Главная / Отраслевой блог / Производство прозрачных выдувных ёмкостей (Часть 2 — неПЭТ)
Производство прозрачных выдувных ёмкостей (Часть 2 — неПЭТ)
| Автор — Станислав Забелин Опубликовано в сети: 27 сентября 2006 года В печатной прессе: №7-8, 2006 журнала «Пластикс» Последнее обновление: 19 мая 2009 года |
 |
Почему неПЭТ?
В первой части статьи на тему изготовления прозрачных ёмкостей выдувным формованием мы говорили о материале, название которого первым приходит на ум, когда речь заходит о прозрачности пластика — о стандартном ПЭТе. Но всё же, стандартный ПЭТ не является абсолютно универсальным решением. Существует не одно применение, когда целесообразней использовать другой тип полимерного сырья и другой метод его переработки, добиваясь при этом схожей с ПЭТ прозрачности. Рекомендация использовать отличный от стандартного ПЭТ материал может быть обусловлена следующими вводными:
Важным «неудобством» является то, что производство изделий из стандартного ПЭТ в любом случае связано со стадией отливки преформ-заготовок.
- Это накладывает известные ограничения вследствие зависимости от поставщиков этих преформ. В частности, усложнён подбор оптимальной формы и веса преформы для каждой конкретной ёмкости, усложнён подбор цвета и логистика. Кроме того, производитель преформ живёт на ваши деньги.
| * Например: Если перед Вами стоит задача организовать производство прозрачных ёмкостей объёмом менее 100 мл в количестве 500 000 – 1 000 000 изделий в месяц, то экструзионно-выдувной проект, скорее всего, окажется более интересным. Ёмкости 100 мл и меньше могут иметь вес не более 10–11 грамм, а преформы такой конфигурации практически не производят. По этой причине для реализации проекта потребуется либо инжекционно-выдувной вариант, либо вариант «термопластавтомат + выдув с вытяжкой», оба этих решения означают неоправданно высокие капиталовложения и заведомо слишком большую производительность. |
- Альтернативный вариант производить преформы самостоятельно на термопластавтоматах или использовать инжекционно-выдувную технику не всегда имеет экономический смысл, обычно из-за того, что типоразмеров изделий слишком много и они отличаются по дизайну, а программа выпуска по каждому изделию не такая большая.
-
Наличие стадии готовой заготовки ограничивает геометрические формы выдувных ёмкостей. В частности, бутылки и флаконы с ручкой из стандартного ПЭТ производить практически невозможно. И, хотя на сегодняшний день существуют решения для производства ёмкостей с ручками из преформ, они либо крайне дороги, либо сложны технически и при этом не слишком эффективны (например, вставка отдельно отлитой ручки в изделие перед выдувом). Также из стандартного ПЭТ невозможно производить популярные сегодня косметические флаконы с подвесным крючком на дне и некоторые другие формы изделий.
Данные изделия компания «Миран» (Беларусь) выпускает из ПЭНД. Такие формы можно сделать и прозрачными, но только не из стандартного ПЭТ.
- Выдув из преформы исключает возможность изготовления многослойных ёмкостей с сверхвысокими барьерными свойствами. Технически это доступно лишь на экструзионно-выдувном оборудовании.
И, наконец, самым распространённым случаем использовать неПЭТ является отсутствие реальной необходимости выпускать полностью прозрачные ёмкости (особенно если речь идёт об окрашенной в цвет прозрачности). Порой достаточно, чтобы содержимое ёмкости просто хорошо просматривалось сквозь бутылку/банку/флакон.
Альтернатива 1 — Полипропилен, Polypropylene (ПП, PP)
Полипропилен является отличным выбором, когда необходимость полной кристальной прозрачности переоценена. Современные импортные марки полипропилена или российские марки при смешивании со специальными осветляющими добавками (нуклеаторами) позволяют добиться полупрозрачности очень близкой к полной прозрачности. Сырьевая себестоимость такой ёмкости будет достаточно низкой. Ощутимо более низкой по сравнению с ёмкостью, полученной выдувом из покупной ПЭТ-преформы.
ПП одинаково легко перерабатывается как классическим экструзионно-выдувным формованием, так и трёх-стадийным (без продольной вытяжки) инжекционно-выдувным формованием. Существует даже практика раздельной отливки преформ из ПП на термопластавтоматах, а затем выдува из них изделий на вытяжно-выдувных станках. ПП имеет широкое температурное окно переработки, является сравнительно некапризным материалом и имеет высокую температуру затвердевания (выше 120 °С), что обеспечивает возможность горячего розлива и высокотемпературной стерилизации для продукции упакованной в ёмкости из ПП. Кстати, благодаря этим свойствам полипропилен часто используют и для непрозрачной упаковки.
 |
|
Пример изделий из полипропилена. Фото с сайта www.clearpp.com. |
Выдув изделий из ПП возможен на любом количестве гнёзд без ограничений с расстоянием между гнёздами аналогичным прессформам, рассчитанным на переработку обычного полиэтилена. В разумной пропорции ПП может быть безболезненно использован вторично после измельчения в обычной дробилке. Таким образом, в большинстве случаев весь облой от экструзионно-выдувного формования полипропилена (облой составляет, как правило, 20–40%) автоматически домешивается к первичному материалу.
Отдельно стоит сказать о производстве многослойных ПП-изделий с повышенными барьерными свойствами для пищевых продуктов. Именно на основе ПП производят 6-ти слойные бутылки и банки с барьерным слоем из EVOH, в которых соусы и сок без консервантов можно хранить год и более. Причём данные ёмкости могут быть светлыми и полупрозрачными и в них хорошо видно содержимое. Светлые ёмкости из ПЭТ даже со специальными добавками будут значительно проигрывать многослойному ПП по способности сохранять свойства продукта и не пропускать внутрь упаковки нежелательные вещества и излучения.
Альтернатива 2 — Поливинилхлорид, Polyvinylchloride (ПВХ, PVC)
Поливинилхлорид — полимер с самым широким диапазоном применений. Одно из них, причём далеко не самое популярное, прозрачные выдувные ёмкости. Из ПВХ можно делать флаконы и бутылки фактически не уступающие по прозрачности ПЭТу, но экструзионно-выдувным формованием (т.е. напрямую из гранул, минуя стадию преформ). ПВХ имеет неплохие барьерные свойства по большинству показателей. В России применение ПВХ в выдуве бутылок освоено недостаточно. Неверно утверждать, что переработка ПВХ обязательно вредна и опасна или то, что готовые изделия из ПВХ выделяют вредные вещества в количестве, которое заставляет беспокоиться. Следует иметь ввиду следующее:
| 1. Сырьё ПВХ нормального качества известных поставщиков требовательно, но не опасно в переработке, и изделия из него используются даже в медицинской промышленности. 2. Переработка ПВХ предъявляет особые требования к оборудованию (экструзионно-выдувной машине), но при удовлетворении этих требований и соблюдении технологических режимов риск вредных выделений при переработке полимера сведён к минимуму. |
Главная проблема ПВХ — возможность возгорания. При возгорании ПВХ выделяет хлор, поэтому доведение процесса до этой стадии крайне нежелательно. Риск возгорания ПВХ возникает, когда материал в процессе экструзии скапливается на одном из участков экструдера или головки в т.н. «застойных» зонах. По этой причине основные требования к экструзионно-выдувной машине для переработки ПВХ как раз призваны исключить возможность образования застойных зон. Для этого подбирается соответствующая нарезка шнека и профиль экструзионной головки, максимально плавный и скруглённый. Кроме того, экструдер, перерабатывающий ПВХ, обязательно должен термостатироваться, а вся пара шнек/цилиндр иметь коррозоустойчивое исполнение.
 |
 |
|
|
Пример флакона из ПВХ |
Дизайн ПВХ-головки призван не допустить скопления и застоя материала |
Если количество ручьёв в экструзионной головке для полипропилена практически не ограничено и может доходить до 16, то в переработке ПВХ количество ручьёв (а значит и гнёздность форм) обычно ограничено двумя; существуют головки для разделения потока ПВХ на три и даже на четыре ручья, но такая оснастка достаточно дорога. Прозрачный ПВХ позволяет добавлять в процесс остающийся после выдува облой при условии, что дроблёнка хорошо измельчена, очищена от пыли и не имела загрязнений. В противном случае (также как и при попытке использовать в ёмкости более 40–50% дроблёнки) изделие вместо чистой прозрачности может получить жёлтоватый оттенок.
Прозрачный ПВХ для выдува приемлемого качества в России не производят, да и зарубежных поставщиков этого типа сырья найти не так просто, но они есть. Цена такого ПВХ, с учётом доставки в Россию, обычно на 30–35% выше цены импортных марок полипропилена.
Альтернатива 3 — Полиэтилентерефталатгликоль, Polyethyleneterephtalateglycol (ПЭТГ, PETG)
Из-за выделений хлора при горении утилизация отходов из ПВХ-бутылок достаточно затруднена. Эти экологические проблемы вывели на арену новое решение (помимо стандартного ПЭТ) для производства прозрачных ёмкостей в странах, где выдувной ПВХ стали запрещать, это — ПЭТГ, полимер, являющийся, по сути, специальной модификацией обычного ПЭТ с увеличенным содержанием гликоля. С точки зрения производства ёмкостей ПЭТГ имеет одно важнейшее отличие от стандартного ПЭТ — он перерабатывается методом экструзионно-выдувного формования.
ПЭТГ предъявляет ряд особых, отличных от ПЭ и ПП, требований к оборудованию. Во-первых, сырьё необходимо тщательно просушить, во-вторых, для переработки ПЭТГ обычно рекомендуется использовать т.н. ПВХ-исполнение экструзионно-выдувной машины, т.е. специальный шнек, головку и охлаждение экструдера. Разделение потока ПЭТГ на ручьи в головке также как и в случае с ПВХ затруднено, поэтому бюджетное решение позволит Вам работать не более, чем с двух-гнездными прессформами, хотя ведущие поставщики экструзионных головок на сегодняшний день могут предложить конструкции с количеством ручьёв до восьми. Неплохим подспорьем будет и то, что ПЭТГ позволяет добавлять в процесс до 20–30% передробленной вторички.
Экструзионный рукав из ПЭТГ имеет очень высокую текучесть (некоторые технологи даже сравнивают его с ручьём воды), поэтому, к сожалению, из этого материала не удаётся получить ёмкости большой длины (а значит и объёма). Обычно максимум составляет приблизительно 100–150 мл.
С эстетической точки зрения флаконы из ПЭТГ превосходят упаковку из ПВХ и даже стандартного ПЭТ благодаря более высокой прозрачности и более яркому и «дорогостоящему» на вид глянцу.
ПЭТГ выпускают два основных производителя: Eastman (США) и Skygreen (Корея). Стоимость этого полимера достаточно высока и примерно в 2–2,5 раза превышает стоимость импортного полипропилена. Из-за достаточно узкой области применения на значительное удешевление этого вида сырья надеяться, наверное, не стоит. Так же как и не стоит рассчитывать на то, что ПЭТГ начнут производить в пределах СНГ.
Альтернатива 4 — Поликарбонат, Polycarbonate (ПК, PC)
Ещё один популярный в различных отраслях полимер известный своей отличной оптической прозрачностью и сверхпрочностью, поликарбонат, находит своё применение в производстве прозрачных выдувных ёмкостей. Причём, именно перечисленное вторым свойство (прочность) делает его особенно отличным от трёх ранее перечисленных видов сырья.
Собственно основных применений поликарбоната в выдуве не так много, всего два: это известные всем 19-литровые бутыли под питьевую воду и бутылочки для детского питания. Объединяет оба этих типа изделий то, что в обоих случаях ёмкости используются множество раз, а в случае с детскими бутылочками, товаром вообще является не содержимое, а сама бутылочка. Отсюда и повышенные требования к прочности. Офисные 19-литровые бутыли роняют, царапают, пачкают и т.д., практически тоже самое происходит и с детскими бутылочками. Кроме того, оба типа изделий подвергаются температурным ударам, которые другие материалы могут и не выдержать.
| * Примечание: Сегодня некоторые компании производят 19-литровые бутыли из стандартного ПЭТ (через преформы), это с первого взгляда кажется логичным, ведь разливают же воду в 5-литровые ПЭТ-канистры. В реальности это скорее «удел для бедных», ведь по результатам испытаний ПЭТ-бутыли 19 литров не выдерживают никакой критики с точки зрения прочности, они приходят в негодность в несколько раз быстрее, чем бутыли из поликарбоната, а в глазах пользователей в офисах рисуется не самый лучший образ компании, разливающей воду. По этой причине ни один крупный игрок этого рынка с именем не станет приобретать ПЭТ-бутыли. При этом прямые затраты на производство бутылей из стандартного ПЭТ всё же гораздо меньше затрат на ПК-бутыли, стандартное сырьё ПЭТ в 2,5–3 раза дешевле ПК. |
Переработка поликарбоната экструзионно-выдувным формованием не так проста. Материал требует непревычно высокой для этого метода температуры переработки (260–270 градусов), тщательной сушки, большого усилия смыкания и прогретой, а не охлаждённой формы. Последнее означает, что выдувные машины, перерабатывающие поликарбонат должны быть оснащены температурным контроллером для термостатирования формы маслом при температуре 80–100 градусов. Несмотря на отсутствие интенсивного охлаждения, благодаря высокой температуре затвердевания (стеклования) цикл производства выдувных изделий из ПК не столь велик, как казалось бы.
Поликарбонат крайне капризен в переработке. Он чувствителен к температуре и имеет очень узкое окно эластичности (когда он пригоден для смыкания и выдува). Разбить экструзионный рукав из ПК хотя бы на два ручья практически невозможно, поэтому подавляющее большинство прессформ для поликарбонатовых изделий одногнёздные. Добавление более 15–20% вторички может повлечь потерю чистоты цвета, а дробилки для измельчения отходов из ПК должны иметь заведомо более высокую мощность. Наконец, ёмкости (особенно небольшие) из ПК обычно получаются достаточно толстостенными, поэтому бутылки для соусов или флаконы для шампуней делать из этого типа сырья бессмысленно, ведь они должны сдавливаться в руках. Поликарбонат также перерабатывается на трёх-стадийных инжекционно-выдувных машинах с условием использования специального шнека.
Остаётся лишь добавить, что поликарбонат дейстительно хорошо подходящий для экструзионно-выдувного формования производит только компания Bayer под маркой Makrolon. Цена на этот материал примерно в 3 раза превышает цену импортного полипропилена. Тот поликарбонат, что сегодня производят в России для качественного выдува, к сожалению, не подходит.
Альтернатива 5 — Полистирол, Polystyrene (ПС, PS)
 |
|
Пример бутылочки из ПС с российских прилавков |
Впрочем, полимерные технологии развиваются непрерывно, поэтому сегодня проблема с хрупкостью полистирола при тонкостенном выдуве постепенно решается. Наибольший энтузиазм в совершенствовании полистирола проявляет концерн BASF. Проведённые в 2008 испытания семейства полистирола Styrolux в экструзионно-выдувном формовании крупной бутылки с ручкой показали, что новый полистирол от BASF не только не уступает ПВХ и ПЭТГ в прочности при одинаковой толщине стенки, но и превосходит эти материалы. Благодаря более низкой плотности полистирол Styrolux позволяет на 30% сократить вес изделия по сравнению с вышеуказанными материалами; при этом изделия из Styrolux кристально прозрачны.
Цена Styrolux сравнима с ценой ПЭТГ, но уникальность материала заключается в возможности смешивать его в любых пропорциях с любой «обычной» прозрачной маркой полистирола общего назначения пригодной для выдува. Это пропорционально ухудшает ударную прочность полученной ёмкости, но позволяет каждому пользователю индивидуально подобрать оптимальное соотношение прочностных свойств изделия и сырьевой себестоимости.
Styrolux соответствует строжайшим требованиям международного сертификата FDA пищевой отрасли, поэтому может быть без проблем использован в этом массовом секторе. С другой стороны, и Styrolux, и любые другие полистролы имеют исключительно высокую газопроницаемость и совершенно не удерживают спиртосодержащие вещества. Это достаточно сильно ограничивает сферы применения материала.
Интересно использование полистирола общего назначения в трёх-стадийном инжекционно-выдувном формовании. Таким образом можно получить достаточно прочные толстостенные и полностью прозрачные флаконы фармацевтического назначения. Конечно стандартный ПС не подойдёт для выдува флакончиков под всевозможные капли (там нужна действительно хорошая «сминаемость» флакона для выдавливания содержимого), а вот для расфасовки таблеток и сыпучих веществ такая упаковка подойдёт прекрасно. Пусть баночка/флакон из полистирола будет на 30–40% тяжелее аналога из более мягкого и прочного материала, но зато на обычной машине с высокой гнёздностью «малой кровью» будет получена кристально прозрачная ёмкость.
В итоге
По результатам нашего обзора составим единую краткую сводную таблицу, по материалам «неПЭТ» способным обеспечить прозрачность выдувным изделиям:
| ПП | ПВХ | ПЭТГ | |
| Цена за 1 кг * | 100% | 130–135% | 200–250% |
| Метод переработки | Одинаково легко и экструзионно- и инжекционно-выдувным формованием | Экструзуионно-выдувное формованием с сильно ограниченной гнёздностью форм (т.е. производительностью), инжекционно-выдувное формование затруднено |
Нормально и экструзионно- (с ограниченным кол-вом гнёзд) и инжекционно-выдувным формованием |
| Прозрачность | Неполная, но достаточно приличная, чтобы было отчётливо видно содержимое, постоянно улучшается | Полная прозрачность | Полная прозрачность |
| Плюсы | Легче всего купить т.к. это один из двух наиболее распространённых полимерных материалов Переработка ПП в выдуве технически освоена лучше всего т.к. это наиболее технологически простой (из представленных) материал |
Перерабатывается на непринципиально модифицированном экструзионно-выдувном оборудовании, и при этом обеспечивает полностью чистую прозрачность (эстетически прозрачность ПЭТГ даже превосходит ПЭТ) вкупе с возможностью делать флаконы такого же веса как и ПП | |
| Минусы | Абсолютно чистой прозрачности на ПП добиться невозможно | Затруднено уничтожение выброшенных ПВХ-ёмкостей Отсутствие налаженной (по сравнению с другими материалами) системы поставок ПВХ пригодного для производства прозрачных выдувных флаконов |
Дороговизна материала Невозможность производить изделия больше 100–150 мл |
| ПК | ПС | |
| Цена за 1 кг * | 300% | 115–120% (стандартный) 200–250% (Styrolux) |
| Метод переработки | Инжекционно-выдувным формованием перерабатывается легче | Инжекционно-выдувным формованием перерабатывается легче |
| Прозрачность | Полная прозрачность | Полная прозрачность |
| Плюсы | Высочайшая прочность и термостойкость выдувных изделий Отличная прозрачность |
Перерабатывается на таком же оборудовании как и ПП, но при этом обеспечивает полностью чистую прозрачность |
| Минусы | Ограниченное количество гнёзд Технологическая «капризность» материала Дороговизна материала |
Полистирол общего назначения достаточно хрупкий, что заставляет увеличивать толщину стенки (и вес изделия) по сравнению с другими материалами (ПП, ПВХ, ПЭТ) на 30–40% Полистирол имеет крайне высокую газопроницаемость, что не позволяет использовать его, в частности, для спиртосодержащих веществ |
* — Ориентировочно на момент последнего обновления материала.
В третьей части материала о прозрачных выдувных ёмкостях мы поговорим о сополиэфире ПЭТ от компании Eastman, который ещё больше расширяет область применения экструзионно-выдувного формования.
| Если в ваших планах организация производства прозрачных ёмкостей, свяжитесь с нами и мы подробно обсудим возможные варианты решений. |
