Lekkość, możliwość recyklingu i PCR przesuwają plastikowe nakrętki w nowe kierunki - Maypak

Połączenie lekkości, możliwości recyklingu i wykorzystania żywic pochodzących z recyklingu (PCR) to trzy główne obszary zainteresowania branżowych interesariuszy, którzy nadal pracują nad uczynieniem nakrętek i żywic wykorzystywanych do ich produkcji bardziej zrównoważonymi. (Opakowania kosmetyków również stopniowo zaczęły wprowadzać innowacje, zwracając większą uwagę na zrównoważony rozwój: Butelki z pompką bezpowietrzną PP , Pompa plastikowa , Butelki plastikowe itp.)

Wyglądaj lekko

W ciągu ostatnich dwóch dekad waga opakowań napojów wykazywała tendencję spadkową. Postęp w projektowaniu, przetwarzaniu i materiałach pozwolił branży na opracowanie rozwiązań w zakresie butelek i zamknięć, które mają mniejszy wpływ na środowisko, ponieważ potrzeba mniej surowców do produkcji, przetwarzania i transportu.

Aktualizacja kryteriów projektowych dotyczących wykończenia szyjki, tj. obszaru zastosowania nakrętki, wspiera trend zmierzający do redukcji wagi. Na przykład, przejście z wykończenia PCO 1810, stosowanego do napojów gazowanych, na obecnie standardową konstrukcję PCO 1881, spowodowało redukcję masy zamknięcia o 25-35%, przy podobnym zmniejszeniu samego wykończenia. Oczekuje się, że przyjęcie najnowszego standardu wykończenia szyjki (26/22) będzie oznaczać kolejną istotną zmianę w ciągu najbliższych kilku lat.

W zastosowaniach takich jak lekkie butelki na wodę, niektórzy uważają, że możliwość redukcji masy utknęła w martwym punkcie. Dlatego zwiększenie mocy produkcyjnych ma coraz większe znaczenie. Wraz ze zmniejszaniem się tolerancji wymiarowych i wydajnościowych tych lekkich zamknięć, niektóre gatunki żywic polietylenowych (PE), które były powszechne jeszcze dekadę temu, często nie są już w stanie sprostać wymaganiom przetwórczym i funkcjonalnym w nowych projektach.

Aby sprostać tym ograniczeniom w przypadku żywic dostępnych na rynku, dostawcy materiałów opracowali wysokowydajne żywice PE o ulepszonych właściwościach mechanicznych, które mogą dodatkowo zmniejszyć wagę nakrętek i zamknięć.

Właściwości te wynikają z postępów w projektowaniu żywic, takich jak bimodalny rozkład masy cząsteczkowej i wykorzystanie komonomerów oktenu, które zapewniają wyjątkowe zalety w porównaniu z tradycyjnymi żywicami PE.

Żywice o wysokiej wydajności mogą zwiększyć odporność na pęknięcia naprężeniowe, niezbędną w przypadku elementów cienkościennych, poprawić właściwości pełzania i barierowości wymagane w przypadku napojów gazowanych lub dozowanych, a także zapewnić wyższy przepływ w przypadku większych form o dużej pojemności, które umożliwiają jednorazową produkcję większej liczby części. Branża będzie nadal rozwijać się w zakresie cieńszych i lżejszych zamknięć, wykorzystując nowoczesne żywice polietylenowe o wysokiej wydajności, aby zapewnić ich wydajność.

Projektowanie pod kątem możliwości recyklingu

Wraz z rosnącym trendem gospodarki o obiegu zamkniętym, projektowanie pod kątem recyklingu stało się obszarem większego zainteresowania w całym łańcuchu wartości. Zamknięcia, które kiedyś składały się z dwóch lub więcej materiałów, aby spełnić wymagania takie jak odporność na manipulacje czy szczelność, teraz są w pełni recyklingowalne i wykonane z jednego materiału.

Chociaż koszty i wydajność produkcji pozostają ważnymi czynnikami, nowe wytyczne i przepisy dotyczące recyklingu wpłyną na kształt nowoczesnych zamknięć i zwiększą zainteresowanie takimi elementami jak spoiwa i nadające się do recyklingu żywice barierowe.

W przeszłości standardem były zamknięcia dwuczęściowe, składające się z zewnętrznej powłoki z polipropylenu (PP) i wkładki z polietylenu o niskiej gęstości (LDPE) lub innej wkładki, zapewniającej odpowiednie uszczelnienie. Zamknięcia dwuczęściowe są nadal powszechne w niektórych częściach Ameryki Północnej oraz w niektórych zastosowaniach w branży napojów, ale w większości regionów są one stopniowo wycofywane na rzecz nakrętek sensorycznych z polietylenu o wysokiej gęstości (HPDE) bez wkładki. Te jednoczęściowe zamknięcia nie tylko upraszczają łańcuch dostaw, redukują deformacje szyjki i poprawiają szczelność, ale także ułatwiają wdrożenie zamknięć jednomateriałowych.

Kolejnym obszarem, w którym rozważane są projekty zamknięć nadających się do recyklingu, jest rynek elastycznych opakowań do żywności. Stojąca torebka (SUP) wykonana w całości z polietylenu ma zastąpić tradycyjne torebki SUP, które wykorzystują mieszankę materiałów, aby spełnić wymagania dotyczące wydajności.

Dzięki rozwojowi zaawansowanych żywic PE o znacznie ulepszonych właściwościach, takich jak barierowość i szczelność, coraz więcej zastosowań można zastąpić strukturami foliowymi na bazie PE, tworząc w pełni nadające się do recyklingu stojące torebki. Niektóre z tych torebek zawierają również wylewki i łączniki wykonane z PP lub PE, szczególnie w przypadku produktów takich jak żywność dla niemowląt, dressingi i sosy. Aby całe opakowanie nadawało się do recyklingu, oczekuje się, że stosowanie wszystkich torebek, łączników i zamknięć z PE stanie się powszechniejsze.

Przywiązywanie to nowe rozwiązanie w Ameryce Północnej, które pomaga zapewnić zbieranie nakrętek wraz z pojemnikiem, jednocześnie przyczyniając się do zmniejszenia ilości śmieci. W 2024 roku, w ramach dyrektywy w sprawie tworzyw sztucznych jednorazowego użytku, Unia Europejska (UE) będzie wymagać, aby plastikowe zamknięcia na wszystkich pojemnikach o pojemności poniżej 3 litrów były przymocowane/przywiązane. Przepisy te spowodowały poważne zakłócenia w branży napojów i wymusiły wprowadzenie nowych, innowacyjnych rozwiązań.

Kierując się tym samym rozumowaniem, co w UE, podobne przepisy mogłyby zostać wprowadzone w Ameryce Północnej i innych krajach. Uwięź stanowi również szansę na zróżnicowanie produktów i może zyskać popularność w Ameryce Północnej, ponieważ międzynarodowe firmy dążą do integracji globalnych projektów zamknięć. Współpraca rozwojowa między dostawcami żywic a projektantami zamknięć ułatwi tworzenie nowych projektów i uwolni potencjał materiałów o wyższej wytrzymałości na rozciąganie i właściwościach przepływu w przypadku zamknięć taśmowych i zawiasowych.

W połączeniu z PCR

Od lat przetwórcy z powodzeniem wykorzystują żywice poprodukcyjne (PIR), znane również jako materiały odpadowe/regranulaty, do produkcji formowanych elementów w niektórych branżach. Technologia PCR idzie o krok dalej, wykorzystując materiały, które były wcześniej używane przez konsumentów lub w przemysłowych zastosowaniach końcowych.

Aby skutecznie włączyć PCR do uszczelnień przeznaczonych do kontaktu z żywnością i bez kontaktu z nią, należy wziąć pod uwagę wiele czynników. W przyszłości czynniki te będą odgrywać coraz większą rolę w określaniu, ile PCR można zmieszać z żywicą pierwotną, ponieważ organizacje dążą do maksymalizacji zawartości materiałów pochodzących z recyklingu w zakrętkach i nakrętkach.

Prawdopodobnie najtrudniejszym aspektem wprowadzania PCR do nakrętek jest obecnie ograniczona dostępność odpowiednich źródeł PCR, zwłaszcza w przypadku opakowań żywności i napojów. W przypadku PE, recykling HDPE (rHDPE) z rozdmuchiwanego mleka i butelek jest obecnie jedynym powszechnie stosowanym materiałem zatwierdzonym do kontaktu z żywnością.

Jednym z wyzwań związanych z wykorzystaniem żywic pierwotnie przeznaczonych do formowania rozdmuchowego jest to, że ich właściwości nie są zoptymalizowane pod kątem formowania wtryskowego (i w mniejszym stopniu formowania tłocznego). Te metody produkcji znacznie się różnią, a wysoka lepkość żywic do formowania rozdmuchowego stanowi wyzwanie podczas przetwarzania na linii, która jest zaprojektowana do stosowania żywic o znacznie niższej lepkości, powszechnie stosowanych w nakrętkach i zamknięciach. Inne kwestie związane z dostawą obejmują jakość, powtarzalność i niezawodność.

Ogólnie rzecz biorąc, głównymi zagadnieniami technicznymi przy opracowywaniu kapsli z zawartością PCR są materiały, proces przetwarzania, wymagania aplikacyjne oraz konstrukcja elementu. Właściwości PCR różnią się od właściwości oryginalnej żywicy. Właściwości materiału, takie jak właściwości mechaniczne, reologia, barwa i optyka oraz właściwości sensoryczne, decydują o tym, czy materiał nadaje się do danego zastosowania.

Jednocześnie producenci form muszą określić, czy części można produkować bez większych zmian w istniejącym sprzęcie do formowania i przepustowości, czy też konieczne będą dodatkowe czynności związane z magazynowaniem, obsługą i wytwarzaniem mieszanek.

W większości przypadków specyfikacja materiałowa dla PCR jest bardzo szeroka. W połączeniu z naturalnymi różnicami właściwości między dostępnymi obecnie PCR a oryginalnymi żywicami na nakrętki i zamknięcia, pojawia się zmienione okno procesowe z dodatkową zmiennością rozmiaru i wydajności części. Jeśli producenci form nie zrozumieją w pełni tych różnic i nie uwzględnią ich w procesie produkcji zamknięć, mogą pojawić się dalsze wyzwania na dalszym etapie, podczas butelkowania i użytkowania.

Aby sprostać temu wyzwaniu, konstrukcja końcówki powinna być oceniana w kontekście wymagań aplikacji. Z perspektywy zrównoważonego rozwoju ważne jest porównanie korzyści płynących z redukcji wagi z korzyściami płynącymi z PCR, aby określić, które podejście jest bardziej opłacalne i przynosi większe korzyści w kontekście wpływu na środowisko.

Żywice „gotowe do PCR”, dostosowane do PCR, prawdopodobnie staną się bardziej powszechne, ponieważ podejmowane są coraz większe wysiłki na rzecz wprowadzenia nowych strumieni dostaw z recyklingowanego polietylenu. W wielu przypadkach te same rozwiązania w zakresie żywic na nakrętki, które ułatwiają redukcję wagi, oferują również lepsze właściwości mechaniczne i reologiczne, umożliwiając przetwórcom i właścicielom marek wykorzystanie większej ilości materiałów pochodzących z recyklingu w nakrętkach i opakowaniach żywności.

Oczekuje się, że te innowacje w zakresie zamknięć i żywic uszczelniających, oparte na zrównoważonym rozwoju, będą kontynuowane przez następne 10 lat, w miarę jak ustawodawcy i konsumenci będą stymulować nowe rozwiązania komercyjne. Współpraca między podmiotami w łańcuchu dostaw (producentami, narzędziowcami, właścicielami marek i dostawcami materiałów) będzie z roku na rok rozwijać te wysiłki.

Nie da się dokładnie określić, jak bardzo będą się różnić zamknięcia pod koniec stulecia, ale na pewno będą uwzględniać dzisiejsze innowacje w zakresie zrównoważonego rozwoju.