Tìm hiểu bào bì thủy tinh & Bao bì ghép nhiều lớp

Trong thời kỳ đế chế La Mã rất nhiều loại hình thủy tinh đã được tạo ra, chủ yếu là các loại bình và chai lọ.Thủy tinh khi đó có màu xanh lá cây vì tạp chất sắt có trong cát được sử dụng




ĐỀ TÀI:

GVHD: Th.S Đỗ Vĩnh Long NHÓM 8

Ngày 15tháng 11 năm 2013

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BAO BÌ THỦY TINH 4

1 Định nghĩa 4

2 Lịch sử phát triển 4

3. Đặc tính chung của bao bì thủy tinh 5

4 Bao bì thủy tinh silicat 6

II NGUYÊN LIỆU VÀ PHỐI LIỆU TRONG SẢN XUẤT BAO BÌ THỦY TINH 8

1 Nguyên liệu nấu thủy tinh 8

2 Nguyên liệu phụ 10

3 Chất nhuộm màu dạng keo khuếch tán 12

III TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA BAO BÌ THỦY TINH 12

1 Tính chất vật lý 12

2 Tính chất hóa học 17

IV QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO THỦY TINH 19

1 Quy trình công nghệ 19

2 Thuyết minh quy trình 20

3 Các loại khuyết tật 22

V NẮP 23

KẾT LUẬN 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

CÂU HỎI CỦNG CỐ BÀI 29

DI ỄN

ĐÀN TOÁN - LÍ - HÓA 1000B TR

ẦN H

ƯNG

ĐẠ O TP.QUY

NH ƠN

Lời mở đầu

Ngày nay, bao bì đã được sử dụng phổ biến để chứa đựng tất cả các loại hàng hóa trong quá trình bảo quản, vận chuyển, phân phối và kiểm tra Bao bì có tác dụng bảo vệ chất lượng hàng hóa từ khi sản xuất, đến khi trao đổi thương mại và tiêu thụ, mang lại hiệu quả kinh tế và thể hiện sự tiến bộ của xã hội Từ những vật liệu chứa đựng thô xơ thời xưa, khoa học kĩ thuật phát triển tạo nên nhiều loại bao bì đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của xã hội.Một trong những bao bì được sử dụng phổ biến hiện nay là bao bì thủy tinh

Được sự hướng dẫn của Thầy, chúng em xin nghiên cứu về đề tài “Tìm hiểu bào bì thủy tinh” để hiểu rõ hơn về cấu tạo, đặc tính, cũng như quy trình sản xuất bao bì này

Do thời gian nghiên cứu có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót rất mong sự góp ý của Thầy để bài tiểu luận được hoàn chỉnh hơn Cảm ơn Thầy Đỗ Vĩnh Long đã tận tình giúp

đỡ chúng em hoàn thành bài tiểu luận này

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BAO BÌ THỦY TINH

1 Định nghĩa 1.1 Bao bì

Bao bì là vật chứa đựng, bao bọc thực phẩm thành đơn vị để bán.Bao bì có thể bao bọc,

có thể phủ kín hoàn toàn hay chỉ bao bọc một phần sản phẩm (Theo quyết định của Tổng cục Tiêu chuẩn – Đo lường – Chất lượng số 23 TĐC/QĐ ngày 20 tháng 2 năm 2006)

1.2 Bao bì thủy tinh Bao bì được làm từ chất liệu thủy tinh được gọi là bao bì thủy tinh

Thuỷ tinh là chất liệu cao cấp: Các đặc tính của thuỷ tinh làm cho nó trở thành một chất liệu với chất lượng cao và hình ảnh đặc trưng Thuỷ tinh được sử dụng trong nhiều thế kỷ và được coi là loại bao bì tốt nhất và quyến rũ nhất được sử dụng để chứa sâm banh hảo hạng hoặc nước ép hoa quả tươi

2 Lịch sử phát triển

Việc sản xuất thủy tinh lần đầu tiên hiện còn lưu được chứng tích là ở Ai Cập khoảng năm 2000 trước công nguyên, khi đó thủy tinh được sử dụng như là men màu cho nghề gốm và các mặt hàng khác Trong thế kỷ 1 trước công nguyên kỹ thuật thổi thủy tinh đã phát triển và những thứ trước kia là hiếm và có giá trị đã trở thành bình thường Trong thời kỳ đế chế La Mã rất nhiều loại hình thủy tinh đã được tạo ra, chủ yếu là các loại bình

và chai lọ.Thủy tinh khi đó có màu xanh lá cây vì tạp chất sắt có trong cát được sử dụng

để sản xuất nó Thủy tinh ngày nay nói chung có màu hơi ánh xanh lá cây, sinh ra cũng bởi các tạp chất như vậy

Các đồ vật làm từ thủy tinh từ thế kỷ 7 và thế kỷ 8 đã được tìm thấy trên đảo Torcello gần Venice.Các loại hình này là liên kết quan trọng giữa thời La Mã và sự quan trọng sau này của thành phố đó trong việc sản xuất thủy tinh Khoảng năm 1000 sau Công nguyên, một đột phá quan trọng trong kỹ thuật đã được tạo ra ở Bắc Âu khi thủy tinh sô đa được thay thế bằng thủy tinh làm từ các nguyên liệu có sẵn hơn: bồ tạt thu được từ tro gỗ Từ thời điểm này trở đi, thủy tinh ở khu vực phía bắc châu Âu có sự sai khác rõ nét với thủy tinh

ở khu vực Địa Trung Hải, là khu vực mà sô đa vẫn được sử dụng chủ yếu

Thế kỷ 11 được cho là nổi bật, tại Đức, phương pháp mới chế tạo thủy tinh tấm đã ra đời bằng các quả cầu để thổi, sau đó chuyển nó sang thành các hình trụ tạo hình, cắt chúng khi đang còn nóng và sau đó dát phẳng thành tấm Kỹ thuật này đã được hoàn thiện vào thế kỷ 13 ở Vênidơ

Cho đến thế kỷ 12 thủy tinh đốm (có nghĩa là thủy tinh với các vết màu (thông thường

là kim loại) đã không được sử dụng rộng rãi nữa Đến thế kỷ 19, ngành sản xuất thủy tinh

đã phát triển rất mạnh nhờ các thí nghiệm được tổ chức có hệ thống để xác định các thành phần của các phối liệu

Đến thế kỷ 20, trong công nghiệp thủy tinh có tiến bộ nổi bật là sự ra đời các loại thủy tinh nổi tiếng: thủy tinh Jena, thủy tinh Pirec, cả hai có đặc tính quí giá là bền với acid và nước, dãn nở rất ít do đó chịu được sự biến đổi nhiệt độ đột ngột, không vỡ Chúng được dùng để chế tạo nhiều dụng cụ thí nghiệm

3 Đặc tính chung của bao bì thủy tinh Phân loại thủy tinh vô cơ:

- Thủy tinh đơn nguyên tử: là thủy tinh chỉ tập hợp một loại nguyên tố hóa học, các nguyên tố này thuộc nhóm V, VI, của bảng phân loại tuần hoàn, đây chính là dạng đóng rắn của S, P, Se, As…

- Thủy tinh oxyt: là dạng tập hợp của các phân tử oxyt axit, hay oxyt bazo cùng loại hay nhiều loại tồn tại ở nhiệt độ thường như B2O3, SiO2, P2O5.

Thủy tinh silicat là một loại thủy tinh oxyt rất phổ biến, chính là vật liệu làm chai lọ chứa đựng thực phẩm:

+ Chai nước giải khát có gas, bia, rượu, nước quả ép…

- Thủy tinh có tính chuyển đổi trạng thái thuận nghịch theo sự tăng giảm nhiệt độ

- Thủy tinh có tính đẳng hướng: xét theo mọi hướng thì cấu trúc thủy tinh đồng nhất như nhau

4 Bao bì thủy tinh silicat 4.1 Đặc điểm của bao bì thủy tinh silicat

+ Ưu điểm:

- Nguồn nguyên liệu tự nhiên phong phú

- Có khả năng chịu áp suất bên trong

- Bảo vệ thực phẩm bên trong

- Tái sinh dễ dàng không gây ô nhiễm môi trường

- Có thể tái sử dụng nhiều lần, nhưng phải có chế độ rửa chai lọ đạt an toàn vệ sinh

- Trong suốt, có thể thấy được sản phẩm bên trong

- Ít bị ăn mòn hóa học bởi môi trường kiềm và axit

+ Nhược điểm:

- Dẫn nhiệt rất kém

- Có thể bị vỡ do va chạm cơ học, hay nhiệt đọ thay đổi

- Nặng, khối lượng bao bì có thể lớn hơn thực phẩm chứa bên trong, gây bất tiện cho chuyên chở

- Không thể in, ghi nhãn theo quy định nhà nước lên bao bì mà chỉ có thể vẽ, sơn logo hay thương hiệu của công ty nhà máy hoặc khi sản xuất chai có thể được tạo dấu hiệu nổi trên thành chai và nếu cần chi tiết hơn thì phải dán nhãn giấy lên chai như các sản phẩm rượu, bia, nước ngọt chứa đựng trong chai

4.2 Thủy tinh silicat trong công nghiệp:

Các loại thủy tinh silicat sử dụng trong công nghiệp được phân loại dựa trên thành phần tham gia các oxyt như sau:

Loại 1: thủy tinh chứa kali và canxi: có độ bền hóa học cao, độ bóng sáng bề mặt, dùng làm dụng cụ đo, thủy tinh cao cấp

Loại 2: thủy tinh chứa natri và canxi: có độ bền hóa học cao do sự có mặt của nguyên

tố canxi, với hàm lượng natri thấp, và nếu hàm lượng natri càng cao thì thủy tinh càng kém bền nhiệt cũng như ké bền hóa Với hàm lượng natri thấp, thủy tinh có thể dùng làm bao bì đựng rượu, bia, nước giải khát… hoặc dùng trong các phòng thí nghiệm

Loại 3: thủy tinh chứa kali và chì: là thủy tinh đắt tiền, thuỷ trọng cao, có độ bóng sáng bề mặt và độ chiết quang cao, dùng để làm các dụng cụ cao cấp, đồ trang sức

Loại 4: thủy tinh chứa bo và nhôm: là thủy tinh bền nhiệt, bền hóa, bền cơ cao Đây

là thủy tinh kỹ thuật

II NGUYÊN LIỆU VÀ PHỐI LIỆU TRONG SẢN XUẤT BAO BÌ THỦY

TINH

1 Nguyên liệu nấu thủy tinh 1.1 SiO 2

Là thành phần chính của đa số thủy tinh công nghiệp Phân tử SiO2 bị nấu chảy ở nhiệt

độ cao sẽ chuyển thành SiO4, có cấu tạo khối tứ diện đều mà trọng tâm là nguyên tử S, nối với 4 nguyên tử O phân bố như đỉnh của khối tứ diện đều, tạo khung cơ bản cho thủy tinh Thủy tinh sillicat bền, cơ, nhiệt , hóa Thủy tinh sillicat thuần khiết còn được gọi là thạch anh, rất quý và được nấu ở nhiệt độ rất cao.Thạch anhbền nhiệt, bền hóa, tính chiết quang rất cao

Thủy tinh công nghiệp có thành phần SiO2 là 55÷ 75%.Nguồn nguyên liệu chính là cát biển (SiO2) thô trong cát có thể lẫn chất bẩn thải trong biển Ngoài SiO2 còn có Al2O3 , CaO, MgO, K2O, Na2O, là thành phần cần được điều chỉnh trong thủy tinh công nghiệp

Bên cạnh đó có thể có những oxyt nhuộm màu; các oxyt ảnh hưởng đô chiết quang thủy tinh như: Fe2O3, MnO2, TiO2, Cr2O3, V2O5

Yêu cầu cát nấu thủy tinh có hàm lượng SiO2 cao và hàm lượng tạp chất Fe2O3 rất nhỏ ( Fe2O tạo thủy tinh màu vàng, FeO tạo thủy tinh màu xanh lá cây) do đó hàm lượng oxyt sắt tổng trong thủy tinh cho phép là 0,012÷0,3%

Yêu cầu độ hạt cát 0,1÷ 0,8mm, nếu kích thước hạt > 0,8÷2mm thì sẽ khó chế tạo thủy tinh đạt chất lượng cao do cát có trang thái nóng chảy không đồng đều ( do độ hạt cát to nhỏ khác nhau rất nhiều thường gây khuyết tật cho sản phẩm) Hạt cát nhỏ, mịn, đồng đều kích thước, tròn, trơn láng không có khía cạnh rất để sản xuất thủy tinh chất lượng cao

Ở Việt Nam có những nơi có cát tốt ( gọi là cát thạch anh) như: Cát Bà, Phả Lại, Quảng Bình, Đà Nẵng

1.2 Oxyt kali (K 2 O)

K2O được cho vào thủy tinh từ nguồn K2CO3, tạo cho thủy tinh vể bóng sáng bề mặt, nên K2O là phụ gia sản xuất thủy tinh cao cấp như pha lê, thủy tinh màu, thủy tinh quang học, thủy tinh dùng trong phân tích hóa học và thủy tinh kỹ thuật

1.3 Oxyt canxi (CaO)

CaO được cung cấp bởi nguồn đá vôi, đá phấn ( có thể có chứa oxyt sắt) , CaO là một trong những thành phần cơ bản của thủy tinh CaO giúp cho quá trình nấu, khử bọt dễ và thủy tinh có độ bền hóa học cao

1.4 Oxyt bari(BaO)

BaO tạo cho thủy tinh vẻ sáng bóng, trọng lượng riêng tăng cao, do đó BaO là phụ gia

để sản xuất thủy tinhquang học và rút ngắn quá trình nấu

1.5 Oxyt chì(Pb 3 O 4 )

Trong thực tế thương dùng Pb3O4, thủy tinh chì thì dễ nấu, dễ khử bọt Khi nấu oxyt chì sẽ cho thủy tinh có chiết suất cao, trọng lượng riêng lớn, dùng để sản xuất thủy tinh quang học, pha lê, thủy tinh bát dĩa cao cấp, ngọc thạch nhân tạo

Oxyt boric được cung cấp từ nguồn:

- Acid boric H2BO3, borat (hàn the) Na2B4O7.10H2O

- Quặng asarit 2MgO.B2O3H2O Nếu cho B2O3 thay thế Na2O thì hệ số dãn nở nhiệt giảm tạo nên thủy tinh; bền nhiệt, bền hóa tăng lên, khử bọt tốt, rút ngắn quá trình nấu.B2O3 cần thiết cho sản xuất thủy tinh quang học, kỹ thuật và một số thủy tinh đặc biệt

1.8 Nhôm oxyt Al 2 O 3

Al2O3 được cho vào khi sản xuất thủy tinh alumino silicat cao cấp.loại thủy tinh alumino silicat và các thủy tinh cao cấp khác có hàm lượng Al2O3≥ 5% từ nguồn các oxyt nhôm kỹ thuật hoặc hydroxyt nhôm Nhóm oxyt canxi này tạo ảnh hưởng đến thủy tinh tương tự khi dùng B2O3, nhưng kéo dài thời gian nấu thủy tinh, khử bọt chậm, độ nhớt tăng, thủy tinh đóng rắn nhanh, nhưng tăng bền cơ, bền hóa học và bền nhiệt, do

Al2O3 tác động làm giảm hệ số giãn nở của thủy tinh

1.9 Oxyt natri (Na 2 O)

Na2O có ảnh hưởng lớn trong sản xuất thủy tinh công nghiệp, hàm lượng Na2O cao sẽ làm giảm tính bền nhiệt, bền cơ, bền hóa và càng giảm tính dẫn nhiệt của thủy tinh Bên cạnh đó, Na2O có tác dụng hạ nhiệt độ nấu, do đó thủy tinh dễ bị bọt Na2Ođược cung cấp

từ các muối Na2CO3 và Na2SO4 Ngoài ra nếu có oxyt photpho(P2O5), các hợp chất flour, antimon, thiếc, chúng có thể gây đục thủy tinh

Thủy tinh có thể được nhuộm màu bởi các phụ gia FeS, oxyt sắt ba Fe2O3 làm cho thủy tinh có màu từ vàng chuyển sang màu vàng hung Theo số liệu của Viện hàn lâm khoa học CHLB Nga, lượng oxyt sắt cho phép sử dụng trong các loại thủy tinh như ở bảng

Hàm lượng sắt cho phép sử dụng trong các loại thủy tinh theo công dụng

Thủy tinh quang học(pha lê) 0,012

phần thủy tinh( cho màu khói, tím đỏ)

3 Chất nhuộm màu dạng keo khuếch tán

Hợp chất selen: để nhuộm thủy tinh thành đỏ và hồng hàm lượng Se khoảng 0,05÷0,2%

Hợp chất vàng (Au) có thể nhuộm màu cho thủy tinh từ hồng đến đỏ để tạo ngọc có thể thêm hàm lượng thiếc 0,01÷ 0,02%

Hợp chất bạc (AgNO3) có thể nhuộm thủy tinh thành màu vàng

Hợp chất đồng (Cu2O) tạo ra màu đỏ cho thủy tinh, nhưng trong môi trường có tính oxy hóa thì tạo màu xanh

Các chất oxy hóa, có tác dụng khử bọt:

- Chất oxy hóa: muối nitrat, các hợp chất asenic, MnO2, sẽ phóng thích O2 trong quá trình nấu thủy tinh ở nhiệt độ cao 400÷9250C Hỗn hợp chất oxy hoáthường dùng như asenic As2O3 (0,3%) và KNO3 (1,0 ÷1,5%) cũng là chất khử bọt cho quá trình nấu thủy tinh Các chất khử bọt khác có thể dùng là : muối flourur và muối ammonium, bên cạnh đó CeO2 phân hủy thành CeO và O2 là chất chống sự biến màu, hay sự phai màu của thủy tinh, rất hiệu quả

- Chất khử : carbon(C) từ nguồn mạt cưa, than đá, muối natri, kali hoặc SnO, SnCl2

thường được dùng để loại nguyên tố oxy từ các oxyt kim loại

Các chất rút ngắn quá trình nấu giúp rút ngắn 10÷15% thời gian nấu thủy tinh khi them vào một luonhwj nhỏ các hợp chất flo, muối sunfat, NaCl, B2O3, BaO, muối

nitrat

III TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA BAO BÌ THỦY

TINH

1 Tính chất vật lý 1.1 Độ bền cơ học

Độ bền cơ học của bao bì thủy tinh được quyết định từ thành phần nguyên liệu, công nghệ chế tạo, cấu tạo hình dạng bao bì

Những loại chai lọ miệng rộng, thường không có cổ chai, miệng chai nối ngay với than chai, loại này để đựng thực phẩm dạng past, hoặc dạng hỗn hợp rắn lỏng (cái và nước), để dễ dàng cho sản phẩm vào (khi đóng bao bì) và lấy ra (khi người tiêu dùng sử dụng) Loại chai này không chịu tác động lớn của lực cơ học khi chiết rót trừ khi bị va chạm vào thành hoặc bị rơi vỡ

Loại chai được chiết rót chất lỏng như chai đựng nước ngọt có hoặc không có ga hoặc cồn, chai đựng các loại bia thì thường chịu tác động của:

- Lực theo phương thẳng đứng tác dụng lên đáy chai trong quá trình chiết rót và lực tác động lên cổ chai khi đóng nút chai

- Lực theo phương ngang (phương thẳng góc với đường trục của hai chai), chính là

áp lực của khí CO2 tác động thẳng góc với thành chai, áp lực này càng lớn lúc thanh trùng, sau khi chiết rót, đóng nắp nút Để đảm bảo chai được bền dưới tác động của lực trong quá trình chiết rót, đóng nắp chai luôn luôn được thiết kế:

• Độ dày thành chai và đáy chai đồng đều nhau

• Thân trụ thẳng đáy tròn

• Đáy là một mặt cầu lồi

• Cổ hai phía bên trong có dạng mặt cầu lồi tròn xoay, và độ cong cổ chai không thay đổi một cách đột ngột

- Bên trong và bên ngoài than trụ các lực tác động có thể cân bằng như nhau: có xuất hiện lực kéo, nén dạng vòng

Với đặc điểm cấu tạo như trên, áp lực tác động lên thân trụ luôn luôn được cân bằng bởi áp lực theo cùng phương có chiều ngược lại luôn luôn sinh ra các cặp ứng lực vòng ngược nhau nằm trên các mặt phẳng tiết diện chạy suốt chiều cao của thân chai, các ứng lực vòng có cường độ như nhau do độ dày thân trụ đều sẽ triệt tiêu nhau trên cả thân trụ

Nếu độ dày thành chai không đồng đều thì dưới tác dạng của lực, sẽ xuất hiện ứng lực không đồng đều trong thành chai gây vỡ chai

Chất lỏng chiết rót vào chai tạo tạo nên lực tác động theo phương trục thẳng góc với

bề mặt tiếp tuyến của đáy mặt cầu lồi, tạo ứng lực đối với mặt cầu như sau:

- Ứng lực vòng kéo trên mặt đáy cầu tại điểm tác động lực thì thành phần chiếu cảu chúng lên mặt phẳng vuông góc trục thân trục bị triệt tiêu, còn lại thành phần phương trục có cường độ thấp hơn rất nhiều so với trường hợp mặt phẳng chịu lực Do đó xuất hiệ ứng lực nén ở mặt ngoài đáy chai cũng nhỏ không đáng kể, không gây vỡ chai

Một điểm thuận lợi của đáy chai mặt cầu là sự tiếp xúc đáy chai với mặt phẳng nằm ngang là đường tròn Sự tiếp xúc này dễ dàng hơn trường hợp đáy chai tiếp xúc với mặt phẳng nằm ngang theo cả mặt tròn, dễ gây nên sự không vững chãi cho chai (khi đứng) khi chỉ xuất hiện một điểm lồi trên mặt đáy chai

Trường hợp chai chịu tác động của lực từ bên ngoài thẳng góc với trục thân trục thì trên mặt phẳng thiết diện chai tại điểm chịu tác dụng sẽ xuất hiện các ứng lực vòng kéo thành chai bên ngoài và đồng thời xuất hiện các ứng lực vòng nén ở thành chai bên trong;

nếu ứng lực kéo và nén ngang bằng nhau thì chai không bị vỡ Nếu lực tác động quá nhanh và mạnh thì tạo nên ứng lực vòng ở thành ngoài lớn hơn thành phần trong của chai gây vỡ chai

Do đó, hình dạng chai và độ dày đồng đều giữa thành và đáy và thành phần vật liệu chế tạo thủy tinh đã tạo nên độ bền vững cho chai lọ

Ứng lực vòng S được sinh ra dưới tác động của áp lực bên trong hay bên ngoài lên thành chai như sau:

S = 



Trong đó: P - áp suất trong chai

d - đường hính thân trụ chai

t - độ dày thành chai

Ở nhiệt độ thường, P trong chai nước giải khát có gas sẽ đạt đến 400kPa, tức là áp lực

CO2 có thể tích bằng 4 lần thể tích chai, áp lực P sẽ tăng lên 700kPa ở 400C vaf ddatj 1000kgPa khi thanh trùng Pasteur

Vì vậy thủy tinh phải chịu áp lực tác động khoảng 1240- 1380kPa mới có thể cân bằng được với lực tác động của khí (gas) bên trong chai

Thí nghiệm đã cho thấy chai mới sản xuất có thể có ứng lực 4054kPa, sau khi được đóng nút lần đầu tiên thì khả năng ứng lực chỉ còn 2331kPa, và sau một thời gian sử dụng ứng

lực tiếp tục giảm dần cho đến khi ứng lực của chai S > 1524kPa thì chai vẫn còn sử dụng được, và tương ứng ứng lực cổ chai là > 690kPa

Ở các xí nghiệp sử dụng chai đựng các loại nước, thì chai được tái sử dụng và không cần có sự kiểm tra ứng lực Nếu chai đã bị mòn bề mặt do chu kì sử dụng tăng cao và vệ sinh chai bằng kiềm thì độ dày thành chai bị giảm hoặc trở nên không đồng đều, hoặc ứng lực cjiuj đựng của chai thấp dưới mức giới hạn < 1500kPa thì chai có thể tự vỡ trong quá trình chiết rót, đóng nắp hoặc thanh trùng

1.2 Độ bền nhiệt

Khi chai lọ rót dịch nóng thì thành trong xẽ giản nở tạo ứng lực vòng (ứng lực nén) chạy suốt chiều cao thân trụ bên trong Tương ứng ở thành ngoài chai, khi chưa cân bằng nhiệt với thành trong, thì sẽ xuất hiện ứng lực kéo Nếu nhiệt độ dung dịch và bao bì không chêch quá 700C thì ứng lực kéo ở thành ngoài và ứng lực nén ở thành trong xem như không xuất hiện ứng lực không đáng kể, chỉ thành ngoài xuất hiện ứng lực nén

Như vậy, chai đựng thực phẩm có áp lực khí hoặc được đun nóng, làm lạnh, cần thiết được cấu tạo thân trụ thẳng đáy tròn, cổ và thân chai không bị giảm nhanh sự chêch lệch đường kính thì tăng độ bền cơ hơn cho các loại chai có cấu tạo khác nhau

1.3 Tính chất quang học của thủy tinh

Đặc tính quang học của thủy tinh được thể hiện ở khả năng hấp thụ ánh sang và phản

xạ ánh sang: Tính chất hấp thụ còn phụ thuộc vào bước song của ánh sang Thủy tinh silicate có khả năng hấp thụ tia có bước sóng bằng 600 nm

Kim loại Fe lẫn vào các sản phẩm thủy tinh sẽ ngăn cản sự truyền xuyên qua của tia tử ngoại (UV) và tia hồng ngoại (IR) Do đó có thể điều chỉnh sự truyền ánh sang qua thủy tinh bằng cách thêm vào các chất tạo màu như: oxyt kim loại, hợp chất của lưu huỳnh, hợp chất của selen, các oxyt kim loại khác

Bảng 1: Các oxýt kim loại tạo màu cho thủy tinh có ảnh hưởng đến sự truyền của các tia

Trạng thái màu Oxýt kim loại tạo màu

Không màu hấp thụ tia UV (không cho tia truyền qua thủy tinh

Xanh da trời (Purple) màu đỏ tía, xanh lam + đỏ

Xanh lá cây nâu Nâu

(Amber) màu vàng nâu

Vàng Cam

Đỏ Đen

CdS + Se CdS + Se, Au, Cu, UO3 + Sb2S3

Co3O4 (+ Mn, Ni, Fe, Cu, Cr dạng oxyt)

Thủy tinh có chứa hỗn hợp của các oxyt kim loại như cobalt (Co), nikel (Ni), chromium (Cr), sắt (Fe) đều có thể tăng sự hấp thu ánh sang khả kiến, tia tử ngoại hoặc tia hồng ngoại riêng oxyt sắt tạo màu xanh lá cây cho thủy tinh có khả năng hấp thụ tia cực tím và hồng ngoại

Hiệp hội Dược học Mỹ đã định nghĩa các bao bì thủy tinh cản quang là loại chỉ cho xuyên qua khoảng 10% ánh sáng có bước sóng 290- 450nm qua thành dày trung bình, do

đó loại thủy tinh amber và thủy tinh xanh lá cây là thủy tinh cản quang rất tốt

Thủy tinh có khuynh hướng hóa sẫm đen dưới năng lượng của bức xạ mạnh như trong trường hợp chiếu xạ thực phẩm Tia bức xạ có thêt gây nên sự thay thế, dịch chuyển điện

tử trong mạng cấu trúc, làm thay đổi hóa trị tạo nên đa hóa trị với các oxyt kim loại, gây màu cục bộ khác với các vùng hoặc có thể làm tăng sự hấp thụ ánh sáng thường

Bảo vệ thủy tinh mang màu: màu của thủy tinh có thể giảm theo thời gian sử dụng, do

đó một lượng CeO2 (bị khử thành CeO3 bởi sự chiếu xạ), khoảng 1,5%, được cho vào để cải thiện tính giảm màu của thủy tinh, nhưng giá thành sẽ cao

Thủy tinh amber và một số thủy tinh màu xanh lá cây (Cr2O3, Fe2O3 + Cr2O3 + CuO,

V2O3) có khả năng ngăn cản tia tử ngoại do đó được dùng chai lọ đựng thuốc, hóa chất đắt tiền, rượu vang, bia để tránh hư hỏng các thành phần bên trong

2 Tính chất hóa học

Độ bền hóa học là khả năng chống ăn mòn hóa học của môi trường tiếp xúc với thủy tinh Độ bền hóa học thủy tinh tùy thuộc thành phần nguyên liệu ban đầu và điều kiện môi trường tiếp xúc với thủy tinh

Môi trường nước và acid

Môi trường này có tính ăn mòn thủy tinh do thành phần H+ phân li từ acid sẽ đến nhận điện tử của kim loại kiềm, kiềm thổ tạo thành khí H2, và các ion kim loại kiềm thổ khuếch tán vào môi trường, tạo nên các lỗ hỏng trong mạng cấu trúc bề mặt của thủy tinh:

2H+ + 2Na → H20 + 2Na+Quá trình ăn mòn dừng lại khi không còn H+ trong môi trường hoặc khi tất cả kim loại kiềm, kiềm thổ ở bề mặt thủy tinh bị chuyển thành ion và khuếch tán vào môi trường, còn lại các nguyên tử Si trên bề mặt của thủy tinh Sự ăn mòn này tạo cho thủy tinh có bề mặt nhám, bị lõm thành các vết li ti, mất vẻ sáng bóng, ảnh hưởng đến tính chất quang học

Thủy tinh kiềm thổ bị ăn mòn bởi môi trường acid ở mức độ kém hơn so với thủy tinh kiềm

Môi trường kiềm

Môi trường kiềm ăn mòn thủy tinh nhanh chóng hơn so với môi trường acid, vì oxyt Si

là oxyt lưỡng tính, mạng lưới SiO4 bị ăn mòn dần trở nên những vết, khuyết rõ rang hơn

so với trường hợp acid Acid flourhydric HF ăn mòn thủy tinh rất mạnh

Thủy tinh có các thành phần như: TiO2, Cr2O, Al2O3 thì bền trong môi trường acid cũng như môi trường kiềm Nhiệt độ môi trường ăn mòn càng cao thì thủy tinh bị ăn mòn

càng nhanh hơn, nếu bề mặt thủy tinh có vết trầy sước thì cũng tạo điều kiện ăn mòn dễ dàng

IV QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO THỦY TINH

1 Quy trình

Cát có kích thước to

(105÷1100C)

Cát Rửa, chà xát Sấy khô Phân loại kích thước Phân ly điện từ Sấy cát Nấu Tạo hình Phủ nóng ( bề mặt)

2 Thuyết mình quy trình 2.1 .Nguyên liệu

Là cát biển trắng, cần có hạt đồng đều, hàm lượng SiO2 và hàm lượng Fe2+, Fe3+ đáp ứng yêu cầu của loại thủy tinh Nếu nguyên liệu có độ hạt và thành phần không phù hợp thì có thể gây khuyết tật dạng bọt khí cho chai lọ, vật dụng

2.2 .Rửa – chà xát

Cát được rửa bằng nước, đồng thời được chà xát để tách rời những hạt dính vào nhau

và lẫn trong nguyên liệu ( như NaCl) và một số tạp chất dạng huyền phù

2.3 .Phân loại theo kích thước hạt

Cát sau khi được chà xát, rửa sấy khô, được qua hệ thống rây để phân loại theo kích thước hạt, nhằm giúp quá trình nấu thủy tinh được dễ dàng Nếu độ hạt đồng đều, thì thời gian và nhiệt độ nấu không bị dao động nhiều

2.4 .Phân ly điện từ

Nguyên liệu cát có thể có hàm lượng oxyt sắt (FeO, Fe2O3) hoặc FeS với liều lượng cao hơn giới hạn cho phép trong sản xuất thủy tinh sẽ ảnh hưởng xấu đến tính chiết quang, cũng như tạo màu không mong muốn cho thủy tinh Do đó, phải loại tạp chất sắt bằng phương pháp điện từ

2.5 .Sấy cát

Sấy ở nhiệt độ rất cao (700÷8000C) nhằm mục đích loại bỏ tạp chất hữu cơ, nâng nhiệt

độ khối cát lên cao, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nấu thủy tinh

2.6 Nấu thủy tinh

Giai đoạn nấu thủy tinh ảnh hưởng đến chất lượng của thủy tinh Khối nguyên liệu được gia nhiệt đến 1100÷14000C để nấu chảy tạo thủy tinh, tùy theo thành phần nguyên liệu Nếu thành phần nguyên liệu có Na cao thì sẽ làm giảm nhiệt độ nóng chảy của khối nguyên liệu xuống khoảng 10000C

Đây chính là quá trình nóng chảy của SiO2, tạo cấu trúc đồng nhất giữa oxyt silic và các kim loại kiềm, kiềm thổ hoặc kim loại lưỡng tính, có mặt trong khối nguyên liệu Có giả thuyết cho rằng, trong quá trình nấu thủy tinh xảy ra sự tạo liên kết mới sắp xếp lại cấu trúc, SiO2 chuyển thành SiO4, có dạng khối tứ diện đều, nguyên tử Si nằm tại tâm, và chuyển nguyên tử oxy phân bố ở bốn đỉnh của khối tứ diện

Trong quá trình nấu thủy tinh, có sự tham gia của cacbon (C) để khử oxy từ các oxyt kim loại (khác SiO2), tạo thành khí CO, CO2 và thoát ra khỏi khối thủy tinh Nếu nhiệt độ nấu thủy tinh được hạ thấp do thêm một số phụ gia hoặc hàm lượng Na cao khiến thời gian nấu thủy tinh diễn ra ngắn, tiêu hao năng lượng thấp nhưng quá khử bọt ( thoát khí

CO, CO2) xảy ra không triệt để sẽ gây ra khuyết tật dạng bọt khí cho thành phẩm thủy tinh

Bên cạnh đó, nhiệt độ nấu thủy tinh thấp và thời gian ngắn đều là nguyên nhân làm cho một số oxyt kim loại không thể nóng chảy hoàn toàn, không tạo được cấu trúc đồng nhất, do đó gây khuyết tật dạng thủy tinh hoặc khuyết tật dạng tinh thể cho thành phẩm

2.7 .Phủ nóng

Phủ nóng bằng bột SnO2 nóng để bảo vệ bề mặt sản phẩm thủy tinh đang ở nhiệt độ cao,không bị nứt ra và đánh bóng bề mặt thủy tinh

2.8 Ủ,tôi thủy tinh

Sau khi tạo hình sản phẩm được ủ hoặc tôi để thay đổi ứng suất nội tồn tại trong quá trình tạo hình nhằm làm tăng độ bền của thủy tinh tronh sử dụng

Ủ thủy tinh:sản phẩ thủy tinh sau khi được tạo hình đạt nhiệt độ khoảng 700÷800oC,được phủ nóng,được làm ngượi xuống nhiệt độ 300oC ,sau đó lại được lại được gia nhiệt đến 700oC và được làm nguội chậm đến nhiệt độ thường,nhằm để giảm ứng suất ở thành trong và thành ngoài của trai lọ thủy tinh,tạo cho thủy tinh có độ bền cơ cao

Tôi thủy tinh: thủy tinh sau khi được tạo hình,phủ nóng và làm nguội đến 300oC thì được gia nhiệt đến nhiệt độ 700oC và được làm nguội nhanh để tăng ứng suất bên trong thành trai lọ và tạo ứng suất đồng đềutrong cả sản phẩm.sản phẩm thủy tinh tôi chịu được

sự chênh lệch nhiệt độ cao đến 270oC (thủy tinh không tôi chịu được sự chênh lệch nhiệt

độ là 270oC).sản phẩm thủy tinh tôi bị vỡ sẽ tạo thành những mảnh vỡ vụn không sắc cạnh Thủy tinh tôi được dùng chế tạo các loại kính đảm bảo an toàn cho người sử dụng trong trường hợp nó bị vỡ như:dùng làm kính xe ô tô,một số loại chai lọ,chén đĩa cao cấp

và thủy tinh chịu nhiệt độ cao

3 Các loại khuyết tật

Chất lượng thủy tinh được đánh giá bởi độ đồng nhất hóa học (từ đó sẽ dẫn đến sự đồng nhất về vật lý).sự có mặt các thành phần lạ không đồng nhất gọi là khuyết tật của thủy tinh.Tùy theo các nguyên nhân khác nhau về hình dạng,đặc tính hóa lý ,và làm giàm chất lượng thủy tinh.khi sản phẩm đã bị khuyết tật thì không thể khắc phục mà phải loại

bỏ

3.1 Khuyết tật dạng bọt khí

Bọt khí có nhiều kích thước khác nhau ,không màu,trong suốt.khuyết tật dạng này là

do thành phần phế liệu không thích hợp hoặc kích thước hạt cát không đồng đều hoặc do chế độ nấu thủy tinh không hợp lý như nhiệt độ thấp hoặc thời gian khử bọt ngắn khiến cho khí tạo ra trong quá trình khử các oxyt không thể thoát khỏi thủy tinh một cách hoàn toàn

3.2 Khuyết tật dạng thủy tinh

Các khuyết tật dạng này do thành phần nguyên liệu không thích hợp với chế độ nấu thủy tinh do đó khác về mật độ độ chiết suất ,độ nhớt ,sức căng bề mặt.Những thành phần

lạ này sẽ tạo dạng vân ,dạng sợi trong khối thủy tinh,gây giảm độ đồng nhất,giảm tính bền cơ ,nhiệt của thủy tinh được chế tạo

3.3 Khuyết tật dạng tinh thể

Khuyết tật dạng tinh thể tạo thành trong quá trình phối liệu trong nguyên liệu có những thành phần không phản ứng ,không nóng chảy nằm lại trong thủy tinh ;do chế độ nhiệt không thích hợp và thời gian nấu ngắn tạo nên những đốm ,vết đục của các oxyt không hòa tan ,không đồng thể với thủy tinh

Miệng chai loại A: có ren vặn để đóng nắp vào, nắp tương ứng cũng có cấu tạo ren

Chai thủy tinh miệng loại A chứa đựng chất lỏng không có áp lực khí như CO2 hoặc chỉ

có áp lực riêng phần của ethanol trong sản phẩm rượu mùi có nông độ cồn <40oV

Loại nắp này được làm bằng nhôm hoặc thiếc có phủ lớp sơn bên trong và bên ngoài, có đệm plastic để đảm bảo độ kín cho chai, ngoài ra cần có nút đệm, đậy miệng chai trước khi đậy nắp, nút đệm thường bằng vật liệu HDPE Sau khi đậy nút đệm,vặn nắp thiếc vào theo đường ren thì miệng nắp đệm sẽ áp sát vào lớp đệm của nắp thiếc, tạo độ kín khít hoàn toàn

Miệng chai loại B: có cấu tạo thành miệng khá dày, để chứa các loại rượu vang,

rượu champagne…có áp lực CO2 cao, có thời hạn tồn trữ và sử dụng rất dài nên cần phải đậy kín và có khả năng chịu áp lực cao của CO2 được nén trong chai Chai được đậy kín bằng nút bấc, nút có cấu tạo hình trụ tròn có mũ nấm, thân trụ dài khoảng 4 cm nút bằng

gỗ bấc có tính đàn hồi cao, sẽ đậy chặt khít miệng chai và nhô lên khỏi miệng chai 1,5cm,

và dậy thép được buộc bên ngoài miệng chai giúp cho nút bấc chịu được áp lực nén cao của CO2 bên trong chai Kế đến lớp bọc ngoài là lớp giấy nhôm áp sát vào miệng chai, các mép giấy che phủ giây thép bên trong

Hiện nay một số chai rượu vang có cấu tạo nắp chai thay đổi về vật liệu:

- Nút bậc được chế tạo bằng plastic có độ đàn hồi cao

- Dây thép được thay thế bằng nắp ren tương ứng với chai miệng ren Nút cao su được đóng kín vào miệng chai không cần có phần nhô lên, đóng vào hẳn trong miệng chai và sẽ được khui bằng dụng cụ khui chuyên dùng dạng vít xoắn

- Giấy nhôm được bọc tha thế bằng màng co plastic có in thương hiệu

Phương pháp đậy kín sản phẩm rượu vang có áp lực CO2 trong chai đã đạt kết quả hữu hiệu, cho đến nay vẫn chưa có phương pháp nào hữu hiệu hơn có thể thay thế nguyên tắc này.Ngoài ra, cấu tạo chai, cách đóng gói này đã mang lại tính truyền thống cao cấp cho sản phẩm rượu vang

Miệng chai loại C: có cấu tạo thành miệng dày và có gờ, được đậy bằng nắp mũ

Nắp bằng thiếc có lót lớp đệm bằng gỗ bấc hoặc bằng cao su để có thể áp chặt khíp vào miệng chai,tạo sự kín hoàn toàn khi nắp được dập trên miệng chai bằng một lực cơ học

và tạo nên lớp gợn chung quanh Loại này đóng nắp phủ miệng được dùng chứa đựng nước giải khát có gas, sản phẩm có giá thành thấp, được tiêu thụ nhanh và áp lực CO2

trong chai không quá cao Cách đóng chai miệng loại C không được dùng để bảo quản sản phẩm có CO2 trong thời gian dài như đối với loại B

KẾT LUẬN

Bao bì thủy tinh ngày nay được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là lĩnh vực thực phẩm Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, bao bì ngày càng đa dạng về chủng loại mẫu mã, đẹp mắt, thu hut, tiện lợi cho người tiêu dùng

Sau quá trình tìm hiểu về đề tài này, giúp chúng em hiểu sâu hơn về bao bì thủy tinh, công nghệ sản xuất thủy tinh, tạo nền tảng vững chắc cho những môn chuyên ngành về sau

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Đỗ Vĩnh Long ( chủ biên), (2013), Giáo trình Công nghệ bao bì và Đóng gói thực

phẩm, Đại học Công nghiệp thực phẩm TP.HCM

[2] Đống Thị Anh Đào, Kỹ thuật bao bì thực phẩm, (2008), NXB Đại Học Quốc Gia

TP.HCM [3] http://www.camdaglassco.com.vn/news_detail/133

CÂU HỎI CỦNG CỐ BÀI

Câu 1: Những đặc tính nào sau đây không phải là ưu điểm của bao bì thủy tinh:

a Có khả năng chịu áp suất bên trong

b Tái sinh dễ dàng, không gây ô nhiễm môi trường

c Dẫn nhiệt rất tốt

d Ít bị ăn mòn hóa học bởi môi trường kiềm và axit [<br>]

Câu 2: Có bao nhiêu loại thủy tinh silicat thường được sử dụng trong công nghiệp:

a Thủy tinh chứa kali và canxi

b Thủy tinh chứa natri và canxi

c Thủy tinh chứa kali và chì

d Thủy tinh chứa bo và nhôm [<br>]

Câu 4: Nguyên liệu trong sản xuất bao bì thủy tinh là:

a Hợp chất vô cơ từ quặng như K2CO3, CaCO3

b Cát nấu thủy tinh có hàm lượng SiO2 cao và hàm lượng tạp chất sắt nhỏ

Câu 7: Phát biểu nào sau đây không đúng về tính chất quang học của thủy tinh?

a Thủy tinh amber và thủy tinh xanh lá cây là thủy ting cản quang tốt nhất

b Thủy tinh cản quang chỉ cho xuyên qua 20% ánh sáng có bước sóng khoảng 290- 450nm

c Trong trường hợp chiếu xạ thực phẩm, thủy tinh có khuynh hướng hóa sẫm đen

d Thủy tinh silicat có khả năng hấp thụ tia có bước sóng 150- 600nm [<br>]

Câu 8: Đặc điểm của miệng chai loại C?

a Có cấu tạo thành miệng dày và có gờ, được đậy bằng nắp mũ

b Nắp bằng thiếc có lót đệm bằng gỗ bấc hoặc bằng cao su để có thể áp chặt khít vào miệng chai

c Dùng chứa đựng nước giải khát có gas, sản phẩm có giá thành thấp, được tiêu thụ nhanh và áp lực CO2 trong chai không quá cao

a Giảm nhiệt độ nóng chảy của khối nguyên liệu

b Tăng nhiệt độ nóng chảy của khối nguyên liệu

c Không ảnh hưởng đến nhiệt độ nóng chảy của khối nguyên liệu

d Ảnh hưởng đến chất lượng thủy tinh sau khi nấu.[<br>]

Câu 12: Mục đích của công đoạn ủ thủy tinh:

a Giảm ứng suất ở thành trong và thành ngoài của trai lọ thủy tinh,tạo cho thủy tinh có độ bền cơ cao

b Giúp thủy tinh có thể chịu được chênh lệch nhiệt độ cao

c Khi thủy tinh bị vỡ thành mành vụn không gây nguy hiểm

d Cả 3 câu trên đều đúng [<br>]

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Các loại bao bì 7 Hình 1.2 Ứng dụng trong dược phẩm và thực phẩm 9 Hình 3.1 Phương pháp đùn thổi 13 Hình 3.2 Bộ phận đùn cán 14 Hình 4.1 Phương pháp ghép ướt 15 Hình 4.2 Ghép đùn 17 Hình 6.1 Ruben Rausing 18

Hình 6.2 Cấu tạo bao bì tetra-pak 20

Hình 6.3 Cấu trúc HDPE 20 Hình 6.4 Giấy bìa 22 Hình 6.6 Lá nhôm 23 Hình 6.7 Cấu tạo của LDPE 26

Hình 6.8 Một số sản phẩm đựng trong bao bì tetra pak 27

Hình 6.9 Dây chuyền tiệt trùng bao bì giấy ở công ty Tetra Pak 30 Hình 6.10 Nguyên tắc đóng bao bì Tetra pak 32 Hình 6.11 Dây chuyền đóng hộp sản phẩm trong bao bì Tetra Pak 34 Hình 6.12: Đóng gói bao bì 34 Hình 6.13 Quá trình đóng gói trong điều kiện thanh trùng, tiệt trùng 35 Hình 6.14 Một số ứng dụng của bao bì Tetra Pak 36

MỤC LỤC

Danh mục các hình 3 Lời mở đầu 6

I Tổng quan về bao bì 7 1.1.Khái niệm bao bì 7 1.2.Phân loại bao bì thực phẩm 7 1.2.1 Bao bì kín 7 1.2.2 Bao bì hở (hay chỉ bao bọc một phần sản phẩm) 8 1.3 Những yêu cầu chung về vật liệu làm bao bì 8

II Giới thiệu bao bì nhiều lớp 8 2.1 Định nghĩa và mục đích 8 2.2 Cấu trúc và phân loại 9 2.2.1 Cấu trúc 9 2.2.2 Phân loại 10 III Phương pháp chế tạo màng nhiều lớp 12 3.1 Trực tiếp 12 3.1.1 Phương pháp đùn cán trực tiếp 12 3.1.2 Phương pháp đùn thổi 12 3.2 Gián tiếp 13

IV Các phương pháp ghép màng 15 4.1 Phương pháp ghép ướt 15 4.2 Ghép khô không dung môi 16 4.3 Ghép đùn 17

V Ưu nhược điểm bao bì màng nhiều lớp 17 5.1 Ưu điểm 17 5.2 Nhược điểm 17

VI Giới thiệu bao bì tetrapak 18 6.1 Lịch sử hình thành bao bì tetrapak 18 6.2 Khái niệm bao bì Tetrapak (Tetrabrik) 19

6.3 Cấu trúc bao bì Tetra pak 20 6.4 Phương pháp đóng gói bao bì Tetrapak 31 6.4.1 Mục tiêu – Đặc điểm của phương pháp Tetrapa 31 6.4.2 Cách đóng bao bì tetra pak 33 6.4.3 Một số loại thiết bị 33 6.5 Ưu – Nhược điểm của bao bì tetrapak 36 6.5.1 Nhược điểm 36 6.5.2 Ưu điểm 37 6.6 Ứng dụng của bao bì Tetra Pak 37 Kết luận

Tài liệu tham khảo