В качестве материала для изготовления пластиковых бутылок используются:
ПЭТ (PET полиэтилентерефталат),
ПЭН (PEN, полиэтиленнафталат) или смеси этих материалов,
а также другие пластмассы (ПЭ полиэтилен, ПК поликарбонат, ПВХ поливинилхлорид).
Современные пластиковые бутылки преимущественно изготавливают из ПЭТ – полиэтилентерефталата, представляющего собой полиэфир, конденсированный в плавке из этиленгликоля и терефталовой кислоты. Применяется метод облагораживания в твердой фазе (Solid State Polycondensation, SSP)
Поставляемый в настоящее время на рынок порошок - гранулят служит материалом для выдувания:
ПЭТ – бутылок многоразового использования;
ПЭТ – бутылок одноразового использования.
Решающее значение для свойств материала имеет ориентация молекул в процессе изготовления пластиковых бутылок. При аморфном застывании ПЭТ прозрачен, но газопроницаем и чувствителен к высоким температурам. Если же ПЭТ растягивать по двум осям, его газопроницаемость уменьшается. При соответствующем ведении процесса изготовления бутылок ПЭТ кристаллизуется. При вызванной термическим воздействием кристаллизации получается материал молочно – белого цвета. Этого стремятся достичь, прежде всего, на горлышке (для улучшения стабильности резьбы). Одновременно улучшается термостойкость и газопроницаемость ПЭТ.
В результате бутылки из аморфно застывшего ПЭТ нельзя мыть при температуре выше 59° С, поскольку при более высокой температуре они начинают деформироваться. У ПЭТ – бутылок с высокой кристалличностью (НСРЕТ) температура моющей воды может составлять до 75 °С.
Между ПЭТ и окружающей средой происходит постоянное взаимодействие. ПЭТ, как и любой полимерный материал, проницаем для газов, летучих веществ и водяных паров. При прохождении газов через стенки говорят о проницаемости, а при переходе веществ из содержимого бутылки на стенки и обратно – о миграции. Способность удерживать газы обозначают термином «барьерная способность».
«Барьерная способность» ПЭТ сравнительно низка, и это означает, что напиток, содержащий СО2, например пиво, разлитое в ПЭТ – бутылки, со временем теряет давление СО2, и скоро его содержание уже будет недостаточным, так как газ улетучивается через стенки бутылки.
Окружающий ПЭТ – бутылки воздух (а с ним и кислород) также стремится проникнуть внутрь бутылки, и это означает, что содержание кислорода в пиве постепенно повышается со всеми негативными последствиями. Если за минимальное граничное значение принять 0,2 мг О2/литр пива, то пиво может храниться в ПЭТ – бутылках 1 – 2 недели.
Еще одним свойством полимерных материалов является их способность впитывать ароматические компоненты (например, ацетальдегид и другие соединения с отчетливо ощущаемыми вкусовыми оттенками), а позднее их выделять в продукт. Это абсолютно исключает возможность применения ПЭТ – бутылок для розлива минеральной или столовой воды после предыдущего их использования под соки; для пива применение многоразовых ПЭТ – бутылок в таком случае также ограничено.
Макромолекулы полимерных материалов из–за механических и термических нагрузок «стареют». Это проявляется в виде потускнения полимерного материала, возрастающего количества царапин, на донышке множатся идущие от центра наружу так называемые «стрессовые» трещины, которые при инспектировании могут служить причиной отбраковки бутылки. Отбраковка для многоразовых бутылок происходит не только из–за снижающейся прочности бутылки, но и потому, что эффективная мойка бутылок становится невозможной, поскольку с ростом трещин увеличивается и угроза инфицирования микроорганизмами.
Проблемы, связанные с применением ПЭТ – бутылок, послужили стимулом для поисков более подходящего материала. Сначала таким материалом оказался ПЭН (PEN, полиэтиленнафталат), имеющий аналогичную с ПЭТ химическую структуру. Однако ПЭН по ряду свойств обладает лучшими показателями. Прежде всего это:
- повышенная термостойкость (до 100 °С);
- меньшая газопроницаемость (по сравнению с ПЭТ СО2 – барьер сильнее в 4 – 5 раз).
Однако и ПЭН – бутылки приемлемы для пива лишь условно (по причине недостаточной защиты от проникновения кислорода и от потерь СО2). В настоящее время полным ходом ведутся разработки новых материалов, пригодных для изготовления тары под пиво и другие напитки.
Помимо ПЭТ для изготовления пластиковых бутылок в настоящее время применяют:
- ПЭ (полиэтилен); ПК (поликарбонат), ПВХ (поливинилхлорид)
- и другие полимерные материалы. По сравнению с ПЭТ эти материалы распространены не так широко, поскольку их применение приводит к проблемам:
- с утилизацией (ПВХ и ПЭ);
- с термостойкостью (ПВХ, ПЭ, ПК);
с газопроницаемостью (ПЭ и ПВХ).
ПК – бутылки в настоящее время применяются для изготовления бутылочек для питания детей грудного возраста и многоразовых молочных бутылок.
ПЭТ – бутылки изготовляют из преформ – толстостенных литых пластмассовых сосудов, различных по форме и размерам, с оформленным мундштуком под винтовой колпачок и с находящимся под ним кольцом утолщения.
Преформы бывают бесцветными или окрашенными.
Изготовление из преформ ПЭТ – бутылок происходит либо на специализированных предприятиях, либо на производстве, где разливают тот или иной напиток. Для этого существуют специальные выдувные машины.
На рис.40 изображена выдувная машина для непрерывного изготовления ПЭТ- бутылок:
1 –подача преформ; 2 –загрузочная поворотная звездочка; 3 – нагревательная карусель; 4 – нагревательные модули; 5 – звездочка для передачи и спуска к нижней выдувной карусели; 6 – выдувная карусель; 7 – держатели формы; 8 – разгрузочная звездочка; 9 – разгрузочный транспортер; 10 – ограждение машины.
Выдувная машина для непрерывного изготовления много – или одноразовых ПЭТ – бутылок (см. рис.40) действует следующим образом: на площади в 12 м2 расположены одно над другим две вращающихся карусели, по которым преформы одна за другой перемещаются. При этом в нагревательной карусели (3) они равномерно разогреваются, а затем в выдувной карусели (6) выдуваются в форму бутылки.
На рис.41 изображена схема нагрева и выдувания преформ при изготовлении ПЭТ – бутылок
1 – подача и контроль,
2 – поворот в загрузочной звездочке,
3 – нагрев,
4 – звездочка для разгрузки, вертикального и разделительного сдвига,
5 – форма для дна поднимается, выдувная форма закрывается и фиксируется,
6 – растяжка штангой и начальное выдувание,
7 – окончательное выдувание, растяжная штанга отходит назад, охлаждение,
8 – разблокировка, открывание формы, опускание формы для дна,
9 – выгрузка бутылок, контроль,
10 – передача на пневмотранспортер.
Преформы через загрузочный бункер и вертикальный конвейер попадают в сортировочный бункер. Там они отделяются одна от другой и затем горлышком вверх поступают в питатель, где производится их обмер и выталкивание отбракованных преформ (1). Затем преформы захватываются скобой за цилиндрическую часть, находящуюся между сформированной резьбой и несущим кольцом и передаются в транспортную оправку.
После этого преформы равномерно нагреваются инфракрасными нагревательными элементами (3) при постоянном вращении вокруг своей оси для достижения равномерности разогрева по определенному температурному профилю. Затем преформы переходят на нижнюю выдувную станцию.
После передачи на выдувную станцию форма закрывается (5); вводится вытягивающая штанга (6), и заготовка вытягивается до самого дна. Одновременно начинается процесс выдувания (начальная стадия под относительно низким давлением), а вслед за ним – выдувание формы при давлении до 40 бар. При этом формируются контуры бутылки и донышка (последнее толщиной до 2 мм или «на ножках»), а стержень растяжения выводится (7) в исходное положение. После выдержки и сброса внутреннего давления охлажденная форма (8) открывается, и бутылки принимаются разгрузочной звездочкой. Проводится контроль (9) точности размеров (высота, диаметр) с отбраковкой нестандартных бутылок. Готовые бутылки отводятся пневмотранспортером (10).
Производительность установки – до 28 800 бут./час.
Путем замены алюминиевых форм, состоящих из трех частей, легко можно изменить форму ПЭТ – бутылки.
Масса пустой ПЭТ – бутылки составляет более 80 г. Малая масса и связанная с этим слабая устойчивость исключает транспортировку их пластинчатым конвейером, и для облегчения их перемещения ПЭТ – бутылки имеют на горлышке специальное несущее кольцо. Транспортировка осуществляется при помощи сжатого воздуха (пневмотранспортер, см. рис 42.) или механически с помощью конвейера, захватывающего бутылку за кольцо на горлышке (рис.43). На рис.42. ПЭТ-бутылки подаются пневмотранспортером на загрузочную звездочку и после укупоривания — на конвейер.
Наполнение ПЭТ – бутылок напитками, содержащими СО2 (такими, как пиво), связано с проблемами:
- у ПЭТ – бутылок толщина стенок должна быть способна выдержать внутреннее давление газа;
- ПЭТ характеризуется слабой барьерной способностью относительно СО2, из – за чего внутреннее давление в бутылке со временем понижается; в этом случае пиво теряет свежесть, у него уменьшается пенообразующая способность. В тех странах, где большое внимание уделяется стойкости пива и его способности к пенообразованию, ПЭТ – бутылки применять не рекомендуется У ПЭН – бутылок или бутылок с добавлением ПЭН эти «барьерные» характеристики существенно лучше, но все равно для розлива пива они не достаточны;
- ПЭТ – бутылки прижимаются к наливному устройству не подъемным цилиндром, а через свое несущее кольцо, что ухудшает условия герметизации.
Обычный способ наполнения ПЭТ – бутылок – это розлив без давления (вода, фруктовые соки, молоко) или розлив с дозированием по объему под давлением.
Необходимый объем отмеряется в мерной камере (см. рис.44), и в процессе наполнения напиток стекает по стенкам бутылки.
На рис. 44. изображена схема объемного розлива с противодавлением для наполнения пластиковых бутылок
(Тип «Volumetic VC», фирма Krones, г. Нейтраублинг)
1 — датчик уровня; 2 — копир; 3— упорный ролик для опускания и поднимания клапана; 4 — разгрузочный клапан; 5— наливной клапан; 6— несущее кольцо горлышка бутылки; 7 — разгрузочный канал; 8 — подача газа для создания давления; 9— подвод продукта; 10— клапан для впуска продукта; 11 — мерная камера; 12— дополнительный разгрузочный клапан; 13— клапан возврата системы в исходное положение.
Поскольку объем наполнения постоянен, можно соблюсти точность налива и в пластиковые бутылки, несмотря на то, что они деформируются при наполнении под давлением. Практикуется также дозировка напитка с помощью индукционных расходомеров. Процесс наполнения одинаков для одно – и многоразовых бутылок.
Лекция №15
