Процес виробництва коробок із ПЕТ

Вибір між первинним і переробленим ПЕТ для застосування в коробках із ПЕТ

Коли виробники розглядають використання смоли ПЕТ для виготовлення коробок, їм слід враховувати експлуатаційні характеристики, сталість та відповідність нормативним вимогам. У харчових застосуваннях єдиним варіантом є первинний ПЕТ, оскільки він має стабільну молекулярну структуру й задовольняє вимоги FDA та ЄС без додаткових сертифікатів. Первинний ПЕТ відрізняється високою прозорістю та високою межею міцності на розтяг понад 55 МПа, тому його використовують для упаковки преміум-класу в роздрібній торгівлі харчовими продуктами.

Використання переробленого ПЕТ, відомого як rPET, зменшує викиди вуглекислого газу приблизно на 30–50 %. Однак залишаються певні виклики. rPET потрібно фільтрувати, щоб усунути небажані забруднювачі. Після переробки залишковий rPET може утворювати частинки, які роблять кінцевий продукт матовим або погіршують міцність матеріалу. Наприклад, rPET може бути на 20 % менш міцним і стійким до ударних навантажень. rPET сприяє формуванню замкненої економіки, однак компанії, що виробляють харчову упаковку, стикаються з певними труднощами. Використання rPET для виготовлення упаковки для харчових продуктів означає, що компанії повинні отримати сертифікати щодо безпеки харчових продуктів, зокрема відповідно до стандарту ISO 22000 та регламенту ЄС № 10/2011. Вимоги до випробувань, передбачені цими регламентами, забезпечують те, що забруднювачі з rPET (зокрема сурма й ацетальдегід) не виділяються в харчові продукти.

Ці властивості — індекс розплавленого потоку, кристалічність та термічна стабільність — та їх взаємозв’язок.

Ці властивості впливають на термопластичне формування ПЕТ, що, у свою чергу, може впливати на вихідну продукцію, точність розмірів та кількість ПЕТ, яку можна переробити.

Щодо відхилень: надмірна кристалічність у листах призведе до утворення тріщин під напруженням на етапі обрізання. Недостатня термічна стійкість призведе до деградації полімеру при стандартних температурах термоформування. Також важливо забезпечити відповідність усіх специфікацій смоли стандарту ASTM D5927 перед екструзією.

Екструзія листів: заготовки з ПЕТ для коробок, виготовлені з дотриманням суворих вимог

Екструзія листів із ПЕТ перетворює смолу на заготовки, які мають стабільні розміри й придатні для швидкісного термоформування. Оскільки ПЕТ також є дуже гігроскопічним матеріалом, гранули обов’язково слід сушити при температурі 160–180 °C протягом 4–6 годин перед використанням, оскільки вони схильні до гідролітичної деградації — це одна з основних причин зниження IV (внутрішньої в’язкості) та подальшого зростання крихкості.

У екструдері температура циліндра ретельно регулюється, щоб підтримувати її в межах 280–300 °C для збереження в’язкості розплаву в оптимальному діапазоні та запобігання будь-якій термічній деградації. Інші важливі чинники включають:

- рівномірність потоку розплаву з точністю до ±0,05 мм від заданої товщини по всій ширині листа
- конфігурацію гвинта, яка оптимізує ступінь зсуву з метою зниження молекулярної маси та забезпечує максимальну гомогенізацію розплаву
- контроль кристалічності; оптимальне співвідношення аморфної фази для обробки та кристалічної фази для структурної міцності

Після виходу розплаву з плоскої матриці його обробляють у трьохзонному полірувальному стеку для вирівнювання поверхні розплаву перед зоною контрольованого охолодження. Холодильні валки в зоні охолодження, температура яких підтримується в межах від 10 до 30 °C, допомагають контролювати швидкість охолодження, що є вирішальним чинником при формуванні кристалічної структури кінцевого продукту. Швидке охолодження призводить до отримання м’якого кінцевого продукту через зниження швидкості кристалізації. Повільне охолодження також шкідливе, оскільки сприяє неконтрольованому росту малих кристалів, що призводить до помутніння та поганого збереження форми. Останні етапи обробки включають контроль товщини в реальному часі, обрізку кромок та намотування під контрольованим натягом. Під час операції контролю товщини датчики безперервно вимірюють товщину листа й автоматично регулюють положення губ матриці, щоб забезпечити варіацію товщини листа в межах 5%.

Цей етап є вирішальним, оскільки неправильний натяг під час намотування призводить до утворення мікроскопічних тріщин і деформацій у кінцевих продуктах.

Термоформування листів ПЕТ у функціональні коробки з ПЕТ
Перетворення аморфних листів ПЕТ на міцні, придатні до використання коробки вимагає ретельної термічної та механічної обробки через обмежений діапазон переробки ПЕТ і його схильність до усадки під навантаженням.

Формування з допомогою пробки-підтримки порівняно з формуванням лише за рахунок вакууму: забезпечення рівномірності товщини стінок та оптимізація часу циклу при виробництві коробок з ПЕТ
При формуванні з допомогою пробки матеріал розтягується за допомогою передформи до подачі вакууму. Це сприяє досягненню однакової товщини у глибших ділянках контейнерів типу «кламшел» або у конструкціях вкладених лотків. Різниця щодо товщини стінок є досить значною: формування з допомогою пробки ± 0,1 мм, лише вакуумне формування ± 0,5 мм. Це означає менше слабких місць і кращу загальну міцність виробу. Недоліком цього методу є те, що операції з використанням пробки відбуваються повільніше — час циклу становить 10–15 циклів на хвилину через додаткові рухомі механізми. Однак для деяких застосувань, де міцність матеріалу є надзвичайно важливою, це суттєва перевага, яку варто врахувати.

При використанні лише вакуумного формування етап із пробкою відсутній, що забезпечує більш високу продуктивність (15–20 циклів/хв).

Параметр — формування з допомогою штампа — вакуумне формування стінок із забезпеченням однорідності — висока точність (варіація ±0,1 мм) — помірна точність (варіація ±0,5 мм) Швидкість циклу — повільна (10–15 циклів/хв) — швидша (15–20 циклів/хв) Сфера застосування — глибоковитяжні PET-упаковки (наприклад, «кламшелли») — мілкі лотки або кришки Інтеграція високошвидкісних ліній формування-наповнення-запайки: реальна продуктивність 240 шт./хв для роздрібних PET-упаковок Лінії формування-наповнення-запайки сьогодні поєднують у собі кілька етапів в єдиному безперервному процесі: нагрівання листів, їх формування, завантаження продукту всередину та створення герметичних швів, необхідних для надійного зберігання. Відсутні операції обгортання потоком або ручна збірка, а отже, й ризик контамінації через прямий контакт людини. Крім того, такі системи оснащені новим поколінням прес-форм із сервокеруванням, автономним регулюванням температури в окремих зонах та системами штучного інтелекту для контролю якості за допомогою комп’ютерного зору. Це дозволило підвищити продуктивність при виробництві стандартних роздрібних PET-упаковок регулярної форми, наприклад, контейнерів об’ємом 12 унцій для ягід, до 240 упаковок на хвилину. Клієнти повідомили про зниження витрат на робочу силу на 30 % після переходу на цю систему. Загальна ефективність обладнання (OEE) також зросла в середньому на 22 %. Дотримання правил і норм FDA щодо безпосереднього контакту з харчовими продуктами не викликає проблем при використанні цієї системи.

Саме тому виробники свіжих фруктів, хлібобулочних виробів та косметичних товарів використовують цей підхід як основне рішення для упаковки великої місткості.

Остаточна обробка, декорування та контроль якості готових до реалізації PET-коробок

Виготовлення, нанесення УФ-покриття та функціональних покриттів (наприклад, протитуманних) для поліпшення характеристик PET-коробок.

Штампування або лазерне обрізання визначаються як видалення зайвого матеріалу (залишків) для отримання чітко визначених кромок, що є критично важливим для автоматизованого складання, роботизованого забирання або повної безшовної інтеграції упаковки в наступні лінії упакування. Технологія УФ-затверднювальних фарб забезпечує високу роздільну здатність та стійкі до абразивного зносу зображення, безпосередньо нанесені на поверхню PET, що забезпечує «поверхневу» ідентифікацію бренду й усуває необхідність вторинної упаковки та етикеток.

Функціональні покриття (наприклад, гідрофільні протитуманні) забезпечують відмінний користувацький досвід у холодильних або вологих середовищах, усуваючи конденсацію, яка ускладнює розгляд товарів. Незалежні дослідження показали, що покриті ПЕТ-коробки мають на 30 % кращу стійкість до проникнення вологи порівняно з непокритими ПЕТ-коробками, що збільшує термін придатності та ринкову привабливість швидкопсувних товарів для споживачів.

Випробування на герметичність, розмірні перевірки та сертифікати FDA/ISO

Кожна ПЕТ-коробка проходить багаторівневі методи забезпечення якості. Виявлення витоків за допомогою гелію дозволяє виявити витоки розміром менше 0,5 мкм. Випробування на спад тиску забезпечує перевірку герметичності умовним тиском, що імітує умови транспортування. Лазерне сканування критичних параметрів виконується з точністю до ±0,2 мм для визначення посадки кришки, зазору шарніра та плоскості дна, що забезпечує сумісність із високошвидкісними розливними та закривальними машинами.

Перш ніж переглянути вимоги щодо відповідності, ми повинні провести випробування на витягувані речовини та міграцію, передбачене FDA (у рамках 21 CFR §177.1630), випробування на вміст важких металів (Pb, Cd, As, Hg) та надати документацію щодо прослідковості та контролю процесів у відповідності зі стандартом ISO 22000. Для сертифікованих виробничих потужностей встановлено поріг відхилення на рівні 99,8 %, щоб забезпечити відсутність дефектів до розповсюдження продукції через роздрібну мережу й виконання вимог замовників.

Поширені запитання

Які переваги вибору первинного ПЕТ замість вторинного ПЕТ? Первинний ПЕТ має кращу прозорість, міцність на розтяг і відповідність нормативним вимогам. Завдяки цим характеристикам первинний ПЕТ є кращим варіантом для роздрібної упаковки, що має високий візуальний рівень.

Які переваги використання вторинного ПЕТ? Вторинний (або rPET) має на 30–50 % менший вміст «втіленого» вуглецю. Однак rPET має такі недоліки, як підвищена матовість і знижена ударна стійкість; тим не менш, його використання є важливим для функціонування кругової економіки.

Яке значення має індекс розплавлення (MFI) у процесі термоформування ПЕТ? Необхідний діапазон MFI — 0,8–1,2 дг/хв. Цей діапазон забезпечує належну балансувальну здатність між можливістю заповнення форми та адекватним контролем утворення залишків матеріалу по краях (флешингу). Термоформовані вироби поза цим діапазоном матимуть дефекти.

Що роблять функціональні покриття для ПЕТ-коробок? Завдяки функціональним покриттям, наприклад, антизапотіваючим шарам, ПЕТ-коробки можна використовувати в більшій кількості ситуацій, оскільки усередині утворюється менше конденсату, що не перешкоджає огляду вмісту.

Яким чином процес безперервного формування-наповнення-запакування підвищує ефективність? Цей процес підвищує ефективність шляхом об’єднання окремих операцій і зменшення кількості випадків ручного втручання в продукт, тобто знижує ризик забруднення та підвищує загальну ефективність виробничого процесу. Даний процес відповідає вимогам FDA.