Leggerezza, riciclabilità e PCR stanno spingendo i tappi di plastica verso nuove direzioni - Maypak

La combinazione di leggerezza, riciclabilità e resine post-consumo (PCR) saranno tre aree chiave su cui gli operatori del settore continueranno a lavorare per rendere i tappi e le resine dei tappi più sostenibili. (Anche il packaging cosmetico ha gradualmente iniziato a innovare, prestando maggiore attenzione alla sostenibilità: Flaconi con pompa airless in PP , Pompa in plastica , Bottiglie di plastica , ecc.)

Sembra leggero

Negli ultimi due decenni, il peso degli imballaggi per bevande ha mostrato una tendenza alla diminuzione. I progressi nella progettazione dei componenti, nei processi e nei materiali hanno permesso all'industria di sviluppare soluzioni per bottiglie e chiusure con un minore impatto ambientale, poiché è necessario produrre, lavorare e trasportare meno materie prime.

L'aggiornamento dei criteri di progettazione per la finitura del collo, ovvero l'area di applicazione del tappo, supporta la tendenza alla riduzione del peso. Ad esempio, il passaggio dalla finitura PCO 1810 utilizzata per le bevande analcoliche gassate al design PCO 1881, ora standard, ha comportato una riduzione del 25-35% del peso della chiusura, con una riduzione analoga anche per quanto riguarda la finitura stessa. L'adozione del più recente standard per la finitura del collo (26/22) dovrebbe segnare un altro importante cambiamento nei prossimi anni.

In applicazioni come le bottiglie d'acqua leggere, alcuni ritengono che le opportunità di riduzione del peso si siano esaurite. Pertanto, l'aumento della capacità produttiva assume maggiore importanza. Con il restringersi delle tolleranze dimensionali e prestazionali per questi tappi leggeri, alcune tipologie di resine di polietilene (PE) comuni solo una decina di anni fa spesso non sono più in grado di soddisfare i requisiti di lavorazione e funzionali dei nuovi modelli.

Per ovviare a questi limiti delle resine standard, i fornitori di materiali hanno sviluppato resine di PE ad alte prestazioni con proprietà meccaniche migliorate, in grado di ridurre ulteriormente il peso di tappi e chiusure.

Queste proprietà derivano da progressi nella progettazione delle resine, come la distribuzione bimodale del peso molecolare e l'uso di comonomeri di ottene, che offrono vantaggi unici rispetto alle tradizionali resine di PE.

Le resine ad alte prestazioni possono aggiungere la resistenza alle cricche da stress necessaria per i componenti a parete sottile, migliorare le proprietà di scorrimento viscoso e di barriera necessarie per le bevande gassate o dosate e fornire una maggiore fluidità per stampi più grandi e ad alta cavità che producono più pezzi contemporaneamente. Il settore continuerà a progredire verso chiusure più sottili e leggere, utilizzando moderne resine PE ad alte prestazioni per garantire le prestazioni.

Progettazione per la riciclabilità

Con la crescente importanza dell'economia circolare, la progettazione orientata alla riciclabilità è diventata un aspetto di fondamentale importanza lungo tutta la catena del valore. Le chiusure che un tempo erano composte da due o più materiali per soddisfare requisiti quali la resistenza alla manomissione o le prestazioni di tenuta, ora dispongono di soluzioni monomateriale completamente riciclabili.

Sebbene i costi e l'efficienza produttiva rimangano fattori importanti, le nuove linee guida e normative sul riciclaggio plasmeranno i moderni sistemi di chiusura e aumenteranno l'interesse per elementi quali le resine leganti e le resine barriera riciclabili.

In passato, le chiusure a due pezzi, costituite da un guscio esterno in polipropilene (PP) con un rivestimento interno in polietilene a bassa densità (LDPE) o materiale alternativo per garantire un'adeguata tenuta, erano lo standard. Le chiusure a due pezzi sono ancora comuni in alcune zone del Nord America e in alcune applicazioni per bevande, ma nella maggior parte delle regioni stanno venendo gradualmente sostituite da tappi in polietilene ad alta densità (HPDE) monoblocco, non rivestiti e con proprietà organolettiche. Queste chiusure monoblocco non solo semplificano la catena di approvvigionamento, riducono la deformazione del collo del flacone e migliorano la tenuta, ma facilitano anche l'adozione di un flusso di chiusura a materiale unico.

Un altro settore in cui si prendono in considerazione soluzioni di chiusura riciclabili è quello degli imballaggi alimentari flessibili. La busta stand-up (SUP) interamente in PE è progettata per sostituire le SUP tradizionali, che utilizzano una miscela di materiali per soddisfare i requisiti prestazionali.

Grazie allo sviluppo di resine PE avanzate con proprietà notevolmente migliorate, come quelle di barriera e di sigillabilità, un numero sempre maggiore di applicazioni può essere sostituito con strutture in film a base di PE per creare buste stand-up completamente riciclabili. Alcune di queste buste contengono anche beccucci e raccordi in PP o PE, soprattutto per prodotti come alimenti per l'infanzia, condimenti e salse. Per rendere l'intero imballaggio riciclabile, si prevede che l'utilizzo di buste, raccordi e chiusure interamente in PE diventerà sempre più comune.

Il sistema di fissaggio con cordino è un'opzione emergente in Nord America che contribuisce a garantire la raccolta dei tappi insieme al contenitore, riducendo al contempo la dispersione di rifiuti. Nel 2024, nell'ambito della direttiva sulla plastica monouso, l'Unione Europea (UE) ha imposto l'obbligo di fissare/ancorare i tappi di plastica di tutti i contenitori di capacità inferiore a 3 litri. Questa normativa ha causato notevoli disagi all'industria delle bevande e ha richiesto soluzioni progettuali nuove e innovative.

Seguendo lo stesso ragionamento dell'UE, una legislazione simile potrebbe essere introdotta in Nord America e altrove. Il sistema di fissaggio con cordino offre anche l'opportunità di differenziare i prodotti e potrebbe diffondersi in Nord America, dato che le aziende multinazionali cercano di integrare design di chiusura globali. Lo sviluppo congiunto tra fornitori di resine e progettisti di chiusure faciliterà questi nuovi design e sbloccherà il potenziale di materiali con maggiore resistenza alla trazione e proprietà di flusso per chiusure a nastro e con cordino incernierato.

Combinato con PCR

Da anni, i produttori incorporano con successo resine post-industriali (PIR), note anche come materiali di scarto/riciclati, nei componenti stampati in determinati settori. È possibile spingersi oltre con le resine post-industriali, utilizzando materiali precedentemente impiegati dai consumatori o in applicazioni industriali.

Per integrare efficacemente il PCR (riciclo post-consumo) nelle guarnizioni per applicazioni a contatto con gli alimenti e non, è necessario considerare numerosi fattori. In futuro, questi fattori avranno un ruolo sempre più importante nel determinare la quantità di PCR che è possibile miscelare con la resina vergine, poiché le aziende puntano a massimizzare il contenuto riciclato nei tappi e nei coperchi.

Probabilmente l'aspetto più difficile dell'integrazione del PCR nei tappi oggi è la disponibilità limitata di fonti di approvvigionamento di PCR idonee, soprattutto per gli imballaggi alimentari e delle bevande. Per il PE, l'HDPE riciclato (rHDPE) proveniente da contenitori per latte e bottiglie è attualmente l'unico materiale di largo consumo approvato per applicazioni a contatto con gli alimenti.

Una delle difficoltà nell'utilizzo di resine originariamente progettate per lo stampaggio a soffiaggio risiede nel fatto che le loro proprietà non sono ottimizzate per lo stampaggio a iniezione (e, in misura minore, per lo stampaggio a compressione). Questi metodi di produzione sono piuttosto diversi e l'elevata viscosità delle resine per lo stampaggio a soffiaggio rappresenta una sfida durante la lavorazione della linea, progettata per utilizzare resine a viscosità molto inferiore, comunemente impiegate per tappi e chiusure. Altri aspetti da considerare in termini di fornitura includono qualità, uniformità e affidabilità.

A livello generale, le principali considerazioni tecniche per lo sviluppo di tappi con contenuto di PCR riguardano i materiali, il processo, i requisiti di applicazione e la progettazione del componente. Le proprietà del PCR differiscono da quelle della resina originale. Le proprietà del materiale, come le proprietà meccaniche, reologiche, il colore, l'ottica e le caratteristiche sensoriali, determinano se un materiale è adatto a una data applicazione.

Allo stesso tempo, gli stampatori devono stabilire se i pezzi possono essere prodotti senza modifiche sostanziali alle attrezzature di stampaggio e alla capacità produttiva esistenti, oppure se sono necessari passaggi aggiuntivi relativi allo stoccaggio, alla movimentazione e alla miscelazione.

Nella maggior parte dei casi, le specifiche dei materiali per le resine PCR sono molto ampie. Se a ciò si aggiungono le differenze intrinseche nelle proprietà tra le resine PCR attualmente disponibili e le resine originali utilizzate per tappi e chiusure, ne consegue una finestra di processo modificata, con un'ulteriore variabilità in termini di dimensioni e prestazioni dei componenti. Se gli stampatori non comprendono appieno e non gestiscono queste differenze durante la produzione delle chiusure, potrebbero sorgere ulteriori problemi a valle, durante l'imbottigliamento e l'utilizzo finale.

Per affrontare questa sfida, la progettazione della punta dovrebbe essere valutata in combinazione con i requisiti dell'applicazione. Da una prospettiva di sostenibilità, è importante soppesare i vantaggi della riduzione del peso rispetto ai vantaggi della PCR per capire quale approccio sia più valido e quale apporti maggiori benefici in termini di impatto ambientale.

Le resine vergini "pronte per il PCR", specificamente progettate per questo processo, diventeranno probabilmente più comuni man mano che si intensificheranno gli sforzi per introdurre nuove fonti di approvvigionamento di PE riciclato. In molti casi, gli stessi sviluppi nelle resine per tappi che facilitano la riduzione del peso offrono anche migliori proprietà meccaniche e reologiche, consentendo ai produttori e ai proprietari di marchi di utilizzare una maggiore quantità di materiale riciclato nei tappi e negli imballaggi alimentari.

Si prevede che queste innovazioni orientate alla sostenibilità nel settore delle chiusure e delle resine per chiusure continueranno nei prossimi 10 anni, spinte dalle normative e dalle esigenze dei consumatori a sviluppare nuove soluzioni commerciali. La collaborazione tra gli attori della filiera (produttori, costruttori di stampi, proprietari di marchi e fornitori di materiali) favorirà questo sviluppo anno dopo anno.

È impossibile dire con esattezza quanto saranno diverse le chiusure alla fine del secolo, ma sicuramente incorporeranno le nascenti innovazioni in materia di sostenibilità di oggi.