TỔNG QUAN
Lý do chọn đề tài
Polymer đã trở thành một trong những vật liệu thiết yếu trong cuộc sống hàng ngày, với hàng triệu tấn nhựa được sản xuất mỗi năm Sự gia tăng trong sản xuất và tiêu thụ nhựa, đặc biệt là từ bao bì thực phẩm, đã dẫn đến các vấn đề môi trường nghiêm trọng do tính không phân hủy sinh học của chúng Với quy định môi trường ngày càng nghiêm ngặt và chi phí xử lý chất thải tăng cao, các nhà sản xuất nhựa cần tìm kiếm giải pháp thay thế Polymer tái chế được xem là một giải pháp thân thiện với môi trường, tuy nhiên, tỷ lệ tái chế toàn cầu hiện chỉ đạt khoảng 1%, phần lớn nhựa vẫn bị thải ra môi trường mà không được phân hủy.
Mỗi năm, chúng ta thải ra 2,12 tỷ tấn rác, chủ yếu do việc sử dụng sản phẩm nhựa Những sản phẩm này không phân huỷ trong vòng 6 tháng, góp phần vào lượng chất thải khổng lồ mà chúng ta tạo ra (theo The World Counts, 2019).
Với sự gia tăng lo ngại về ô nhiễm môi trường, nghiên cứu về vật liệu thân thiện với môi trường đang trở nên quan trọng Trong số đó, polymer phân huỷ sinh học (Biopolymer) có nguồn gốc tự nhiên đã thu hút sự chú ý đáng kể trong những năm gần đây Polymer phân huỷ sinh học có tiềm năng thay thế cho polymer truyền thống nhờ vào chi phí thấp, nguồn nguyên liệu dễ kiếm từ tài nguyên tái tạo và khả năng phân hủy sinh học hiệu quả.
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kết hợp polymer với tinh bột từ các nguồn thực vật có thể giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ và giảm thiểu chất thải nhựa Mặc dù polymer phân hủy sinh học từ tinh bột mang lại lợi ích môi trường, nhưng chúng vẫn không thể cạnh tranh với nhựa từ dầu mỏ do tính chất cơ học kém Để cải thiện tính chất của polymer từ tinh bột, cần phải kết hợp chúng với các polymer tổng hợp khác vì tinh bột có tính giòn và ưa nước.
Nghiên cứu về tinh bột và nhựa tổng hợp chủ yếu tập trung vào polymer phổ biến như PE (Polyethylene) Tuy nhiên, do sự khác biệt về tính phân cực, tinh bột và PE không thể tổng hợp với nhau; tinh bột có tính ưa nước trong khi PE lại kỵ nước.
Polymer từ bã mía có tiềm năng lớn trong việc phát triển bao bì PE thân thiện với môi trường, giúp khắc phục nhược điểm của nhựa truyền thống, loại sản phẩm này có thể mất đến 500 năm để phân hủy Việc ứng dụng polymer từ bã mía không chỉ góp phần bảo vệ môi trường mà còn mở ra cơ hội mới cho ngành công nghiệp bao bì.
Sản phẩm từ bã mía chỉ mất từ 15 đến 30 ngày để phân hủy hoàn toàn, trong khi các sản phẩm nhựa truyền thống cần tới 1000 năm Việc sản xuất bao bì PE từ bã mía không chỉ giảm thiểu ô nhiễm không khí mà còn thân thiện với môi trường Đây là giải pháp hiệu quả thay thế cho sản phẩm nhựa và giấy từ bột giấy thông thường.
Nhóm nghiên cứu đã quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu tính chất của polyethylene (PE) nhằm ứng dụng trong sản xuất bao bì mềm” cho đồ án tốt nghiệp, dựa trên các phân tích đã thực hiện.
Mục tiêu và đối tượng 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, mực in.
• Cấu trúc bao bì hộp sữa PE ”xanh”.
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.
Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu
• Nghiên cứu lý thuyết về vật liệu polyethylene phân huỷ sinh học.
• Ứng dụng vật liệu polyethylene phân huỷ sinh học bao bì mềm
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng tài liệu từ cả trong và ngoài nước, đồng thời tham khảo ý kiến của các giảng viên có chuyên môn để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của thông tin trong quá trình nghiên cứu.
TỔNG QUAN VỀ POLYETHYLENE PHÂN HỦY SINH HỌC VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT BAO BÌ MỀM
Tổng quan công nghệ “xanh”
Polyethylen là một loại nhựa nhiệt dẻo, màu trắng, hơi trong không dẫn điện, không dẫn nhiệt cũng như không cho không khí và nước thấm qua.
Polyetylen là một hợp chất hữu cơ được hình thành từ nhiều nhóm etylen (CH2-CH2) liên kết với nhau thông qua các liên kết no Hợp chất này được sản xuất thông qua quá trình trùng hợp monome etylen (C2H4).
Phân tử polyethylene (PE) có cấu trúc mạch thẳng hoặc mạch nhánh, ảnh hưởng đến độ kết tinh của nó; mạch nhánh dài và nhiều sẽ làm giảm độ kết tinh Các vùng vô định hình chứa sắp xếp không trật tự, trong khi mắt xích PE ngắn khoảng 2,33Å giúp nó kết tinh nhanh Độ kết tinh của PE ở nhiệt độ thường tác động trực tiếp đến các tính chất như tỷ trọng, độ cứng, mô đun đàn hồi, độ bền kéo, độ trương và khả năng hòa tan trong dung môi hữu cơ PE được phân loại dựa trên trọng lượng phân tử và cấu trúc thành các loại như PE tỷ trọng thấp (LDPE), PE tỷ trọng thấp mạch thẳng (LLDPE), PE tỷ trọng cao (HDPE), cùng với các loại khác như PE tỷ trọng rất thấp (VLDPE), PE tỷ trọng trung bình (MDPE) và PE trọng lượng phân tử siêu cao (UHMWPE) Trong số đó, LDPE và HDPE thường được sử dụng để sản xuất bao bì nhiều lớp.
Hình 2.2: Hình ảnh minh hoạ phân tử của các loại PE
2.1.2 Tính chất và ứng dụng PE
Polyetylen (PE) là một loại polymer không hòa tan trong bất kỳ dung môi nào ở nhiệt độ thường, nhưng có thể trương lên và giảm độ bền cơ học khi ngâm trong hydrocarbon thơm, hydrocarbon clo hóa, dầu khoáng và parafin trong thời gian dài Ở nhiệt độ trên 70°C, PE có thể tan một phần trong một số dung môi như xylen và decalin Tính chất cơ học của PE phụ thuộc vào trọng lượng phân tử, độ kết tinh và nhiệt độ, có thể làm thay đổi kích thước và độ cứng của sản phẩm PE cũng nhạy cảm với bức xạ tử ngoại, dẫn đến hiện tượng phân hủy quang Tương tự như parafin, PE cháy chậm và không khói; trong môi trường không có oxy, nó bền tới 290°C Ở nhiệt độ từ 290 đến 350°C, PE phân hủy thành sản phẩm có phân tử khối nhỏ giống như sáp, trong khi trên 350°C, sản phẩm phân hủy bao gồm polymer dạng lỏng và các chất khác như buten, etylen, etan, hydro và oxit carbon Với năng lượng bề mặt thấp, PE không thấm nước và các dung môi phân cực, dẫn đến độ bám dính và khả năng hấp phụ thấp, khiến nó khó nhuộm màu và kết dính bằng các chất kết dính phân cực.
HDPE là loại nhựa trong suốt nhưng có độ mờ đục cao hơn LDPE, đồng thời sở hữu độ bền cơ học, sức bền kéo và sức bền xé tương đối cao Nhờ vào những ưu điểm này, HDPE đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ các lớp bên trong.
LDPE, với mật độ thấp, có tính chất yếu hơn HDPE nhưng lại có khả năng kháng hóa chất tốt hơn Nó không phản ứng với các axit loãng, bazo và este, và chỉ phản ứng tương đối với các hydro cacbon chứa nhiều chất béo, dầu khoáng và các chất oxy hóa Chính nhờ vào tính kháng hóa này, LDPE trở thành một lựa chọn ưu việt trong nhiều ứng dụng.
Trang 5 cao, chịu được các tác nhân hoá học cho nên LDPE được dùng để làm lớp tiếp xúc với thực phẩm có nhiều chất oxy hoá và chất béo như sữa, nước trái cây,…
Bảng 2.1: Tính chất LDPE và HDPE
2.1.3 Tác động đối với môi trường
Sử dụng bao bì PE tuy tiện lợi nhưng cũng là tác nhân gây ô nhiễm môi trường vì:
• Phân huỷ chậm có thể là không phân huỷ được
• Rác thải từ PE làm ảnh hưởng đến các vi sinh vật biển.
• Làm ùng tắc các rãnh lưu thông nước, rác thải PE trong đất khiến oxy khó xâm nhập vào làm cây trồng phát triển chậm.
• Ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người.
Không những thế quá trình sản xuất PE cũng ảnh hưởng rất nhiều đến hệ sinh thái.
Dầu thô là nguyên liệu chính để sản xuất polyethylen, nhưng việc khai thác nó gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường Quá trình khoan dầu không chỉ phá hủy đất đai mà còn ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe của con người cùng các sinh vật khác Hơn nữa, việc khai thác dầu phát thải khí metan, một loại khí gây hiệu ứng nhà kính mạnh gấp 84 lần so với carbon dioxide, góp phần vào sự nóng lên toàn cầu Theo “The Wilderness Society”, 21% lượng khí thải, bao gồm cả metan, xuất phát từ ngành dầu khí, điều này làm gia tăng mối đe dọa đối với sức khỏe của cả con người và động vật.
2.1.4 Sự phát triển của polyethylene “xanh”
PE tái tạo sở hữu các đặc tính vật lý và hóa học tương tự như PE hóa dầu Hơn nữa, sản phẩm bao bì từ biopolyethylene không chỉ có khả năng tái chế mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường.
Braskem, một công ty hóa dầu hàng đầu của Brazil, đã phát triển loại polyethylene từ mía nhằm giải quyết các vấn đề tồn tại của polyethylene truyền thống.
Năm 2007, Braskem đã sản xuất thành công các mẫu ethylene “xanh” đầu tiên từ ethanol mía và monome, dẫn đến việc ra mắt polyethylene “xanh” 100% từ tài nguyên tái tạo Sản phẩm này được xác minh theo tiêu chuẩn ASTM D6866 bởi phòng thí nghiệm Beta Analytic tại Hoa Kỳ.
Sau nhiều năm cống hiến cho nghiên cứu và phát triển, nhà máy ethylene
Braskem đã chính thức vận hành sản phẩm Polyetylen “xanh” vào tháng 9 năm 2010, đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong việc sản xuất nhựa sinh học quy mô thương mại Nhà máy của công ty có khả năng sản xuất lên đến 200.000 tấn PE “xanh” mỗi năm, khẳng định vị thế dẫn đầu toàn cầu của Braskem trong lĩnh vực này.
Vào năm 2013, Braskem đã công bố LDPE “xanh”, mặc dù loại nhựa này đã được sản xuất trước đó, đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong việc phát triển bao bì thân thiện với môi trường và mở ra một thị trường tiềm năng mới.
Polyethylene “xanh” là loại nhựa thân thiện với môi trường, được sản xuất từ mía - nguyên liệu tái tạo, giúp thu giữ CO2 từ khí quyển trong quá trình sản xuất Điều này góp phần giảm thiểu phát thải khí nhà kính, khác với polyethylene truyền thống, vốn sử dụng nguyên liệu hóa thạch như dầu mỏ hoặc khí tự nhiên.
Polyethylene “xanh” tương tự như các loai PE thông thường Có thể sản xuất bao bì bằng các quy trình công nghệ như PE.
Lợi ích mà Polyethylene xanh rất đáng kể, khắc phục những tồn tại của polyethylene thông thường
• Giảm phát thải khí nhà kính – mỗi tấn Polyetylen “xanh” được sản xuất và hấp thụ CO 2 từ khí quyển giúp giảm phát thải khí nhà kính
• Có khả năng tái chế sau khi sử dụng
• Có thể phân hủy sinh học
• Khôn cần nhiều máy móc trong việc chuyển đổi nhựa
Công nghệ in
Trong phương pháp in ống đồng, các phần tử in được khắc thấp hơn bề mặt không in, cho phép mực được lấp đầy và mực thừa được loại bỏ bằng dao gạt mực Trục cao su sau đó ép vào bản in để chuyển mực lên bề mặt Quy trình in này dựa trên nguyên tắc in lõm (intaglio), với đường truyền mực ngắn nhất nhờ bản in tiếp xúc trực tiếp với bể chứa mực Mực thừa bị loại bỏ, nhưng mực vẫn giữ lại tại các phần tử in Đặc điểm nổi bật của công nghệ in ống đồng là áp lực in cao và lực dính giữa mực và vật liệu in, tạo ra hình ảnh sắc nét trên bề mặt in.
Bản in ống đồng là hình trụ phức tạp với nhiều lớp, giúp tăng độ bền cho quá trình in ấn Trong sản xuất công nghiệp, mỗi màu sắc yêu cầu một bản in riêng biệt, vì vậy một máy in ống đồng với bốn màu sẽ cần bốn bản in khác nhau, được thay đổi khi in các dòng sản phẩm mới.
(Izdebska, J (2016) Printing on Polymers Printing on Polymers).
Hình 2.3: Bề mặt trục in ống đồng Hình 2.4: Nguyên lý in
Bảng 2.2: Ưu và nhược điểm in ống đồng
Công nghệ in ống đồng Ưu điểm
1 Độ chính xác và phục chế hình ảnh chất lượng cao hơn so với in flexo và offset Độ bền của trục in cao từ 12 đến 20 triệu lượt in
2 trước khi thay trục, có thể sử dụng để in tái bản
3 Mực in đều và có độ phủ lên bề mặt sâu
4 Tốc độ in có thể đạt trên 200m/phút trên tất cả các dòng máy
Ống đồng có khả năng áp dụng trên nhiều chất liệu khác nhau, bao gồm giấy, màng nhựa dẻo, kim loại mỏng, PE, OPP, MPET, PET, và các bao bì màng ghép.
6 Tái sản xuất với chi phí thấp
7 Có thể tích hợp các đơn vị inline như cấn bế, dập chìm nổi, cắt,….
2.2.1.3 Ứng dụng Đầu vào của phương pháp in ống đồng thường là dạng cuộn, nên có thể in trên nhiều loại vật liệu khác nhau như giấy, màng, nhựa dẻo, màng kim loại Ngoài ra, in ống đồng được in trên màng OPP, màng này ngoài tác dụng để in những hình ảnh chi tiết của sản phẩm nó còn có tác dụng tăng cường, tăng độ bền cơ học của bao bì Do vậy, trên thị trường bao bì hiện nay, sự cạnh tranh trong ngành này là rất quyết liệt.
Công nghệ in ống đồng được ứng dụng trong ngành in bao bì nhựa: bao đựng
OMO, bánh kẹo bibica, hộp cà phê Trung nguyên hay bao thuốc lá Bằng cách sử
Trang 10 dụng công nghệ in ống đồng, sản phẩm bao bì làm ra bắt mắt hơn, phù hợp với thị hiếu người dùng hơn.
Bảng 2.3: Ứng dụng in ống đồng
Sản phẩm “xanh”
Sản phẩm “xanh” hay sản phẩm thân thiện với môi trường đang trở nên phổ biến, đặc biệt tại các quốc gia phát triển Những sản phẩm này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn đáp ứng nhu cầu tiêu dùng bền vững của người dân.
Một sản phẩm được xem là sản phẩm thân thiện với môi trường nếu đáp ứng được 4 tiêu chí sau:
1 Sản phẩm được tạo ra từ các vật liệu thân thiện với môi trường Sản phẩm chứa các vật liệu tái chế, có thể tái sử dụng nhiều lần Ví dụ, một sản phẩm tái chế nhanh như tre hay bần (sử dụng để lót nều) hay sử dụng túi vải cotton thay vì túi nilong được xem là những sản phẩm thân thiện với môi trường vì được tạo ra từ vật liệu nông nghiệp, có sẵn trong tự nhiên
2 Sản phẩm đem đến những giải pháp an toàn đối với môi trường và sức khoẻ con người, thay cho các sản phẩm độc hại truyền thống Ví dụ các vật liệu thay thế chất bảo quản gỗ như creosote, được biết là một hợp chất gây ung thư.
3 Sản phẩm giảm tác động đến môi trường trong qua trình sử dụng (ít chất thải, sử dụng năng lượng tái sinh, ít chi phí bảo trì) Người tiêu dùng châu Âu nhiều năm qua đã quay lại sử dụng chai sữa thủy tinh và giảm tỉ lệ sử dụng loại sữa đựng trong chai nhựa sử dụng 1 lần rồi bỏ Chai thủy tinh có thể sử dụng nhiều lần, dễ dàng tái chế
4 Sản phẩm tạo ra một môi trường thân thiện và an toàn đối với sức khoẻ con người Vật liệu xây dựng thân thiện môi trường là những sản phẩm tạo ra một môi trường an toàn trong nhà, không gian sống bằng cách không phóng thích những chất ô nhiễm quan trọng như sơn có dung môi hữu cơ bay hơi thấp, bám chắc, loại bỏ hoặc ngăn ngừa sự lan truyền chất ô nhiễm như sản phẩm từ sự thông gió hoặc bộ lọc không khí trong máy lạnh (bụi, nấm mốc, vi khuẩn,…) và cải thiện chất lượng chiếu sáng Với vật liệu thân thiện môi trường, sự chọn lựa sản phẩm được đặt mục tiêu là giảm thiểu ô
Trang 12 nhiễm, giảm tiêu thụ tài nguyên và giảm lượng chất thải sinh ra trong quá trình sử dụng sản phẩm Một phương pháp mua sản phẩm thân thiện môi trường là mua sản phẩm địa phương khi có thể Sản phẩm được mua từ nguồn địa phương hoặc khu vực sẽ giảm chi phí vận chuyển và thúc đẩy kinh tế địa phương. Đối với thị Việt Nam, các sản phẩm thân thiện với môi trường được chứng nhận là nhãn sinh thái hay còn gọi là nhãn xanh Việt Nam Để được chứng nhận là nhãn xanh Việt Nam, sản phẩm phải đáp ứng các tiêu chí do Bộ trưởng Bộ TN&MT ban hành theo điều 1, Thông tư số 41/2013/TT – BTNMT ngày 2/12/2013.
Hiện nay, bao bì thực phẩm chứa chất lỏng như sữa và nước trái cây thường mang logo FSC Vậy FSC là gì và tại sao nó lại quan trọng đối với bao bì giấy và carton?
FSC (Hội đồng quản lý rừng) là một tổ chức phi chính phủ, phi lợi nhuận, có vai trò quan trọng trong việc giúp người tiêu dùng và doanh nghiệp phân biệt sản phẩm gỗ có nguồn gốc từ những khu rừng được cấp phép khai thác Tuy nhiên, khái niệm FSC vẫn còn khá mới mẻ đối với người tiêu dùng Việt Nam.
Chứng chỉ FSC trong ngành sản xuất bao bì và carton đảm bảo rằng nguồn gỗ được sử dụng đến từ các khu rừng được quản lý bền vững Quy trình này không chỉ theo dõi và truy nguyên nguồn gốc gỗ mà còn cam kết duy trì và phục hồi rừng Chứng chỉ này áp dụng cho tất cả các giai đoạn sản xuất, từ chế biến, biến đổi cho đến phân phối sản phẩm, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.
Việc truy nguyên nguồn gốc nguyên vật liệu đầu vào là rất quan trọng để đảm bảo rằng bột giấy sử dụng trong sản xuất không bị nhầm lẫn với các loại bột giấy chưa được cấp phép Chất lượng của nguyên liệu đầu vào ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của thành phẩm bao bì giấy.
Giấy và bìa carton có chứng chỉ FSC góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên Việc tái tạo rừng không chỉ giúp giảm thiểu khí thải mà còn duy trì sự cân bằng sinh thái.
CO 2 và chất lượng tốt giúp giấy có thể được tái chế và sử dụng được nhiều lần
Bao bì từ PE tái tạo là lựa chọn an toàn cho sức khỏe, thân thiện với môi trường và giúp giảm thiểu ô nhiễm không khí trong nhà cũng như ô nhiễm nước Việc sử dụng sản phẩm và bao bì “xanh” không chỉ giúp giảm thiểu rác thải mà còn tiết kiệm chi phí xử lý cho nhà sản xuất.
Thay vì chọn các sản phẩm truyền thống, việc sử dụng sản phẩm thân thiện với môi trường và tái chế giúp giảm lượng chất thải hàng năm, từ đó hạn chế ô nhiễm đất, nước và không khí Sự cải thiện này không chỉ nâng cao chất lượng không khí và nước mà còn giảm thiểu các tác nhân gây bệnh cho con người Nghiên cứu cho thấy rằng việc cải thiện chất lượng không khí trong môi trường làm việc có thể tăng năng suất lên hơn 8%.
Các giải pháp công nghệ in “xanh”
Mặc dù chưa có tiêu chuẩn chính thức cho quy trình và công nghệ in "xanh", việc sử dụng nguyên vật liệu in thân thiện với môi trường là rất quan trọng Điều này bao gồm việc giảm thiểu lượng mực thải, dung môi và hóa chất độc hại trong quá trình in ấn.
Mục tiêu của công nghệ in “xanh” là xanh hóa quy trình sản xuất, giảm phát thải khí nhà kính và tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo, nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người Nhiều giải pháp công nghệ in “xanh” đang được phát triển để hướng tới mục tiêu này.
Mực gốc dầu thực vật được chiết xuất từ các thành phần tự nhiên như hạt lanh và hạt bông, giúp tái tạo dễ dàng Nhờ vào tính khả thi trong việc tái chế, mực thải từ nguồn gốc này có thể được xử lý và biến đổi thành loại mực mới, góp phần bảo vệ môi trường.
Mực đậu nành, tương tự như mực gốc dầu thực vật, không chứa hóa chất dễ bay hơi, giúp giảm thiểu tác động đến môi trường Loại mực này vẫn có khả năng tạo ra hình ảnh chất lượng cao, là lựa chọn thân thiện với môi trường cho in ấn.
Mực in gốc nước đã được nghiên cứu và phát triển để mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn, đồng thời giảm thiểu tác động tiêu cực đến sức khỏe con người so với mực gốc dầu.
Giấy không chứa Clo (Process Chlorine Free – PCF) là loại giấy được tẩy trắng bằng các hợp chất tự nhiên, giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường Tuy nhiên, cần lưu ý rằng vẫn có một lượng nhỏ clo còn tồn tại từ các loại giấy tái chế.
• Bao bì có chứng nhận FSC: thể hiện quy trình sản xuất như giấy không ảnh hưởng đến môi trường và có thể tái chế được
In trên biopolymer là lựa chọn tối ưu cho in ấn trên nhựa, nhờ vào thành phần chính từ bã mía và thực vật khác Đối với bao bì giấy, giải pháp thân thiện với môi trường bao gồm việc sử dụng nguyên vật liệu in được chứng nhận FSC, màng biopolymer và mực in gốc nước.
Nhu cầu sử dụng vật liệu “xanh”
2.5.1 Xu hướng tiêu dùng “xanh”
Tiêu dùng bền vững, hay còn gọi là tiêu dùng “xanh”, là khái niệm xuất hiện nhằm thúc đẩy việc sản xuất và tiêu dùng dựa trên nguồn tài nguyên thiên nhiên một cách hợp lý, từ đó giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.
Tiêu dùng “xanh” đang trở thành xu hướng chủ đạo, khi người tiêu dùng ngày càng chú trọng đến môi trường và hành vi sử dụng sản phẩm của mình Hiện tại, khoảng 82.3% người tiêu dùng sẵn sàng chi thêm cho các sản phẩm thân thiện với môi trường, điều này phản ánh sự gia tăng ý thức và nhu cầu sử dụng sản phẩm “xanh” trong xã hội.
Thị trường bao bì “xanh – sạch” toàn cầu hiện được chia thành năm khu vực chính: Bắc Mỹ, Châu Âu, Châu Á – Thái Bình Dương và các khu vực còn lại (RoW) Sự phân chia này dựa trên các phân đoạn bao bì như thực phẩm và đồ uống, mỹ phẩm, y tế, cùng với các loại bao bì khác, đồng thời cũng được xác định theo yếu tố địa lý và các yếu tố liên quan khác.
Khi người tiêu dùng ngày càng nâng cao nhận thức, họ chú trọng hơn đến nguồn gốc và quy trình sản xuất của sản phẩm Do đó, doanh nghiệp cần nắm bắt tâm lý khách hàng và thể hiện sự quan tâm đến quy trình sản xuất, nhằm giảm thiểu tác động đến môi trường Việc sở hữu chứng chỉ rừng FSC không chỉ mang lại lợi thế cạnh tranh mà còn giúp doanh nghiệp gia tăng doanh thu và cải thiện hình ảnh tích cực trong mắt người tiêu dùng trên thị trường quốc tế.
Ô nhiễm môi trường đang trở thành mối lo ngại hàng đầu, dẫn đến sự gia tăng nhu cầu sử dụng bao bì “xanh – sạch” trên toàn cầu Những nỗ lực này nhằm giảm thiểu chất thải nguy hại và bảo vệ môi trường.
Việc áp dụng bao bì “xanh – sạch” đang tạo ra lợi thế cạnh tranh cho ngành sản xuất bao bì, khi người tiêu dùng ngày càng ưa chuộng sản phẩm thân thiện với môi trường Tuy nhiên, các công ty sản xuất đối mặt với thách thức về tỷ suất lợi nhuận do chi phí sản xuất tăng cao và khó khăn trong việc chuyển đổi công nghệ Mặc dù vậy, hơn 80% người tiêu dùng Việt Nam sẵn sàng chi trả cao hơn cho sản phẩm có cam kết bảo vệ môi trường và xã hội, trong khi 80% lo ngại về tác hại lâu dài của nguyên liệu nhân tạo Điều này thúc đẩy các công ty chuyển đổi hoàn toàn sang cung cấp bao bì “xanh - sạch”.
Thập kỷ này là thời điểm quan trọng để mọi người chuyển đổi sang sử dụng bao bì có nguồn gốc từ thiên nhiên, nhằm bảo vệ sức khỏe cá nhân và đảm bảo an toàn cho môi trường.
ĐẶC ĐIỂM VỀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT VÀ TÍNH CHẤT
Cấu trúc bao bì nhiều lớp
Các polymer khác nhau được sử dụng tùy thuộc vào vai trò của chúng như là lớp cấu trúc, lớp liên kết, lớp cản, lớp hàn.
Lớp cấu trúc đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo các tính chất cơ học cần thiết, dễ dàng in ấn và khả năng chống ẩm Những loại vật liệu thường được sử dụng cho lớp cấu trúc này thường là những vật liệu giá rẻ như LDPE, HDPE, EVA, LLDPE, PP cho cấu trúc mềm dẻo, trong khi HDPS và PD thường được áp dụng cho cấu trúc cứng.
• Các lớp liên kết: là những lớp keo nhiệt dẻo (ở dạng đùn) được sử dụng để kết hợp các loại vật liệu có bản chất khác nhau
Các lớp cản được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu đặc biệt về khả năng cản khí và giữ mùi Vật liệu phổ biến được sử dụng cho các lớp này bao gồm PET trong việc ghép màng, nylon, EVOH và PVDC.
• Các vật liệu hàn: thường dùng là LDPE và hỗn hợp LLDPE, EVA, inomer…
Phân loại theo vật liệu
• Bao bì ghép nhiều lớp nhựa với nhau
Các bao bì thực phẩm như mì ăn liền, bánh, kẹo, trà và cà phê thường được sản xuất từ các vật liệu như BOPP/PE, PET/PE Đối với các loại túi snack, chúng thường được ghép từ PET/PE, OPP/PE, PET/NPET, PET/CPP và OPP/CPP.
• Bao bì ghép nhựa và kim loại: Gồm các màng nhựa và màng kim loại. (thường là nhôm) ghép với nhau Vd: PET/PE/Al/PE, BOPP/AI/PE,
Bao bì nhựa và giấy được sử dụng cho thực phẩm khô bao gồm các vật liệu như giấy, PE, nhôm và LDPE, nhằm cung cấp khả năng ngăn hơi nước, không khí và ánh sáng Lớp ngoài cùng là PE, giúp chống ẩm hiệu quả Bên cạnh đó, lớp mực in cellopane dễ dàng cho việc in ấn, trong khi lớp giấy tăng cường độ cứng cho bao bì, đảm bảo sản phẩm được bảo quản tốt.
• Bao bì giấy và nhôm.
• Vd: thường gặp ở kẹo Sing Gum, kẹo Socola,…Vì nhôm được dát mỏng nên dễ rách, do đó ghép giấy để tăng độ bền của nhôm.
• Bao bì kết hợp nhựa/kim loại/giấy: đa số loại bao bì dùng để làm bao bì hộp sữa.
• Cỏc lớp cú độ dày xấp xỉ khoảng 20àm Riờng lớp nhụm cú độ dày mỏng hơn nữa.
Bao bì hộp sữa tiệt trùng và sữa thanh trùng khác nhau ở cấu trúc bên trong, với hai lớp polyethylene được ngăn cách bởi một lớp nhôm Cấu trúc này giúp ngăn chặn hoàn toàn ánh sáng và oxy từ môi trường, cho phép sản phẩm được bảo quản ở nhiệt độ phòng trong thời gian dài.
4.2.3 Mối liên hệ giữa bao bì và thực phẩm
Bao bì thực phẩm rất quan trọng trong việc bảo quản thành phần dinh dưỡng của sản phẩm, đồng thời làm cho việc vận chuyển thực phẩm trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn Ngoài ra, bao bì còn cung cấp cho người tiêu dùng thông tin cần thiết về thành phần dinh dưỡng và các thông tin liên quan khác.
Mối liên hệ giữa bao bì và thực phẩm được thể hiện ở các yếu tố sau
Tuỳ theo nguồn nguyên liệu, phương pháp chế biến mà thực phẩm chứa các thành phần dinh dưỡng khác nhau
Thực phẩm đạt tiêu chuẩn dinh dưỡng là thực phẩm giàu thành phần dinh dưỡng từ nguồn nguyên liệu tự nhiên, trong đó các thành phần này được giữ nguyên hoặc chỉ biến đổi một cách tối thiểu trong quá trình chế biến.
Tính an toàn vệ sinh thực phẩm đảm bảo rằng thực phẩm không gây độc hại cho người tiêu dùng, cả cấp tính lẫn mãn tính Các độc tố, có thể xuất phát từ nguồn nguyên liệu hóa học hoặc vi sinh, cần được loại bỏ trong quá trình chế biến và phải duy trì dưới mức giới hạn cho phép Ngoài ra, việc bảo quản và phân phối sản phẩm cũng cần tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm.
Sản phẩm thực phẩm có thể bị hư hỏng, giảm chất lượng mất đi sự an toàn đối với người tiêu dùng do nhiều nguyên nhân:
Vi sinh vật có thể xâm nhập vào thực phẩm trong quá trình chế biến và đóng gói, cũng như từ bao bì bị nhiễm bẩn hoặc từ môi trường thông qua bao bì, gây ra nguy cơ ô nhiễm cho sản phẩm.
Tác nhân vi sinh vật có khả năng phát triển mạnh mẽ trên thực phẩm, dẫn đến việc tiêu thụ và biến đổi các chất dinh dưỡng có trong đó Quá trình này không chỉ làm giảm giá trị cảm quan của thực phẩm mà còn làm suy giảm nhanh chóng thành phần dinh dưỡng và tạo ra các độc tố có thể gây ra bệnh tật cho người tiêu dùng, cả cấp tính lẫn mãn tính.
Pigment tổng hợp, dù là hữu cơ hay vô cơ, được sử dụng để nhuộm màu bao bì không tiệt trùng hoặc từ monomer hữu cơ và các chất phụ gia trong chế tạo bao bì, có thể nhiễm vào thực phẩm, dẫn đến nguy cơ ngộ độc mãn tính cho người tiêu dùng.
Tính chất cảm quan bao gồm cấu trúc, trạng thái, màu sắc, mùi vị sản phẩm.
Nó tạo nên một dáng vẻ, mỹ quan cho thực phẩm, đồng thời nó cũng tạo nên khẩu vị đặc trưng cho sản phẩm đó.
Ngành công nghệ in đảm bảo các yếu tố về cảm quan và giữ nguyên tính chất cho bao bì trong quá trình in cũng như sản xuất.
Thực phẩm đạt chất lượng là sản phẩm thực phẩm đạt được các mức tiêu chuẩn về dinh dưỡng, an toàn vệ sinh và cảm quan
Phân tích cấu trúc bao bì hộp sữa “xanh”
4.3.1 Cấu trúc bao bì hộp sữa “xanh”
Hình 4.2: Cấu trúc bao bì hộp sữa tiệt trùng
Bảng 4.2: Thành phần phần trăm các lớp có trong bao bì Định lượng giấy carbon
Tính chất của các lớp bao bì tiệt trùng
Lớp 1: màng HDPE chống thấm nước, bảo vệ lớp in bên trong bằng giấy và tránh bị trầy xước
HDPE (Polyethylene tỷ trọng cao) được hình thành chủ yếu từ các chuỗi polyethylene thẳng được sắp xếp song song, với cấu trúc mạch thẳng chứa các monomer có nhánh rất ngắn và số lượng nhánh hạn chế.
HDPE có độ trong suốt nhưng mờ đục hơn LDPE, với độ bóng bề mặt thấp hơn Nhờ vào phụ gia TiO2, HDPE có khả năng bền nhiệt tốt hơn, với nhiệt độ hóa mềm dẻo đạt 121°C Điều này cho phép HDPE được sử dụng làm bao bì thực phẩm trong quy trình thanh trùng Pasteur, cũng như bao bì đông lạnh cho thủy sản với nhiệt độ tối thiểu là -46°C và nhiệt độ hàn từ 140 đến 180°C.
HDPE có độ bền cơ học vượt trội, với sức bền kéo, sức bền va chạm và bền xé cao hơn so với LDPE và LLDPE Tuy nhiên, HDPE vẫn có thể bị kéo dãn và phá vỡ cấu trúc polymer khi chịu tác động của lực hoặc tải trọng lớn.
Tính chống thấm nước, hơi nước tốt.
Tính chống thấm chất béo (tốt hơn LDPE và LLDPE).
Tính chống thấm khí, hương (tốt hơn LDPE và LLDPE).
HDPE là vật liệu có độ cứng vững cao và khả năng chống thấm khí, hơi tốt, cùng với tính bền cơ học vượt trội Nhờ những đặc tính này, HDPE thường được sử dụng để sản xuất các thùng chứa có thể tích từ 1 đến 20 lít, với độ dày khác nhau, nhằm đảm bảo độ cứng vững của bao bì tùy theo khối lượng chứa đựng.
Giấy in là loại vật liệu nhẹ, có khả năng thấm hút mực tốt và dễ dàng tạo hình, thường được sử dụng để in thông tin và nhãn Với độ dày nhỏ hơn lớp carton, giấy in giúp thể hiện chi tiết hình ảnh sản phẩm một cách rõ nét và hiệu quả.
Nhược điểm: dễ thấm nước, rách.
Carton dùng để tạo hình dáng hộp Vì carton có độ cứng vừa phải, chịu đựng được những va chạm cơ học.
Lớp keo kết dính giữa giấy carton và nhôm được tạo thành từ PE đồng trùng hợp, đóng vai trò là lớp thẩm phụ trợ cho lớp PE bên trong và lớp màng nhôm mỏng Màng nhôm này có khả năng chống thấm khí, hơi và hơi nước hiệu quả.
Chất kết dính copolymer PE
• Các loại PE đồng trùng hợp (EVA, EVOH, EAA, EBA, EMA, EMAA…)
PE đồng trùng hợp là sự kết hợp đồng nhất giữa ethylene và các monomer khác, được phát triển qua nhiều năm và ứng dụng rộng rãi Trong các sản phẩm này, tỷ lệ PE thường cao và đóng vai trò là thành phần chính Để tạo ra PE đồng trùng hợp, các monomer phải có sự tương đồng hóa học với ethylene, và phản ứng trùng hợp cần diễn ra dưới điều kiện thích hợp về chất xúc tác, nhiệt độ, thời gian và áp suất.
PE được sử dụng để đồng trùng hợp, giúp kết dính nhiều loại vật liệu với nhau Tổng lượng chất kết dính trong các lớp chỉ chiếm khoảng 15-20% khối lượng của màng chính, với độ dày khoảng 3mm Chất kết dính thường có màu nhụm nhằm ngăn chặn ánh sáng nhìn thấy và tia tử ngoại.
• Lớp PE được ghép trong cùng để tạo khả năng hàn dán nhiệt tốt, dễ dàng, có khả năng chịu nhiệt, chịu lạnh.
Hình 4.4: Cấu tạo hóa học của EVA
EVA là copolyme đồng trùng hợp giữa ethylen và vinyl acetat, với tỉ lệ vinyl acetat có thể dao động từ 1-99% Tuy nhiên, trong thực tế, các sản phẩm thương mại thường có tỉ lệ VA dưới 50% EVA với tỉ lệ 21-50% VA thường được sử dụng làm chất phụ gia và chất kết dính Sự thay đổi tỉ lệ phối trộn VA ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của EVA.
Màng EVA được sản xuất qua hai phương pháp chính là thổi và đúc, với độ dày tùy theo yêu cầu Màng EVA có tỉ lệ VA khoảng 7-8% có tính chất tương tự như LDPE, trong khi màng có tỉ lệ EVA từ 15-20% lại gần giống với PVC nhưng dẻo dai hơn, thường được sử dụng làm màng co.
Tính chất của màng EVA thay đổi theo tỉ lệ của VA trong phân tử nhưng nhìn chung nếu so sánh với LDPE:
• Nhiệt độ hàn ghép mí thấp hơn
• Độ bền cơ cao hơn
• Tính chống thấm khí và hơi nước thấp hơn
• Các đặc tính được ổn định ở nhiệt độ thường
• Tính chất trượt của EVA thấp, tức hệ số ma sát cao.
• EVA có thể hàn bằng nhiệt nhưng đòi hỏi năng lượng cao hơn PVC.
• EVA dễ bị hư hỏng ở nhiệt độ cao
EVA có đặc điểm là tính mềm dẻo cao, có nhiệt độ hàn ghép thấp hơn so với
PE và hàn ghép có ưu điểm vượt trội so với một số polyme khác, nhờ vào cấu trúc thân thiện với môi trường khi bị phân hủy Tuy nhiên, EVA lại có nhược điểm là độ ma sát cao, do đó cần bổ sung chất phụ gia trượt để cải thiện độ bóng loáng của bề mặt.
• EVOH (Ethylene vinyl ancohol – EVAL)
• Có tính chống thấm oxy hóa, tăng theo sự tăng hàm lượng vinyl ancohol.
Có khả năng bám dính cao nhờ nhóm acid acrylic, nhưng đồng thời cũng có tính ăn mòn thiết bị.
Loại EAA thường được chế tạo thành mảng mỏng 6-8 g/m 2 , để làm tăng chất kết dính giữa các loại plastic trong màng ghép
Có ứng dụng như EVA, nhưng có tính bền nhiệt cao.
Chịu được nhiệt độ khá cao.
Có tính bám dính cao để làm lớp keo dán giữa các lớp plastic trong màng ghép (OPP, PVDC…).
• EMAA (Ethylene methyl acid methacrylic – surlyn): nguyên liệu sản xuất ionomer, khi đó nhóm acid được trung hòa bởi ion Na + hoặc Zn 2+
Chống thấm chất béo cao.
Tính hàn dán tốt vì nhiệt độ hàn thấp hơn LDPE.
Lớp 5: Màng nhôm: ngăn chặn ẩm, ánh sáng, khí trơ
Nhôm được sử dụng dưới dạng lá nhôm kết hợp với plastic nhằm mục đích ngăn chặn sự thoát hương và bảo vệ thực phẩm khỏi tia cực tím Loại nhôm này được ứng dụng làm bao bì thực phẩm với độ tinh khiết đạt từ 98% đến 99% Độ dày của lá nhôm có thể dao động từ 7, 9, 12, 15 đến 18 micromet.
Lỗ nhụm trên bề mặt lá nhôm thường có kích thước rất nhỏ, với độ dày 7 µm có thể chứa đến 800 lỗ/m², trong khi độ dày 9 µm sẽ có khoảng 200 lỗ/m² Tổng diện tích lỗ hổng trung bình trên bề mặt lá nhôm đạt khoảng 2 mm²/m².
Lá nhôm, với tính mềm dẻo, có khả năng áp sát bề mặt thực phẩm, giúp ngăn chặn sự tiếp xúc với không khí, vi sinh vật và hơi nước, rất phù hợp để bảo quản thực phẩm giàu protein và chất béo Chúng chống oxy hóa do O2 và ngăn ngừa độ ẩm, từ đó ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật Những ưu điểm nổi bật của lá nhôm bao gồm khả năng dẫn điện và nhiệt tốt, độ nóng chảy cao, bề mặt sáng bóng, kín, chống ánh sáng, chống thoát hơi và sự xâm nhập của vi khuẩn Ngoài ra, vật liệu này còn chắc chắn, bền vững, dễ tạo hình và có quy trình sản xuất đơn giản.
Nhược điểm: nhiệt, không linh hoạt, rỉ sét, tác đọng bởi phản ứng hóa học, giá thành cao, tốn năng lượng khi tái chế.
Lớp 6: Ionomer: lớp keo kết dính giữa màng nhôm và LDPE (lớp PE trong cùng).
Ionomer là loại nhựa polymer đặc biệt, trong đó có chứa nguyên tố kim loại, giúp tạo ra mối liên kết ngang giữa các chuỗi polymer thông qua liên kết cộng hóa trị hoặc liên kết ion Ngoài ra, ion kim loại còn liên kết với một số nhóm chức trong chuỗi, tạo nên tính chất độc đáo cho vật liệu này.
Liên kết ion có năng lượng cao hơn cac liên kết khác trong chuỗi polyme nên chúng sẽ bổ sung một số tính chất mới cho polyme.
CÔNG NGHỆ IN TRÊN CẤU TRÚC BAO BÌ CÓ POLYETHYLENE PHÂN HỦY SINH HỌC VÀ QUY TRÌNH TÁI CHẾ
Công nghệ in
5.1.1.1 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.
Công nghệ in ống đồng trước đây thường gây hại cho sức khỏe con người và môi trường Tuy nhiên, hiện nay đã được cải thiện đáng kể nhờ việc sử dụng mực in gốc nước, giúp đáp ứng hiệu quả khả năng in của sản phẩm.
Công nghệ in ống đồng cho phép in ấn với số lượng lớn, đồng thời đảm bảo tính thân thiện với môi trường Việc ứng dụng công nghệ này trong sản xuất không chỉ đạt hiệu quả cao mà còn thể hiện rõ mục tiêu "xanh" hoá quy trình sản xuất.
5.1.1.2 Thiết bị in Đối với in bao bì đa lớp – bao bì hộp sữa, sản phẩm in thường là sản phẩm chất lượng cao và có số lượng in vừa và lớn Việc sản xuất bao bì nên theo quy trình công nghệ in trước và ghép sau nhằm đảm bảo lớp mực in ổn định và giữ cho lớp màng PE luôn sạch, không bị biến dạng cơ học
Khổ máy in thường nằm trong khoảng từ 650 mm đến 850 mm Sau khi in, cuộn giấy sẽ được cắt nhỏ với chiều ngang tương ứng với kích thước sản phẩm trước khi hoàn thiện, nhằm phù hợp với quy trình máy đóng hộp.
Trang 57 Đơn vị in: các sản phẩm bao bì thường bao gồm màu trắng lót, 4 màu CMYK và các màu pha thì đơn vị in trên các máy in ống đồng là phù hợp (8 – 10 đơn vị) 5.1.1.3 Trục in
Trục in đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng sản phẩm Tùy theo loại sản phẩm, có những phương pháp khắc khác nhau để tối ưu hóa độ sâu và hình dạng của cell.
Sử dụng công nghệ khắc laser trực tiếp với chế độ khắc SHC giúp cải thiện hiệu quả phủ mực của cell, mang lại sự đồng đều và phân bổ mực in tốt hơn Điều này cho phép tạo ra mật độ quang học cao hơn với cùng lượng mực in Đặc biệt, trong quá trình tạo khuôn in, việc tránh hiện tượng Moire là rất quan trọng, đòi hỏi phải lựa chọn góc xoay và độ phân giải phù hợp.
Các độ phân giải tiêu chuẩn thường được sử dụng cho sản phẩm bao bì bao gồm 150 Lpi, 165 Lpi và 175 Lpi Độ phân giải cùng với góc xoay được lựa chọn cho các màu CMYK là yếu tố quan trọng trong quá trình in ấn.
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 mực gốc dầu, với hình dáng các cell khác nhau nhằm giảm lượng nước, giúp mực mau khô Mực gốc nước cần nhiều thời gian và năng lượng để sấy khô hơn, do đó khoảng cách giữa các cell được giảm để tránh tình trạng loang mực sang cell kế cận, gây nhoè hình ảnh Trục in cần được mài nhẫn để ngăn ngừa việc lem mực ở những vùng không in Công nghệ khắc laser trực tiếp đảm bảo độ sâu, hình dáng và khoảng cách cell với độ chính xác cao hơn 5 micromet.
Bảng 5.2: Thông số cell khi khắc bằng laser trực tiếp
Dạng cell Độ phân giải (LPI) Độ sõu T (àm) Đường kớnh D (àm)
Vỏch ngăn giữa cỏc cell (àm)
Hình 5.1: Quy trình sản xuất
Thiết kế tạo mẫu: thiết kế và tạo mẫu theo loại sản phẩm
Trục in: gia công bên ngoài
Nguyên vật liệu: chuẩn bị nguyên vật liệu in bao gồm giấy, màng HDPE, LDPE và màng nhôm
Sau khi ghép màng, quá trình in được thực hiện trên máy in ống đồng Trước khi in, cần xử lý qua các bước như khắc khuôn in và điều chỉnh pha mực để đảm bảo chất lượng sản phẩm.
• Tiến hành in với sản phẩm, trong quá trình sẽ gặp phải một số lỗi không đáng có
Ghép màng là bước quan trọng sau quá trình in, nhằm tăng cường khả năng chứa đựng và bảo vệ cho bao bì mềm Việc lựa chọn màng và thứ tự ghép phù hợp sẽ phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng sản phẩm.
Khi lựa chọn phương pháp ghép bao bì, cần căn cứ vào tính chất của bao bì và sản phẩm Đối với bao bì sữa, phương pháp ghép màng không dung môi là sự lựa chọn an toàn hơn, vì nếu sử dụng phương pháp có dung môi, các dung môi có thể tồn tại trong lớp màng ghép và gây nguy cơ xâm nhập vào sản phẩm bên trong, ảnh hưởng đến chất lượng và an toàn thực phẩm.
Chia cuộn là quá trình diễn ra trên máy chia cuộn sau khi hoàn tất in ấn, nhằm điều chỉnh khổ giấy theo yêu cầu của máy đóng gói tự động Trong quá trình in, khổ giấy lớn cho phép in nhiều sản phẩm trên cùng một khổ, nhưng máy đóng gói chỉ có khả năng tạo hình bao bì cho một sản phẩm duy nhất.
• Phương pháp ghép không dùng dung môi: ghép khô không dung môi.
• 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 H 2 O 2 và được sấy khô trong phòng kín vô trùng
• Sữa được tiệt trùng UHT ở nhiệt độ cao 143 o C trong 6 giây,
Sữa được chiết rót định lượng vào bao bì, trong khi bao bì được hàn kín và cắt rời Quá trình tạo hình bao bì và chiết rót sữa diễn ra đồng thời trên một hệ thống thiết bị chiết rót hiện đại.
• Hộp sản phẩm được phun nước để làm sạch các chất lỏng bám ở các mối hàn và đáy.
5.1.3 Các lỗi xảy ra trong quá trình in
Bảng 5.3: Các lỗi trong quá trình in
Lỗi hiện tượng bóng ma
Màu sắc bán thành phẩm in chưa giống với màu chuẩn
Bán thành phẩm in bị lệch
Màu sắc trên màng in không đều nhau
Mực in dính lên màng
Chiều ra cuộn của bán thành phẩm in bị sai
Cuộn bán thành phẩm in ở đầu thu bị nhăn màng,
Tái chế và phân huỷ
Quá trình phân hủy chất dẻo trong tự nhiên diễn ra chậm và phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm trong polyme, pH, năng lượng mặt trời, và các tính chất của polyme Trong số các loại nhựa, polyethylene (PE) là loại khó phân hủy nhất do khả năng chống lại sự tấn công của vi khuẩn, vì nó không có các nhóm chức hoạt động Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân hủy sinh học của PE bao gồm các điều kiện môi trường và đặc điểm hóa học của nó.
• Thiếu nhóm chức hoạt động.
• Khối lượng phân tử lớn.
• Hình dạng vật lý (màng, hạt, bột, sợi).
• Phân bố vùng kết tinh và vùng vô định hình.
• Cấu trúc của polyme (mạch thẳng hay mạch nhánh).
• Thành phần hóa học của polyme (blend, sự có mặt của các phụ gia, các chất ổn định UV và phụ gia chống oxy hóa).
• Các vi sinh vật có trong môi trường.
• Các tính chất của vi sinh vật gồm khả năng tạo ra chất hoạt động bề mặt sinh học hoặc tính kỵ nước của thành tế bào vi khuẩn.
Sự phân hủy của polyethylene (PE) là một quá trình phức tạp, chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nhiệt độ, tia UV, độ ẩm, tác động cơ học và vi sinh vật Các phản ứng hóa học, vật lý và sinh học dẫn đến sự thay đổi tính chất của polymer, làm đứt các liên kết và gây ra biến đổi hóa học Hiện nay, cơ chế phân hủy polymer đang được nghiên cứu với nhiều ý kiến khác nhau, trong đó cơ chế gốc được chú trọng nhiều nhất do có cơ sở khoa học vững chắc, giải thích phần lớn các hiện tượng và quá trình xảy ra trong phân hủy oxy hóa của polymer.
5.2.1.1.1 Phân hủy oxy hóa quang
Phân hủy oxy hóa quang polyme là quá trình phân hủy polyme khi tiếp xúc với ánh sáng và oxy Tương tự như phân hủy oxy hóa nhiệt, quá trình này diễn ra thông qua cơ chế gốc và bao gồm ba giai đoạn chính: khơi mào phản ứng, phát triển mạch và ngắt mạch phản ứng.
Phản ứng phân hủy oxy hóa quang polyme RH do ánh sáng kích thích, dẫn đến sự hình thành gốc của đại phân tử polyme Gốc polyme này phản ứng với oxy để tạo ra gốc peroxide ROO∙ Tiếp theo, gốc peroxide tương tác với đại phân tử polyme, tạo ra gốc tự do R∙ và làm thay đổi cấu trúc của mạch polyme.
Trang 63 hydroperoxide ROOH Nhóm hydroperoxide kém bền và bị phân hủy thành các gốc tự do mới RO∙ và HO∙ (như phân hủy oxy hóa nhiệt polyme).
Trong quá trình phân hủy oxy hóa quang của polyetylen (PE) và các polyme hữu cơ khác, xảy ra sự cạnh tranh giữa hai quá trình là đứt mạch và khâu mạch gốc Quá trình đứt mạch gốc thường chiếm ưu thế, dẫn đến sự hình thành các sản phẩm chứa nhóm chức có cực, bao gồm carbonyl, carboxyl và hydroxyl.
Trong điều kiện bình thường, quá trình phân hủy quang và nhiệt có sự tương đồng, nhưng khác biệt chủ yếu nằm ở giai đoạn khơi mào Thêm vào đó, phân hủy nhiệt diễn ra trong các khối polymer, trong khi phân hủy quang hóa chỉ xảy ra ở bề mặt mẫu.
5.2.1.1.2 Phân hủy do tác động cơ học
Trong quá trình gia công và sử dụng, polyme và chất dẻo chịu tác động cơ học, dẫn đến biến dạng và đứt mạch, làm giảm khối lượng phân tử Những thay đổi này ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của polyme, thể hiện quá trình phân hủy cơ hóa của chúng Nhiều loại tác động cơ học khác nhau có thể gây ra sự phân hủy này.
Gốc lớn mới sinh ra đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân hủy mạch đại phân tử polyme theo cơ chế gốc Nó không chỉ tham gia vào phản ứng phát triển mạch mà còn truyền mạch với các đại phân tử polyme khác, tạo ra gốc mới Quá trình này dẫn đến phản ứng ngắt mạch do tái hợp hoặc phân ly các gốc tự do, gây ra hiện tượng ngắt mạch bất cân đối và hình thành các sản phẩm trung hòa.
2ROO∙ → 2RO∙ + O2 ROOH → RO∙ + HO∙
Khi polyme bị phân hủy dưới tác động cơ học và có mặt oxy, các gốc tự do lớn sinh ra sẽ kích thích quá trình phân hủy oxy hóa polyme Quá trình này đặc biệt xảy ra trong phân hủy oxy hóa nhiệt, dẫn đến sự hình thành các sản phẩm chứa oxy như nhóm peroxide, hydroperoxide, carbonyl, carboxyl, hydroxyl, cùng với các liên kết đôi và hợp chất thấp phân tử Một số sản phẩm phân hủy như nhóm peroxide và hydroperoxide còn có khả năng xúc tác cho quá trình phân hủy tiếp theo của polyme.
5.2.1.1.3 Phân hủy bởi vi sinh vật
Polyetylen và các polyolefin rất khó bị phân hủy bởi vi sinh vật, với quá trình phân hủy diễn ra qua nhiều giai đoạn Đầu tiên, quá trình oxy hóa xảy ra dưới tác động của chất oxy hóa và các yếu tố vật lý như nhiệt và ánh sáng, dẫn đến việc đứt mạch polymer và tạo ra các sản phẩm có khối lượng phân tử nhỏ hơn Những sản phẩm này chứa các nhóm phân cực ưa nước, làm tăng khả năng hút ẩm của polymer Sự hiện diện của nước tạo điều kiện cho vi sinh vật bám vào bề mặt polymer, và trong quá trình phát triển, chúng tiết ra các chất có khả năng phân hủy polymer.
5.2.1.2 Các biện pháp tăng khả năng phân hủy và quá trình phân hủy của PE chứa phụ gia xúc tiến oxy hóa
Phân tử PE chỉ chứa các liên kết C-C và C-H không phân cực, do đó không tạo ra trung tâm tấn công ái nhân hay ái điện tử, dẫn đến khả năng phản ứng hóa học bị hạn chế chủ yếu ở các phản ứng gốc Những vị trí dễ phản ứng nhất là các khuyết tật hiếm trong cấu trúc như carbon bậc 3 của nhánh, nối đôi và các nhóm chứa oxy ngẫu nhiên Tuy nhiên, tần suất xuất hiện của các khuyết tật này rất thấp, nên ảnh hưởng của chúng tới quá trình tổng thể cũng hạn chế, ngoại trừ trường hợp nhóm vinyliden có vai trò quan trọng trong cơ chế oxy hóa quang.
Polyetylen là một loại polymer có khối lượng phân tử (MW) rất cao, thường dao động từ vài trăm nghìn Dalton Khối lượng phân tử lớn này tạo ra một số trở ngại trong việc xử lý và ứng dụng của polyetylen.
Trang 65 thước lớn không thể đi vào trong tế bào, khó tiếp cận các hệ enzym nội bào Đối với các hợp chất cao phân tử khác, vi sinh vật thường tìm thấy dung dịch trong quá trình sản sinh ra enzym ngoại bào, cắt đại phân tử thành các mảnh nhỏ hơn và cuối cùng đi qua thành tế bào và màng tế bào chất Ở trạng thái rắn, phân tử PE sắp xếp dày đặc tạo thành cấu trúc bán tinh thể có tính kị nước cao Khả năng khuếch tán của nước và các tác nhân phản ứng sinh ra do vi sinh vật là rất hạn chế; thực tế là nước không thể khuếch tán và thậm chí không có sự khuếch tán oxy vào trong vùng kết tinh Chính bởi những trở ngại đó mà PE được xem là vật liệu gần như không phân hủy sinh học Vì thế các nhà khoa học đã tìm các biện pháp để nâng cao khả năng phân hủy sinh học của polyetylen.
5.2.1.2.1 Các biện pháp tăng khả năng phân hủy của PE a Sử dụng phụ gia xúc tiến oxy hóa
Một giải pháp khả thi để biến đổi bao bì chất dẻo thành vật liệu phân hủy sinh học nhanh chóng là sử dụng các phụ gia có khả năng tăng tốc phản ứng của chất dẻo với oxy trong không khí Những phụ gia này, được gọi là phụ gia xúc tiến phân huỷ (prodegradant), giúp đưa nguyên tử oxy vào trong mạch polyme, từ đó thúc đẩy quá trình phân hủy sinh học Một số loại phụ gia này đã và đang được áp dụng.
• Muối và phức chất của kim loại chuyển tiếp
Muối và phức chất của kim loại chuyển tiếp đang được sử dụng rộng rãi làm chất xúc tiến phân huỷ nhờ khả năng xúc tác cho quá trình phân huỷ hydroperoxide thành các gốc tự do Trong số các kim loại chuyển tiếp, Fe, Co và Mn là những kim loại phổ biến nhất Sắt rất hiệu quả trong việc tăng tốc quá trình phân huỷ quang, trong khi Mn và Co lại nhạy với quá trình phân huỷ nhiệt Các ion kim loại thường được thêm vào với lượng vết dưới dạng phức hữu cơ.
Hình 5.2: Xúc tác ion kim loại cho quá trình phân hủy hydroperoxide thành các gốc ankoxy và peroxy
• Các hệ không chứa kim loại chuyển tiếp
