Monomaterialverpackungen stecken voller Technologie
Zusammenfassung: In diesem Artikel werden die Lösungen für Produktionsschwierigkeiten (z. B. Hitzebeständigkeit und Barriereeigenschaften) und die wichtigsten Punkte von Monomaterialverpackungen analysiert und anschließend eine Reihe praktischer Anwendungsfälle vorgestellt, die in Massenproduktion hergestellt wurden.
LD Packaging Co., Ltd. (kurz LD Pack) wurde 1990 gegründet und ist zweifellos ein Marktführer in der flexiblen Verpackungsbranche. Mit 30 Jahren Fokussierung und innovativer Entwicklung hat es sich zu einem modernisierten Unternehmen für flexible Verpackungen mit starken Forschungs- und Entwicklungskapazitäten entwickelt und einen jährlichen Produktionswert von über 600 Millionen RMB erreicht. Das Unternehmen leistet insbesondere Pionierarbeit in der Forschung und Entwicklung von wiederverwertbaren Verpackungen aus einem Material und gehört zu den Vorreitern auf diesem Gebiet.
Bereits 2014, als BOPE gerade auf dem Vormarsch war, entwickelte LD PACK erfolgreich einen recycelbaren Schieber-Reißverschlussbeutel mit Mono-PE-Struktur, der BOPE enthielt. Nach mehr als sechsjähriger Arbeit hat LD PACK erneut erfolgreich vier Serien recycelbarer Verpackungsprodukte aus einem Material entwickelt, darunter Mono-PE-Verpackungen, Mono-PP-Verpackungen, Großraumverpackungen und automatische Verpackungsrollfolien, und damit einen Beitrag zum Umweltschutz geleistet. Zweifellos ist die Entwicklung recycelbarer Monomaterialverpackungen das heißeste Thema in der Branche der flexiblen Verpackungen. Doch wo liegen die Schwierigkeiten, als LD PACK in den letzten sechs Jahren Verpackungen aus Monomaterialien entwickelte?
Welche Einschränkungen gibt es bei der Verwendung von Monomaterialien wie PE und PP? Was sind die neuesten Fortschritte? Mit diesen Fragen im Hinterkopf hatte der Reporter kürzlich die Ehre, Herrn Jason Zhong, den General Manager von LD PACK, zu interviewen. Bezüglich der Entwicklung von Monomaterialien sagte Herr Zhong:"Die Entwicklung von Monomaterialien ist zwingend erforderlich und die Zukunft ist rosig! Allerdings ist der Weg der Forschung und Entwicklung beschwerlich und steinig, und viele technische Engpässe müssen noch überwunden werden!"
Recycelbarer Schieber-Reißverschlussbeutel mit Mono-PE-Struktur
1. Die größten technischen Herausforderungen von Monomaterialverpackungen sind Hitzebeständigkeit und Barriereeigenschaften.
(1) Hitzebeständigkeit:
Bei Materialien wie PE/PE erfolgt die Wärmeübertragung bei der Beutelherstellung von der Oberflächenschicht auf die Heißsiegelschicht. Trotz Verbesserungen der physikalischen Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Steifigkeit und Transparenz durch Streckprozesse bleiben die chemischen Eigenschaften der PE-Folie gleich, insbesondere ihre Hitzebeständigkeit ist die größte Herausforderung bei der Beutelherstellung. Die äußere PE-Schicht muss heiß sein, um die Integrität der Versiegelung sicherzustellen, während die innere Schicht kühl bleiben muss, um die Heißversiegelung aufrechtzuerhalten. Dieser Widerspruch stellt eine große Herausforderung dar. Darüber hinaus wirkt sich die PE-Dehnung auf die Flachheit des Beutels aus. Die Verwendung von LDPE kann Dehnungsprobleme lösen, seine geringe Hitzebeständigkeit genügt jedoch nicht den Verpackungsanforderungen. Andererseits kann HDPE nicht doppelt gedehnt werden, was die Sache noch komplizierter macht. BOPE kann Nylon ersetzen, um Probleme mit der Steifigkeit und Durchstoßfestigkeit zu lösen, löst aber immer noch nicht die Hitzebeständigkeit und die Flachheit des Beutels. Beutel aus BOPE/PE neigen zum Aufrollen der Kanten, was die Herstellung von Beuteln erheblich erschwert.
Selbst nach 6 Jahren Monomaterialentwicklung hat LD PACK das Problem der Hitzebeständigkeit nur teilweise gelöst. Die vollständige Lösung hängt von Verbesserungen der Harzleistung und der Verarbeitungstechnologie ab, die noch fehlen. Es wird gesagt, dass Unternehmen wie ExxonMobil und Dow herausfinden, wie sie das Problem der Hitzebeständigkeit von PE lösen können. Und hoffen, dass sie bald praktische Durchbrüche erzielen können.
(2) Barriereeigenschaften:
Anders als bei der Hitzebeständigkeit gibt es bereits Lösungen zur Verbesserung der Barriere von Monomaterialien. Im Allgemeinen können EVOH oder PVA hinzugefügt werden, um Barriere- und Recyclinganforderungen zu erfüllen, solange die hinzugefügte Menge 5 % der Gesamtdicke nicht überschreitet. Beispielsweise würde bei einer laminierten Folie mit einer Gesamtdicke von 100 µm die Menge an zugesetztem EVOH etwa 5 µm betragen, was zu einer OTR von weniger als 8 cm³ führen würde. Solche Strukturen können die Qualität verpackter trockener Lebensmittel und Haushaltsprodukte wirksam bewahren, allerdings bei etwas kürzerer Haltbarkeit im Vergleich zu herkömmlichen Verbundverpackungen. Allerdings steigen die Kosten erheblich, und diese Lösungen lösen Barriereprobleme nur teilweise, da sie Bedenken wie Ölbeständigkeit, Lichtbeständigkeit und Chemikalienbeständigkeit nicht berücksichtigen, was ihre Anwendung in allen Lebensmittelverpackungen einschränkt.
Im Hinblick auf die Vor- und Nachteile der Zugabe von EVOH oder PVA zur Verbesserung der Barriereeigenschaften haben wir beide Materialien getestet. Während sich PVA durch seine Sauerstoffbarriereeigenschaften auszeichnet und bei flexibler Verarbeitung auf verschiedene Substrate aufgetragen werden kann, weisen seine Nachteile eine schlechte Wasserbeständigkeit, eine Anfälligkeit für Verformungen und eine unzureichende Hitzebeständigkeit auf. Im Gegensatz dazu glauben wir, dass die Zugabe von EVOH günstiger ist. Die Folienblastechnologie mit EVOH ist ausgereift, und wenn Kunden höhere Barriereeigenschaften benötigen, kann EVOH ohne zusätzliche Beschichtungsverarbeitung in der Mitte der Heißsiegelschicht hinzugefügt werden. Durch die Platzierung in der Mittelschicht wird der Einfluss von Feuchtigkeit reduziert, wodurch eine stabile Barriereleistung und eine gute Hitzebeständigkeit gewährleistet werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass aktuelle Monomaterialverpackungen aus PP oder PE nur für trockene Lebensmittel- oder Waschflüssigkeitsverpackungen geeignet sind. Es kann hohe Anforderungen an die Verpackung, wie z. B. Hochtemperatursterilisation oder chemische Beständigkeit, nicht erfüllen. Darüber hinaus ist ein erhebliches Problem bei Monomaterialien ihre geringe Hitzebeständigkeit, die die Anforderungen an Temperaturunterschiede nicht erfüllt und die Geschwindigkeit automatischer Verpackungsmaschinen oder Abfüllmaschinen beeinträchtigt. Um die Verpackungsziele zu erreichen, sind erhebliche Reduzierungen der Verpackungsgeschwindigkeit erforderlich.
2. Unternehmen für flexible Verpackungen müssen sich bei der Herstellung von recycelbaren Monomaterialverpackungen auf mehrere Schlüsselpunkte der Prozesskontrolle konzentrieren:
1) Druckprozess: Grundsätzlich kommt es nicht zu Überdrucken aufgrund von Zugverformung des Materials, es sind jedoch hochpräzise Druckgeräte erforderlich, um eine genaue Druckausrichtung und Spannungskontrolle sicherzustellen. Für unsere PE-Materialien können mit BOBST-Druckgeräten Geschwindigkeiten von 250–300 m/min erreicht werden.
2) Beutelherstellungsprozess:Der Beutelherstellungsprozess ist der anspruchsvollste Aspekt. Um der Spannung und Temperatur von Monomaterialverpackungen gerecht zu werden, müssen die Maschinen angepasst werden. Die Spannung muss minimiert und die Maschinengeschwindigkeit reduziert werden, um die Dehnung des Materials zu minimieren. Die Senkung der Siegeltemperatur und die Implementierung mehrerer Niedertemperatur-Siegelprozesse für PE/PE-Beutel können die Qualität der Beutelherstellung verbessern. Der Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außenschicht sollte mindestens 30 °C betragen, um eine ordnungsgemäße Beutelherstellung zu gewährleisten.
3) Nachbearbeitung:Auch die Steuerung von Nachbearbeitungstechniken wie Schweißdüsen und Ventilen ist von entscheidender Bedeutung. Diese Prozesse erfordern höhere Temperaturen als die Beutelherstellung und erfordern eine sorgfältige Auswahl der Materialien und Anpassungen der Schweißprozesse.
3. Fallstudie:
1) Mono-PE-Recyclingverpackung
Derzeit verwenden wir die Struktur von BOPE/EVOH/PE als Ersatz für BOPA/PE. Die Außenschicht besteht zum Bedrucken aus hitzebeständigem und dehnungsbeständigem PE, während die Laminierschicht aus Materialien mit hoher Steifigkeit und Festigkeit besteht, um die Flachheit und Festigkeit des Beutels zu gewährleisten. Diese Lösung eignet sich für verschiedene Arten von Beuteln, wie z. B. Beutel mit dreiseitiger Versiegelung, Standbeutel mit Reißverschluss und Ausgussbeutel, die hauptsächlich in Überseemärkten verkauft werden. Sie werden hauptsächlich zum Verpacken von Trockenlebensmitteln, frischen und gefrorenen Lebensmitteln, Artikeln des täglichen Bedarfs und Leichtverpackungen verwendet.
2) Mono-PP-Auslaufbeutel
Diese Beutel bestehen zu 100 % aus PP, wobei die Außenschicht hitze- und schrumpffest ist und die Innenschicht für Heißsiegelung bei niedrigen Temperaturen und Schlagfestigkeit ausgelegt ist. Sie eignen sich für die Heißabfüllung und Kühlung und verfügen über hohe Barriereeigenschaften, was sie ideal für die Verpackung von Milchprodukten macht. Der Verpackungsinhalt reicht typischerweise von 70 g bis 150 g, und die Beuteltypen umfassen Standbeutel mit Ausguss und Beutel mit vierseitig versiegeltem Ausguss. Allerdings werden diese Beutel derzeit in kleinem Maßstab getestet und wurden noch nicht auf den Markt gebracht. Die größten Herausforderungen liegen in der Hitzebeständigkeit und der geringen Produktionseffizienz. Ausgussbeutel erfordern einen höheren Temperaturunterschied im Ausgussbereich, mindestens 70-80℃ oder sogar 100℃, was PP nicht erreichen kann, was die Produktion extrem erschwert.
3) Mono-PP-Verpackungsbeutel
Diese Beutel verfügen über eine 100 % PP-Struktur oder PP/PP- oder PP/MOPP/PP-Strukturen und verwenden Monomaterialien, um hohe Barriereanforderungen zu erfüllen. Die Außenschicht besteht aus PP mit hoher Hitzebeständigkeit, während die Innenschicht aus Materialien mit guter Flexibilität, Heißsiegelfestigkeit und Schlagfestigkeit besteht, um sicherzustellen, dass der Beutel den Anforderungen der Kunden entspricht. Es kann in verschiedenen Ausführungen hergestellt werden, z. B. als Standbeutel mit Reißverschluss, Beutel mit vierseitig versiegeltem Reißverschluss und Beutel mit Reißverschluss mit flachem Boden und einem Fassungsvermögen von 500 g bis 3 kg
Zukunftsaussichten für recycelbare Monomaterialverpackungen:
Große Marken wie Nestle, Unilever und Kraft haben sich auf dem Weltwirtschaftsforum 2018 in Davos verpflichtet, bis 2025 für alle ihre Verpackungen auf recycelbare oder biologisch abbaubare Materialien umzusteigen. Der Trend zur ökologischen Nachhaltigkeit im In- und Ausland hat Regierungen und große Marken vorangetrieben Einführung recycelbarer Verpackungen aus einem einzigen Material, um die Entwicklung einer Kreislaufwirtschaft zu fördern. Allerdings bleiben viele technische Herausforderungen ungelöst, sodass Monomaterialverpackungen mehrschichtige Laminiermaterialien nicht vollständig ersetzen können. Derzeitige Lösungen, etwa solche, die EVOH enthalten, um Aluminiumfolie zu ersetzen, stoßen immer noch auf technologische Engpässe, da sie die Probleme der Sauerstoffbarriere nur teilweise lösen und die umfassenden Barriereeigenschaften von Aluminiumfolie nicht vollständig ersetzen können.
Derzeit entscheiden sich Markeninhaber und Verpackungsunternehmen für die Entwicklung von Monomaterialien, doch bis zur tatsächlichen Umsetzung ist es noch ein weiter Weg. Trotz dieser Herausforderungen sind Unternehmen wie wir bestrebt, Lösungen für Barriereeigenschaften und Hitzebeständigkeit zu entwickeln. Wir testen derzeit MDOPE-Folien, nutzen Extrusionsverfahren und verbessern und passen die Prozesse kontinuierlich an. Ohne strenge Vorschriften bleibt der Einsatz von Monomaterialverpackungen jedoch begrenzt, selbst auf ausländischen Märkten, wo sie früher als auf den chinesischen Märkten gefördert wurden. Die Lösung von Hitzebeständigkeits- und Barriereproblemen ist für die weit verbreitete Einführung von Monomaterialverpackungen von entscheidender Bedeutung.
Neben technischen Herausforderungen gibt es auch Kostenbedenken. Da die Kosten für Monomaterialverpackungen in der Regel mindestens 20–30 % höher sind als für herkömmliche Verpackungen, schränkt dies ihre Entwicklung ein.
Die Entwicklung von Monomaterialverpackungen wird weiterhin mit Herausforderungen und technologischen Hürden konfrontiert sein, aber die zunehmenden Forschungs- und Entwicklungsbemühungen für recycelbare Verpackungen sind ein zentraler Schwerpunkt für die zukünftige Entwicklung von LD PACK. Unser Ziel ist es, bis etwa 2025 eine Einführung von Monomaterialverpackungen um über 70 % zu erreichen. Wir wünschen LD PACK aufrichtig viel Erfolg bei der Überwindung der technologischen Engpässe bei der Entwicklung von Monomaterialverpackungen und die Entwicklung zu einem führenden Pionier auf diesem Gebiet.
Erklärung: Dieser Artikel wurde von LD PACK verfasst und alle Rechte liegen bei LD PACK. Der Inhalt dient nur als Referenz. Bitte korrigieren Sie etwaige Fehler. Eine Vervielfältigung ohne Genehmigung ist nicht gestattet, andernfalls behält sich LD PACK das Recht vor, seine rechtliche Haftung geltend zu machen. Wenn Sie technische Fragen haben, senden Sie bitte eine E-Mail an sales@ldpack.com für eine Diskussion.
Artikel von: < PACKAGING FOREFRONT>,
