Produksjonsprosess for PET-bokser

Valg mellom primær og gjenvunnet PET for PET-boksapplikasjoner

Når produsenter vurderer PET-resin for boksapplikasjoner, må de ta hensyn til ytelse, bærekraft og overholdelse av regelverk. For matapplikasjoner er primær PET den eneste muligheten, da den har en konstant molekylær struktur og oppfyller kravene fra FDA og EU uten ekstra sertifiseringer. Primær PET har utmerket klarhet og en høy strekkfasthet på over 55 MPa, noe som gjør den egnet for high-end-emballasje til matbutikker.

Bruken av gjenvunnet PET, kjent som rPET, reduserer karbonutslippene med omtrent 30 til 50 %. Likevel forblir det utfordringer. rPET må filtreres for å fjerne uønskede forurensninger. Etter behandlingen kan resterende rPET oppstå som partikler som gjør det endelige produktet sløret eller svekker materialets slagfasthet. For eksempel kan rPET være opptil 20 % mindre slagfast og mindre motstandsdyktig mot støt. rPET fremmer en sirkulær økonomi, men matpakkefirmaer står overfor utfordringer. Å pakke mat i rPET-pakkmateriale betyr at bedriftene må skaffe sertifiseringer for mattrygghet, inkludert ISO 22000-standardene og EU:s forordning nr. 10/2011. Testkravene som følger med disse forordningene sikrer at forurensninger fra rPET ikke lekker ut i maten, inkludert antimon og acetaldehyd.

Disse egenskapene – smeltestrømindex, krystallinitet og termisk stabilitet – og deres gjensidige avhengighet.

Disse egenskapene påvirker termoplastisk forming av PET, noe som igjen kan påvirke utgangen, den dimensjonelle nøyaktigheten og mengden PET som kan gjenbrukes.

Når det gjelder avvik, vil for høy krystallinitet i platene føre til spenningsrevner i kantbehandlingsstadiet. Utilstrekkelig termisk stabilitet vil føre til polymernedbrytning ved standardtemperaturer for termoforming. Det er også viktig å sikre at alle råvareegenskaper overholder ASTM D5927-standarden før ekstrudering.

Plateekstrudering: PET-boksblanker fremstilt etter strenge standarder

PET-plateekstrudering omformer råvaren til blanker som er dimensjonelt stabile og egnet for hurtig termoforming. Siden PET også er svært hygroskopisk, er det avgjørende at pelletene tørkes ved en temperatur på 160–180 °C i 4–6 timer før bruk, da de er utsatt for en type hydrolytisk nedbrytning som er en av de ledende årsakene til reduksjon i IV (intrinsic viscosity) og en etterfølgende økning i sprøhet.

I ekstruderan er temperaturen i røret nøyaktig regulert for å holde seg mellom 280–300 °C for å opprettholde smelteviskositeten innenfor det optimale området og forhindre termisk degradasjon. Andre viktige faktorer inkluderer:

- jevnhet i smeltestrømmen innenfor ±0,05 mm av måltykkelsen over hele arket bredde
- skruekonfigurasjon som optimaliserer skjærgraden for molekylvektnedgang og maksimerer homogeniseringen av smelten
- kontroll av krystallinitet; optimal kombinasjon av den amorfe fasen for prosessering og den krystalline fasen for strukturell integritet

Etter at smelten forlater flatdien, behandles den i en poleringsstabel med tre soner for å jevne ut overflaten på smelten før den kontrollerte avkjølingssonen. Kjølerullene i avkjølingssonen, som er innstilt mellom 10 og 30 °C, hjelper til med å regulere avkjølingshastigheten, noe som er avgjørende for å bestemme krystallstrukturen i det endelige produktet. Rask avkjøling gir et mykt endeprodukt på grunn av redusert krystalliseringshastighet. Langsom avkjøling er også skadelig, da den fremmer ukontrollert vekst av små krystaller, noe som fører til tåkethet og dårlig formbevarelse. De siste prosesseringstrinnene inkluderer kontroll av tykkelse i sanntid, kantbeskjæring og oppvikling under kontrollert spenning. Under tykkelsekontrollen overvåker sensorer kontinuerlig arktykkelsen og justerer automatisk die-lippene for å holde variasjonen i arktykkelse innenfor 5 %.

Dette trinnet er avgjørende, siden feil justering av oppviklingsspenningen skaper mikroskopiske sprekk og deformasjonsproblemer i endeproduktene.

Termoformning av PET-plater til funksjonelle PET-bokser
Å omforme amorfe PET-plater til faste, brukbare bokser krever nøyaktig termisk og mekanisk behandling på grunn av PETs begrensede bearbeidingsområde og dens tendens til å krympe under spenning.

Støtterformning versus kun vakuumformning: Balansering av veggtykkelsesjevnhet og syklustid ved produksjon av PET-bokser
Ved støtterstøttet termoformning strekkes materialet med en forform før vakuumet påføres. Dette bidrar til å oppnå en jevn tykkelse i de dypere områdene av skallbeholderne (clamshell) eller de neslede brett-designene. Forskjellen når det gjelder veggtykkelse er ganske betydelig: støtterstøttet termoformning ± 0,1 mm, kun vakuum ± 0,5 mm. Dette betyr færre svake punkter og bedre helhetlig styrke i produktet. Ulempen med denne metoden er at støtterstøttede operasjoner er langsommere, med syklustider på 10–15 sykluser per minutt på grunn av de ekstra bevegelige mekanismene. For noen anvendelser der materialets styrke er svært avgjørende, er dette imidlertid et sterkt argument som bør vurderes.

Ved termoformning med kun vakuum utelates støttertrinnet, noe som gir raskere produksjonshastighet (15–20 sykluser/min).

Parameter – Plug-assist-forming – Vakuumformingsvegger med jevnhet – Høy (±0,1 mm variasjon) – Moderat (±0,5 mm variasjon) Syklushastighet – Langsom (10–15 sykler/min) – Rask (15–20 sykler/min) Egnet for – Dypttrekkede PET-bokser (f.eks. skallbokser) – Overfladiske bakker eller lokker Høyhastighets inline form-fill-seal-integrering: Praktisk ytelse på 240 bpm for detaljhandels-PET-bokser Inline form-fill-seal-systemer i dag kombinerer flere trinn i én smidig prosess. De varmer opp plater, former dem, fyller inn produkter og lager deretter de tette forseglingene som alt må ha. Det forekommer ingen flowpakking eller manuell montering, og dermed heller ingen risiko for kontaminering ved manuell berøring. Systemene har også en ny generasjon servostyrte forme, autonom temperaturkontroll per sone og AI-baserte kvalitetskontrollsystemer med bildebehandling, noe som har økt produksjonshastigheten for standardiserte detaljhandels-PET-pakker, som f.eks. bæger på 12 oz for bær, til 240 bokser per minutt. Kunder har rapportert en reduksjon i arbeidskostnader på 30 % etter overgang til dette systemet. Den totale utstyrsnytten (OEE) har også forbedret seg med gjennomsnittlig 22 %. Overholdelse av FDA-regler og -forskrifter for direkte kontakt med mat har ikke vært et problem med dette systemet.

Det er derfor produsentene av ferske frukter, bakevarer og skjønnhetsprodukter bruker dette som hovedløsningen sin for emballasje med høy kapasitet.

Ferdigstilling, dekorasjon og kvalitetskontroll for ferdige PET-bokser til salg.

Fabrikasjon, UV-belægning og funksjonelle belægninger (f.eks. anti-dugg) for forbedrede egenskaper hos PET-bokser.

Stansing eller laserskjæring defineres som fjerning av alt overskytende materiale (flash) for å gi en definert kant, noe som er avgjørende for automatisk stableing, robotbasert plukking eller fullt sømløs integrering av emballasjen i nedstrøms emballasjelinjer. UV-hårdbar inktteknologi gir oppløsning og høyabrasjonsgrafikk direkte på overflaten av PET, noe som gir «overflatebasert» merkevareidentifikasjon og eliminerer behovet for sekundær emballasje og etiketter.

Funksjonelle belag (f.eks. hydrofile anti-skyggebelag) gir en utmerket brukeropplevelse i kjøle- eller fuktige miljøer, og eliminerer kondens som gjør at produkter blir vanskelige å se. Belagte PET-bokser har uavhengig vist seg å gi en forbedring på 30 % når det gjelder fuktighetsgjennomtrengning sammenlignet med ubelagte PET-bokser, noe som øker holdbarheten og markedsføringsverdien av lettsøppelige produkter for konsumentene.

Lekkasjetesting, dimensjonskontroller og FDA/ISO-sertifiseringer

Hver PET-boks gjennomgår flertrinns kvalitetssikringsmetoder. Heliumbasert lekkasjetesting gjør det mulig å identifisere lekkasjer som er mindre enn 0,5 µm. Trykkfallstesting sikrer tettheten til forseglingen under trykk som simulerer fordelingsforhold. Laserskanning av kritiske parametere utføres med en nøyaktighet på ±0,2 mm for å bestemme lokkpasform, hengselklaring og bunns flathet, noe som sikrer kompatibilitet med høyhastighetsfyllings- og forseglingssystemer.

Før samsvarskravene gjennomgås, må vi utføre FDA-kravet til ekstraherbart stoff og migreringstesting (i henhold til 21 CFR §177.1630), testing av tungmetaller (Pb, Cd, As, Hg) samt levere dokumentasjon for sporbarhet og prosesskontroll i samsvar med ISO 22000. Sertifiserte anlegg må ha et avvist-nivå på 99,8 % for å sikre at produktene er feilfrie før distribusjon til detaljhandel, slik at kundekravene oppfylles.

Ofte stilte spørsmål

Hva er fordelene ved å velge ny (virgin) PET fremfor gjenvunnet PET? Ny PET har bedre klarhet, høyere strekkfasthet og bedre overholdelse av regelverket. På grunn av disse egenskapene er ny PET et bedre valg for detaljhandelspakninger som skal ha et visuelt høyverdig uttrykk.

Hva er fordelene ved å bruke gjenvunnet PET? Gjenvunnet (eller rPET) har 30–50 % lavere innbygd karbonavtrykk. rPET har imidlertid problemer som økt sløvhet og lavere slagfasthet, men det er likevel viktig for den sirkulære økonomien.

Hva er betydningen av smeltestrømningsindeksen (MFI) i PET-termoformning? En MFI på 0,8–1,2 dg/min kreves. Dette området er nødvendig for å oppnå en riktig balanse mellom evnen til å fylle formen og muligheten til å kontrollere dannelse av sprøytning (flash) på en tilfredsstillende måte. Termoformede produkter utenfor dette området vil ha feil.

Hva gjør funksjonelle belegg for PET-bokser? Ved hjelp av funksjonelle belegg, som anti-dugg-lag, kan PET-bokser brukes i flere situasjoner, da det dannes mindre kondens inni, noe som hindrer sikten til innholdet.

På hvilke måter øker inline-form-fyll-seal-prosessen effektiviteten? Inline-form-fyll-seal-prosessen øker effektiviteten ved å kombinere trinn og redusere antallet ganger produktet håndteres manuelt, dvs. mindre eksponering for forurensning og høyere total prosesseffektivitet. Denne prosessen oppfyller FDA-veiledningene.