HỒ sơ NGHIÊN cứu KHOA học nguyễn bá sơn 15148043

Việc sản xuất và tiêu thụ nhựa, đặc biệt từ các mặt hàng bao bì thực phẩm tiếp tục tăng, sự gia tăng này đã tạo ra các vấn đề môi trường nghiêm trọng do các vật liệu không có khả năng ph

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

SVTH : NGUYỄN BÁ SƠN MSSV: 15148043 Khoá : 2015 – 2019

Lớp : 15148CL2

Ngành : CÔNG NGHỆ IN

Tp Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2019

MỤC LỤC

1 PORTFOLIO 1

2 TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4

3 POSTER 26

4 THAM GIA CÁC HỘI THÀO CHUYÊN NGÀNH 27

5 THAM DỰ CÁC CHƯƠNG TRÌNH ĐẶC BIỆT CỦA KHOA IN 28

6 THAM DỰ CÁC TRIỂN LÃM CHUYÊN NGÀNH 29

1

1 PORTFOLIO

• Thời gian thực hiện : 1/7/2019 – 22/8/2019

• Mục đích thực hiện :

- Tổng kết quá trình học tập sau 4 năm học tập

- Ứng dụng các phần mềm đã được truyền đạt như : Ai, Photoshop,

Indesign

• Tham khảo tại : Son’s Portfolio.pdf

• Minh chứng thực hiện :

2

3

4

2 TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

• Tên đề tài : NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA POLYETHYLENE (PE)

NHẰM ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT BAO BÌ MỀM

• Thời gian thực hiện : 20/5/2019 – 5/8/2019

• Tóm tắt đồ án tốt nghiệp :

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1 Lý do chọn đề tài

Polymer đã trở thành một trong những vật liệu quan trọng nhất trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, hàng triệu tấn nhựa được sản xuất hàng năm trên toàn thế giới Việc sản xuất và tiêu thụ nhựa, đặc biệt từ các mặt hàng bao bì thực phẩm tiếp tục tăng, sự gia tăng này đã tạo ra các vấn đề môi trường nghiêm trọng do các vật liệu không có khả năng phân hủy sinh học (Debeaufort, Quezada Gallo, & Voilley, 1998) Với các quy định môi trường chặt chẽ hơn và tăng chi phí xử lý chất thải, các nhà sản xuất nhựa buộc phải tìm kiếm giải pháp thay thế Polymer tái chế là một giải pháp thực sự tối ưu đối với môi trường nhưng chưa thành công ở quy mô toàn cầu, ước tính chỉ có 1% nhựa sản xuất được tái chế trên toàn thế giới, trong khi phần còn lại thải ra môi trường bên ngoài mà không được phân huỷ do chúng có nguồn gốc từ dầu mỏ

Với mối quan tâm ngày càng gia tăng về vấn đề ô nhiễm môi trường, nhiều nỗ lực nghiên cứu đã được thực hiện, nhằm tạo ra các vật liệu thân thiện với môi trường chắc chắn sẽ chiếm một vị trí đặc biệt quan trọng Trong các vấn đề nghiên cứu nói trên polymer phân huỷ sinh học (Biopolymer) có nguồn gốc từ thiên nhiên, đã thu hút rất nhiều sự chú ý trong những năm gần đây Polymer phân huỷ sinh học có tiềm năng thay thế cho polymer truyền thống nhờ chi phí thấp và sẵn có dễ dàng từ các tài nguyên có thể tái tạo và khả năng phân hủy sinh học

5

1.2 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu về PE “xanh” và quá trình sản xuất

- Công nghệ sản xuất bao bì đa lớp

- Các lớp cấu thành hộp sữa và phương pháp ghép màng

- Các lỗi trong quá trình sản xuất của công nghệ này và cách khắc phục

1.2.2 Đối tượng nghiên cứu

- Quy trình sản xuất từ bã mía thành PE xanh

- Nguyên vật liệu sử dụng : PE “xanh”, mực in

- Cấu trúc bao bì hộp sữa PE xanh

- Công nghệ in áp dụng

1.3 Giới hạn đề tài

- Đề tài được giới hạn trong các công nghệ in phù hợp với đặc tính của vật liệu bao bì sữa

- Đề tài này chỉ đề cập đến bao bì sữa(bao bì sử dụng PE)

- Tập trung vật liệu in và công nghệ in vào bao bì

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết về vật liệu polyethylene phân hủy sinh học

- Ứng dụng vật liệu polyethylene phân hủy sinh học bao bì mềm

Hình 2.1: Cấu trúc PE

2.1.2 Tính chất và ứng dụng PE

Polyetylen là polyme không bị hoà tan trong bất cứ loại dung môi nào ở nhiệt

độ thường Tuy nhiên khi ngâm trong các hydrocarbon thơm, hydrocarbon clo hoá, dầu khoáng và parafin trong một thời gian dài thì PE bị trương lên và giảm độ bền cơ học Ở nhiệt độ trên 70oC, PE tan một phần trong một số dung môi như xylen, decalin Tính chất cơ học của PE phụ thuộc vào trọng lượng phân tử và độ kết tinh của nó

HDPE trong suốt nhưng mức độ mờ đục cao hơn LDPE, độ bền cơ học, sức bền kéo và sức bền xé đều tương đối cao Từ các ưu điểm trên, HDPE có chức năng bảo vệ các lớp bên trong

LDPE có mật độ thấp nên các tính chất của nó yếu hơn HDPE nhưng khả năng kháng hóa chất cao hơn Đặc trưng của LDPE thể hiện ở tính kháng hóa tốt, không phản ứng với các axit loãng, bazo cũng như este Phản ứng tương đối, đối với các hydro cacbon có nhiều chất béo, dầu khoáng, các chất oxy hóa Vì tính kháng hóa

- Có độ bền cao khi nóng chảy

- Có độ trong cao, mềm dẻo

- Cán màng

- Các loại túi và lớp lót khi không yêu cầu độ bền, bao bì thực phẩm, màng co

HDPE

- d= 0.94 – 0.97 g/cm3

- Tm: 130 – 1350C

- Có ít hoặc không phân nhánh

- Độ bền cơ học cao, độ cứng cao

- Có khả năng chịu nứt ứng suất tốt,

chống thẩm thấu hơi tốt

- Có khả năng chịu được va đập ở

nhiệt độ thấp tốt hơn so với các loại

2.1.3 Sự phát triển của polyethylene xanh

PE tái tạo có các đặc tính của giống hệt với PE hoá dầu về tính chất vật lý và tính chất hoá học, không những thế các sản phẩm bao bì từ biopolyethylene có thể tái chế và ít ảnh hưởng đến môi trường

8

Năm 2007, Brakem sản xuất các mẫu ethylene xanh đầu tiên từ ethanol mía và monome để sản xuất ra polyethylene xanh Trong cùng năm Braskem cũng cho ra mắt thế giới sản phẩm polyetylen xanh được sản xuất 100% từ các tài nguyên tái tạo, được xác minh dựa trên tiêu chuẩn ASTM D6866 của phòng thí nghiệm Beta Analytic tại Hoa Kỳ

Polyethylene xanh là một loại nhựa được sản xuất từ mía, một nguyên liệu thô tái tạo, thu giữ và cố định CO2 từ khí quyển trong quá trình sản xuất, giúp giảm phát thải khí nhà kính Trong khi polyetylen truyền thống sử dụng các nguyên liệu thô có nguồn gốc hóa thạch như dầu hoặc khí tự nhiên

2.1.4 Xu hướng và nhu cầu

Tiêu dùng bền vững hay tiêu dùng xanh là khái niệm được đưa ra sau khi xu thế sản xuất và tiêu dùng chủ yếu dựa vào nguồn tài nguyên thiên nhiên tránh dẫn đến tác động đối với môi trường

Khi nhận thức về tiêu dùng nâng cao, khách hàng thường quan tâm nhiều hơn đến nguồn gốc sản phẩm và quá trình mà sản phẩm được tạo ra Việc này đòi hỏi các doanh nghiệp phải biết nắm bắt tâm lý chung của khách hàng, thể hiện sự quan tâm hơn đến quy trình sản xuất, sao cho giảm thiểu tối đa tác động đến thiên nhiên và môi trường sinh thái Thậm chí có thể coi đó như một thế mạnh cạnh tranh trong kinh doanh, bởi nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng có được chứng chỉ rừng FSC sẽ có những lợi thế tốt hơn khi gia nhập thị trường quốc tế, có doanh thu cao hơn, nhìn thấy những thay đổi rõ rệt trong việc gia tăng hình ảnh tích cực trong mắt người tiêu dùng

9

CHƯƠNG 3: ĐẶC ĐIỂM VỀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT VÀ TÍNH CHẤT

POLYETHYLENE PHÂN HỦY SINH HỌC 3.1 Đặc điểm của PE “xanh”

3.1.1 PE “xanh”

Polyethylen “Xanh” có thể thay thế polyethylen thông thường (một loại nhựa nhiệt dẻo phần lớn được sử dụng để đóng gói trong các ngành công nghiệp sản xuất nhựa tiêu dùng như thực phẩm, đồ uống, túi nhựa,…) Mặc dù nguyên liệu ban đầu

là khác nhau, PE có nguồn gốc sinh học về mặt hoá học và vật lý có tính chất giống với polyethylen truyền thống Tuy không thể tự phân huỷ nhưng có thể tái chế thành các sản phẩm khác, giảm được chất thải nhựa là đặc tính vô cùng quan trọng của PE xanh

3.1.2 Quy trình sản xuất

Hình 3.1: Quy trình sản xuất PE xanh từ mía

3.1.3 Tính cơ học của PE xanh

3.1.3.1 Yếu tố kiểm tra

• Độ uốn

Độ bền uốn là khả năng của vật liệu chịu được lực uốn tác dụng vuông góc với

bề mặt của vật liệu Xác định bằng công thức

σ = 2𝑤𝑤ℎ3𝐹𝐹𝐹𝐹2Trong đó: F là tải trọng gãy, L là khoảng cách giữa hai điểm cố định trên vật mẫu, w

là chiều rộng mẫu vật và h là chiều cao mẫu vật (Askeland & Phule 2005)

10

• Kiểm tra về độ bền kéo

Kiểm tra độ bền kéo để đo khả năng của vật liệu chịu được các lực có xu hướng kéo ra xa và lực căng của vật liệu trước khi đứt

Công thức kiểm tra độ bền kéo

Độ 𝑏𝑏ề𝑛𝑛 𝑘𝑘é𝑜𝑜 =AF =Diện tích mặt cắt ngang Lực kéo tối đa

• Phân tích cơ học động (DMA)

Phân tích cơ học động (dynamic material analysis, DMA) là một kỹ thuật được

sử dụng để phân tích và mô tả vật liệu Bằng cách tác động một lực lên bề mặt vủa vật liệu để nghiên cứu độ đàn hồi và tính chịu lực của vật liệu theo thời gian và nhiệt

• Chỉ số nóng chảy

Chỉ số nóng chảy (Melt Flow Index, MFI) của PE và hợp chất PE được định nghĩa

là khối lượng của chúng, tính bằng grams, nóng chảy trong 2.5 phút hoặc 10 phút ở

190 O C qua một khuôn có đường kính là 2.095 mm Dưới tác động của một tải, PE được đặt trong một xilanh kim loại thẳng đứng, được đùn qua khuôn nhờ một

pittong trong điều kiện nhiệt độ nhất định

Mật

độ

Độ dày màng

Độ bền kéo khi đứt

Độ giãn khi đứt

Bảng 3.2: Thông số cơ học của PE Tính

chất

Chỉ số nóng chảy

Mật

độ

Độ dày màng

Độ bền kéo khi đứt

Độ giãn khi đứt

 Tính chất cơ học của Bipolyethylen và polyethylen tương đối giống nhau Tuy quá trình sản xuất khác nhau nhưng đặc tính của HDPE và LDPE của biopolyethylen vẫn đảm bảo độ cơ học để có thể ứng dụng vào công nghệ sản xuất bao bì đa lớp

3.2 Mực in “xanh”

Trong ngành công nghiệp in ấn hiện nay, các loại mực được sử dụng hầu hết đều chứa các hợp chất hữu cơ dễ, đặc biệt là các hợp chất được sử dụng trong in lõm

12

và flexo Sau khi in, các hợp chất hữu cơ này dễ bay hơi, gây hại cho cơ thể con người

và môi trường thông qua sự xâm nhập vào không khí, thực phẩm

Hiện tại, mực in hữu cơ có tốc độ khô chậm trên bao bì giấy do thành phần sản xuất và không thể đáp ứng yêu cầu về tốc độ in từ 100 đến 150 m/phút, nếu nồng độ nước giảm, độ nhớt của mực sẽ tăng và còn ảnh hưởng đến người vận hành Do đó, việc nghiên cứu mực in gốc nước đối với bao bì thân thiện với môi trường sẽ tăng hiệu quả sản xuất cũng như ít tác động đến môi trường, con người Mực in gốc nước

có thể thay thế mực in gốc dung môi hữu cơ, đáp ứng được các yêu cầu của sản xuất in: cải thiện tốc độ sấy, hiệu suất về độ bóng, độ bám dính và cường độ tổng hợp mực

Bảng 3.4: Tính chất mực in gốc nước Màu Magenta Yellow Cyan Black

Độ nhớt đo được 20 18 22 18

Độ mịn (<= micro) ≤ 12

14

CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG POLYETHYLENE

PHÂN HỦY SINH HỌC 4.1 Những yêu cầu về bao bì

Những yêu cầu về bao bì

Về cơ bản phải giữ nguyên được thành phần hóa học của sản phẩm so với thời điểm sau khi kết thúc quá trình chế biến

• Phải giữ nguyên những tính chất vật lý cũng như hoá học lúc ban đầu

• Không bị lây nhiễm bởi các chất khác từ môi trường hoặc từ chính bao

bì, đặc biệt là những chất gây độc hại, những chất làm giảm giá trị cảm quan của sản phẩm

• Bao bì thực phẩm phải đảm bảo phù hợp với từng loại thực phẩm

• Giá trị của bao bì thực phẩm phải tương ứng với giá trị của thực phẩm chưa đựng, về nguyên tắc cần khống chế để bao bì không làm tăng giá thành của sản phẩm một cách quá mức

• Vật liệu càng dễ gia công càng tốt để có thể chế tạo bao bì bên cạnh các

xí nghiệp chế biến thực phẩm

• Vật liệu bao bì không làm thay đổi tính chất hóa học, lý học và đặc biệt

là tính chất cảm quan của thực phẩm

• Vật liệu làm bao bì phải không gây nhiễm độc cho thực phẩm

4.2 Cấu trúc bao bì hộp sữa “xanh”

Hình 4.1: Cấu trúc bao bì hộp sữa tiệt trùng

15

Bảng 4.1: Thành phần phần trăm các lớp có trong bao bì

Bao bì tiệt trùng Bao bì thông thường Định lượng giấy carbon

16

CHƯƠNG 5 CÔNG NGHỆ IN TRÊN CẤU TRÚC BAO BÌ CÓ POLYETHYLENE PHÂN HỦY SINH HỌC VÀ QUY TRÌNH TÁI

CHẾ 5.1 Phương pháp in

Đối với các sản phẩm bao bì nhiều lớp thường sử dụng công nghệ in ống đồng

vì công nghệ phù hợp in trên nhiều loại vật liệu Số lượng in của sản phẩm là số lượng lớn nên yêu cầu khả năng in cao nhầm giảm hao tốn về thời gian làm việc, đồng thời cho được hình ảnh đẹp, bắt mắt

Thông thường đối với công nghệ in ống đồng thường có hại cho sức khoẻ con người và môi trường Nay đã được cải thiện hiệu quả bằng cách sử dụng mực in gốc nước

Đáp ứng được khả năng in của sản phẩm

• Hình ảnh đẹp

• In được với số lượng lớn

Đảm bảo được tính thân thiện với môi trường, công nghệ in ống đồng được ứng dụng trong sản xuất đạt được hiệu quả cao Thể hiện được mục tiêu “xanh” hoá sản xuất

5.2 Trục in

• Phương pháp khắc

Sử dụng công nghệ làm trục khắc laser trực tiếp với chế độ khắc SHC Diện tích phủ mực của cell bằng phương pháp khắc laser có hiệu ứng đồng đều và phân bổ mực in hơn Điều này đem lại ưu điểm là tạo được mật độ quang học cao hơn khi in cùng lượng mực in Ngoài ra, trong quá trình tạo khuôn in cần quan trọng để không

bị hiện tượng Moire Để đạt được điều đó, cần phải chọn góc xoay và độ phân giải phù hợp

Những độ phân giải chuẩn thường dùng cho sản phẩm bao bì thường là 150 Lpi, 165 Lpi và 1755 Lpi Độ phân giải và góc xoay được chọn cho các màu CMYK là:

17

Bảng 5.1: Thông số góc xoay tram

• Đặc điểm trục in đối với mực gốc nước

Khi sử dụng mực in gốc nước trục in được khắc nông hơn so với sử dụng mực gốc dầu, hình dáng các cell cũng khác nhằm làm giảm lượng nước trong các cell cho mực mau khô Vì mực gốc nước cần nhiều thời gian và năng lượng để sấy khô hơn mực gốc dầu Khoảng cách các cell sẽ giảm để tránh mực loang sang các cell kế cận làm nhoè hình ảnh, trục phải được mài nhẫn để tránh lem mực ở vùng không in Với công nghệ khắc laser trực tiếp sẽ đảm bảo được các yếu tố về độ sâu, hình dáng và khoảng cách cell với độ chính xác ít hơn 5 (µm

Bảng 5.2: Thông số cell khi khắc bằng laser trực tiếp

Màu Độ phân giải in

Lpi Độ phân giải màu, Lpi Góc xoay

in sản phẩm)

Ghép màng:

• Là công đoạn sau thực hiện ngay sau quá trình in mục đích của ghép màng

là để tăng khả năng chứa đựng và bảo vệ của bao bì mềm Dựa theo yêu cầu của sản phẩm mà lựa chọn màng và thứ tự ghép phù hợp với chúng

• Tuỳ vào tính chất của bao bì mà lựa chọn phương pháp ghép phù hợp với sản phẩm Đối với loại sản phẩm bao bì sữa nên lựa chọn phương pháp ghép màng không dung môi để an toàn hơn đối với sản phẩm bên trong vì nếu sử dụng phương pháp ghép có dung môi, sau khi ghép các loại dung môi sẽ nằm yên ở các lớp màng ghép không thể đảm bảo trong quá trình

sử dụng các loại dung môi này không xâm nhập hay thẩm thấu qua lớp màng mà ảnh hưởng đến sản phẩm bên trong

• Phương pháp ghép không dùng dung môi: ghép khô không dung môi

Kỹ thuật ghép màng không dung môi không sử dụng tới các loại keo có gốc dung môi mà sử dụng loại keo 100% rắn Nhờ đó ta có thể giảm một cách đáng kể việc tiêu thụ năng lượng tiêu tốn cho các công đoạn sấy khô dung môi trong keo hoặc cho việc thổi và thông gió

Keo được sử dụng là loại keo 1 hoặc 2 thành phần, loại keo một thành phần được dùng chủ yếu để ghép với giấy

Để ghép bằng keo không dung môi, đòi hỏi phải có bộ phận tráng keo đặc biệt, bằng cách dùng trục tráng keo phẳng thay vì trục khắc, gồm các trục được gia nhiệt

và các trục cao su

20

Sức căng bề mặt của màng phải được chú ý đặc biệt, để xử lý độ bám dính, vì

độ bám dính ban đầu của keo rất yếu khi chưa khô Lớp keo được tráng vào khoảng từ: 0.8-1.5g/m2

Công nghệ ghép màng không dung môi là công nghệ tiên tiến nhất hiện nay, các nhà sản xuất và sản xuất bao bì trên thế giới đang chuyển sang phương pháp ghép màng không dung môi này

• Sau khi in cuộn in, màng PE, màng nhôm được dẫn cuộn để ghép màng Chiết rót:

• Trước khi chiết rót, cuộn nguyên liệu sau khi in được tiệt trùng bằng dung dịch H2O2 và được sấy khô trong phòng kín vô trùng

• Sữa được tiệt trùng UHT ở nhiệt độ cao 143oC trong 6 giây,

• Sữa được rót định lượng vào bao bì, đồng thời bao bì được hàn ghép

mí đầu, cắt rời và xếp góc Việc tạo hình bao bì và chiết rót sữa được thực hiện trên cùng một hệ thống thiết bị chiết rót

• Hộp sản phẩm được phun nước để làm sạch các chất lỏng bám ở các mối hàn và đáy

5.4 Tái chế và phân hủy

5.4.1 Phân hủy

Trong tự nhiên, quá trình phân hủy của chất dẻo diễn ra rất chậm, phụ thuộc vào các điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ ẩm của không khí và độ ẩm trong polyme, pH, năng lượng mặt trời, các tính chất của polyme và các yếu tố sinh hóa Loại nhựa khó phân hủy nhất là PE bởi chúng chống lại sự tấn công của vi khuẩn do không có các nhóm chức hoạt động Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân hủy sinh học của PE gồm: