Tầm Quan Trọng Của IV PET - Và Cách Xác Định IV PET Từ MFR ( Phần 2)

1-Nhựa PET (Polyethylene terephthalate)

PET là một loại nhựa nhiệt dẻo, mạch thẳng, thuộc họ Polyester có công thức hóa học

PET được cung cấp dưới dạng hạt nhỏ (dạng chip) có kích thước khoảng 2mm, khối lượng khoảng 0,05, có màu trắng (hoặc trắng hơi xanh). Nhựa PET có độ bền kéo cao (có thể đạt độ bền bằng 1/3 – 1/2 độ bền thép nếu được định hướng phân tử thích hợp), chịu nhiệt (C-PET), chịu mài mòn, bền hóa học, dai chắc, có tính kháng thẩm thấu (antiosmosis) tốt, bề mặt trơn láng, khi cháy tạo ngọn lửa màu vàng, và tiếp tục cháy khi cách ly khỏi ngọn lửa, 30% nhựa PET được dùng để sản xuất các sản phẩm chai lọ chứa nước khoáng, nước trái cây, dầu ăn, đựng thuốc, mỹ phẩm,…Trong lĩnh vực sản xuất màng (Film), độ bền kéo của màng PET tương đương màng nhôm, gấp 03 lần màng Polycarbonate và màng Polyamide.

Có 03 loại PET:

P Homopolymer (Polymer đồng thể): được tổng hợp từ tỷ lệ 1:1 TPA hoặc DMT và EG.

PCoPolymer (Polymer đồng trùng hợp): sử dụng lượng dư TPA (không nhiều hơn 3 mol) hoặc dùng 1,4 cyclo – hexane dimethanol (lên đến 5% mol) thích hợp cho quá trình kéo thổi tốc độ cao, độ trong được cải thiện so với Homopolymer.

P PETG (Polyethylene terephthalate glycol): là Copolyester đạt được từ trùng ngưng DMT với 15-34% mol 1,4 cyclo-hexane dimethanol, chủ yếu dùng cho thẻ tín dụng và màn hình.

-PET Homo và Co có đặc tính gần tương tự nhau như là: cấu trúc bán kết tinh, nhiệt độ chuyển thủy tinh khoảng 76⁰C, nhiệt độ nóng chảy 250⁰C, khối lượng riêng 1,3-1,4 (g/cm³), IV nhỏ nhất 0,7 (dl/g), phổ hồng ngoại tương tự nhau.

-Trong khi PETG có phổ hồng ngoại khác PET Homo và Co khối lượng riêng 1,27 (g/cm³), IV nhỏ nhất 0,65 (dl/g), nhiệt độ chuyển thủy tinh khoảng 86⁰C, cấu trúc chủ yếu là pha vô định hình.

-Một số thông số kỹ thuật chủ yếu của PET resin (nguyên liệu)

Sản phẩm đi từ PET resin có thể ở dạng: từ trong mờ đến đục hoặc trong suốt tùy thuộc vào kiểm soát nhiệt độ kết tinh, tốc độ làm nguội, mức độ và cách định hướng phân tử. Độ kết tinh thường 0-50%. Giá trị I.V của nguyên liệu càng cao, tốc độ kết tinh càng chậm.

Những ưu điểm chính của chai nhựa PET

Sản phẩm có ngoại quan tốt, trong như thủy tinh,
Không mùi vị (phải khống chế mức AA-Acetaldehyde sinh ra trong quá trình gia công ở nhiệt độ cao) không độc hại, thích hợp cho thực phẩm, thuốc.
Rất an toàn, do có độ bền cao, dai chắc, nên rất khó bị hỏng khi chứa đựng sản phẩm, khi lực tác dụng vượt quá độ bền chúng chỉ bị biến dạng, nứt mà không vỡ tan ra gây nguy hiểm như chai thủy tinh.
Khả năng che chắn tốt: độ thấm khí oxy, carbon dioxide rất thấp (rất tốt trong bảo quản thực phẩm, nước có ga,…)
Khối lượng nhẹ: khối lượng chỉ bằng 10% khối lượng chai thủy tinh cùng thể tích, thuận tiện khi sử dụng, giảm chi phí vận chuyển.
Độ bền hóa học tốt nhất trong các loại Polymer thông dụng cho sản xuất chai lọ.
Thời gian sử dụng dài, bền UV.
Khả năng tái sử dụng cao, thân thiện với môi trường.

Lựa chọn loại nhựa (cấp độ - grade) cho sản xuất chai

Tùy thuộc vào từng sản phẩm, mà sẽ chọn loại PET resin khác nhau để đạt được hiểu quả kinh tế cao nhất. Một số yếu tố cần quan tâm khi chọn loại nhựa là : độ bền, độ trong, khả năng che chắn, độ bền UV,…

Ví dụ PET Homo có nhiệt độ nóng chảy, độ bền, độ kết tinh cao nhất, thích hợp cho sản xuất các loại chai cần độ bền cao, chiết rót nóng, có công đoạn tiệt trùng. Riêng PET Co có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn (nhiệt độ gia công nhỏ hơn, lượng AA sinh ra thấp hơn), độ kết tinh thấp hơn (cải thiên độ trong cho các sản phẩm thành dày)

Ta xét một vài ví dụ cụ thể sau đây:

(1)Với chai nước ngọt có gas (Carbonated soft drink)

PĐộ bền: nhựa phải có độ bền cao để có thể chịu được ứng suất nội do carbon dioxide gây ra, mà không bị biến dạng, nổ. Loại resin (nhựa) thích hợp là loại có I.V cao và mức Copolymer thấp.

PĐộ trong: rất quan trọng,vì nó sẽ tạo tính thẩm mỹ và đáp ứng thị hiếu khách hàng, và để có độ trong cao thì độ kết tinh phải thấp.

(2)Với chai chứa nước (nước khoáng –Mineral Water, nước tinh khiết – Pure water)

PĐộ bền: không cần độ bền cao như đối với chai có gas, độ bền chỉ cần giữ để chai luôn ổn định, giá trị I.V thích hợp 0,74-0.76

PĐộ trong độ trong là một trong những lý do quan trọng nhất tại sao PET được lựa chọn cho chai chứa nước. Độ trong phải cao hoặc có thể có màu xanh nhẹ. Độ trong tăng theo mức Copolymer.

(3)Nước trái cây, nước chuyên dùng trong thể thao, nước có trị số acid cao

Thông thường các loại nước này được chiết rót nóng, loại PET được chọn cần có nhiệt độ chuyển thủy tinh cao, tốc độ kết tinh cao, mức Copolymer thấp, giá trị I.V khoảng 0,80 thì thích hợp cho ứng dụng này.

PĐộ bền và độ trong: không quan trọng như chai nước ngọt có gas và chai chứa nước

PĐộ tinh khiết (hàm lượng tạp chất) rất quan trọng vì nó ảnh hưởng rất lớn đến mùi vị của nước trái cây.

(4)Chai bia, hoặc nước có cồn

Cần những tính chất tương tự như chai nước ngọt có gas, nhưng yêu cầu cao hơn. Chịu được nhiệt độ cho quá trình chiết rót nóng, tiệt trùng, tính che chắn cao hơn (độ thấm khí oxy, carbon dioxide thấp hơn) mức đòi hỏi tùy thuộc vào loại bia, kích thước chai, điều kiện môi trường (hạn sử dụng, nhiệt độ, độ ẩm). Có thể cải thiện tính che chắn bằng màng phủ hoặc tạo chai nhiều lớp (thêm lớp Polyvinylalcol)

PĐộ trong, độ bền UV: có độ trong thích hợp, có tính kháng UV cao, để tăng khả năng kháng UV có thể dùng chất màu hoặc phụ gia.

PĐộ bền: có độ bền cao ở khoảng nhiệt độ rộng (do có quá trình tiệt trùng).

-Giá trị I.V thích hợp trong khoảng 0,80 -0,84

2-Độ nhớt đặc trưng (I.V- Intrinsic Viscosity)

PET resin được phân loại theo giá trị I.V (giống như MI cho Polyolefin và một số nhựa nhiệt dẻo khác, trị số K cho PVC), nó đại diện cho khối lượng phân tử trung bình của Polymer.

Chỉ số I.V ảnh hưởng đến khả năng gia công và tính chất của sản phẩm. Giá trị này được dùng kiểm soát quá trình tổng hợp và giúp khách hàng lựa chọn loại nhựa thích hợp cho từng ứng dụng cụ thể.

Thông thường, nếu đòi hỏi bộ bền, ứng suất kháng nứt môi trường (ESCR) cao thì nên dùng loại có I.V cao.

Giá trị I.V của PET được xác định từ thời gian chảy của dung dịch Polymer (nồng độ 0,5% PET) và dung môi trong thiết bị đo độ nhớt tại nhiệt độ xác định, do đó giá trị I.V sẽ phụ thuộc vào loại dung môi sử dụng và điều kiện nhiệt độ đo. Thông thường dung môi sử dụng là hỗn hợp Phenol và Tetrachloroethane (tỷ lệ 60:40 theo khối lượng) ở nhiệt độ 25⁰C, dựa trên tiêu chuẩn ASTM D4603

Quy trình đo I.V của PET theo tiêu chuẩn ASTM D4603 được tiến hành như sau:

-Mẫu vật liệu PET được sấy trong 2 giờ đồng hồ, ở nhiệt độ 65⁰C (+/-5⁰C) hoặc sấy cho đến khi khổi lượng không đổi (sai lệch 0,1%)

-Kế tiếp, mẫu được nghiền thành bột, được sàng (lưới 20 mesh- kích thước mắc lưới 0.85mm) và bảo quản trong bình hút ẩm.

-Sau đó, cân mẫu bột có khối lượng khoảng 0,1225-0,1275 g (độ chính xác +/- 0,0002) trộn vào chung với 25 ml dung môi gia nhiệt ở 110⁰C (+/-10⁰C) trong 30 phút để hòa tan mẫu.

-Dung dịch sau đó được cho vào nhớt kế mao quản để đo thời gian chảy.

Tuy nhiên, ngày nay hầu như các phòng LAB không còn sử dụng máy I.V PET Testing dạng này, vì quá trình vận hành khá phức tạp, đòi hỏi chuyên môn cao, phải tốn nhiều chất dung môi khi vận hành, và ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe khi sử dụng nhiều hóa chất độc hại, trong khi chi phí đầu tư 1 con máy IV PET Testing không hề rẻ.

Giờ đây, các tài liệu khoa học chứng minh người ta đã tìm ra công thức tương đối để tính IV PET dựa trên chỉ số MFR đo được từ máy kiểm tra chỉ số chảy Melt Flow Rate theo tiêu chuẩn ASTM D1238, tuy là tính chất bắc cầu nhưng nó cho ra kết quả gần giống, và tiết kiệm được rất nhiều chi phí đầu tư, cũng như không cần phải sử dụng dung môi (các hóa chất độc hại khi vận hành)

Quy trình testing MFR – ASTM D1238 – Method A

PBước 1: Xay nhuyễn mẫu PET: Bạn không thể nào để mẫu PET thô ( tiếng anh là PET Flake) như vậy để tiến hành đo, vì nó có chứa nhiều bọt khí, cần phải loại bỏ chúng bằng cách xay nhuyễn ra trước khi testing.

PBước 2: Sấy khô PET

Nếu ai đã từng gia công PET chắc chắn sẽ biết rõ điều này, và như mình đã nói PET có khả năng hút ẩm cao. Và khi bị ẩm trong quá trình gia công PET, sự thủy ngân sẽ diễn ra tại bề mặt tiếp xúc giữa nước và PET, nguyên nhân này làm giảm phân tử lượng của PET (hay gọi là độ nhớt IV) và những đặc tính cơ lý của nó. Vì thế trước khi nhựa được gia công hoặc là đưa mẫu vào kiểm tra, chúng ta cần phải loại bỏ độ ẩm khỏi nhựa. Việc này có thể thực hiền bằng lò sấy, bạn setting sấy mẫu trong khoảng 2hour, ở nhiệt độ 150 – 160⁰C