Полимеры для упаковки (часть 1)

Пластмассы являются первым по значению материалом, используемым для упаковки. Они незаменимы для выполнения целого ряда функций, и их непревзойденный баланс функций в сочетании со специальными методами проектирования и обработки часто позволяет получать экономически выгодные решения, которые оправдывают их ведущие позиции на рынке упаковочных материалов.

ПОЛИМЕРЫ ДЛЯ УПАКОВКИ (часть I)

По примерным оценкам в мировом масштабе рынок упаковочных материалов, являющийся наиболее значительным сектором потребления пластмасс:

- составляет примерно треть мирового потребления пластмасс;

- постоянно растет;

- имеет объем примерно 50 млн. т.

Рынок упаковочных материалов является крупнейшим рынком для пластмасс и термопластов.

Мотивация здесь самая различная:

- техническая: пластмассы позволяют получать исключительный баланс массы, эксплуатационных характеристик, простоты обработки, эстетических достоинств и затрат;

- экономическая: пластмассы являются экономическим откликом на необходимость массовости производства, а также низкую производительность, присущую сектору специальной упаковки;

- эстетическая: пластмасса дает значительно большую свободу дизайна, чем керамика, стекло, дерево, металл и прочие традиционные материалы;

- экологическая: уменьшение массы, и наличие хороших защитных свойств по сравнению с бумагой и картоном, делают пластмассы материалами, не причиняющими вреда окружающей среде.

полиэтилентерефталат (ПЭТФ), поливинилхлорид (ПВХ), полистирол (ПС);

- полиуретаны (ПУ) и прочие термоотверждающиеся пластики потребляются только на 1%;

- прочие, такие как: полиакрилаты (полиметилметакрилат ПММА), полиамиды, поликарбонаты используются только там, где нужны специальные свойства;

- композитные материалы, в основном, армированные стекловолокном полиэфиры, используются только в особых случаях.

На рисунке 1 показан предполагаемый удельный вес использования полимеров по семи видам пластмасс. Из других источников могут быть получены существенно отличающиеся цифры в зависимости от оценок, стран, типов упаковки...

Сокращается только потребление ПВХ из-за ограничений, накладываемых экологическими постановлениями.

Доля используемых пластмасс в общем объеме потребления упаковочных материалов составляет 17%, а в области упаковочных материалов для потребительских товаров более 50%. Будущее сулит хорошие перспективы.

ацетат целлюлозы используется для упаковки сушеных обезжиренных пищевых продуктов;

- во время Зимних Олимпийских Игр в Лиллехаммере для упаковки продуктов и напитков широко использовались биологически разлагаемые полимеры;

- сейчас идут исследования по изготовлению биоразлагаемых стаканчиков для йогуртов;

- уже используются пакеты из фольги для сбора биологических отходов, а также биологически разлагаемых упаковочных сыпучих амортизационных материалов типа стружки;

- у продукции компании Cargill Dow имеются некоторые коммерческие применения в Европе и в Азии. Основным сегментом рынка здесь является блистерная упаковка, которая используется для упаковки таких продуктов, как радио Walkman компании Sony, а также цифровых дисков различного назначения;

- в настоящее время на европейском рынке представлены молочные бутылки;

- скоро на рынок поступят прозрачные емкости для оливкового масла и прочих кулинарных масел;

- компания Cadbury при производстве упаковки шоколадных конфет Milk Tray собирается использовать полимер из кукурузного крахмала для формованных вкладышей.

ПВХ, полипропилена...;

- эластичность и герметизирующие свойства вулканизированных каучуков и ТПЭ, в меньшей степени;

- низкий модуль упругости, мягкость на ощупь ТПЭ, каучуков и некоторых мягких термопластов;

Упаковка - это самая широкая сфера применения полимеров, а также самая многообещающая. При условии правильного выбора нужной пластмассы для решения рассматриваемой проблемы, могут быть извлечены следующие выгоды:

- простота обработки;

- возможность приспосабливания к серийному и мелкосерийному производству;

- небольшая масса (по имеющимся оценкам, на протяжении десятилетнего периода за счет развития технологий объем пластмассовой упаковки расходуемый на единицу продукта уменьшился почти на 28%, а без использования пластиков масса упаковки увеличилась бы в четыре раза);

- возможность гибкого проектирования, позволяющая получать самые разнообразные формы, которые невозможно получить при использовании традиционных материалов;

- возможность герметичной упаковки и создания колпачков для повторной герметизации;

- снижение затрат (без пластмассовой упаковки производственные затраты и потребление энергии увеличились бы вдвое, а объем отходов увеличился бы на 150%);

- устойчивость к разбиванию (уменьшение числа случаев нарушения упаковки в ходе хранения, погрузки/разгрузки, а также транспортировки, и уменьшение последствий повреждений за счет уничтожения острых осколков стеклянной упаковки);

- амортизирующие свойства, эластичность, снижающая количество повреждений продуктов в ходе хранения, погрузки/разгрузки, а также транспортировки;

- возможность соединения нескольких полимеров для интеграции нескольких функций, благодаря исключительному сочетанию свойств, например, многослойный полиэтилен (водный барьер) и поливиниловый спирт (PVAL) (масляный барьер);

- эстетические свойства: прозрачность, окраска всего материала, нанесение текста или рисунка, окрашиваемость, возможность декорирования в процессе формования, создание имитации металла, дерева и т.д.;

- нескользкая поверхность и возможность удобного захвата;

- устойчивость к воздействию химических веществ: отсутствие ржавчины, устойчивость к воздействию кислот, оснований и органических соединений; инертность по отношению к содержимому, особенно, пищевым продуктам.

У полимеров имеются также некоторые общие недостатки:

- экологические ограничения и плохая репутация в глазах общественности;

- затраты на сырье (см. рисунок 2) в расчете на массу (евро/кг), на объем (евро/литр) и на механический кпд (евро/10 МПа). Товарные пластмассы никогда не могут конкурировать с металлами и, тем более, с прочими традиционными материалами;

- низкие значения модуля упругости и прочности.

ПВХ;

- бутылки, банки и прочее: ПВХ, ПЭТФ, полиэтилен;

- пеноматериалы: амортизирующие и защитные упаковки: полистирол, полиэтилен, полиуретан и т. д.;

- герметизация от газов, жидкостей, пыли, влаги и воздуха;

- структурная упаковка;

- жесткие и прозрачные листы ПВХ, поликарбоната, полиметилметакрилата для блистерных упаковок и коробок.

Большим препятствием на пути распространения полимеров на рынке упаковочных материалов является экологическая озабоченность: субъективные и объективные доводы, а также истинные и ложные причины.

Утилизация полимеров для повторного применения связана с техническими и экономическими трудностями, и в промышленном плане, она не так далеко продвинулась, как утилизация стекла или металлов.

Сектор упаковочных материалов имеет решающее значение, поскольку:

- этот сектор является крупнейшим потребителем пластмасс;

- продукты имеют небольшой срок эксплуатации;

- полимеры очень устойчивы к разложению, их уничтожение естественным путем часто невозможно, а окружающая среда загрязняется на длительное время;

- большая часть отходов упаковочных материалов, пленок и пакетов, а также бутылок имеет малую массу при достаточно большом объеме, это приводит к «заметному» загрязнению: 1) визуальному: пленки, полиэтиленовые пакеты; бутылки из ПВХ или полиэфира..., 2) физическому: преграда водным потокам..., 3) отходы с законченным сроком эксплуатации часто являются бытовыми, и их источники очень разнообразны, 4)отходы часто загрязнены пищевыми продуктами, маслами, химическими веществами.

Основными способами рециклинга полимеров являются:

- механическая утилизация и повторное использование вместе с новыми материалами для того же или иного применений;

- восполнение энергии за счет сжигания;

- превращение в исходные химические вещества с помощью хемолиза или термолиза.

В таблице 3 (по данным Neste) представлены некоторые данные о теплообразующих свойствах отходов пластмасс, показывающие прекрасные свойства полиэтиленов по сравнению с углем.

В секторе упаковочных материалов, основными способами являются механическая переработка и получение топлива за счет утилизации отходов. Для разных стран ситуации складываются по-разному. В таблице 4 показаны различные точки зрения на проблему:

- при общем количестве утилизируемых отходов в диапазоне 15-85% в зависимости о страны;

- при совершенно противоположные методах переработки пластмассовой упаковки, выбранных Германией с ее 51% механической утилизации, и Данией с 9%.

Для того чтобы облегчить рециклинг, можно сформулировать несколько основных правил, из которых, разумеется, могут быть исключения:

- маркировка деталей облегчает последующую идентификацию материалов;

- следует избегать использования несовместимых полимеров в пределах одной детали или комплекта деталей;

- необходимо стандартизировать используемые полимеры;

- надо отдавать при выборе предпочтение материалам, для которых будет возможна утилизация в том же изделии...

http://www.omnexus.com/

Источник: «NEWCHEMISTRY.ru» - аналитический портал химической промышленности

www.newchemistry.ru