Процес на производство на кутии от PET

Избор между първичен и рециклиран PET за приложения с кутии от PET

Когато производителите разглеждат използването на смола PET за кутии, те трябва да имат предвид експлоатационните характеристики, устойчивостта и съответствието с нормативните изисквания. За хранителни приложения единственият възможен вариант е първичният PET, тъй като той притежава постоянна молекулна структура и отговаря на изискванията на FDA и на ЕС без допълнителни сертификации. Първичният PET има отлична прозрачност и висока якост на опън над 55 MPa, поради което се използва за опаковки за висококачествени хранителни продукти в ритейла.

Използването на рециклиран PET, известен като rPET, намалява емисиите на въглероден диоксид с приблизително 30 до 50 %. Въпреки това предизвикателствата остават. rPET трябва да се филтрира, за да се отстранят нежелани примеси. След преработката остатъчният rPET може да се прояви като частици, които правят крайния продукт мътен или компрометират здравината на материала. Например rPET може да бъде до 20 % по-малко здрав и по-малко устойчив на ударни натоварвания. rPET насърчава кръговата икономика, но компаниите за хранителни опаковки сблъскват предизвикателства. Опаковането на храни в опаковъчни материали от rPET означава, че компаниите трябва да получат сертификати за безопасност на храните, включително стандарта ISO 22000 и регламента на ЕС 10/2011. Изискванията за изпитания, свързани с тези регулации, гарантират, че примесите от rPET не се извличат в храната, включително антимон и ацеталдехид.

Тези свойства — индекс на течност при топене, кристалинност и термична стабилност — и тяхната взаимозависимост.

Тези свойства влияят върху термопластичното формоване на PET, което от своя страна може да повлияе върху изхода, размерната точност и количеството PET, което може да се рециклира.

Що се отнася до отклоненията, прекомерната кристалинност в листовете води до напрегнати пукнатини на етапа на рязане. Недостатъчната термична стабилност води до деградация на полимера при стандартните температури за топлоформоване. Също така е важно да се гарантира съответствието със стандарта ASTM D5927 за всички спецификации на смолата преди екструзията.

Екструзия на листове: Празни PET кутии, произведени според строги стандарти

Екструзията на PET листове превръща смолата в празни форми, които са размерно стабилни и подходящи за топлоформоване с висока скорост. Тъй като PET е също много хигроскопичен, е задължително гранулите да се изсушават при температура 160–180 °C в продължение на 4–6 часа преди употреба, тъй като те са подложни на хидролитична деградация — основна причина за намаляване на IV (вродената вискозитет) и последващо увеличение на крехкостта.

В екструдера температурата на цилиндъра се контролира внимателно, за да се поддържа в диапазона 280–300 °C, за да се запази вискозитетът на течната фаза в оптималния диапазон и да се предотврати термична деградация. Други важни фактори включват:

- еднородност на потока на течната фаза в рамките на ±0,05 мм от целевата дебелина по цялата ширина на листа
- конфигурация на винта, която оптимизира степента на срязване с цел намаляване на молекулната маса и максимизира хомогенизирането на течната фаза
- контрол на кристалинността; оптимално съчетание на аморфната фаза за обработката и кристалинната фаза за структурната цялост

След като разтопената маса напусне плоската матрица, тя се обработва в тризонна полирна система, за да се изглади повърхността ѝ преди контролираната зона за охлаждане. Хладилните ролки в зоната за охлаждане, които са настроени при температура между 10 и 30 °C, помагат за контролиране на скоростта на охлаждане, което е от решаващо значение за определяне на кристалната структура на крайния продукт. Бързото охлаждане води до мек крайно изделие поради намаляване на скоростта на кристализация. Медленото охлаждане също е вредно, тъй като насърчава неконтролираното нарастване на малки кристали, което води до замъгленост и лошо запазване на формата. Крайните етапи от процеса включват контрол на дебелината в реално време, рязане по ръбовете и навиване под контролирано натоварване. По време на операцията за контрол на дебелината сензорите непрекъснато следят дебелината на листа и автоматично коригират устата на матрицата, за да поддържат вариацията в дебелината на листа в рамките на 5%.

Този етап е от решаващо значение, тъй като неправилно нагласеното натоварване при навиването води до микроскопични пукнатини и деформации в крайните изделия.

Термоформиране на PET листове в функционални PET кутии
Превръщането на аморфни PET листове в твърди, пригодни за употреба кутии изисква внимателна термична и механична обработка поради ограничената обработваемост на PET и склонността му към свиване при механично напрежение.

Формиране с помощта на плъзгач срещу формиране само с вакуум: балансиране на еднородността на дебелината на стените и времето на цикъла при производството на PET кутии
При формоването с помощен пулов (plug-assist) материала се разтяга с предварителна форма преди прилагане на вакуума. Това помага да се постигне еднородна дебелина в по-дълбоките области на контейнерите тип „кламшел“ или при проектирането на вложени подноси. Разликата, свързана с дебелината на стените, е доста значителна: при формоване с помощен пулов — ±0,1 мм, при формоване само с вакуум — ±0,5 мм. Това означава по-малко слаби места и по-добра обща здравина на продукта. Недостатъкът на този метод е, че операциите с помощен пулов протичат по-бавно, като времето за един цикъл е в диапазона 10–15 цикъла в минута поради допълнителните подвижни механизми. Въпреки това, за някои приложения, при които здравината на материала е изключително важна, това е силна страна, която трябва да се вземе предвид.

При формоването само с вакуум стъпката с пулов се премахва, което позволява по-бързо производство (15–20 цикъла/мин).

Параметър – Формоване с помощ на щепсел – Вакуумно формоване само на стени с равномерност – Висока (вариация ±0,1 мм) – Умерена (вариация ±0,5 мм) Скорост на цикъла – По-бавна (10–15 цикъла/мин) – По-бърза (15–20 цикъла/мин) Приложимост – Дълбоко изтеглени PET кутии (напр. кламшелове) – Плоски подноси или капаци Интеграция в линия за формоване-пълнене-запечатване с висока скорост: реална производителност от 240 бр./мин за търговски PET кутии Съвременните интегрирани системи за формоване-пълнене-запечатване извършват няколко операции в един гладък процес: нагряване на листовете, формоване на продукта, зареждане на стоката вътре и последващо запечатване с висока степен на плътност. Няма опаковане чрез обвиване с фолио или ръчна сглобка, а следователно и никакъв риск от замърсяване при ръчен контакт. Системите са оборудвани и с ново поколение пресформи с сервоуправление, автономен контрол на температурата по зони и системи за изкуствен интелект и машинно зрение за контрол на качеството, което е довело до увеличаване на производителността при производството на стандартни търговски PET опаковки с постоянни размери – като например контейнерите за ягоди с обем 12 унции – до 240 кутии в минута. Клиенти съобщават намаляване на разходите за труд с 30 % след преминаване към тази система. Общата ефективност на оборудването (OEE) също е подобрена средно с 22 %. Съответствието с правилата и разпоредбите на FDA за директен контакт с храни не представлява проблем при използването на тази система.

Това е причината производителите на пресни плодове, хляб и сладкиши, както и козметични продукти, да използват това решение като основно за опаковане с висока вместимост.

Довършване, декориране и контрол на качеството на PET кутии, готови за пазара.

Изработване, UV покритие и функционални покрития (напр. противозамъгляващи) за подобряване на характеристиките на PET кутиите.

Резане с матрица или лазерно рязане се определя като отстраняване на излишния материал (излишък), за да се получи точно очертана ръбова линия, което е критично за автоматизираното подреждане в струи, роботизираното вземане или пълната безпроблемна интеграция на опаковката в по-нататъшните линии за опаковане. Технологията за UV-отвердяващи мастила осигурява висока разделителна способност и издръжливи графични изображения, нанесени директно върху повърхността на PET, което дава „повърхностна“ идентификация на бранда и елиминира необходимостта от вторична опаковка и етикети.

Функционалните покрития (напр. хидрофилни антизапотяващи) осигуряват отличен потребителски опит в охладени или влажни среди, като елиминират кондензацията, която затруднява виждането на продуктите. Покритите PET кутии са независимо тествани и е установено, че подобряват проникването на влага с 30 % спрямо непокритите PET кутии, което увеличава сроковете на годност и пазарната привлекателност на скоропортящите се продукти за крайните потребители.

Тестване за течове, измерване на размерите и сертификати FDA/ISO

Всеки PET контейнер минава през многостепенна система за гарантиране на качеството. Откриването на течове чрез хелий позволява идентифицирането на течове с размер по-малък от 0,5 µm. Тестването чрез намаляване на налягането проверява цялостта на запечатването при налягане, имитиращо условията по време на разпространение. Лазерно сканиране на критични параметри се извършва с точност до ±0,2 mm, за да се определи прилегането на капака, зазорът на шарнира и равността на дъното, което осигурява съвместимост с високоскоростни пълнителни и запушващи машини.

Преди да бъдат прегледани изискванията за съответствие, трябва да се извършат изискваните от Управлението по храните и лекарствата (FDA) изследвания за екстрактуеми вещества и миграция (според 21 CFR §177.1630), изследвания за тежки метали (Pb, Cd, As, Hg) и да се предостави документация за проследимост и контрол на процеса в съответствие с ISO 22000. Сертифицираните производствени обекти са задължени да прилагат прагове за отхвърляне от 99,8 %, за да се гарантира, че продуктите са без дефекти преди разпространението им на търговския пазар, с цел изпълнение на изискванията на клиентите.

Често задавани въпроси

Какви са предимствата на използването на първично PET вместо рециклирано PET? Първичното PET има по-добра прозрачност, по-голяма здравина на опън и по-добро съответствие с нормативните изисквания. Поради тези характеристики първичното PET е по-добра алтернатива за търговско опаковане с високо естетическо качество.

Какви са предимствата на използването на рециклирано PET? Рециклираното (или rPET) има с 30 до 50 % по-ниско вградено въглеродно съдържание. rPET има някои недостатъци, като например увеличена замъгленост и по-ниска устойчивост на ударни натоварвания; въпреки това то е от голямо значение за циркулярната икономика.

Какво е значението на индекса на течност при топене (MFI) при термоформирането на PET? Изисква се MFI в диапазона 0,8–1,2 дг/мин. Този диапазон е необходим за правилното балансиране между способността да се изпълни формата и адекватния контрол върху образуването на излишъци (флешинг). Термоформираните продукти извън този диапазон ще имат дефекти.

Каква функция изпълняват функционалните покрития за PET кутии? Благодарение на функционални покрития като антизапотяващи слоеве PET кутиите могат да се използват в по-широк кръг ситуации поради намаляване на кондензацията вътре в тях и по-малко затруднения при виждане на съдържанието.

По какъв начин процесът на интегрирано формиране-напълване-опаковане повишава ефективността? Процесът на интегрирано формиране-напълване-опаковане повишава ефективността чрез комбиниране на отделните стъпки и намаляване на броя пъти, при които продуктът се обработва ръчно, т.е. по-малко излагане на замърсяване и по-висока общата ефективност на процеса. Този процес отговаря на насоките на FDA.