Lekkość, możliwość recyklingu i PCR napędzają rozwój plastikowych nakrętek w nowych kierunkach - Maypak

Połączenie lekkości, możliwości recyklingu i wykorzystania żywicy pochodzącej z recyklingu (PCR) to trzy główne obszary zainteresowania branżowych podmiotów, które nadal pracują nad tym, aby zakrętki i żywice do produkcji zakrętek były bardziej zrównoważone.

01. Zobacz Lekki

W ciągu ostatnich dwóch dekad waga opakowań napojów malała. 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 standardu projektowego dla wykończeń szyjek, a konkretnie obszaru zastosowania nakrętek, wspiera trend zmierzający do redukcji masy. Na przykład, przejście z wykończenia PCO 1810 dla napojów gazowanych na obecny standard PCO 1881 spowodowało redukcję wagi nakrętek o 25-35%, przy podobnym zmniejszeniu samego wykończenia. Oczekuje się, że przyjęcie najnowszego standardu wykończenia szyjek (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, określone 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 kapsli.

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 wymaganą w przypadku elementów cienkościennych, poprawić odporność na pełzanie i właściwości barierowe wymagane w przypadku napojów gazowanych lub dozowanych, a także zapewnić wyższy przepływ w przypadku większych form o dużej pojemności, które umożliwiają jednoczesną produkcję większej liczby części. Branża będzie nadal rozwijać się w zakresie cieńszych i lżejszych nakrętek, wykorzystując nowoczesne żywice polietylenowe o wysokiej wydajności, aby zapewnić ich wydajność.

02. 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 niż kiedykolwiek wcześniej. Nakrętki, 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 efektywność produkcji pozostają ważnymi czynnikami, nowe wytyczne i przepisy dotyczące recyklingu wpłyną na kształt nowoczesnych zakrętek i zwiększą zainteresowanie takimi elementami jak spoiwa i nadające się do recyklingu żywice barierowe.

W przeszłości standardem była dwuczęściowa pokrywka składająca się z 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 regionach Ameryki Północnej i w niektórych zastosowaniach w przemyśle napojowym, ale w większości regionów są one stopniowo wycofywane na rzecz nakrętek sensorycznych z polietylenu o wysokiej gęstości (HPDE) bez wkładki. Te jednoczęściowe nakrętki nie tylko upraszczają łańcuch dostaw, redukują deformację szyjki i poprawiają uszczelnienie, ale także ułatwiają wdrażanie przepływów nakrętek jednomateriałowych.

Kolejnym obszarem, który należy brać pod uwagę przy projektowaniu zamknięć pod kątem recyklingu, jest rynek elastycznych opakowań do żywności. Wszystkie stojące torebki z polietylenu (SUP) zostały zaprojektowane tak, aby zastąpić tradycyjne torebki SUP, które wykorzystują materiały hybrydowe, 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 dysze i akcesoria wykonane z PP lub PE, szczególnie w przypadku produktów takich jak żywność dla niemowląt, przyprawy i sosy. Aby całe opakowanie nadawało się do recyklingu, oczekuje się, że stosowanie pełnych torebek, złączek i zamknięć 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 do wszystkich pojemników o pojemności poniżej 3 litrów były przymocowane/przywiązane. Przepisy te spowodowały znaczne zmiany w branży napojów, wymuszając nowe i innowacyjne rozwiązania.

Kierując się tym samym rozumowaniem, co UE, podobne przepisy mogłyby zostać wprowadzone w Ameryce Północnej i innych krajach. Uwięź oferuje również możliwość zróżnicowania 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.

03. PCR wiążący

Przetwórcy od wielu lat z powodzeniem wykorzystują żywice poprodukcyjne (PIR), znane również jako materiały odpadowe/regranulowane, do produkcji formowanych elementów w niektórych branżach. Zastosowanie PCR idzie o krok dalej, wykorzystując materiały 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 zaprojektowanych 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 produkcyjnej zaprojektowanej 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 czynnikami technicznymi, które należy wziąć pod uwagę przy opracowywaniu nakrętek z zawartością PCR, są materiały, proces przetwarzania, wymagania dotyczące zastosowania 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 będzie podjęcie dodatkowych kroków związanych z przechowywaniem, obsługą i mieszaniem.

W większości przypadków specyfikacje materiałowe dla PCR są bardzo szerokie. W połączeniu z naturalnymi różnicami właściwości między dostępnymi obecnie PCR a oryginalnymi żywicami na nakrętki i zamknięcia, powstaje zmienione okno procesowe z dodatkową zmiennością rozmiaru i wydajności części. Jeśli formowacze nie zrozumieją w pełni tych różnic i nie uwzględnią ich w procesie produkcji nakrętek, mogą pojawić się dalsze wyzwania na dalszym etapie, w procesie butelkowania i w końcowym użytkowaniu.

Aby sprostać temu wyzwaniu, konstrukcja końcówki powinna zostać oceniona w kontekście wymagań danego zastosowania. Z perspektywy zrównoważonego rozwoju ważne jest rozważenie korzyści wynikających z redukcji masy w połączeniu z korzyściami płynącymi z PCR, aby zrozumieć, które podejście jest bardziej wykonalne i oferuje większe korzyści w stosunku do wpływu na środowisko.

Żywice „gotowe do PCR”, dostosowane do PCR, mogą stać 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 sprzyjają redukcji 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 nakrętkowych, oparte na zrównoważonym rozwoju, będą kontynuowane przez następne 10 lat, w miarę jak popyt ze strony prawodawców i konsumentów będzie napędzał nowe rozwiązania biznesowe. Współpraca między podmiotami w łańcuchu dostaw (producentami, narzędziowcami, właścicielami marek i dostawcami materiałów) będzie z roku na rok rozwijać te prace.

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