Chính những tính chất như : không độc hại, độ bền cao, dai chắc, khối lượng nhẹ, ngoại quan đẹp, chống thấm khí O2, CO2 tốt, trơ không ảnh hưởng đến sản phẩm chứa, không dễ vỡ như thủy t
Trang 1CƠNG TY CỔ PHẦN KỸ NGHỆ ĐƠ THÀNH
PHỊNG KỸ THUẬT
Bạn có biết ?
ƠChúng ta đang sử dụng lượng nhựa gấp 20 lần so với cách đây 20 năm
ƠHầu hết nhựa không thể tự phân hủy sinh học, điều đó có nghĩa là phải mất hàng trăm năm, thậm chí hàng nghìn năm để phân hủy sản phẩm nhựa khi chúng được thải vào môi trường
ƠĐể sản xuất nhựa đòi hỏi một lượng lớn nguồn tài nguyên không thể tái tạo
ƠNếu chúng ta tái sử dụng 1 tấn chai PET thì tiết kiệm được 2 tấn dầu thô và 1,5 tấn CO2 thải vào môi trường
Tp HCM 3/2008 PHAN VŨ HỒNG GIANG
Trang 2I MỞ ĐẦU
Từ khi được giới thiệu và sử dụng lần đầu tiên cho chai nước ngọt vào năm 1973, bao bì thực
phẩm làm từ nhựa PET đã được chấp nhận cho sử dụng rộng rãi và phát triển mạnh mẽ Có thể
nói bao bì nhựa PET được thấy ở khắp mọi nơi từ đựng thực phẩm (nước ngọt có gas, bia,
rượu, nước khoáng, nước trái cây, sữa, nước gia vị, dầu ăn, hộp bánh kẹo, etc) đến hóa chất
công nghiệp và gia dụng (thuốc trừ sâu, chất tẩy rửa, nhiên liệu, etc) Theo thống kê số lượng
nhựa PET được sản xuất ra hiện nay chỉ đứng sau polyolefin (PE và PP), ở Mỹ có khoảng 31%
chai nhựa được sản xuất từ PET Chính những tính chất như : không độc hại, độ bền cao, dai
chắc, khối lượng nhẹ, ngoại quan đẹp, chống thấm khí O2, CO2 tốt, trơ (không ảnh hưởng đến
sản phẩm chứa), không dễ vỡ như thủy tinh, giá thành rẻ, thuận tiện khi sử dụng đã giúp PET
trở thành loại nhựa được dùng trong lĩnh vực bao bì nhiều nhất và được ưa thích nhất
Thực tế và dự báo nhu cầu bao bì nhựa PET trên thế giới
Tuy nhiên không phải bao bì nhựa PET không có khuyết điểm, hạn chế lớn nhất của nó chính
là mặc dù có nhiệt độ nóng chảy cao nhưng giới hạn trên của nhiệt độ sử dụng sản phẩm nhựa
PET lại khá thấp (chỉ khoảng 650C) Điều này có thể được khắc phục bằng cách biến tính hóa
học (đưa vào các monomer mạch vòng) hoặc xử lý nhiệt sản phẩm sau gia công để tăng độ kết
tinh (giống như chai trà xanh ở ta) nhưng điều này làm tăng đáng kể giá thành Sự hạn chế này
là nguyên nhân chính hiện nay tại sao chai PET dùng chứa nước ngọt, bia không thể được sử
dụng lại (với chai thủy tinh hoặc chai polycarbonate sau khi sử dụng hết sản phẩm trong chai
thường được tiến hành rửa bằng nước nóng sau đó sử dụng trở lại) Nói là nói vậy nhưng ở ta
hiện nay có một số công ty bia sau khi khách hàng sử dụng hết họ thu gom chai về và rửa với
nước ấm sau đó tiếp tục sử dụng
Chính vì sử dụng một lần rồi bỏ nên phế liệu PET hiện nay là rất nhiều, điều này không chỉ
ảnh hưởng về mặt kinh tế (lãng phí tài nguyên) và còn là một vấn nạn của môi trường
Trang 3
Chai PET sau khi sử dụng được thải ra môi trường
Giá dầu thế giới
Ta có thể thấy giá dầu tăng hằng ngày, hiện tại đã ở mức gần 110$/ thùng Sự tăng giá dầu
đồng nghĩa với việc chi phí sản xuất nhựa sẽ tăng lên, do đó xu hướng tái sử dụng phế liệu là
một hướng đi đúng đắn không chỉ có ý nghĩa kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường giúp
đảm bảo sự phát triển bền vững Nếu chúng ta tái sử dụng 1 tấn chai PET sẽ tiếp kiệm được 2
tấn dầu thô và 1,5 tấn CO2 thải vào môi trường
Thực tế và ước đoán sự phát triển thị trường tái sử dụng chai PET
Trang 4Các ứng dụng của R-PET ở Mỹ (đơn vị triệu pounds)
PET được xem là một trong những loại nhựa dễ tái sử dụng nhất, phế liệu PET có giá trị rất
cao, chỉ đứng sau nhôm Thông thường một chai nước ngọt có dung tích 2 lít chứa khoảng 1g
polyolefin, 5g vật liệu nhãn (bao gồm cả keo dán nếu có) và 60g PET Những công nghệ tái sử
dụng PET được cải tiến và đổi mới liên tục theo thời gian
Những sản phẩm làm từ R-PET
Trang 51 yd 2 khoảng 0,836 m 2
Hiệu quả của tái sử dụng chai PET
Tái sử dụng chai PET đã qua sử dụng để sản
xuất các sản phẩm như : xơ sợi (làm quần áo,
thảm, xơ độn gối), đùn tấm làm đầu vào cho
quá trình tạo hình nhiệt để sản xuất khay,
container, etc, không tiếp xúc với thực phẩm
hoặc làm lớp giữa cho bao bì tiếp xúc thực
phẩm là tương đối dễ dàng nhưng một công
nghệ tái sử dụng với mục đích ‘Bottle to
Bottle’ (viết tắt là B2B), trong đó các chai này
được sử dụng cho những ứng dụng thực phẩm, thuốc là hết sức phức tạp, cần vốn đầu tư lớn
Việc xử lý phế liệu phải đáp ứng được hai điều kiện cơ bản : các tạp chất phải được loại bỏ
triệt để và chỉ số độ nhớt đặc trưng (I.V) sau khi xử lý phải ≥ 0.78 dl/g
II THÁCH THỨC CỦA CÔNG NGHỆ B2B
Trong quá trình gia công, sử dụng do tác động của các yếu tố : nhiệt, bức xạ, hoá chất, khối
lượng phân tử PET sẽ giảm hay nói cách khác I.V giảm Nếu ban đầu chai được sản xuất từ
nguyên liệu có I.V là 0.82 (dl/g) thì sau quá trình gia công sử dụng I.V sẽ giảm xuống mức nhỏ
Trang 6hơn 0.76 (dl/g) Sự giảm I.V làm giảm tính chất cơ lý của nhựa PET gây ra sự mất ổn định khi
sản xuất, tạo ta các khuyết tật trên sản phẩm và giảm khả năng chịu áp lực của chai Khối
lượng phân tử PET đặc biệt giảm nhanh khi có mặt của các polymer khác loại, đặc biệt là PVC
(PVC rất dễ bị phân hủy ở nhiệt độ xử lý PET, giải phóng HCl có tác dụng xúc tác cho quá
trình phân hủy thủy phân PET, ngoài ra nó còn gây ăn mòn thiết bị)
Sự nhiễm tạp chất từ sản phẩm được chứa trong chai (đặc biệt khi chai chứa hóa chất, thuốc
trừ sâu, chất tẩy rửa, nhiên liệu, do người sử dụng dùng sai mục đích, etc), từ môi trường,
những chất hóa học này có thể hấp thụ vào vật liệu PET, nếu chúng ta chỉ rửa sạch bên ngoài
phế liệu thì các hóa chất này vẫn tồn tại bên trong vật liệu và sẽ thôi nhiễm (migration) vào sản
phẩm chứa
Những tạp chất như giấy, polyolefin từ nhãn, nắp không tương hợp với PET sẽ tạo ra các
chấm, vệt mờ, nặng có thể gây tách lớp, bong tróc Những tạp chất còn đóng vai trò là chất tạo
mầm cho quá trình kết tinh làm thay đổi ứng xử kết tinh của vật liệu PET
Một tạp chất gây phiền hà cao đó chính là keo dán nhãn , rất khó để loại bỏ, những keo dán
này dễ bị sẫm màu khi PET được xử lý ở nhiệt độ cao làm cho R-PET (PET tái sử dụng –
recycled PET) biến màu (ngả vàng), đục, chấm đen Nếu dùng hóa chất để loại bỏ keo dán thì
phải xử lý để loại bỏ hết hóa chất, nếu không tình hình sẽ trở nên tồi tệ hơn
Theo quy định FDA, R-PET dùng cho tiếp xúc với thực phẩm phải được xử lý đến mức tạp
chất maximum là 215 ppb (phần tỷ - part per billion), khi đó lượng thôi nhiễm tối đa là 10 ppb
sẽ không ảnh hưởng tới sức khỏe người tiêu dùng (Begley 1997) FDA quan tâm về hàm lượng
chất thôi nhiễm vào sản phẩm chứa hơn là hàm lượng tạp chất có trong vật liệu PET
Nielson (1994) đã nghiên cứu ảnh hưởng của những quá trình rửa chai PET khác nhau lên
hiệu quả loại bỏ tạp chất là hương cam (myrcene và limonene) Các điều kiện rửa khác nhau đã
được xem xét :
- Dung dịch 1,5% NaOH, nhiệt độ 600C, thời gian 15 phút
- Dung dịch 3% NaOH, nhiệt độ 600C, thời gian 15 phút
- Dung dịch 1,5% NaOH, nhiệt độ 700C, thời gian 15 phút
Những kết quả đạt được :
- Ở nhiệt độ rửa 600C (cả dung dịch 1,5 % và 3%) loại bỏ được 32% myrcene và 22%
limonene hấp thụ vào trong vật liệu
- Tăng thêm 100C loại bỏ được 45% myrcene (tăng 13%) và 31% limonene (tăng 11%) ở cả
hai nồng độ dung dịch
) Như vậy nhiệt độ đóng một vai trò rất quan trọng trong hiệu quả loại bỏ tạp chất
Trang 7Devlieghere (1997) đã nghiên cứu việc loại bỏ limonene và chloroxylenol từ chai PET đã kết
luận rằng : nồng độ NaOH và nhiệt độ có ảnh hưởng cao lên khả năng loại bỏ tạp chất Thông
thường nhiệt độ càng cao khả năng loại bỏ tạp chất càng cao Tuy nhiên khi nhiệt độ trên 750C
tại nồng độ NaOH cao hiệu quả rửa sẽ giảm xuống Với PET điều kiện rửa tối ưu là 700C và
nồng độ NaOH là 2 – 2,8 % Tuy nhiên mức limonene và chloroxylenol thôi nhiễm khi kiểm
tra sau quá trình rửa cao hơn 10 ppb
) Vì vậy những chai đã rửa không thích hợp cho dùng trở lại (reuse)
Một khảo sát đã ước lượng mức tạp chất sau mỗi quá trình xử lý phế liệu được cho ở bảng sau
Tạp chất
Mức tạp chất trong PET-F chưa rửa (ppb)
Mức tạp chất trong PET-F sau rửa (ppb)
Mức tạp chất sau quá trình đùn (ppb)
Mức tạp chất sau quá trình ép phun (ppb)
Methyl stearate 8.1 1.6 <0.5 <0.5
Đồng octanoate 23.0 0.8 0.4 0.4
Biện pháp giảm mức tạp chất thôi nhiễm vào sản phẩm chứa là trộn chung R-PET và V-PET
(nhựa PET chính phẩm – virgin PET) hoặc làm màng đa lớp Ở Úc, Coca-Cola Amatil sản xuất
các chai chứa nước uống với tỷ lệ sử dụng 25% R-PET
Yêu cầu tối thiểu của nguyên liệu R-PET dùng cho sản xuất chai tiếp xúc được với thực
phẩm cho ở bảng sau
Tạp chất hoá học (giữ lại sau quá trình rửa) ppm < 50
Tạp chất không nóng chảy khác ppm < 45
Trang 8II KHẢ NĂNG ĐẦU TƯ
Là dự án có số vốn đầu tư rất lớn, hiện tại ở Việt Nam chưa có Công ty nào dám đầu tư công
nghệ B2B, chỉ có một số Công ty đang tiến hành tái sử dụng chai PET để sản xuất các sản
phẩm không tiếp xúc với sản phẩm, do đó nếu quyết định đầu tư công nghệ này thì tất cả các
yếu tố liên quan đến dự án cần phải được xem xét kỹ lưỡng
Khả năng đáp ứng của nguyên liệu đầu vào Với dây chuyền trung bình 1000 kg/h thì lượng
nguyên liệu cần cho đầu vào lên đến trên 20 tấn/ngày Liệu chúng ta có khả năng thu mua
được số lượng lớn như vậy
Hiện trạng nguồn phế liệu PET
Ta có thể thấy ở hình trên, hiện tại hầu hết phế liệu PET trên thế giới đang đổ về Trung Quốc
với giá thu mua ngày càng cao Thị trường phế liệu PET Việt Nam cũng vậy, để dành lấy thị
phần phế liệu từ tay Trung Quốc không phải là chuyện dễ dàng
Khả năng sử dụng R-PET từ dây chuyền này Có thể khẳng định rằng hiện tại không có công
nghệ nào mà R-PET được sử dụng trên 50% cho sản xuất những chai trong (loại chai phổ
biến), với chai màu có thể sử dụng 100% do ảnh hưởng của màu sắc (phế liệu bị biến vàng sau
quá trình xử lý) Với lượng sản xuất ra là dư thừa cho sản xuất nội bộ, liệu chúng ta có bán
được số còn lại và do đó sản phẩm cuối cùng của dây chuyền tái sử dụng nên ở dạng mảnh
(flake) hay dạng hạt (pellet) thì tốt hơn
Trang 9 Ảnh hưởng đến tâm lý của khách hàng Khi chúng ta đầu tư một dây chuyền tái sử dụng
Những khách hàng đặt chai họ sẽ dè dặt và có tâm lý thận trọng khi đặt hàng vì họ chắc rằng
chúng ta sẽ sử dụng PET cho sản xuất các chai chứa thực phẩm, thuốc của họ Mặc dù
R-PET được chứng nhận FDA nhưng tâm lý đó là không thể tránh khỏi
- Nên chăng chúng ta chỉ đầu tư dây chuyền xử lý phế liệu PET dạng mảnh đã qua xử lý (phế
liệu này được mua ngoài) Dây chuyền lúc này chỉ bao gồm : thiết bị kết tinh hóa, máy đùn hai
trục vít, thiết bị SSP, thiết bị làm lạnh Khi đó chúng ta sẽ bớt một dây chuyền cồng kềnh phân
loại - nghiền - rửa phía trước, không cần hệ thống xử lý nước thải hoàn lưu, tuy nhiên khi đó
lại không chủ động và kiểm soát tốt nguồn đầu vào cho công đoạn sau
Sản phẩm đầu ra có thể là PET dạng mảnh (PET-F) hoặc ở dạng hạt tùy theo công nghệ
Thông thường nên chuyển R-PET thành dạng hạt tuy chi phí có tăng lên nhưng nó có nhiều ưu
điểm hơn, PET-F không bao giờ đủ sạch ở mức micro Quá trình tạo hạt (pelletizing) bằng máy
đùn giúp loại bỏ tốt những hợp chất dễ bay hơi (qua các vùng thoát khí) và các tạp chất rắn
không nóng chảy (bằng lưới lọc), sự tạo hạt còn làm đồng nhất tính chất vật liệu (nhất là I.V),
kích thước hạt, tăng tỷ trọng khối tạo thuận lợi cho sự kiểm soát các tính chất vật liệu khi xử lý
bằng thiết bị kết tinh hóa, thiết bị SSP đồng thời dễ dàng cho tất cả các mục đích sử dụng sau
này
Điều quan trọng đó là lựa chọn đúng công nghệ nhằm tăng cao nhất giá trị phế liệu và giảm
tối thiểu chi phí Và cũng cần nhớ rằng để có chứng nhận FDA cho R-PET cần đầu tư một dây
chuyền phân loại - nghiền - rửa phức tạp, tạo hạt và SSP
Những thiết bị phụ trợ cũng hết sức quan trọng và cần vốn đầu tư lớn, đặc biệt là hệ thống xử
lý nước thải của các quá trình để hoàn lưu
III CÁC CÔNG NGHỆ HIỆN TẠI CHO QUÁ TRÌNH TÁI SỬ DỤNG CHAI PET
Có 3 phương pháp chính để tái sử dụng phế liệu PET :
1 Sử dụng như một nguồn năng lượng sinh khối (biomass)
2 Tái sử dụng bằng phương pháp hóa học : khử trùng hợp PET thành các chất cơ bản, làm
sạch sau đó tổng hợp trở lại
Sản phẩm thu được từ quá trình này có tính chất tương tự như nhựa PET chính phẩm nhưng
chi phí sản xuất rất cao Phương pháp này lại chia ra 3 cách theo tác nhân dùng để khử trùng
hợp (depolymerizing agent)
Trang 10Ba phương pháp khử trùng hợp
Thủy phân (hydrolysis) : tác nhân khử trùng hợp là nước, xúc tác cho quá trình là acid hoặc
NaOH Phương pháp này phản ứng xảy ra chậm, để làm sạch TPA (terephthalic acid) cần quá
trình nhiều giai đoạn Phương pháp này ít được thương mại hóa
Phản ứng khử trùng hợp PET bằng nước
Rượu phân (methanolysis) : tác nhân khử trùng hợp là rượu methylic (methanol) ở nhiệt độ
khoảng 2000C, quá trình phân tách sản phẩm của phản ứng cần chi phí cao, phương pháp này ít
kinh tế
Phản ứng khử trùng hợp PET bằng rượu methylic
Glycol phân (glycolysis) : tác nhân khử trùng hợp là ethylene glycol, sản phẩm của phản ứng
là BHET (bis (2-hydroxyethyl terephthalate)) được làm sạch bởi quá trình lọc nóng chảy và xử
lý bằng than để khử màu và tạp chất