Безопасная обработка пригодной для вторичной переработки монопленки из полипропилена на термоформующих машинах.
От производителей упаковки требуют все более ответственного обращения с многослойными пленками. Монопленки из полипропилена представляют собой альтернативу многослойным PET-пленкам, пригодную для вторичной переработки. Однако, несмотря на очевидные преимущества монопленки из полипропилена для экономики замкнутого цикла, ее использование сопряжено с определенными трудностями для упаковщиков. Андреас Дитрих из Weber Food Technology GmbH продемонстрировал на форуме Inno-Meeting в Оснабрюке, как эту пленку можно безопасно перерабатывать на термоформующих машинах.
– Рассуждения Дитера Финна
В настоящее время...
… для производства упаковки сырных или колбасных нарезок часто используются многослойные пленки из APET/PE или boPET/PE. Эти пленки хорошо поддаются машинной обработке и обладают превосходными барьерными характеристиками. Однако если исходить из концепции замкнутого цикла, они плохо поддаются сортировке и переработке. Это заставляет обратить внимание на использование монопленок из полипропилена. Эти пленки на 90–98 % состоят из полипропилена и могут обрабатываться на термоформующих машинах. Однако зачастую можно увидеть существенную разницу.
Привлекательность и производительность упаковочных линий обладают потенциалом роста.
Образцы из полипропилена, изготовленные на термоформующих машинах, как правило, выглядят не столь привлекательно. Инженер-технолог по упаковке в компании Weber Food Technology GmbH Андреас Дитрих говорит, что упаковка из полипропилена часто «менее привлекательна, поскольку выглядит волнистой, менее прозрачна и более мягкая на ощупь». Эти заметные различия отчасти объясняются свойствами самого полипропилена.
Однако некоторые виды монопленки из полипропилена позволяют формировать прочный и приятный на вид лоток. Но упаковочная пленка часто не так сильно натягивается, как в случае с boPET-пленками. По опыту Андреаса Дитриха, это особенно характерно для упаковочных пленок многоразового использования.
Еще один недостаток — пониженная производительность упаковочных линий, где используется монопленка из полипропилена, из-за более медленного нагрева и охлаждения материала. Поскольку формовка упаковки из полипропиленовой пленки несколько сложнее, частота тактов снижается, поэтому машина работает с уменьшенной скоростью. Снижение производительности с 12 тактов/мин до 11 тактов/мин для крупных промышленных линий по фасовке сыров в упаковки по 400 г приводит к тому, что за производственный цикл 20 ч/день упаковывается на 6,5 т меньше сыров — т. е. сокращение составляет более 8 %.
Разные материалы — разный подход.
Поскольку процесс формовки с использованием монопленки из полипропилена в силу особенностей материала отличается от работы с традиционными пленками, Андреасу Дитриху ясно, что свойства материала должны учитываться уже при проектировании упаковочной машины и выборе ее параметров. При использовании машины с двусторонним нагревом, т. е. с нагревательными пластинами сверху и снизу, для многослойных пленок APET/PE толщиной 250 мкм достаточно относительно короткого времени нагрева и формовки — от 1 до 2 секунд. При этом температура находится в диапазоне от 98 до 113 °C. При таком диапазоне формовки в 15 °C колебания температуры не играют существенной роли для многослойных пленок из PET/PE. Представленные на рынке машины настроены на эти параметры.
В то же время толщина пленки из полипропилена обычно больше — 300 мкм PP/PP, так как чуть увеличенная толщина призвана компенсировать чуть более мягкую структуру пленки. Это, в свою очередь, влияет на время нагрева и формовки, которое увеличивается примерно до 2,5 секунд при использовании более толстой пленки.
При попытке использовать на линиях монопленку из полипропилена под новый материал часто подстраивается только температура, а время нагрева и формовки — нет. Это приводит к образованию складок, волн и неустойчивости лотка.
Как образуются складки на лотках?
Чтобы найти правильное решение, необходимо понять причины появления складок и волн. Влияющих факторов может быть несколько. По опыту Андреаса Дитриха, это может быть связано не только с неподходящими настройками, но и с тем, что машины эксплуатировались в течение нескольких лет, возможно, без оптимального техобслуживания, и до настоящего момента обрабатывали только PET-пленку. Будучи абразивным материалом, PET приводит к истиранию тефлонового покрытия нагревательной пластины (пластин), особенно нижней. В результате та становится гладкой и больше не обладает антиадгезионными свойствами. Если PET еще можно обрабатывать на таких термоформующих машинах, то в случае полипропиленовых пленок между пленкой и изношенной нагревательной пластиной задерживается воздух, что приводит к появлению пузырьков, т. н «варикоза». В этом случае они будут четко видны и на упаковке.
Еще одним препятствием является то, что полипропиленовая пленка значительно расширяется при нагревании. В термоформующей машине пленка сначала нагревается, а затем выполняется еще один такт в горячем состоянии с целью ее формовки. При этом смыкание нагревательных и формовочных инструментов сопряжено с определенной проблемой. Мягкая теплая пленка, которая по природе своей легко растяжима, надувается пузырем вслед за движением воздуха, которое образуется из-за смыкания формовочного инструмента, а затем этот пузырь схлопывается под давлением инструмента. Это еще одна частая причина возникновения складок. Поэтому важно избегать подобных сквозняков и образования пузырей из полипропиленовой пленки путем внедрения соответствующих технических мер.
Тепловизионные снимки позволяют выявить причины в параметрах процесса.
Результаты влияния разного времени нагрева и формовки на внешний вид упаковки можно увидеть на снимках, сделанных компанией Weber с помощью тепловизионной камеры с двумя объективами сразу после выхода изделий из формовочной станции.
На первом тепловизионном снимке показан результат с пограничными параметрами, где технологический процесс осуществляется с параметрами деформации многослойных APET-пленок, но отрегулированной температурой. В то же время на следующем снимке показан оптимизированный результат после того, как все технологические параметры были изменены для обработки полипропиленовой пленки. Сравнение технологических параметров при изготовлении этих видов упаковки позволяет понять, какие параметры способствуют повышению качества упаковки, и что упаковка из полипропиленовой монопленки обладает потенциалом для оптимизации.
Ключевым параметром при формовке упаковки является нарастание давления, что особенно важно при обработке монопленок из полипропилена. Если давление слишком низкое или наращивается слишком медленно, пленка не будет сформована должным образом. В упаковке наблюдается большая разница температур, в данном примере до 21 °C между центром и ребрами упаковки. В результате возникает напряжение в материале и, в конечном счете, образуются волны.
На втором тепловизионном снимке видно, что при оптимальной настройке процесса формования (время нагрева и формования 2,5 секунды, температура нагрева 135 °C, нарастание давления формовки 1 бар за 0,2 секунды, эффективное охлаждение) разница температур между центром и ребрами упаковки может быть снижена примерно до 7 °C.
Влияние дизайна упаковки.
Помимо параметров обработки, важную роль играет дизайн упаковки. При использовании полипропиленовой пленки в дизайне упаковки не должно быть слишком мелких деталей. В примере слева ребра имеют радиус 8 мм и глубину 2 мм. Чем меньше радиус, тем сложнее его формовать и тем более волнистой может стать упаковка. Такой дизайн можно легко реализовать с помощью ребер.
Радиусы закругления также играют важную роль. В примере справа радиус составляет 9 мм, что является хорошим значением. Если радиусы слишком малы, упаковка утрачивает прочность, легче деформируется и становится волнистой.
И все же это работает.
«Одним из факторов, обеспечивающих хороший результат при работе с монопленками из полипропилена, является качественный и точный нагрев с помощью двустороннего нагревателя, способного поддерживать максимально стабильную температуру. Для этого требуется максимально возможное время нагрева, которое составляет около 2,5 секунд».
Второй фактор — высокая скорость формовки. Это достигается за счет быстрого нарастания давления формовки, при этом пленка должна обладать соответствующими характеристиками. Пленка должна быть пригодна для формовки в течение макс. 0,2 секунд. Под пленкой возникает отрицательное давление -0,7 бар из-за формовочного вакуума. Кроме того, из-за быстрого повышения давления сверху возникает избыточное давление +1,0 бар. В общей сложности разница давлений составляет 1,7 бар абс. Время формовки и, соответственно, время охлаждения должно быть как можно более долгим. В целом, при нагревании, формовке и охлаждении необходимо добиться максимально низкой и равномерной температуры в упаковке. Так, например, разницу температур между центром и ребрами упаковки можно уменьшить до 7 °C.
Третий фактор — подходящая монопленка из полипропилена. «Не каждая пленка дает желаемый результат», — делится своим практическим опытом Андреас Дитрих. Если обеспечить соблюдение всех вышеперечисленных параметров, то можно производить конкурентоспособную точно отформованную упаковку из полипропиленовой монопленки со скоростью 12 тактов в минуту.
Выберите отдел
