизаПод воздействием высокой температуры, высокого давления или щелочных условий ПЭТ склонен к гидролизу, что приводит к разрыву молекулярной полимерной цепи ПЭТ, снижению молекулярной массы (т. е. снижению IV) и ухудшению механических свойств.

3.2 Реакция термического разложенияПЭТ склонен к реакциям разложения при высоких температурах, что приводит к образованию ацетальдегида и углекислого газа. Поэтому во время высокотемпературного процесса термофиксации при выдуве бутылок следует соблюдать осторожность и регулировать температуру, чтобы избежать слишком высокой концентрации ацетальдегида.

Бутылки ПЭТ для горячего розлива – это бутылки, используемые для горячего розлива напитков при температуре свыше 75 °C. По сравнению с обычными ПЭТ-бутылками они обладают высокой термостойкостью, безусадочностью и устойчивостью к вакуумному давлению. В настоящее время наиболее распространённым методом производства термостойких ПЭТ-бутылок является высокотемпературная термофиксация, которая, в основном, усиливает кристаллизацию ПЭТ-бутылок, позволяя им выдерживать более высокие температуры. В целом, чем выше степень кристаллизации, тем выше термостойкость ПЭТ-бутылок и тем меньше они впитывают воду, что обеспечивает лучшую сохранность.

ПЭТ проявляет различные механические состояния при различных температурах. Ниже 78 °C ПЭТ находится в стеклообразном состоянии, в диапазоне от 78 °C до 245 °C – в высокоэластичном, а выше 245 °C – в вязкотекучем состоянии. В стеклообразном состоянии молекулы ПЭТ относительно активны, и молекулярные цепи могут двигаться и упорядоченно выстраиваться, образуя кристаллическую структуру. Требуемая температура для кристаллизационной термообработки ПЭТ обычно составляет от 78 до 220 °C.

В производстве методы первичного и вторичного выдува в основном используются для термической обработки. Метод вторичного выдува сначала выдувает преформу до большего объема, затем нагревает ее примерно до 200 °C, затем усаживает ее и, наконец, выдувает в окончательную форму бутылки. Его преимущество заключается в высокой степени кристаллизации и лучшей термостойкости по сравнению с методом первичного выдува. Однако из-за громоздкого и сложного вспомогательного оборудования требуются большие габариты и высокая требуемая тепловая энергия, что приводит к увеличению общих эксплуатационных расходов. Поэтому в настоящее время мы используем метод первичного выдува, который использует для производства машину для выдува бутылок горячего розлива Vfine. Метод первичного выдува требует нагрева формы до 90-170 °C. Когда преформа растягивается до формы горячего выдува, процесс кристаллизации длится от нескольких секунд до более 10 секунд. Бутылка, выдуваемая машиной для выдува бутылок Vfine, может достигать максимальной температуры термостойкости 93 °C.

4.1 Повышение скорости кристаллизации бутылки. В процессе производства скорость кристаллизации бутылки в основном зависит от повышения температуры термофиксации и увеличения времени кристаллизации. Скорость кристаллизации существенно влияет на скорость водопоглощения ПЭТ. Чем выше скорость кристаллизации, тем меньше воды бутылка поглощает при одинаковых температуре и влажности.

4.2. Снижение влагопоглощения из воздуха. Благодаря своим влагопоглощающим свойствам, ПЭТ (включая крошку, преформы и бутылки), помещенный на воздух, поглощает влагу из воздуха. Чем дольше он находится, тем больше воды он поглощает. Содержание влаги в ПЭТ напрямую влияет на его эксплуатационные характеристики. Для бутылок горячего розлива оно влияет на термостойкость бутылки. Чем выше содержание влаги, тем ниже термостойкость бутылки. Как правило, для бутылок горячего розлива, от производства преформ до розлива напитков, термостойкость бутылки в основном зависит от её влагосодержания. Поэтому условия хранения очень строгие.

5. Процесс производства бутылок горячего розлива

Принцип производства бутылок горячего розлива из ПЭТ в основном такой же, как и у обычных ПЭТ-бутылок, но производственный процесс и условия производства гораздо сложнее. В настоящее время наша компания в основном применяет производственный процесс одноразового выдува и двухосного растяжения с высокотемпературной термофиксацией. Ниже приводится его основной производственный процесс: производство бутылок горячего розлива включает в себя дополнительные этапы, такие как нагрев формы, воздушное охлаждение и двухэтапное растяжение по сравнению с обычными ПЭТ-бутылками, что увеличивает сложность процесса выдува бутылки. В то же время из-за более длительного времени кристаллизации, необходимого для бутылок во время процесса выдува бутылки, их скорость выдува также намного медленнее, чем у обычных ПЭТ-бутылок. Следует отметить, что производительность продукта тесно связана со скоростью производства выдува бутылки. Как правило, чем медленнее скорость, тем лучше производительность продукта.

5.1 Основные параметры процесса следующие:

5.1.1 Скорость обдува

В качестве примера возьмем бутылку горячего розлива емкостью 0,5 л. Скорость выдува каждой машины для выдува бутылок составляет: 500–700 на полость.

5.1.2 Температура пресс-формы

Температура формы: 110–160 ℃ (первое поколение) 130–170 ℃ (второе поколение) Температура нижней части формы: 70–120 ℃

5.1.3 Принцип нагрева заготовки

Попробуйте увеличить долю световых трубок в регулируемой зоне нагревательной печи и уменьшить количество работающих световых трубок. Повышение температуры преформы поможет снизить напряжение, возникающее при выдуве бутылки, и повысить её термостойкость.

5.1.4 Регулировка мощности

Величина производительности связана с температурой пресс-формы, временем выдува бутылки, временем воздушного охлаждения и изготовлением пресс-формы. Например, если производительность слишком мала, температуру пресс-формы можно снизить, кулачок окончания выдува бутылки можно переместить вперед, время воздушного охлаждения можно увеличить, а прокладки производительности корпуса пресс-формы можно снять.