Bezpieczne przetwarzanie nadających się do recyklingu folii mono-PP za pomocą linii termoformujących.
Rośnie presja na producentów opakowań, aby odpowiedzialnie obchodzili się z foliami wielowarstwowymi. Nadającą się do recyklingu alternatywę dla folii wielowarstwowych PET stanowią folie mono-PP. Korzyści wynikające ze stosowania folii mono-PP w gospodarce o obiegu zamkniętym są oczywiste, stanowią one jednak wyzwanie dla firm pakujących. Andreas Dietrich / Weber Food Technology GmbH na spotkaniu Inno-Meeting w Osnabrück przedstawił sposób ich bezpiecznego przetwarzania w systemach termoformujących.
– Dyskurs prowadzony przez Dieter Finna
Obecnie...
… folie wielowarstwowe z APET/PE lub boPET/PE są często wykorzystywane do produkcji opakowań dla konsumentów zawierających kiełbasę lub ser w plastrach. Te folie zapewniają dobrą pracę maszyny, a także wysokie właściwości ochronne. W obiegu materiałów nie spełniają one jednak wymogów dotyczących możliwości dobrego sortowania i recyklingu materiałów. Z tego powodu użycie folii mono-PP znalazło się w centrum zainteresowania. Te folie w 90–98% składają się z polipropylenu i można je przetwarzać w instalacjach termoformujących. Często wykazują one jednak znaczące różnice.
Atrakcyjność i wydajność linii do pakowania można poprawić.
Próbki PP wykonane za pomocą instalacji termoformujących wykazują wady przede wszystkim w zakresie wyglądu. Andreas Dietrich, inżynier ds. zastosowań opakowań w firmie Weber Food Technology GmbH opisuje opakowania PP jako często „mniej atrakcyjne, ponieważ wydają się faliste, są mniej przezroczyste i bardziej miękkie w dotyku”. Te rozpoznawalne różnice wynikają częściowo z naturalnych właściwości polipropylenu.
Niektóre typy folii mono-PP tworzą stabilny kształt i stabilną tackę. Jednak górna folia często nie jest tak mocno rozciągnięta, jak w przypadku folii na bazie boPET. Z doświadczenia Andreasa Dietricha wynika, że to zjawisko występuje w szczególności podczas ponownego zamknięcia górnych folii.
Inną wadą jest mniejsza wydajność linii do pakowania wykorzystujących folie mono-PP ze względu na wolniejsze nagrzewanie i chłodzenie materiału. Ponieważ formowanie opakowań z folii PP jest nieco bardziej skomplikowane, częstotliwość taktowania linii jest nieco mniejsza, dzięki czemu maszyna pracuje z nieco mniejszą prędkością. Redukcja z 12 taktów/min do 11 taktów/min w przypadku dużych przemysłowych linii do opakowań sera o zawartości 400 g powoduje, że w czasie produkcji wynoszącym 20 godzin/dzień zostaje zapakowane 6,5 tony sera mniej, co stanowi spadek o ponad 8%.
Inny materiał – inny skład.
Ponieważ proces formowania folii mono-PP różni się od tradycyjnych folii ze względu na materiał, dla Andreasa Dietricha jest jasne, że również wersja maszyny pakującej oraz parametry maszyn muszą uwzględniać zmianę materiału. W przypadku maszyny z ogrzewaniem typu sandwich, tj. dwóch płyt grzewczych – jednej na górze i jednej na dole, stosunkowo krótkie czasy nagrzewania i formowania od 1 sekundy do 2 sekund są wystarczające dla połączeń APET/PE przy grubości folii 250 µm. Temperatura wynosi przy tym od 98°C do 113°C. W tym zakresie temperatur formowania wynoszącym 15°C wahania ogrzewania w połączeniach PET/PE mają małe znaczenie. Dostępne na rynku maszyny są ustawione na te parametry.
Grubość folii z polipropylenu jest zwykle nieco większa, ponieważ nieco bardziej miękka struktura jest kompensowana przez nieco grubszą folię 300 µm PP/PP. Ma to z kolei wpływ na czas nagrzewania i formowania, który w przypadku nieco grubszych folii zwiększa się do ok. 2,5 sekundy.
Jeżeli rozpoczynają się teraz próby z folią mono-PP, w liniach do nowego materiału jest dostosowywana często tylko temperatura, a czasy nagrzewania i formowania nie są. Prowadzi to do zmarszczeń, falistości i niewielkiej stabilności tacek.
W jaki sposób dochodzi do powstania zmarszczeń na tackach?
Aby znaleźć rozwiązanie, należy zrozumieć przyczyny powstawania zmarszczeń i pofałdowania. Mogą one być związane z kilkoma czynnikami. Z doświadczenia Andreasa Dietricha wynika, że może to być spowodowane niekorzystnymi ustawieniami, ale także używaniem maszyn przetwarzających przez kilka lat, prawdopodobnie bez optymalnej konserwacji, i do tej pory zawsze do przetwarzania folii PET. PET jako materiał ścierny często zużywa powłokę teflonową płyty lub płyt grzejnych, przede wszystkim dolnej płyty grzejnej. Z tego powodu jest ona gładka i nie ma już właściwości zapobiegających przywieraniu. Podczas gdy PET można nadal przetwarzać za pomocą maszyn termoformujących, w przypadku folii polipropylenowych powietrze jest zamknięte pomiędzy folią i zużytą płytą grzejną, co prowadzi do powstania pęcherzyków, zwanych również „żylakami”. Są one później dobrze widoczne w opakowaniu.
Kolejną przeszkodą jest znaczne rozszerzanie się folii PP pod wpływem wysokiej temperatury. W maszynie termoformującej folia jest najpierw podgrzewana, a następnie w gorącym stanie przekazywana dalej do formowania. Zamknięcie narzędzi do podgrzewania i formowania stanowi przy tym pewien problem. Miękka ciepła folia, która nieznacznie rozszerza się w sposób naturalny, oraz ruch powietrza powstający podczas zamykania narzędzia formującego prowadzą do rozszerzenia foli do pewnego rodzaju pęcherza, który zostaje podczas zamykania narzędzia płasko dociśnięty. Pofałdowanie powstaje często również w taki sposób. W przypadku PP celem jest uniknięcie tego ruchu powietrza, a tym samym tworzenia się pęcherzyków za pomocą odpowiednich środków technicznych.
Obrazy termowizyjne ujawniają przyczyny w parametrach procesu.
Obrazy zarejestrowane za pomocą kamery termowizyjnej z podwójnym układem optycznym przez firmę Weber bezpośrednio po opuszczeniu stacji formowania pokazują, w jak różny sposób czasy podgrzewania i formowania wpływają na wygląd opakowań.
Pierwszy termogram pokazuje wynik graniczny oparty na parametrach deformacji folii wielowarstwowych APET z dostosowaną tylko temperaturą. Kolejny pokazuje z kolei optymalny rezultat, gdy wszystkie etapy procesu zostały dostosowane do folii PP. Porównanie parametrów procesu podczas produkcji tych opakowań pokazuje, które parametry przyczyniają się do optymalizacji opakowania oraz możliwość optymalizacji opakowań z folii mono-PP.
Istotnym parametrem podczas formowania opakowania jest wzrost ciśnienia, który jest szczególnie istotny podczas przetwarzania folii mono-PP. Jeżeli jest on zbyt mały lub zbyt wolny, folia nie zostanie prawidłowo uformowana. Pomiędzy środkiem i żebrami opakowania powstają duże różnice temperatur, w tym przykładzie do 21°C. Skutkiem są naprężenia w materiale i pofałdowania.
Drugi termogram pokazuje, że przy optymalnym ustawieniu procesu formowania czasy podgrzewania i formowania wynoszą 2,5 sekundy, temperatura podgrzewania wynosi 135°C, wzrost ciśnienia podczas formowania wynosi 1 bar w ciągu 0,2 sekundy, ustawione jest wydajne chłodzenie – różnice temperatur pomiędzy środkiem i żebrami opakowania można zmniejszyć do ok. 7°C.
Wpływ wzoru opakowania.
Oprócz parametrów przetwarzania duże znaczenie ma również wzór opakowania. W przypadku użycia folii PP projekt opakowania nie powinien zawierać zbyt małych detali. W przykładzie po lewej stronie żebra mają promień R 8 mm i głębokość 2 mm. Im mniejsze są promienie, tym trudniejsze jest ich formowanie, a opakowanie może być bardziej faliste. Taki wzór można bardzo dobrze wykonać w przypadku żeber.
Również promienie narożników mają duże znaczenie. W przykładzie po prawej stronie mają one promień R 9 mm, co jest prawidłową wartością. Jeżeli są one zbyt małe, opakowanie traci stabilność, łatwiej ulega wypaczeniu i staje się faliste.
I to działa.
„Czynnikiem zapewniającym prawidłowe rezultaty w przypadku folii mono-PP jest prawidłowe, precyzyjne podgrzewanie za pomocą podgrzewania typu sandwich, które utrzymuje temperaturę na możliwie stabilnym poziomie. Wymaga to jak najdłuższego czasu nagrzewania wynoszącego około 2,5 sekundy.”
Drugim czynnikiem jest bardzo szybkie formowanie. Uzyskuje się to poprzez szybki wzrost ciśnienia formowania, musi to być jednak możliwe w przypadku samej folii. Musi być możliwe formowanie folii w zaledwie 0,2 sekundy. Na skutek działania od dołu próżni formowania pod folią występuje podciśnienie -0,7 bara. Dodatkowo na skutek szybkiego wzrostu ciśnienia od góry działa nadciśnienie +1,0 bar. Różnica wynosi łącznie 1,7 bara ciśnienia bezwzględnego. Czas formowania, a tym samym czas chłodzenia muszą być jak najdłuższe. W przypadku podgrzewania, formowania i chłodzenia zasadniczym celem jest zapewnienie możliwie równomiernej i niskiej temperatury w opakowaniu. W ten sposób można zredukować różnice temperatur pomiędzy środkiem i żebrami opakowania na przykład do 7°C.
Trzecim czynnikiem jest odpowiednia folia mono-PP. „Nie każda folia zapewnia żądane rezultaty“ – Andreas Dietrich wie to z własnego doświadczenia. Jeżeli uwzględni się podane parametry, przy 12 taktach na minutę można wykonać z folii mono-PP precyzyjnie uformowane opakowania, które spełnią oczekiwania rynkowe.
Wybierz dział
