Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов (EFSA) серьезно относится к пакту EU Plastic. В любом случае упаковка, изготовленная исключительно из первичных материалов, тем более одноразового использования, в некоторых странах уже облагается налогом (plastic tax). При этом не имеет значения, в какой стране находится производитель упаковки. Как только продукция поступает в обращение в ЕС и не содержит как минимум 30 % вторичного материала, налоги, в частности в Испании, а вскоре и в Италии, должны составлять до 450 евро за тонну первичного сырья.
Единственный вторичный пластик, разрешенный для пищевой упаковки
В случае типичных упаковочных пластиков, предназначенных для упаковывания пищевых продуктов, например, PP или PS, производители пищевой упаковки сталкиваются с труднопреодолимым препятствием: для этих материалов отсутствуют положительные отзывы EFSA. Даже если они будут предоставлены в короткие сроки, достаточное количество чистых рециклятов не будет доступно в приемлемые для успешного бизнеса сроки, требующего стабильных потоков вторичного сырья. Исключением является вторичный РЕТ (rPET), для которого. EFSA одобрило многочисленные процессы вторичной переработки, что делает РЕТ доступным в Европе в больших количествах.
Таким образом, rPET в настоящее время является единственным упаковочным пластиком, который можно перерабатывать в Европе в пищевую упаковку в промышленных масштабах в качестве вторичного сырья. Недавно компанией Engel в сотрудничестве с компаниями Alpla, Brink и IPB Printing была продемонстрирована ячейка для производства литьем под давлением тонкостенной упаковки с содержанием rPET до 100 %, что, впрочем, не исключает возможности переработки первичного РЕТ или его смеси с вторичным (PET/rPET). Центральным элементом этой ячейки была литьевая машина Engel e-speed 280/50 (рис. 1) в сочетании с формой и системой автоматизации, разработанными Brink (см. фото у заголовка статьи). Эта гибридная машина с электрическим узлом смыкания и гидравлическим узлом впрыска была специально создана для высокопроизводительного литья под давлением тонкостенной упаковки. При этом узел впрыска был дополнен узлом пластикации, специально разработанным Engel для переработки rPET.
Особенности переработки rPET литьем под давлением
Переход на PET и rPET открывает новые возможности для производителей тонкостенной литьевой упаковки, которые перерабатывают РР или PS. Однако не следует забывать, что при этом потребуется дополнительная технологическая стадия сушки материала, предшествующая процессу литья под давлением.
Дело в том, что РЕТ является гидрофильным полимером, а потому впитывающим влагу из окружающей среды. Поскольку литье влажных или с остаточной влажностью полимеров приводит к хрупкости и возможному растрескиванию готовых изделий, PET и, соответственно, rPET непрерывно сушат при температуре 160 °C в течение 6–7 ч непосредственно перед процессом литья под давлением.
Кроме того, РЕТ перерабатывается при температуре от 280 до 300 °C, что выше, чем при переработке PP или PS (от 220 до максимума – 280 °C). При этом особенно важным является обеспечение равномерного плавления материала при повышении температуры по зонам материального цилиндра. Наконец, РЕТ имеет склонность к химическому разложению и образованию отложений в витках шнека. Впрочем, последнему нежелательному явлению препятствует способность к самоочищению компонентов шнековой пары, адаптированных Engel к переработке РЕТ.
Еще одна особенность литья PET и rPET заключается в необходимости предотвращения образования конденсата на оформляющей поверхности гнезд литьевой формы, особенно в летние месяцы, что негативно сказывается на воспроизводимости литья от цикла к циклу. Поэтому здесь большое значение придается воздушной сушке и герметизации формы, идеальная температура которой составляет около 12 °C.
Что касается геометрии литьевых изделий, то особенно высокие требования к литьевой машине предъявляются в случае экстремальных значений соотношения пути течения расплава к толщине стенки отливок. Этим требованиям отвечают литьевые машины серии e-speed, которые отличаются динамичностью, управляемостью и, прежде всего, высокой воспроизводимостью работы узла впрыска. В частности, скорость впрыска может составлять до 1400 мм/с при максимальном давлении впрыска до 2600 бар. В этом случае время впрыска оказывается значительно меньше 100 мс при литье в упомянутой производственной ячейке контейнера из смеси РЕТ (70 %) и rPET (30 %) с толщиной стенки 0,32 мм и емкостью 125 мл (рис. 2).
Следует добавить, что дальнейшее развитие серии литьевых машин e-speed позволит производить тонкостенную упаковку из PET и rPET с дизайном, недоступным для аналогов, изготавливаемых термоформованием с глубокой вытяжкой.
Однако при переводе производства на литье тонкостенной упаковки на PET или rPET необходимо учитывать значительно меньшую усадку материала, чем, например, у РР или PS, что для достижения идентичных геометрических характеристик изделий может потребовать новых литьевых форм.
Хорошие перспективы rPET как материала для тонкостенной упаковки
Пример голландского производителя упаковки Intopack показывает, как вышеперечисленные особенности могут быть учтены при переходе с РР на rPET, тем более что клиенты Intopack сообщают о запросах супермаркетов в отношении упаковки из rPET.
На сегодняшний день РР составляет львиную долю перерабатываемых полимерных материалов на заводе Intopack. И тот факт, что PET и rPET долгое время не имели практически никакого значения, объясняется технико-экономическими причинами, поскольку рентабельное производство тонкостенной упаковки из этих термопластов было невозможно из-за того, что традиционные литьевые машины позволяли перерабатывать их только в изделия с достаточно толстыми стенками, такие как преформы для бутылок. Вопрос был решен только с переходом на литьевые машины серии Engel e-speed, оснащенные формами и системой этикетирования в форме по технологии (IML) от Brink с использованием этикеток от компании IPB Printing.
Стабильным источником вторичного сырья для компании Intopack стал rPET, производимый Alpla из отходов в виде РЕТ-бутылок для напитков. Имея 9 заводов, выпускающих около 200 тыс. т rPET в год, компания является одним из крупнейших в мире производителей этого вторичного полимера.
Результаты испытаний
Первые же результаты испытаний, проведенных Alpla, продемонстрировали впечатляющие преимущества перед тонкостенной упаковкой из РР упаковки, изготовленной из смеси PET (70 %) и rPET (30 %), обозначаемой в дальнейшем как PET/rPET, Объектом исследования служил упомянутый выше пищевой контейнер с толщиной стенки 0,32 мм и емкостью 125 мл (см. рис. 2). В случае РР выл взят на 100 % первичный полимер, поскольку EFSA до сих пор, как упоминалось выше, не выдало разрешение на использование вторичного РР для производства пищевой упаковки.
Сначала были проведены механические испытания на падение контейнеров в соответствии с внутренними спецификациями Alpla – с высоты 90 см (соответствует средней высоте обеденного стола) и с высоты 120 см. Оказалось, что все пять испытанных контейнеров из РЕТ/rPET не имели никаких повреждений после падения с высоты 90 см, и только после падения с высоты 120 см в каждом из них была обнаружена небольшая трещина. Контейнеры же из РР, напротив, буквально «взрывались» при ударе о пол – и это уже с высоты 90 см. Так что с точки зрения надежности первое место завоевали контейнеры из РЕТ/rPET.
Второе испытание заключалось в определении разрушающей нагрузки Fр при сжатии заполненного жидкостью контейнера, которая соответствовала началу его деформирования. В случае PET/rPET средняя величина Fр, рассчитанная по четырем испытанным образцам контейнера, составила 675 Н (эквивалентно 68 кгс), тогда как для контейнеров из РР значение Fр оказалось почти на 30 % меньше – 497 Н (рис. 3). Этот результат особенно важен для целей транспортировки и хранения тонкостенной упаковки.
Стабильность даже при экстремальных температурах
Завершающая серия испытаний заключалась в определении прочности на прокалывание пустых контейнеров в месте рядом с точкой впрыска (рис. 4). Оказалось, что в двух из трех попыток при комнатной температуре 20 °C контейнер из РР не выдержал этого испытания, тогда как контейнеры из rPET выдержали усилие прокалывания в среднем на 70 % выше без каких-либо повреждений. При 8 °C, что соответствует температуре в холодильнике, контейнер из rPET выдерживал давление иглы в среднем на 60 % выше, чем у «конкурентов» из РР, причем опять же без повреждений. И только при –20 °C (температура в морозильной камере) результаты испытаний были приблизительно одинаковы. Опорным для всех испытаний служило значение усилия прокалывания контейнера из РР при 20 °C, которое было взято за 100 % (см. рис. 4).
Таким образом, результаты проведенных испытаний тонкостенных упаковочных контейнеров убедительно показывают, что тонкостенная упаковка из PET/rPET более чем подходит для упаковывания пищевых продуктов холодного заполнения, таких как салаты, спреды и молочные продукты. Кроме того, новый упаковочный пластик обладает и другими преимуществами по сравнению с РР. Так, барьерный эффект PET/rPET по отношению к кислороду оказался в 20 раз выше, чем у РР, что предопределяет увеличение срока годности пищевых продуктов в упаковке, изготовленной из PET/rPET. В целях усиления барьерного эффекта компания Intopack в настоящее время тестирует комбинацию PET/rPET со слоем EVOH (сополимер этилена и винилового спирта), который наносится на этикетки. Первые эксперименты литья под давлением по технологии IML, показали, что подобные этикетки без проблем выдерживают давление впрыска при литье PET/rPET.
Заключение
В заключение следует заметить, что для создания необходимых для успешного бизнеса циклов – «от бутылки к бутылке» (Bottle-to-Bottle), «от бутылки к чашке» (Bottle-to-Cup), а также «от чашки к чашке» (Cup-to-Cup) и «от чашки к бутылке» (Cup-to-Bottle) – необходимы стабильные потоки соответствующих отходов в виде использованных упаковок пищевых и непищевых продуктов. Для этих целей компания Intopack заключает долговременные соглашения с местными предприятиями по переработке отходов.
И еще раз напомним, что в настоящее время rPET – это единственный вторичный пластик, разрешенный ЕFSA для использования в пищевой упаковке.
Однако, перспективы применения rPET для этих целей будут определяться в первую очередь развитием сырьевых рынков и политическими решениями. Кроме того, при снижении цен на первичные пластики никто из производителей не будет работать с более высокой долей вторичного материала, чем это требуется по закону. Еще одна проблема, с которой сталкивается отрасль, – это чистота вторичного пластика. Так, к 2050 г. Европа хочет быть на 100 % «замкнутой» в части экономики замкнутого цикла, и в этом случае вторичные полимеры не должны по качеству уступать первичным.
Опубликовано в журнале «Полимерные материалы» № 8 (303) 2024 г., с. 36-40.
