Leichtbau, Recyclingfähigkeit und PCR treiben die Entwicklung neuer Kunststoffverschlüsse voran – Maypak

Die Kombination aus geringem Gewicht, Recyclingfähigkeit und Post-Consumer-Rezyklaten (PCR) wird ein zentraler Schwerpunkt der Bemühungen der Branchenakteure sein, Verschlüsse und Verschlusskunststoffe nachhaltiger zu gestalten. (Auch Kosmetikverpackungen haben nach und nach begonnen, Innovationen voranzutreiben und der Nachhaltigkeit mehr Aufmerksamkeit zu schenken.) PP Airless Pumpflaschen , Kunststoffpumpe , Plastikflaschen , usw.)

Sieht leicht aus

In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich das Gewicht von Getränkeverpackungen kontinuierlich verringert. Fortschritte bei der Teilekonstruktion, der Verarbeitung und den Materialien haben es der Industrie ermöglicht, Flaschen- und Verschlusslösungen zu entwickeln, die die Umwelt weniger belasten, da weniger Rohstoffe produziert, verarbeitet und transportiert werden müssen.

Eine Aktualisierung der Designkriterien für die Halsbearbeitung, also den Bereich, auf den der Verschluss aufgesetzt wird, unterstützt den Trend zu leichteren Flaschen. Beispielsweise führte die Umstellung von der für kohlensäurehaltige Erfrischungsgetränke verwendeten PCO-1810-Beschichtung auf die nunmehr gebräuchliche PCO-1881-Beschichtung zu einer Gewichtsreduzierung des Verschlusses um 25–35 %, bei gleichzeitig ähnlicher Reduzierung des Gewichts der Beschichtung selbst. Die Einführung der neuesten Norm für Halsbearbeitungen (26/22) dürfte in den nächsten Jahren einen weiteren wichtigen Wandel mit sich bringen.

Bei Anwendungen wie leichten Wasserflaschen glauben manche, dass die Möglichkeiten zur Gewichtsreduzierung ausgeschöpft sind. Daher gewinnt die Steigerung der Produktionskapazität an Bedeutung. Da die Anforderungen an Leistung und Maßtoleranzen für diese leichten Verschlüsse immer enger werden, erfüllen bestimmte Polyethylen-(PE-)Typen, die noch vor zehn Jahren üblich waren, die Verarbeitungs- und Funktionsanforderungen neuer Designs oft nicht mehr.

Um diesen Einschränkungen von Standardkunststoffen zu begegnen, haben Materiallieferanten Hochleistungs-PE-Kunststoffe mit verbesserten mechanischen Eigenschaften entwickelt, die das Gewicht von Kappen und Verschlüssen weiter reduzieren können.

Diese Eigenschaften beruhen auf Fortschritten im Harzdesign, wie etwa der bimodalen Molekulargewichtsverteilung und der Verwendung von Octen-Comonomeren, die gegenüber herkömmlichen PE-Harzen einzigartige Vorteile bieten.

Hochleistungskunststoffe können die für dünnwandige Bauteile erforderliche Spannungsrissbeständigkeit erhöhen, die Kriech- und Barriereeigenschaften für kohlensäurehaltige oder dosierte Getränke verbessern und einen höheren Materialfluss für größere, mehrkavitätenreiche Formen ermöglichen, mit denen sich mehr Teile gleichzeitig herstellen lassen. Die Industrie wird die Entwicklung dünnerer und leichterer Verschlüsse mit modernen Hochleistungs-PE-Kunststoffen weiter vorantreiben, um die gewünschte Leistung zu gewährleisten.

Design für Recyclingfähigkeit

Da die Kreislaufwirtschaft immer mehr an Bedeutung gewinnt, ist die Berücksichtigung der Recyclingfähigkeit im Design entlang der gesamten Wertschöpfungskette wichtiger denn je geworden. Verschlüsse, die früher aus zwei oder mehr Materialien bestanden, um Anforderungen wie Manipulationssicherheit oder Dichtigkeit zu erfüllen, sind heute in vollständig recycelbaren Ein-Material-Lösungen erhältlich.

Während Kosten und Produktionseffizienz weiterhin wichtige Faktoren darstellen, werden neue Recyclingrichtlinien und -vorschriften die Entwicklung moderner Verschlüsse prägen und das Interesse an Elementen wie Bindemitteln und recycelbaren Barriereharzen steigern.

Früher waren zweiteilige Verschlüsse Standard, bestehend aus einer Polypropylen-Außenhülle (PP) mit einer Innenauskleidung aus Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) oder einem alternativen Material, um eine ausreichende Dichtigkeit zu gewährleisten. Zweiteilige Verschlüsse sind in einigen Teilen Nordamerikas und bei bestimmten Getränkeanwendungen noch immer üblich, werden aber in den meisten Regionen zugunsten sensorisch hochwertiger, unbeschichteter Verschlüsse aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE) schrittweise ersetzt. Diese einteiligen Verschlüsse vereinfachen nicht nur die Lieferkette, reduzieren Verformungen am Flaschenhals und verbessern die Dichtigkeit, sondern erleichtern auch die Einführung eines einheitlichen Materialflusses für Verschlüsse.

Ein weiterer Bereich, in dem recycelbare Verschlussdesigns in Betracht gezogen werden, ist der Markt für flexible Lebensmittelverpackungen. Der Standbodenbeutel aus reinem Polyethylen (PE) soll herkömmliche Standbodenbeutel ersetzen, die aus einer Materialmischung bestehen, um die Leistungsanforderungen zu erfüllen.

Mit der Entwicklung fortschrittlicher PE-Kunststoffe mit deutlich verbesserten Eigenschaften wie Barrierewirkung und Siegelfähigkeit können immer mehr Anwendungen durch PE-basierte Folienstrukturen ersetzt werden, um vollständig recycelbare Standbodenbeutel herzustellen. Einige dieser Beutel enthalten auch Ausgießer und Verschlüsse aus PP oder PE, insbesondere für Produkte wie Babynahrung, Dressings und Soßen. Um die gesamte Verpackung recycelbar zu machen, wird erwartet, dass die Verwendung von Beuteln, Verschlüssen und Verschlüssen aus reinem PE gängiger wird.

Die Befestigung von Verschlüssen mit einem Kabelbinder ist in Nordamerika eine aufkommende Lösung, die sicherstellt, dass die Verschlüsse zusammen mit den Behältern gesammelt werden und gleichzeitig die Umweltverschmutzung reduziert. Ab 2024 wird die Europäische Union (EU) im Rahmen der Richtlinie über Einwegkunststoffe vorschreiben, dass Kunststoffverschlüsse an allen Behältern unter 3 Litern dauerhaft befestigt sein müssen. Diese Gesetzgebung führte zu erheblichen Umwälzungen in der Getränkeindustrie und erforderte neue und innovative Designs.

Analog zur EU könnten ähnliche Gesetze auch in Nordamerika und anderen Regionen eingeführt werden. Die Befestigung von Verschlüssen bietet zudem die Möglichkeit zur Produktdifferenzierung und könnte in Nordamerika an Bedeutung gewinnen, da multinationale Unternehmen bestrebt sind, globale Verschlussdesigns zu integrieren. Die gemeinsame Entwicklung von Harzlieferanten und Verschlussdesignern wird diese neuen Designs fördern und das Potenzial von Materialien mit höherer Zugfestigkeit und besseren Fließeigenschaften für Klebe- und Scharnierverschlüsse erschließen.

In Kombination mit PCR

Seit Jahren setzen Verarbeiter erfolgreich Post-Industrial-Rezyklone (PIR), auch bekannt als Schrott-/Regranulatmaterialien, in Formteilen bestimmter Branchen ein. Die PCR-Technologie geht noch einen Schritt weiter, indem sie Materialien verwendet, die zuvor von Verbrauchern oder in industriellen Endanwendungen eingesetzt wurden.

Für die effektive Integration von PCR in Dichtungen für Anwendungen mit und ohne Lebensmittelkontakt müssen zahlreiche Faktoren berücksichtigt werden. Zukünftig werden diese Faktoren eine größere Rolle bei der Bestimmung des optimalen PCR-Anteils im Neuware-Harz spielen, da Unternehmen den Recyclinganteil in Verschlüssen und Kappen maximieren wollen.

Die wohl größte Herausforderung bei der Integration von PCR in Verschlüsse ist derzeit die begrenzte Verfügbarkeit geeigneter PCR-Lieferketten, insbesondere für Lebensmittel- und Getränkeverpackungen. Für PE ist recyceltes HDPE (rHDPE) aus Milch- und Flaschenverpackungen aktuell das einzige gängige Material, das für den Lebensmittelkontakt zugelassen ist.

Eine der Herausforderungen bei der Verwendung von ursprünglich für das Blasformen entwickelten Kunststoffen besteht darin, dass ihre Eigenschaften nicht für das Spritzgießen (und in geringerem Maße auch für das Formpressen) optimiert sind. Diese Produktionsmethoden unterscheiden sich grundlegend, und die hohe Viskosität der Blasformkunststoffe stellt eine Herausforderung bei der Verarbeitung der Anlage dar, die für die Verarbeitung von Kunststoffen mit deutlich niedrigerer Viskosität ausgelegt ist, wie sie üblicherweise für Verschlüsse verwendet werden. Weitere wichtige Aspekte der Lieferkette sind Qualität, Konsistenz und Zuverlässigkeit.

Die wichtigsten technischen Aspekte bei der Entwicklung von Verschlüssen mit PCR-Anteil sind Material, Verarbeitung, Anwendungsanforderungen und Bauteilkonstruktion. Die Eigenschaften des PCR-Materials unterscheiden sich von denen des ursprünglichen Harzes. Materialeigenschaften wie mechanische Eigenschaften, Rheologie, Farbe, Optik und sensorische Eigenschaften entscheiden darüber, ob ein Material für eine bestimmte Anwendung geeignet ist.

Gleichzeitig müssen die Formgeber feststellen, ob die Teile ohne größere Änderungen an den bestehenden Formanlagen und dem Durchsatz hergestellt werden können oder ob zusätzliche Schritte in Bezug auf Lagerung, Handhabung und Compoundierung erforderlich sind.

In den meisten Fällen ist die Materialspezifikation für PCR sehr breit gefächert. In Kombination mit den prinzipbedingten Unterschieden zwischen den heute verfügbaren PCRs und den ursprünglichen Kappen- und Verschlusskunststoffen ergibt sich ein verändertes Prozessfenster mit zusätzlicher Variabilität in Größe und Teileleistung. Wenn Verarbeiter diese Unterschiede bei der Verschlussproduktion nicht vollständig verstehen und berücksichtigen, können nachgelagerte Probleme bei der Abfüllung und der Endverwendung auftreten.

Um dieser Herausforderung zu begegnen, sollte die Konstruktion der Düse in Verbindung mit den Anwendungsanforderungen bewertet werden. Aus Nachhaltigkeitssicht ist es wichtig, die Vorteile des Leichtbaus gegen die Vorteile der Polymer-Kälte-Technologie abzuwägen, um zu ermitteln, welcher Ansatz praktikabler ist und welche Umweltauswirkungen insgesamt besser berücksichtigt.

Für PCR-Verfahren geeignete Neuware-Kunststoffe werden voraussichtlich häufiger zum Einsatz kommen, da verstärkt neue Recycling-PE-Lieferketten erschlossen werden. In vielen Fällen bieten die gleichen Entwicklungen bei Verschlusskunststoffen, die eine Gewichtsreduzierung ermöglichen, auch verbesserte mechanische und rheologische Eigenschaften. Dadurch können Verarbeiter und Markeninhaber mehr Recyclingmaterial in Verschlüssen und Lebensmittelverpackungen verwenden.

Diese auf Nachhaltigkeit ausgerichteten Innovationen bei Verschlüssen und Verschlusskunststoffen werden sich voraussichtlich in den nächsten zehn Jahren fortsetzen, da Gesetzgeber und Verbrauchernachfrage neue kommerzielle Lösungen vorantreiben. Die Zusammenarbeit der Akteure entlang der Lieferkette (Hersteller, Werkzeugmacher, Markeninhaber und Materiallieferanten) wird diese Entwicklung Jahr für Jahr fördern.

Es lässt sich nicht genau vorhersagen, wie sich die Schließungen bis zum Ende des Jahrhunderts verändern werden, aber sie werden mit Sicherheit die heutigen, noch jungen Innovationen im Bereich der Nachhaltigkeit einbeziehen.