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Leichtgewicht, Recyclingfähigkeit und PCR treiben Kunststoffverschlüsse in neue Richtungen - Maypak

Juli 04, 2022

Die Kombination aus Gewichtsreduzierung, Recyclingfähigkeit und Post-Consumer-Harz (PCR) wird drei Hauptschwerpunkte sein, da die Interessenvertreter der Industrie weiterhin daran arbeiten, Kappen und Kappenharze nachhaltiger zu machen.


01.   Siehe Leichtbau                                                                                                      


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


Eine Aktualisierung des Designstandards für Halsabschlüsse, nämlich den Anwendungsbereich der Kappe, unterstützt den Trend zum Lightweighting. Beispielsweise führte der Übergang von einer PCO 1810-Oberfläche für kohlensäurehaltige Erfrischungsgetränke zum aktuellen Standarddesign PCO 1881 zu einer Reduzierung des Deckelgewichts um 25–35 %, bei einer ähnlichen Reduzierung der Oberfläche selbst. Es wird erwartet, dass die Einführung des neuesten Standards für die Halsausführung (26/22) in den nächsten Jahren eine weitere große Änderung bedeuten wird.


Bei Anwendungen wie leichten Wasserflaschen glauben einige, dass die Möglichkeiten zur Gewichtsreduzierung ins Stocken geraten sind. Daher kommt der Erhöhung der Produktionskapazität eine größere Bedeutung zu. Da die Leistungs- und Maßtoleranzen dieser leichten Verschlüsse immer enger werden, sind die spezifischen Qualitäten von Polyethylen (PE)-Harzen, die noch vor zehn Jahren üblich waren, oft nicht mehr in der Lage, die Verarbeitungs- und Funktionsanforderungen in neuen 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 Kappen weiter reduzieren können.


Diese Eigenschaften resultieren aus Fortschritten im Harzdesign, wie z. B. der bimodalen Molekulargewichtsverteilung und der Verwendung von Octen-Comonomeren, die einzigartige Vorteile gegenüber herkömmlichen PE-Harzen bieten.


Hochleistungsharze können die für dünnwandige Teile erforderliche Spannungsrissbeständigkeit erhöhen, die für kohlensäurehaltige oder dosierte Getränke erforderliche Kriechbeständigkeit und Barriereeigenschaften verbessern und einen höheren Durchfluss für größere Formen mit hohem Hohlraum liefern, die mehr Teile gleichzeitig herstellen . Die Industrie wird sich weiterhin mit dünneren, leichteren Kappen weiterentwickeln und moderne Hochleistungs-PE-Harze verwenden, um die Leistung sicherzustellen.


02.   Design für Recyclingfähigkeit                                                                                                


Da die Kreislaufwirtschaft weiter an Dynamik gewinnt, ist Design für Recyclingfähigkeit zu einem Bereich geworden, der in der gesamten Wertschöpfungskette stärker denn je im Fokus steht. Für Kappen, die früher aus zwei oder mehr Materialien bestanden, um Anforderungen wie Manipulationssicherheit oder Siegeleigenschaften zu erfüllen, gibt es heute vollständig recycelbare Ein-Material-Lösungen.


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


In der Vergangenheit war eine zweiteilige Abdeckung, bestehend aus einer Polypropylen (PP)-Hülle mit einer PE (LDPE) niedriger Dichte oder einer alternativen Auskleidung, um eine angemessene Dichtleistung zu gewährleisten, Standard. Zweiteilige Verschlüsse sind in einigen Regionen Nordamerikas und in einigen Getränkeanwendungen immer noch üblich, aber in den meisten Regionen werden zweiteilige Verschlüsse zugunsten von sensorischen, ungefütterten Flaschenverschlüssen aus hochdichtem PE (HPDE) abgeschafft. Diese einteiligen Kappen vereinfachen nicht nur die Lieferkette, reduzieren die Halsverformung und verbessern die Abdichtung, sondern erleichtern auch die Einführung von Kappenströmen aus einem einzigen Material.


Ein weiterer Bereich, der für Verschlussdesigns zur Wiederverwertbarkeit in Betracht gezogen wird, ist der Markt für flexible Lebensmittelverpackungen. Alle PE-Standbodenbeutel (SUPs) sind so konzipiert, dass sie herkömmliche SUPs ersetzen, die Hybridmaterialien verwenden, um die Leistungsanforderungen zu erfüllen.


Mit der Entwicklung fortschrittlicher PE-Harze mit deutlich verbesserten Eigenschaften wie Barriere- und Siegeleigenschaften können immer mehr Anwendungen durch PE-basierte Folienstrukturen ersetzt werden, um vollständig recycelbare Standbodenbeutel herzustellen. Einige dieser Beutel enthalten auch Tüllen und Zubehör aus PP oder PE, insbesondere für Produkte wie Babynahrung, Gewürze und Saucen. Um die gesamte Verpackung recycelbar zu machen, wird erwartet, dass die Verwendung von vollen PE-Beutel, Fittings und Verschlüssen üblicher wird.

Tether ist eine aufkommende Option in Nordamerika, die dazu beiträgt, dass die Kappen mit dem Behälter gesammelt werden, und gleichzeitig dazu beiträgt, Abfall zu reduzieren. Im Jahr 2024 wird die Europäische Union (EU) im Rahmen der Richtlinie über Einwegkunststoffe verlangen, dass Kunststoffverschlüsse für alle Behälter unter 3 Litern angebracht/angebunden bleiben. Diese Gesetzgebung hat erhebliche Störungen in der Getränkeindustrie verursacht und erfordert neue und innovative Designs.


Nach der gleichen Argumentation wie die EU könnten ähnliche Rechtsvorschriften in Nordamerika und anderswo eingeführt werden. Tethering bietet auch die Möglichkeit, Produkte zu differenzieren, und könnte in Nordamerika populär werden, da multinationale Unternehmen versuchen, globale geschlossene Designs zu integrieren. Die gemeinsame Entwicklung zwischen Harzlieferanten und Verschlussdesignern wird diese neuen Designs erleichtern und das Potenzial von Materialien mit höherer Zugfestigkeit und Fließeigenschaften für Bänder und Scharnierbandverschlüsse erschließen.


03.   Bindungs-PCR                                                                                                          


Verarbeiter haben in bestimmten Branchen seit vielen Jahren erfolgreich postindustrielle Harze (PIR), auch bekannt als Abfall-/Mahlgut, in Formteile eingearbeitet. Die Einbeziehung von PCR geht noch einen Schritt weiter, indem Inhalte verwendet werden, 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 bei der Bestimmung spielen, wie viel PCR mit neuem Harz gemischt werden kann, da Unternehmen bestrebt sind, die Menge an recyceltem Inhalt in Kappen und Kappen zu maximieren.

Der wohl schwierigste Aspekt beim Einbau von PCR in Verschlüsse ist heute die begrenzte Verfügbarkeit geeigneter PCR-Versorgungsströme, insbesondere für Lebensmittel- und Getränkeverpackungen. Für PE ist recyceltes HDPE (rHDPE) aus Blasmilch und Kännchen derzeit das einzige Mainstream-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 für das Formpressen) optimiert sind. Diese Produktionsmethoden sind ziemlich unterschiedlich, und die hohe Viskosität von Blasformharzen stellt Herausforderungen während der Verarbeitung in einer Produktionslinie 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 hohem Niveau sind die wichtigsten technischen Faktoren, die bei der Entwicklung von Verschlüssen mit PCR-Anteil zu berücksichtigen sind, Materialien, Verarbeitung, Anwendungsanforderungen und Teiledesign. Die PCR-Eigenschaften unterscheiden sich von denen des ursprünglichen Harzes. Materialeigenschaften wie mechanische Eigenschaften, Rheologie, Farbe und Optik sowie sensorische Eigenschaften bestimmen, ob ein Material für eine bestimmte Anwendung geeignet ist.


Gleichzeitig müssen Former feststellen, ob Teile ohne größere Änderungen an bestehenden Formanlagen und Durchsätzen hergestellt werden können oder ob zusätzliche Schritte in Bezug auf Lagerung, Handhabung und Mischen erforderlich sind.


In den meisten Fällen sind die Materialspezifikationen für 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 in Größe und Teileleistung. Wenn Former diese Unterschiede während der Verschlussherstellung nicht vollständig verstehen und berücksichtigen, können weitere Herausforderungen im nachgelagerten Bereich, bei der Abfüllung und beim Endverbrauch auftreten.


Um dieser Herausforderung zu begegnen, sollte das Design der Spitze in Bezug auf die Anwendungsanforderungen bewertet werden. Aus Nachhaltigkeitssicht ist es wichtig, die Vorteile von Leichtbau in Kombination mit den Vorteilen von PCR abzuwägen, um zu verstehen, welcher Ansatz praktikabler ist und welcher größere Vorteile in Bezug auf die Umweltauswirkungen bietet.


„PCR-bereite“ neue Harze, die auf die PCR zugeschnitten sind, werden möglicherweise häufiger eingesetzt, da mehr Anstrengungen unternommen werden, um neue recycelte PE-Lieferströme einzuführen. In vielen Fällen bieten die gleichen Entwicklungen bei Kappenharzen, die das Leichtgewicht fördern, auch verbesserte mechanische und rheologische Eigenschaften, die es Verarbeitern und Markeninhabern ermöglichen, mehr recycelte Inhalte in Kappen und Lebensmittelverpackungen zu verwenden.


Diese nachhaltigkeitsorientierten Innovationen bei Verschlüssen und Kappenharzen werden voraussichtlich in den nächsten 10 Jahren fortgesetzt, da die Nachfrage von Gesetzgebern und Verbrauchern neue Geschäftslösungen vorantreibt. Die Zusammenarbeit zwischen den Akteuren der Lieferkette (Hersteller, Werkzeugmacher, Markeninhaber und Materiallieferanten) wird diese Arbeit Jahr für Jahr voranbringen.

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 beinhalten.


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