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

La combinazione di leggerezza, riciclabilità e resina riciclata post-consumo (PCR) sarà uno dei tre ambiti chiave su cui gli operatori del settore continueranno a concentrarsi per rendere i tappi e le resine di riempimento più sostenibili.

01. Vedi Leggero

Negli ultimi due decenni, il peso degli imballaggi per bevande è diminuito. 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.

Un aggiornamento dello standard di progettazione per le finiture del collo, in particolare per quanto riguarda l'area di applicazione del tappo, supporta la tendenza alla riduzione del peso. Ad esempio, il passaggio dalla finitura PCO 1810 per le bevande analcoliche gassate all'attuale standard PCO 1881 ha comportato una riduzione del 25-35% del peso del tappo, con una riduzione analoga anche per 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. Poiché le prestazioni e le tolleranze dimensionali di questi tappi leggeri si fanno sempre più stringenti, le specifiche 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 queste limitazioni delle resine standard, i fornitori di materiali hanno sviluppato resine 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 aumentare la resistenza alle cricche da stress necessaria per i componenti a parete sottile, migliorare la resistenza allo scorrimento viscoso e le proprietà di barriera richieste 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 tappi più sottili e leggeri, utilizzando moderne resine PE ad alte prestazioni per garantire le prestazioni.

02. Progettazione per la riciclabilità

Con la crescente importanza dell'economia circolare, la progettazione per la riciclabilità è diventata un'area di maggiore attenzione lungo tutta la catena del valore. I tappi che un tempo erano composti da due o più materiali per soddisfare requisiti come la resistenza alla manomissione o le proprietà 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 tappi moderni e aumenteranno l'interesse per elementi quali le resine leganti e le resine barriera riciclabili.

In passato, lo standard prevedeva un tappo in due pezzi costituito da un guscio in polipropilene (PP) con un rivestimento in polietilene a bassa densità (LDPE) o materiale alternativo per garantire un'adeguata tenuta. I tappi in due pezzi sono ancora comuni in alcune regioni del Nord America e in alcune applicazioni per bevande, ma nella maggior parte delle regioni vengono gradualmente sostituiti da tappi in polietilene ad alta densità (HPDE) monoblocco, privi di rivestimento. Questi tappi monoblocco non solo semplificano la catena di approvvigionamento, riducono la deformazione del collo e migliorano la tenuta, ma facilitano anche l'adozione di flussi di tappi monomateriale.

Un altro ambito da considerare per la progettazione di chiusure riciclabili è il mercato degli imballaggi alimentari flessibili. Tutte le buste stand-up in PE (SUP) sono progettate per sostituire le SUP tradizionali che utilizzano materiali ibridi per soddisfare i requisiti prestazionali.

Grazie allo sviluppo di resine PE avanzate con proprietà notevolmente migliorate, come quelle di barriera e di tenuta, 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 accessori in PP o PE, soprattutto per prodotti come alimenti per l'infanzia, condimenti e salse. Al fine di rendere riciclabile l'intero imballaggio, 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) richiederà che i tappi di plastica di tutti i contenitori di capacità inferiore a 3 litri rimangano attaccati/fissati con cordino. Questa normativa ha causato notevoli disagi all'industria delle bevande, rendendo necessarie 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 diventare popolare 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.

03. PCR di legame

Da molti anni, i produttori incorporano con successo resine post-industriali (PIR), note anche come materiali di scarto/riciclati, nei componenti stampati in determinati settori. L'incorporazione di PCR fa un ulteriore passo avanti, utilizzando materiali precedentemente impiegati dai consumatori o in applicazioni industriali finali.

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 la quantità di 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 presenta delle problematiche durante la lavorazione su una linea di produzione progettata per utilizzare resine a viscosità molto inferiore, comunemente impiegate per tappi e chiusure. Altri aspetti da considerare in termini di fornitura includono la qualità, la costanza e l'affidabilità.

A livello generale, i principali fattori tecnici da considerare nello sviluppo di tappi con contenuto di PCR sono i materiali, il processo, i requisiti di applicazione e il design 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 proprietà 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 dei tappi, possono sorgere ulteriori problemi nelle fasi successive, come l'imbottigliamento e l'utilizzo finale.

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

Le resine vergini "pronte per il PCR", specificamente progettate per questo processo, potrebbero diventare più comuni con l'aumentare degli sforzi volti a introdurre nuove fonti di approvvigionamento di PE riciclato. In molti casi, gli stessi sviluppi nelle resine per tappi che favoriscono 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 tappi continueranno nei prossimi 10 anni, spinte dalla domanda di legislatori e consumatori a sviluppare nuove soluzioni commerciali. La collaborazione tra gli attori della catena di fornitura (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.