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Leichtbau, Recyclingfähigkeit und PCR treiben Kunststoffverschlüsse in neue Richtungen – Maypak

Mai 26, 2023


Die Kombination aus Leichtbau, Recyclingfähigkeit und Post-Consumer-Harzen (PCR) werden drei Hauptschwerpunkte sein, während die Interessenvertreter der Branche weiterhin daran arbeiten, Verschlüsse und Verschlussharze nachhaltiger zu gestalten Nachhaltigkeit:PP-Airless-Pumpflaschen,Kunststoffpumpe,Plastikflaschen, usw.)



Sehen Sie leicht aus


In den letzten zwei Jahrzehnten ist das Gewicht von Getränkeverpackungen tendenziell immer geringer geworden. Fortschritte im Teiledesign, in der Verarbeitung und in den Materialien haben es der Industrie ermöglicht, Flaschen- und Verschlusslösungen zu entwickeln, die eine geringere Umweltbelastung haben, da weniger Rohstoffe produziert, verarbeitet und transportiert werden müssen.


Eine Aktualisierung der Designkriterien für das Finish des Halses, also den Einsatzbereich der Kappe, unterstützt den Trend zum Lightweighting. Beispielsweise führte der Übergang von der PCO 1810-Veredelung, die für kohlensäurehaltige Erfrischungsgetränke verwendet wird, zum jetzt standardmäßigen PCO 1881-Design zu einer Reduzierung des Verschlussgewichts um 25–35 % und einer ähnlichen Reduzierung der Veredelung selbst. Die Einführung des neuesten Halsfinish-Standards (26/22) dürfte in den nächsten Jahren eine weitere große Änderung darstellen.


Bei Anwendungen wie leichten Wasserflaschen glauben einige, dass die Möglichkeit zur Gewichtsreduzierung ins Stocken geraten ist. Daher kommt der Erhöhung der Produktionskapazität eine größere Bedeutung zu. Da die Leistungs- und Maßtoleranzen für diese leichten Verschlüsse immer enger werden, sind bestimmte Typen von Polyethylenharzen (PE), die noch vor einem Jahrzehnt üblich waren, oft nicht mehr in der Lage, die Verarbeitungs- und Funktionsanforderungen neuer Designs zu erfüllen.


Um diese Einschränkungen von Standardharzen zu überwinden, haben Materiallieferanten Hochleistungs-PE-Harze mit verbesserten mechanischen Eigenschaften entwickelt, die das Gewicht von Kappen und Verschlüssen weiter reduzieren können.


Diese Eigenschaften sind auf Fortschritte im Harzdesign zurückzuführen, wie z. B. die bimodale Molekulargewichtsverteilung und die Verwendung von Octen-Comonomeren, die einzigartige Vorteile gegenüber herkömmlichen PE-Harzen bieten.


Hochleistungsharze können die Spannungsrissbeständigkeit erhöhen, die für dünnwandige Teile erforderlich ist, die Kriech- und Barriereeigenschaften verbessern, die für kohlensäurehaltige oder dosierte Getränke erforderlich sind, und für einen höheren Durchfluss bei größeren Formen mit hoher Kavität sorgen, die mehr Teile auf einmal herstellen. Die Branche wird weiterhin dünnere und leichtere Verschlüsse entwickeln und dabei moderne Hochleistungs-PE-Harze verwenden, um die Leistung sicherzustellen.


  


Design für Recyclingfähigkeit


Da die Kreislaufwirtschaft immer mehr an Dynamik gewinnt, ist Design für Recyclingfähigkeit in der gesamten Wertschöpfungskette zu einem Bereich von größerer Bedeutung denn je geworden. Für Verschlüsse, die aufgrund von Anforderungen wie Manipulationssicherheit oder Versiegelungsleistung früher aus zwei oder mehr Materialien bestanden, gibt es jetzt vollständig recycelbare Lösungen aus nur einem Material.


Während Kosten und Produktionseffizienz wichtige Faktoren bleiben, werden neue Recyclingrichtlinien und -vorschriften moderne Verschlüsse prägen und das Interesse an Elementen wie Bindemitteln und recycelbaren Barriereharzen steigern.


In der Vergangenheit waren zweiteilige Verschlüsse Standard, die aus einer Außenhülle aus Polypropylen (PP) mit einer PE niedriger Dichte (LDPE) oder einer alternativen Auskleidung bestanden, um eine ausreichende Dichtleistung sicherzustellen. Zweiteilige Verschlüsse sind in einigen Teilen Nordamerikas und in einigen Getränkeanwendungen immer noch üblich, aber in den meisten Regionen werden zweiteilige Verschlüsse zugunsten von sensorischen, ungefütterten Verschlüssen aus hochdichtem PE (HPDE) abgeschafft. Diese einteiligen Verschlüsse vereinfachen nicht nur die Lieferkette, reduzieren die Verformung des Halses und verbessern die Dichtungen, sondern erleichtern auch die Einführung eines Verschlussflusses aus einem einzigen Material.


Ein weiterer Bereich, in dem recycelbare Verschlussdesigns in Betracht gezogen werden, ist der Markt für flexible Lebensmittelverpackungen. Der vollständig aus PE bestehende Standbodenbeutel (SUP) soll herkömmliche SUPs ersetzen, die eine Materialmischung verwenden, um die Leistungsanforderungen zu erfüllen.


Durch die Entwicklung fortschrittlicher PE-Harze mit deutlich verbesserten Eigenschaften wie Barriere und Siegelbarkeit können immer mehr Anwendungen durch PE-basierte Folienstrukturen ersetzt werden, um vollständig recycelbare Standbodenbeutel herzustellen. Einige dieser Beutel enthalten auch Ausgießer und Anschlüsse aus PP oder PE, insbesondere für Produkte wie Babynahrung, Dressings und Saucen. Um die gesamte Verpackung recycelbar zu machen, wird erwartet, dass die Verwendung aller PE-Beutel, -Beschläge und -Verschlüsse häufiger wird.


Tether ist eine aufstrebende Option in Nordamerika, die dabei hilft, sicherzustellen, dass die Verschlüsse zusammen mit dem Behälter gesammelt werden, und gleichzeitig dabei hilft, Abfall zu reduzieren. Im Jahr 2024 wird die Europäische Union (EU) im Rahmen der Einwegkunststoffrichtlinie verlangen, dass Kunststoffverschlüsse an allen Behältern unter 3 Litern befestigt/angebunden bleiben. Diese Gesetzgebung verursachte große Störungen in der Getränkeindustrie und erforderte neue und innovative Designs.

Nach den gleichen Überlegungen wie in der EU könnten ähnliche Rechtsvorschriften in Nordamerika und anderswo eingeführt werden. Tethering bietet auch eine Chance zur Differenzierung von Produkten und könnte in Nordamerika populär werden, da multinationale Unternehmen versuchen, globale Verschlussdesigns zu integrieren. Die gemeinsame Entwicklung von Harzlieferanten und Verschlussdesignern wird diese neuen Designs erleichtern und das Potenzial von Materialien mit höherer Zugfestigkeit und Fließeigenschaften für Band- und Scharnierverschlüsse erschließen.


  


Kombiniert mit PCR


Seit Jahren verarbeiten Verarbeiter in bestimmten Industriezweigen erfolgreich Post-Industrial Resins (PIR), auch Abfall-/Mahlgut genannt, in Formteile. Gehen Sie mit der PCR einen Schritt weiter, indem Sie Inhalte verwenden, die zuvor von Verbrauchern oder in industriellen Endanwendungen verwendet wurden.


Viele Faktoren müssen berücksichtigt werden, um PCR effektiv in Dichtungen für Anwendungen mit und ohne Lebensmittelkontakt zu integrieren. In Zukunft werden diese Faktoren eine größere Rolle dabei spielen, wie viel PCR mit Neuharz gemischt werden kann, da Unternehmen den Recyclinganteil in Verschlüssen und Verschlüssen maximieren wollen.


Der wohl schwierigste Aspekt bei der Integration von PCR in Verschlüsse ist heute die begrenzte Verfügbarkeit geeigneter PCR-Lieferströme, insbesondere für Lebensmittel- und Getränkeverpackungen. Für PE ist recyceltes HDPE (rHDPE) aus geblasener Milch und Krügen derzeit das einzige gängige Material, das für Anwendungen mit Lebensmittelkontakt zugelassen ist.


Eine der Herausforderungen bei der Verwendung von Harzen, die ursprünglich für das Blasformen entwickelt wurden, besteht darin, dass ihre Eigenschaften nicht für das Spritzgießen (und in geringerem Maße auch für das Formpressen) optimiert sind. Diese Produktionsmethoden sind sehr unterschiedlich, und die hohe Viskosität von Blasformharzen stellt eine Herausforderung bei der Verarbeitung der Linie dar, die für die Verwendung von Harzen mit viel niedrigerer Viskosität ausgelegt ist, die üblicherweise in Kappen und Verschlüssen verwendet werden. Weitere Überlegungen zur Versorgung umfassen Qualität, Konsistenz und Zuverlässigkeit.


Auf hoher Ebene sind die wichtigsten technischen Überlegungen bei der Entwicklung von Kappen mit PCR-Inhalt Materialien, Verarbeitung, Anwendungsanforderungen und Teiledesign. Die PCR-Eigenschaften unterscheiden sich von denen des Originalharzes. Materialeigenschaften wie mechanische Eigenschaften, Rheologie, Farbe und Optik sowie Sensorik entscheiden darüber, ob ein Material für eine bestimmte Anwendung geeignet ist.


Gleichzeitig müssen Spritzgießer feststellen, ob Teile ohne größere Änderungen an der vorhandenen Spritzgießausrüstung und dem Durchsatz hergestellt werden können oder ob zusätzliche Schritte im Zusammenhang mit Lagerung, Handhabung und Compoundierung erforderlich sind.


In den meisten Fällen ist die Materialspezifikation für die PCR sehr weit gefasst. In Kombination mit den inhärenten Eigenschaftsunterschieden zwischen den heute verfügbaren PCRs und den ursprünglichen Kappen- und Verschlussharzen ergibt sich ein verändertes Prozessfenster mit zusätzlicher Variabilität bei Größe und Teileleistung. Wenn die Hersteller diese Unterschiede bei der Herstellung des Verschlusses nicht vollständig verstehen und berücksichtigen, können weitere Herausforderungen im weiteren Verlauf, bei der Abfüllung und der Endverwendung, entstehen.


Um dieser Herausforderung zu begegnen, sollte das Design der Spitze in Verbindung mit den Anwendungsanforderungen bewertet werden. Aus Sicht der Nachhaltigkeit ist es wichtig, die Vorteile des Leichtbaus gegen die Vorteile der PCR abzuwägen, um herauszufinden, welcher Ansatz praktikabler ist und welcher im Vergleich zu den Auswirkungen auf die Umwelt größere Vorteile bringt.


Für die PCR zugeschnittene „PCR-fähige“ Neuharze dürften immer häufiger eingesetzt werden, da mehr Anstrengungen unternommen werden, um neue recycelte PE-Lieferströme einzuführen. In vielen Fällen bieten die gleichen Entwicklungen bei Verschlussharzen, die den Leichtbau erleichtern, auch verbesserte mechanische und rheologische Eigenschaften, sodass Verarbeiter und Markeninhaber mehr Recyclinganteile in Verschlüssen und Lebensmittelverpackungen verwenden können.


Es wird erwartet, dass diese nachhaltigkeitsorientierten Innovationen bei Verschlüssen und Verschlussharzen in den nächsten 10 Jahren fortgesetzt werden, da Gesetzgeber und Verbraucheranforderungen neue kommerzielle Lösungen vorantreiben. Die Zusammenarbeit zwischen den Akteuren der Lieferkette (Hersteller, Werkzeugbauer, Markeninhaber und Materiallieferanten) wird diese Bemühungen von Jahr zu Jahr vorantreiben.


Es ist unmöglich, genau zu sagen, wie unterschiedlich die Verschlüsse bis zum Ende des Jahrhunderts sein werden, aber sie werden sicherlich die heute aufkommenden Nachhaltigkeitsinnovationen einbeziehen.


  



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