tìm hiểu về bao bì thủy tinh

Oxyt kali K 2 O Được cho vào thủy tinh dưới dạng K2CO3, tạo cho thủy tinh vẻ bóng sáng bề mặt nên K2O được xem là phụ gia để sản xuất thủy tinh cao cấp như pha lê, thủy tinh màu, thuỷ ti

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

1 Đặc tính chung: 5

1.1 Phân loại thủy tinh vô cơ: 3 loại 5

1.2 Tính chất của thủy tinh bị ảnh hưởng bởi các cấu tử riêng phần: 5

1.3 Ưu khuyết điểm của bao bì silicat 5

2 Sản xuất bao bì thủy tinh 6

2.1 Nguyên liệu nấu thủy tinh 6

2.2 Quy trình công nghệ chế tạo thủy tinh 8

2.2.1 Sơ đồ quy trình 8

2.2.2 Thuyết minh quy trình 10

2.3 Các khuyết tật của bao bì thủy tinh 11

3 Tính chất vật lí và hóa học của bao bì thủy tinh 11

4 Nắp bao bì thủy tinh 12

5 CÔNG NGHỆ ĐÓNG GÓI BẰNG BAO BÌ THỦY TINH 13

5.1 Sản phẩm đóng gói bằng bao bì thủy tinh 13

5.2 Quy trình đóng gói bằng bao bì thủy tinh 13

5.3 Quy trình tái chế bao bì thủy tinh 14

TÀI LIỆU THAM KHẢO 16

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay xã hội đang dần phát triển, bao bì của thực phẩm là vấn đề được chú trọng của các doanh nghiệp bởi nhiều đặc tính ưu việt của nó trong bảo quản, vận chuyển, phân phối hay kiểm tra sản phẩm Trên thị trường hiện nay, phổ biến rất nhiều loại bao bì Trong đó, bao bì thủy tinh đang là một loại bao bì xu thế hiện nay, với nhiều ưu điểm, dễ tái sử dụng và đặc biệt là nó thân thiện với môi trường

Được sự hướng dẫn của thầy, chúng em xin tìm hiểu về bao bì thủy tinh để hiểu rõ hơn những tính chất, đặc điểm cũng như quy trình sản xuất bao bì và đóng gói thực phẩm bằng bao bì thủy tinh Nếu có gì thiếu sót rất mong sự góp ý của thầy để đề tài của chúng em hoàn chỉnh hơn Cảm ơn thầy Đỗ Vĩnh Long đã hướng dẫn chúng em tìm hiểu đề tài này

1 Đặc tính chung:

Thủy tinh là sản phẩm vô cơ nóng chảy bị làm quá lạnh về trạng thái rắn không kết tinh, thành một chất rắn vô định hình đồng nhất, có gốc silicat Độ chảy lỏng thay đổi liên tục theo nhiệt độ do không có điểm nóng chảy và điểm nóng rắn nhất định

Tính chất:

 Gia nhiệt đến 300OC thủy tinh mềm dần

 Gia nhiệt gần đến 1000OC linh động, chuyển sang dạng lỏng

 Độ nhớt càng giảm thấp khi nhiệt độ càng tăng

 Độ nhớt sẽ tăng dần đến cực đại và mất cả tính linh động khi được đưa về nhiệt

độ thường

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

 Thủy tinh có tính đẳng hướng

1.1 Phân loại thủy tinh vô cơ: 3 loại

Thủy tinh đơn nguyên tử: chỉ tập hợp một loại nguyên tử hóa học (thuộc nhóm V,

VI bảng phân loại tuần hoàn), đây chính là dạng đóng rắn của S, P, Se, As,

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

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

 Chai nước giải khát có gas, bia, rượu, nước quả ép

 Lọ đựng rau quả, dầm dấm

1.2 Tính chất của thủy tinh bị ảnh hưởng bởi các cấu tử riêng phần:

Lý thuyết: thủy tinh là một hỗn hợp vật lý của các oxyt, tính chất của thủy tinh được xem như tương đương với các tính chất của các oxyt ở dạng tinh thể hoặc dạng thủy tinh thuần khiết

Thực tế: khi nấu chảy hỗn hợp các oxyt thì chúng tương tác với nhau, sắp xếp vị trí trong mạch vô định hình làm thay đổi tính chất của chúng so với khi ở dạng tự do Một lượng nhỏ các oxyt kim loại kiềm và kiềm thổ được cho vào để đảm bảo tính năng mới cho thủy tinh silicat, đáp ứng những yêu cầu khác nhau cho những mục đích

sử dụng khác nhau

1.3 Ưu khuyết điểm của bao bì silicat

Ưu điểm:

 Nguồn nguyên liệu tự nhiên phong phú

 Chịu được áp suất nén bên trong

 Bảo vệ được 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 an toàn vệ sinh

 Trong suốt (đối với các sản phẩm có kết cấu bền)

 Ít bị ăn mòn hóa học

 Bắt mắt, tăng giá trị cảm quan

Nhược điểm:

 Trong suốt (đối với các sản phẩm có kết cấu không bền)

 Dẫn nhiệt kém

 Có thể bị vỡ, nứt do va chạm cợ học, nhiệt độ

 Nặng

 Không thể in, ghi nhãn theo quy định của nhà nước lên bao bì

2 Sản xuất bao bì thủy tinh

2.1 Nguyên liệu nấu thủy tinh

Oxyt silic (SiO 2 )

Đây chính là thành phần chính của đa số thủy tinh công nghiệp, trong đó SiO2 chiếm 55÷75% Thủy tinh silicat bền cơ, nhiệt, hóa Thủy tinh silicat thuần khiết còn được gọi là thạch anh có tính chiết quang cao, rất quý và được nấu ở nhiệt độ rất cao Nguồn lấy SiO2 chính là cát biển thô, trong đó có thể lẫn chất bẩn thải trong biển Ngoài SiO2 ra trong thủy tinh công nghiệp còn có Al2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O,… là thành phần cần được điều chỉnh Bên cạnh đó có thể có các oxyt nhuộm màu, các oxyt ảnh hưởng đên độ chiết quang của thủy tinh như: Fe2O3, MnO2, TiO2, Cr2O3, V2O5 Yêu cầu cát nấu thủy tinh phải có hàm lượng SiO2 cao, hàm lượng tạp chất sắt rất nhỏ (0.012÷0.3%), do Fe2O3 làm cho thủy tinh có màu vàng, FeO làm thủy tinh có màu xanh Kích thước của hạt cát phải nhỏ (0,1÷8mm), nếu kích thước hạt lớn thì sẽ khó chế tạo thủy tinh chất lượng cao do cát có trạng thái nóng chảy không đồng đều Hạt cát tròn, trơn và không có khía cạnh sẽ rất thuận tiện 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

Oxyt kali (K 2 O)

Được cho vào thủy tinh dưới dạng K2CO3, tạo cho thủy tinh vẻ bóng sáng bề mặt nên K2O được xem là phụ gia để sản xuất thủy tinh cao cấp như pha lê, thủy tinh màu, thuỷ tinh quang học, thủy tinh dùng trong phân tích hóa học và thủy tinh kĩ thuật

Oxyt canxi (CaO)

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

Oxyt bari (BaO)

BaO tạo cho thủy tinh có vẻ ngoài sáng bóng, trọng lượng riêng tăng cao, do đó BaO là phụ gia để sản xuất thủy tinh quang học và rút ngắn thời gian nấu

Oxyt kẽm (ZnO)

Làm giảm hệ số giãn nở nhiệt của thủy tinh, tạo tính bền nhiệt, bền hóa học và làm đục thủy tinh

Oxyt boric (B 2 O 3 )

Oxyt boric được cung cấp từ nguồn acid boric H2BO3, borat (hàn the)

Na2B4O7.10H2O hay từ quặng asarit 2MgO.B2O3.H2O

Nếu cho B2O3 thay thế Na2O thì hệ số giãn nở nhiệt giảm tạo nên thủy tinh bền nhiệt, bền hóa tăng lên, ngoài ra B2O3 còn khử bọt tốt, giúp rút ngắn quá trình nấu

B2O3 cần thiết cho thủy tinh quang học, kỹ thuật và một số thủy tinh đặc biệt

Oxyt nhôm (Al 2 O 3 )

Để sản xuất thủy tinh alumino silicat cao cấp Loại thủy tinh alumino silicat và các thủy tinh khác có hàm lượng Al2O3 5%, từ nguồn các oxyt nhôm kỹ thuật (Al2O3> 99%) và Hydroxide nhôm Al2O3.3H2O (65,3% Al2O3 và 34,7% H2O) Al2O3 tác động làm giảm hệ số giãn nở của thủy tinh nên làm tăng bền cơ, bền nhiệt và bền hóa học Tuy nhiên nó lại kéo dài thời gian nấu thủy tinh, khử bọt chậm, độ nhớt tăng và làm thủy tinh đóng rắn nhanh

Oxyt natri (Na 2 O)

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 điện của thủy tinh Bên cạnh đó, Na2O có tác dụng hạ nhiệt độ nấu, do đó thủy tinh dễ bị bọt Na2O được cung cấp từ muối Na2CO3 và NaSO4

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

Phân loại thủy tinh silicat trong công nghiệp

Dựa trên thành phần tham gia của các oxyt , thủy tinh silicat chia làm 4 loại:

Loại 1: thủy tinh chứa Ca và K: 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 Na và Ca: có độ bền hóa học cao do sự có mặt của nguyên

tố Ca, với hàm lượng Na thấp, và nếu như hàm lượng Na càng cao thì thủy tinh càng kém bền nhiệt cũng như kém bền hóa Với hàm lượng Na 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 K và Pb: là thủy tinh đắt tiền, tỷ trọng cao,có độ bóng sáng

bề mặt và độ chiết quang cao, dùng để làm các dụng cụ cao cấp và đồ trang sức

Loại 4: thủy tinh chứa Bo và Al: là thủy tinh bền nhiệt, bền hóa và bền cơ cao Đây

là thủy tinh kỹ thuật

SiO2 Cao MgO

Na2O

Al2O3

Fe2O3

68÷73 10÷13 0,3÷3 12÷15 1,5÷2 0,05÷0,25

Bảng 2.1 Công thức phối liệu sản xuất loại thủy tinh Na-Ca

2.2 Quy trình công nghệ chế tạo thủy tinh

2.2.1 Sơ đồ quy trình

Cát

Rửa - chà xát

Sản phẩm

Ủ, tôi sản phẩm Phù nóng Tạo hình Nấu thủy tinh Sấy cát

Phân ly điện từ Phân loại Sấy khô

2.2.2 Thuyết minh quy trình

Nguyên liệu: hạt cần có kích thước đồng đều theo yêu cầu, hàm lượng SiO2 tùy theo yêu cầu của loại thủy tinh Nếu nguyên liệu cát lẫn các loại oxyt hoặc kim loại không mong muốn thì có thể gây khuyết tật, ảnh hưởng đến chất lượng thủy tinh

Rửa – chà xát: cát được rửa bằng nước, đồng thời được chà xát để tách rời những

hạt cát dính vào nhau, công đoạn này loại được một số tạp chất hòa tan vào nước và lẫn trong nguyên liệu (như muối NaCl) và một số tạp chất dạng huyền phù

Phân loại theo kích thước hạt: cát sau khi chà xát, rửa sấy khô, được qua hệ

thống rây để phân loại kích thước hạt, nhằm giúp cho 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

Phân ly điện tử: nguyên liệu cát có thể có oxyt sắt Trong sản xuất thủy tinh nếu

oxyt sắt có liều lượng cao hơn giới hạn cho phép sẽ ảnh hưởng xấu đến tính chiết quang, cũng như tạo màu không mong muốn cho thủy tinh Do đó, oxyt sắt được loại

đi bằng phương pháp phân li điện từ

Sấy cát: sấy ở nhiệt độ rất cao (700÷800℃C) 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

Nấu thủy tinh: giai đoạn nấu ảnh hưởng lớn đến chất lượng của thủy tinh Khối

nguyên liệu được gia nhiệt đến 1100÷1400℃C để nấu chảy tạo thủy tinh, tùy theo thành phần nguyên liệu Nếu thành phần nguyên liệu có kim loại natri cao thì sẽ làm giảm nhiệt độ nóng chảy của khối nguyên liệu

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

Tạo hình thủy tinh: thủy tinh được tạo hình bằng phương pháp đùn thổi hoặc ly

tâm thổi với áp lực cao

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

Ủ, tôi thủy tinh: sau khi tạo hình sản phẩm , được ủ hoặc tôi để tăng độ bền của

thủy tinh trong thời gian sử dụng

 Ủ thủy tinh: sản phẩm thủy tinh sau khi tạo hình đạt nhiệt độ khoảng

700÷800℃C, được phủ nóng, được làm nguội xuống nhiệt độ 300℃C, sau đó lại được gia nhiệt đến 700℃C và được làm nguội chậm đến nhiệt độ thường, nhằm để giảm ứng suất nội ở thành trong và thành ngoài của chai lọ thủy tinh, tạo cho thủy tinh có độ bền

cơ học cao

 Tôi thủy tinh: thủy tinh sau khi được tạo hình, phủ nóng cà làm nguội đến

300℃C thì được gia nhiệt đến 700℃C và được làm nguội nhanh để tăng ứng suất bên trong thành chai lọ và tạo ứng suất đồng đều trog cả sản phẩm Sản phẩm thủy tinh tôi chịu được sự chênh lệch nhiệt độ cao đến 270℃C Sản phẩm thủy tinh tôi bị vỡ sẽ tạo thành những mảnh vỡ lớn đảm bảo an toàn cho người sử dụng trong trường hợp nó bị

vỡ Thủy tinh tôi được dùng để chế tạo các loại kính đảm bảo an toàn cho người sử

dụng trong trường hợp nó bị vỡ: như kính xe ô tô, một số loại chai lọ, chén đĩa cao cấp

2.3 Các khuyết tật của bao bì thủy tinh

Khuyết tật dạng bọt khí: bọt khí có nhều kích thước khác nhau, không màu,

trong suốt Khuyết tật loại này do thành phần phối liệu không hợp lí hoặc kích thước hạt cát không đồng đều hoặc do chế độ nấu thủy tinh không thích hợp như nhiệt độ nấu thấp, thời gian nấu ngắn

Khuyết tật dạng thủy tinh: các khuyết tật này do thành phần nguyên liệu không

thích hợp với chế độ nấu thủy tinh, gây nên sự khác nhau về mật độ, chiết xuất, độ nhớt, sức căng bề mặt,… tạo các dạng vân, dạng sợi trong khối thủy tinh, làm giảm độ đồng nhất, giảm tính bền cơ, bền nhiệt của thủy tinh được chế tạo

Khuyết tật dạng tinh thể: trong nguyên liệu có những thành phần không nóng

chảy nằm lại trong thủy tinh do chế độ nấu không phù hợp về nhiệt độ và thời gian Khuyết tật này tạo nên các vết đốm, vết đục của các oxyt không hòa tan, không đồng thể với thủy tinh

3 Tính chất vật lí và hóa học của bao bì thủy tinh

 Độ bền cơ:

Được quyết định từ:

 thành phần nguyên liệu

 công nghệ chế tạo

 cấu tạo, hình dáng bao bì

Thiết kế chai:

 Độ dày thành chai và đáy chai đồng đều nhau

 Thân trụ thẳng đáy tròn

 Đáy là một mặt cầu lồi

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

 Độ bền nhiệt:

Nếu rót dung dịch vào bao bì thủy tinh khi giữa chúng không chênh lệch quá 70℃C, nếu không có thể làm vỡ chai vì sự tương tác giữa lực nén và lực kéo

Thiết kế chai:

 thân trụ thẳng đáy tròn

 cổ và thân chai không được giảm nhanh sự chênh lệch đường kính

 Tính chất quang học của thủy tinh:

Dựa vào khả năng hấp thụ và phản xạ ánh sáng (tùy thuộc vào bước sóng)

Có thể điều chỉnh sự truyền ánh sáng của thủy tinh bằng các chất màu: thêm các oxit kim loại (Co, Ni, Cr, Fe): tăng sự hấp thu ánh sáng khả kiến, tia tử ngoại, tia hồng ngoại

Điều chỉnh màu sắc của thủy tinh: bổ sung oxit kim loại

 Thêm 2 – 3% oxit đồng (Cu) : màu xanh lam

 Đồng nguyên chất: màu đỏ thẫm

 Niken (phụ thuộc vào nồng độ): màu xanh da trời, tím, đen

 Titan: màu vàng

 Oxit sắt (Fe): màu xanh lá cây

 Độ bền hóa học:

Tùy thuộc vào thành phần nguyên liệu ban đầu và môi trường tiếp xúc với thủy tinh:

 Môi trường acid: tạo ra bề mặt nhám, bị lõm thành những vết li ti, mất vẻ sáng bóng, ảnh hưởng đến tính chất quang học

 Môi trường kiềm: tạo nên các vết khuyết rõ hơn môi trường acid do sự ăn mòn nhanh chóng hơn

 Nhiệt độ môi trường cảng cao thì sự ăn mòn xảy ra càng nhanh, bề mặt có vết khuyết thì cũng tạo điều kiện ăn mòn dễ dàng

4 Nắp bao bì thủy tinh

Là thành phần quan trọng của bao bì thủy tinh góp phần đảm bảo độ kín của chai

lọ, đảm bảo chức năng bảo quan thực phẩm chứa đựng, chức năng tiện lợi trong phân phối tiêu thụ và không gây nhiễm độc cho thực phẩm

Thiết kế nắp chai tùy thuộc vào:

 Dạng chai lọ chứa đựng thực phẩm

 Tính chất và giá trị thượng phẩm của thực phẩm chứa bên trong

 Hạn sử dụng dài hay ngắn của thực phẩm

 Phù hợp với thiết kế kiểu miệng chai

Loại A: có ren vặn để đóng nắp vào, chứa đựng chất lỏng không có áp lực khí

hoặc áp lực riêng phần của ethanol trong sản phẩm rượu mùi có nồng độ cồn ≤ 40℃V Được làm bằng nhôm hoặc thiếc có lớp sơn bên trong và ngoài

Loại B: Dùng để chứa đựng các sản phẩm rượu vang, champagne,… có cấu tạo

thành miệng chai khá dày, được đậy kín bằng nút bấc, dây thép được buộc bên ngoài miệng chai giúp cho nút bấc chịu được áp lực nén cao của CO2 bên trong chai, ngoài cùng là lớp giấy nhôm áp sát vào miệng chai che phủ dây thép bên trong Hiện nay đã

có thay đổi về vật liệu tạo nắp chai: nút bật làm bằng plastic có độ đàn hồi cao; dây thép được thay thế bằng nắp ren, nút cao su đóng kín vào miệng chai; giấy nhôm bao bọc được thay thế bằng màng co plastic có in thương hiệu

Loại C: Dùng để đựng nước giải khát có ga, cấu tạo thành miệng dày và có gờ,

được đậy bằng nắp mũ có lót lớp đệm bằng gỗ bấc hoặc cao su để có thể áp chặt khít vào miệng chai, tạo sự kín hoàn toàn, không được dùng để bảo quản sản phẩm có CO2 trong thời gian dài

5 CÔNG NGHỆ ĐÓNG GÓI BẰNG BAO BÌ THỦY TINH

5.1 Sản phẩm đóng gói bằng bao bì thủy tinh

Hiện nay với công nghệ hiện đại rất nhiều quy trình công nghiệp được tự động hóa Trong đó dây chuyền đóng gói bao bì thủy tinh tự động là một trong những hệ

thống được sử dụng phổ biến và rộng rãi Một vài sản phẩm đóng gói bằng bao bì thủy tinh trên thi trường:

- Nước khoáng lavie

- Nước ngọt có ga: Cocacola, Pepsi

- Bia: Heineken, Tiger, Saigon

- Nước trái cây, mật ong, …

- Nước mắm, tương ớt, …

5.2 Quy trình đóng gói bằng bao bì thủy tinh

Một hệ thống sản xuất đóng gói bao bì thủy tinh hiện đại thường được phân chia thành nhiều công đoạn nối tiếp nhau

a) Quy trình

b) Thuyết minh:

Từ khâu cấp bao bì thủy tinh, được đưa vào hệ thống băng tải

Rửa: đầu tiên được cho đi qua hệ thống rửa vệ sinh Bao bì thủy tinh dùng trong

hệ thống đóng gói thường là dạng thành phẩm, nên tại công đoạn này chỉ qua súc rửa

để làm sạch bụi Bao bì thủy tinh dùng trong hệ thống đóng gói thường là dạng thành phẩm, nên thường tại công đoạn này chỉ qua súc rửa để làm sạch bụi

Sau khi được rửa sạch, các bao bì được băng chuyền đưa đến hệ thống rót liệu

Chuyển lên băng tải

Chiết/rót

Chuyển lên băng tải

Chuyển lên băng tải

Đóng nắp Rửa

Dán nhãn

Đóng thùng

Thành phẩm