Công nghệ tái sử dụng chai PET
[email protected] 30
Một mô hình tổng thể dây chuyền tạo PET-F sạch và đùn tạo hạt
f. Bộ phận biến tính PET-F
Thiết bị trộn trục vít (screw mixer) : có nhiệm vụ trộn đồng nhất PET-F và chất biến tính
silicone lỏng (liquid silicone modifier, chất biến tính được phun lên PET-F ở cửa nạp liệu) và
cung cấp nguyên liệu đầu vào cho thiết bị phản ứng.
Thiết bị trộn hoạt tính (mixing reactor) : cung cấp điều kiện cho sự bám dính của chất biến
tính lên bề mặt PET-F. Thời gian lưu trú của v
ật liệu trong thiết bị này khoảng 60 – 90 phút,
nhiệt độ khoảng 140
0
C (dùng dòng khí nóng để gia nhiệt). Công suất thiết bị ngoài kích thước
thiết bị còn phụ thuộc vào kích thước PET-F (mảnh có kích thước 6-8 mm sẽ tương ứng với
khối lượng riêng 0,25 g/cm
3
).
h. Bộ phận đùn tạo hạt : có các thành phần chính sau :
Phễu nạp liệu : nhận vật liệu từ bộ phận biến tính PET-F và cung cấp cho máy đùn.
Máy đùn hai trục vít : nhựa hoá và đồng nhất nguyên liệu, tạo điều kiện cho phản ứng biến
tính xảy ra, tách các hợp chất dễ bay hơi (có 3 vùng : 1 vùng tách ở điều kiện áp suất khí
quyển, 2 vùng tách ở điều kiện chân không).
Công nghệ tái sử dụng chai PET
[email protected] 31

Bơm chân không (vacuum pump) : tạo môi trường chân không cho quá trình tách ẩm, các
hợp chất dễ bay hơi.
Lưới lọc thay đổi được : kích cỡ lỗ 58 μm giúp loại bỏ những tạp chất rắn không nóng chảy

3
1
−
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. etc. Trong lĩnh vực sản xuấ
t màng (film), độ bền kéo của màng PET
tương đương màng nhôm, gấp 3 lần màng polycarbonate và màng polyamide.
Có 3 loại PET :
- Homopolymer (polymer đồng thể) : được tổng hợp từ tỷ lệ 1:1 TPA hoặc DMT và EG.
- Copolymer (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.
- 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 có cấu trúc bán kết tinh, nhiệt độ
chuyển thủy tinh khoảng 76
0
C, nhiệt độ nóng chảy 250
0
C, khối lượng riêng 1,3 – 1,4 (g/cm
3
),
I.V nhỏ nhất 0,7 (dl/g), phổ hồng ngoại tương tự nhau. Trong khi đó PETG có phổ hồng ngoại
khác homo- và co-, khối lượng riêng khoảng 1,27 (g/cm
3
), I.V nhỏ nhất 0,65 (dl/g), nhiệt độ
Công nghệ tái sử dụng chai PET
[email protected] 33

Sản phẩm đi từ PET resin có thể ở dạng từ trong mờ đến đục hoặc trong suốt tùy thuộc vào
sự 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 th
ủy 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 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 gây nguy hiểm như chai
thủy tinh.
- Khả năng che chắn tốt : độ thấm khí oxy, carbon dioxide rất thấp (rấ
t tốt trong bảo quản thực
phẩm, nước có ga, etc.)
- 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.
- Không bị rò rỉ : do cổ chai được định hình rất tốt, không có đường hàn đáy (đường ghép mí),
(ở đây đang đề cập đến phương pháp ép phun – thổi, phương pháp đùn – thổi cho chất lượng
chai kém : c
ổ chai định hình không tốt, tạo đường hàn đáy)
- 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 (cấp độ - grade) nhựa cho sản xuất chai
Tùy thuộc vào từng loại sản phẩm mà sẽ chọn các loại PET resin khác nhau, việc lựa chọn

a nước
- Độ tinh khiết (hàm lượng tạp chất) : rất quan trọng vì nó ảnh hưởng rất lớn đến mùi vị của
nước trái cây.
d. Chai bia
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 ki
ện 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).
- Độ trong, độ bền UV : có độ trong thích hợp, tính kháng UV cao, để tăng khả năng kháng
UV có thể dùng chất màu hoặc phụ gia.
- Độ 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 nh
ớt đặc trưng (I.V - Intrinsic Viscosity, Inherent 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), đại diện cho khối lượng phân tử trung bình của polymer. Nó ảnh
hưởng đến khả năng gia công, ứng xử của vật liệu trong quá trình gia công và tính chất của sản
phẩm. Giá trị này được dùng để 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 độ bền, ứng suất kháng
nứt môi trường (ESCR) cao thì dùng loại có I.V cao.

Công nghệ tái sử dụng chai PET
[email protected] 35

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

t
η
=

t : thời gian chảy trung bình của dung dịch (s)
t
0
: thời gian chảy trung bình của dung môi (s)
C : nồng độ dung dịch (g/dl) Có thể tính khối lượng phân tử trung bình số của PET dựa vào I.V bằng phương trình sau
(dựa trên phương trình Mark-Houwink):
41,54
3, 29.10 .
n
M
η
=

Ví dụ I.V = 0,76 (dl/g) thì M
n
= 21560
3. Khảo sát sự thay đổi tính chất nhựa PET qua các lần tái sử dụng
Một nghiên cứu đã được thực hiện trên nhựa PET để đánh giá sự thay đổi tính chất của nhựa
qua các lần tái sử dụng tạo cơ sở khoa học cho việc đánh giá chất lượng phế liệu. Nguyên liệu
nhựa ban đầu là nhựa PET chính phẩm sẽ trải qua 5 quá trình ép phun liên tiếp để tạo mẫu thử
và minh h
ọa cho các chu kỳ tái sử dụng. Sau mỗi quá trình ép phun tạo mẫu, một số mẫu được
đem thử cơ tính, các mẫu còn lại được đem nghiền thành dạng mảnh (flake) dùng làm nguyên

g
(nhiệt độ chuyển thủy tinh) , T
c
(nhiệt độ kết tinh), Tm (nhiệt độ nóng chảy) , ΔH
c
(nhiệt kết
tinh), ΔH
f
(nhiệt nóng chảy), độ kết tinh được xác định dựa vào giản đồ DSC theo tiêu chuẩn
ASTM D3417 và D3418, với giả thiết polymer 100% pha kết tinh có nhiệt nóng chảy 140,1
J/g.
Ngoài ra độ kết tinh còn được xác định bằng phương pháp đo tỷ trọng với giả thiết polymer
100% pha vô định hình có d = 1,331 g/cm
3
, polymer 100% pha kết tinh có d = 1,455 g/cm
3
.
Độ cứng được đo theo thang Shore D dùng thiết bị durometer.
Các kết quả và thảo luận

 Về ngoại quan của các mẫu thử : mẫu R
1
có độ trong suốt cao, mẫu R
2
trong mờ
(translucent), các mẫu R
3
,

R

%C (Density) : Phần trăm pha kết tinh được xác định dựa vào phương pháp đo tỷ trọng
R
1t
: loại mẫu R
1
trong (transparent)
R
1o
: loại mẫu R
1
đục (opaque)
Khi nhựa được phun vào lòng khuôn (cavity), phần tiếp xúc với bề mặt nguội của khuôn sẽ
được làm lạnh nhanh chóng, cấu trúc thu được chủ yếu là pha vô định hình nên có độ trong
suốt cao. Trong khi đó lớp nhựa ở phía trong có tốc độ làm nguội chậm hơn, tạo nhiều pha kết
tinh hơn, mẫu đục. Vì vậy khi nghiền ta thu được nhưng mảnh (flake) có độ trong đục khác
nhau.
 Diện tích của các peak nóng chảy tăng theo số l
ần tái sử dụng điều đó có nghĩa là phần trăm
pha kết tinh cũng tăng lên tương ứng và đạt giá trị lớn nhất ở mẫu R
5
. Kết quả này được giải
thích là do sau mỗi lần tái sử dụng chiều dài mạch phân tử giảm, tạo thuận lợi cho sự sắp xếp
có trật tự của các phân tử trong quá trình làm nguội.
Công nghệ tái sử dụng chai PET
[email protected] 38

 Chỉ có mẫu R
0
và R
1


Ghi chú : đường dọc chính là độ lệch chuẩn (standard deviation)
 Giá trị Modulus uốn và biến dạng uốn tối đa.

Công nghệ tái sử dụng chai PET
[email protected] 39
Biến dạng giảm dần do sự giảm chiều dài mạch phân tử và pha vô định hình (pha có độ mềm
dẻo cao)
Hai hình tiếp theo biểu diễn các giá trị Modulus đàn hồi và biến dạng đứt của các mẫu. Sự
giảm khối lượng phân tử và sự tăng của pha vô định hình làm tăng Modulus đàn hồi (đại lượng
biểu thị cho khả năng kháng biến dạng của vật liệu) và làm giảm bi
ến dạng đứt.
Công nghệ tái sử dụng chai PET
[email protected] 40

Ö Những khuyến cáo của nhóm nghiên cứu dựa trên những kết quả thu được
- R
1
dùng sản xuất những chai không phải chịu áp lực, hoặc được phối hợp với nhựa mới nếu
làm chai cần độ bền tương đối cao.
- Nếu R
2
được sử dụng làm chai thì nên dùng làm những chai có thể tích bé.
- R

[email protected] 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. David W. Brooks and Geoff A. Giles, PET Packaging Technology.
2. Claudio Bertelli, Recycling PET : Bottle to Bottle Process Application.
3. Hongming Ma, Structure – Property relationships in copolyester fibers and composite
fibers.
4. Patterson, Joan Diana, Continuous Depolymerization of Poly(ethylene terephthalate) via
Reactive Extrusion.
5. Pratima Ramkhelawan, Modelling and Estimation of Polycondensation Processes.
6. Proefschrift, Post Polymerization of Polyester for Fiber formation.
7. Lidia Konkol, Contaminant levels in Recycled PET Plastic.
8. Sandro Donnini Mancini, Maria Zanin, Recyclability of PET from Virgin Resins.
9. Peter Skelton, Recycled PET in Retail Packaging.
10. M. Abbasi and M. R. M. Mojtahedi, Effect of Spinning speed on The structure and physical
properties of filament yarns produced from used PET bottles.
11. Tài liệu từ các trang web
- www.bepex.com
- www.bubler.ch
- www.napcor.com
- www.terratex.com
- www.ledarecycling.it
- www.starlinger.com
- www.erema.at