Abstract: The percentage of thermoformed packaging in whole consumption of plastic packaging is around 9%, which means significantly lower comparing to the other segments of this industry. However, this kind of films is definitely important for the art of packaging, especially food packaging. This article in historical perspective describes films used in thermoformed packaging segment, firstly PVC film, secondly PS, OPS, PP, APET films and finally co-extruded films, including those with improved barrier properties. When determining the quantity of packaging consumption, there were identified following types: cups and boxes of PS, OPS, PP, APET film, f. f. s. packaging system (form fill seal, system of forming with simultaneous containers filling and closing by welding), thermoformed inserts for other types of packaging – mainly cardboards as a protection against individual products damage, PP boxes for solid fats, blister packs for pharmaceutical products, blister packs for technical products, PS foam trays (EPS). There were also conditions of PLA film and made from it thermoformed packaging production considered. The article indicates expected directions of further development of the analyzed segment of thermoformed packaging.
1. Wstęp
Wielkość zużycia materiałów opakowaniowych i opakowań uznawana jest za jeden z istotnych wskaźników charakteryzujących rozwój przemysłu opakowaniowego. Niejednokrotnie wskazywano też na zależność pomiędzy wielkością zużycia opakowań i rozwojem gospodarczym poszczególnych krajów.
Według raportu Polskiego Stowarzyszenia Przetwórców Tworzyw Sztucznych [1], zużycie tworzyw sztucznych do wszystkich zastosowań wyniosło w kraju w roku 2008 ok. 61 kg na mieszkańca, to jest w przybliżeniu o połowę mniej w stosunku do zużycia tworzyw sztucznych w krajach „starej” Unii Europejskiej. Według tego samego raportu w krajach Europy Zachodniej zużycie opakowań z tworzyw sztucznych stanowi ok. 37% łącznego zużycia tych tworzyw. Krajowe zużycie opakowań z tworzyw sztucznych wynoszące w roku 2008 20,2 kg na mieszkańca, stanowiło w tym czasie ~32%, łącznego zużycia tworzyw do wszystkich zastosowań.
Zasadniczy rozwój produkcji i zużycia opakowań z tworzyw sztucznych nastąpił w kraju w okresie ostatnich kilkunastu lat. W coraz większym stopniu także opakowania uprzednio importowane zastępowane są wytwarzanymi w kraju. Systematycznie wzrasta też eksport materiałów opakowaniowych i opakowań.
Wg prac COBRO [2, 3] wzrost zużycia materiałów opakowaniowych i opakowań z tworzyw sztucznych na przestrzeni ostatnich kilkunastu lat, począwszy od roku 1995 do roku 2011, kształtował się tak, jak to zilustrowano na Wykresie 1.
W przytoczonych wyżej pracach COBRO, analizując rozwój rynku opakowań z tworzyw sztucznych, wyodrębniono 4 segmenty tego rynku, to jest:
n materiały i opakowania giętkie, zarówno z samych tworzyw sztucznych, jak też z udziałem tych tworzyw,
n opakowania termoformowane z folii sztywnych,
n opakowania formowane metodą rozdmuchu,
n opakowania formowane metodą wtrysku.
Prezentowane opracowanie dotyczy segmentu opakowań termoformowanych z folii sztywnych. Należy wziąć pod uwagę, że obecnie w związku z dynamicznym rozwojem pakowania w atmosferze modyfikowanej MAP część opakowań w tym systemie stanowią często termoformowane tacki z materiałów giętkich, co rzutuje na trudny do uchwycenia, jednak łączny wzrost zużycia opakowań termoformowanych.
Wykres 2. ilustruje ilościowy udział segmentu sztywnych opakowań termoformowanych w rynku opakowań z tworzyw sztucznych na tle innych segmentów.
Udział opakowań termoformowanych w ogólnym zużyciu opakowań z tworzyw sztucznych jest mniejszy w porównaniu z pozostałymi segmentami tej branży, opakowania te mają jednak istotne znaczenie, zwłaszcza w dziedzinie pakowania produktów spożywczych.
Wyłączając opakowania typu blister pack do produktów farmaceutycznych oraz do wyrobów technicznych, pozostałe rodzaje opakowań termoformowanych, stanowiące blisko 90% całego segmentu, są wykorzystywane do pakowania produktów spożywczych.
2. Początkowy okres produkcji folii termoformowalnych w kraju
We wczesnym okresie rozwoju produkcji opakowań termoformowanych zarówno w kraju, jak i zagranicą dominowały folie z PVC, w pierwszej wersji, której wytwarzanie w kraju uruchomiono w Zakładach Tworzyw Sztucznych Erg w Wojciechowie w latach 50.
Pomimo takich atutów jak: wyjątkowo dobra termoformowalność, wysoka wytrzymałość mechaniczna, niezła barierowość oraz umiarkowana cena, w miarę rozwoju produkcji folii z innych tworzyw, folie z PVC stopniowo traciły znaczenie. Wynikało to głównie z zastrzeżeń ekologicznych związanych z wydzielaniem toksycznych gazów przy spalaniu wyrobów poużytkowych, a także z coraz wyższych wymagań higieniczno-sanitarnych przy przeznaczeniu opakowań do pakowania żywności.
Wycofywanie się z produkcji opakowań termoformowanych z PVC miało także związek z koniecznością stosowania przy wytwarzaniu folii z PVC całego szeregu substancji dodatkowych, niewymaganych w przypadku folii z innych polimerów. Wprawdzie istniejący we wcześniejszym okresie problem obecności w polimerze PVC monomeru chlorku winylu został skutecznie rozwiązany i od szeregu lat wytwarzany polimer spełnia rygorystyczne wymagania sanitarno-higieniczne w tym zakresie, jednak zarówno zastrzeżenia ekologiczne, jak i problem złożoności receptur pozostały.
Podkreślić należy, że pakowanie wyrobów farmaceutycznych w postaci tabletek w opakowania typu blister pack należy do nielicznych zastosowań, w których termoformowalne sztywne folie z PVC, z uwagi na szczególnie korzystną w tym przypadku charakterystykę technologiczną, nadal są szeroko stosowane, pomimo intensywnych prac nad ich zastępowaniem, a także pomimo dostępności wielu folii z wdrażanych do produkcji nowych tworzyw.
3. Rozwój krajowej produkcji opakowań termoformowalnych
Zdecydowany postęp w rozwoju opakowań termoformowanych w kraju nastąpił w wyniku uruchomienia produkcji folii z PS. Jednym z kilku jej producentów stał się też dotychczasowy producent folii z PVC: Zakłady Tworzyw Sztucznych Erg w Wojciechowie. Folia z PS, w tym wysokoudarowa (PSHI), także obecnie stanowi jedną z podstawowych folii wykorzystywanych w przemyśle przetworów mleczarskich, do pakowania produktów takich jak: twarożki, kefiry, jogurty oraz śmietana.
Przedsięwzięciem ważnym dla dalszego rozwoju opakowań termoformowanych stało się uruchomienie produkcji w firmach ANIS SA w Oleśnicy oraz INLINE Poland sp. z o.o. opakowań z orientowanych folii polistyrenowych (OPS). Opakowania z tych folii, odznaczające się szczególnie wysoką przezroczystością i połyskiem, o bardzo dużej różnorodności kształtów i wymiarów, znalazły zastosowanie jako opakowania na torty, ciasta i ciastka oraz do różnego rodzaju wyrobów kulinarnych.
Istotny dalszy postęp w zakresie opakowań termoformowanych w kraju nastąpił po uruchomieniu w roku 1992 produkcji sztywnych folii termoformowalnych, zarówno z PS, jak i z PP, w tym także współwytłaczanych, w firmie M I A Folia sp. z o.o. w Grodzisku Mazowieckim. Skalę produkcji firmy M i A Folia, która w tym okresie była największym z kilku producentów omawianego typu folii, szacowano na ~8 tysięcy ton. M I A Folia sp. z o.o. podjęła także produkcję opakowań termoformowanych po przejęciu firmy Coala. M I A Folia sp. z o.o. została wykupiona przez firmę Greiner, funkcjonującą na rynku polskim od roku 1997 jako Greiner Opakowania sp. z o.o. w Teresinie.
Do bardzo ważnych zastosowań polistyrenu spienionego w dziedzinie opakowań należą wyroby termoformowane w postaci różnego rodzaju tacek stosowanych w handlu samoobsługowym oraz w postaci opakowań przeznaczonych do przenoszenia zestawów obiadowych spożywanych w domu. Bez tacek styropianowych i jednoczesnego użycia owinięć z folii rozciągliwych trudno sobie wyobrazić sprzedaż porcjowanego świeżego mięsa.
W drugiej połowie lat 90. XX wieku w firmie Huhtamaki Polska sp. z o.o. w Siemianowicach Śląskich uruchomiono produkcję spienianej folii polistyrenowej przy użyciu jako medium spieniającego ditlenku węgla oraz tacek wytwarzanych z tej folii. Aktualnie produkcja tacek styropianowych, a także pudełek typu menu boxes do produktów podawanych w sieci McDonald’s, realizowana jest w zakładzie firmy Huhtamaki Polska w Czeladzi.
Mówiąc o tackach styropianowych, nie można pominąć firmy Linpac Plastics Production sp. z o.o. w Brzegu Dolnym. Działalność tę firma zainicjowała w Sulęcinie w roku 1996, wytwarzając tacki z folii importowanej [4]. W celu optymalizacji produkcji przygotowano projekt, którego realizacja wiązała się z budową nowego zakładu w Bukowicach, gdzie już od roku 2002 wytwarzano folię styropianową oraz standardowe tacki z tej folii. Przyjęto założenie, że docelowo nowy zakład będzie dostarczał produkty do wszystkich krajów Europy Środkowo-Wschodniej oraz częściowo do Europy Zachodniej. W roku 2004 eksport stanowił już 55% działalności firmy i prognozowano dalsze zwiększenie tego udziału. Zasadniczy wpływ na rozwój produkcji tacek styropianowych w firmie Linpac miała jednak inwestycja zrealizowana w latach 200
4–2006. W ramach tej inwestycji uruchomiono produkcję folii styropianowej z warstwą o znacznie zwiększonej barierowości w stosunku do gazów oraz zwiększono asortyment o tacki nazwane LINfresh. Istotną zaletę tacek barierowych stanowi ich dostosowanie do wykorzystania w nowoczesnych systemach, takich jak pakowanie w atmosferze modyfikowanej (MAP), to jest przy zastąpieniu w opakowaniu powietrza mieszaniną gazów o składzie dobranym do rodzaju produktu. W efekcie uzyskuje się znacznie lepsze zabezpieczenie świeżych produktów spożywczych w przedłużonym okresie ich trwałości. Zgrzewalna warstwa wewnętrzna w uformowanej tacce umożliwia bezpośrednie łączenie przez zgrzewanie z zamknięciami, np. z giętkich folii barierowych, co jest wymagane przy pakowaniu w próżni i w atmosferze modyfikowanej. Aktualnie w firmie Linpac Plastics Production wytwarzane są styropianowe tacki standardowe oraz dwa rodzaje tacek LINfresh, w tym tacki z wkładką absorpcyjną. Początkowy zamiar uruchomienia w ramach wzmiankowanej inwestycji produkcji tacek typu LINfresh Plus nie został zrealizowany.
Tacki LINfresh Plus, w odróżnieniu od stosowanych dotychczas styropianowych wielowarstwowych tacek barierowych, zawierają w swej strukturze poza warstwą barierową wewnętrzną spienioną warstwę absorpcyjną o otwartych celkach, umożliwiającą pochłanianie osocza wydzielającego się np. ze świeżego mięsa. Biorąc pod uwagę fakt, że warstwa absorpcyjna w tacce LINfresh Plus stanowi warstwę wewnętrzną, do której osocze przedostaje się przez niewielką liczbę kanalików w warstwie litej, w pełni zachowana zostaje estetyka opakowania. Jest to sprawa niewątpliwie istotna z punktu widzenia konsumenta i ze względu na walory marketingowe. Aktualnie tacki LINfresh Plus produkowane są w zakładzie Linpac Plastics Production zlokalizowanym w Anglii.
Postęp w zakresie folii sztywnych wykorzystywanych do termoformowania opakowań wyraża się między innymi w zwiększającym się udziale opakowań z folii PP, a w ostatnim czasie z termoformowalnych, amorficznych folii PET (APET), kosztem dominujących we wcześniejszym okresie opakowań z folii PS.
4. Opakowania termoformowalne z PP
Od dość dawna rynek opakowań do jadalnych tłuszczów stałych zdominowany był przez opakowania z folii PP, najczęściej z podwójnym zamknięciem. PP praktycznie wyeliminował stosowane wcześniej do tego celu opakowania z folii z PS, z współwytłaczaną warstwą PE, stosowaną dla obniżenia przepuszczalności pary wodnej. Do szczególnie korzystnych w tym przypadku właściwości funkcjonalnych PP należy odporność na tłuszcze, przy jednoczesnej barierowości w stosunku do pary wodnej.
Szczelne zamknięcie bezpośrednie w postaci łatwo otwieralnej platynki z folii Al z powłoką termozgrzewalną zapewnia ochronę produktom tłuszczowym w okresie ich trwałości. Dodatkowe zamknięcie w postaci nakładanej pokrywki zabezpiecza produkt w znacznie krótszym okresie.
Szersze wykorzystanie możliwości, jakie stwarzają w dziedzinie opakowań termoformowanych folie z PP, wynika z postępu, jaki dokonał się zarówno w technologii produkcji nowych odmian PP dostosowanych do wymagań procesu termoformowania, jak też w zakresie technik formowania opakowań z tych folii. Aktualnie dostępne są, nieosiągalne w okresie wcześniejszym, a wytwarzane obecnie w ramach spółki Basell Orlen Polyolefins (BOP) odmiany PP odznaczające się dość dobrą przezroczystością.
Jako przykład osiągnięć w zakresie opakowań termoformowanych z folii PP można wymienić przezroczyste opakowania do owoców miękkich. Tego rodzaju opakowanie o pojemności około 1,5 l w zastosowaniu do 1 kg owoców miękkich waży zaledwie 16,5 g. Opakowanie to, o dużej głębokości, odpowiadającej szerokości górnej części, charakteryzuje się bardzo małym rozrzutem grubości, nawet w narożach, to jest miejscach najbardziej narażonych na przecienienia.
W efekcie równomiernego rozkładu grubości oraz bardzo korzystnego zaprojektowania rowków wzmacniających, opakowanie charakteryzuje się sztywną konstrukcją i dobrze zabezpiecza owoce przed zgnieceniem w warunkach transportu, a także na półce w sklepie.
Inny przykład mogą stanowić przezroczyste opakowania termoformowane z folii PP wykorzystywane w sieci McDonald’s do sałatek warzywnych. Należą do nich zamykane kubki o pojemności 0,3 l o górnej średnicy 90 mm przy wysokości 109 mm, a także dużej pojemności tacki z zamknięciami o przekroju kołowym. Poprzeczne zdobienia w tych tackach spełniają jednocześnie istotną funkcję, usztywniając całą konstrukcję.
5. Opakowania termoformowalne z folii z poli(tereftalanu etylenu)
Na przestrzeni ostatnich kilku lat zarówno zagranicą, jak i w kraju bardzo szybko wzrasta znaczenie termoformowalnych amorficznych folii poliestrowych (APET). O dynamice rozwoju zadecydowały zarówno czynniki funkcjonalne, ekonomiczne i ekologiczne, jak też dynamika światowego rozwoju bazy surowcowej polimeru wykorzystywanego w produkcji tej folii.
Wśród czynników funkcjonalnych wymienić należy przede wszystkim najwyższy wśród masowo stosowanych tworzyw sztucznych moduł sprężystości, co przy wysokiej wytrzymałości mechanicznej PET umożliwia wytwarzanie opakowań z folii o grubościach mniejszych w porównaniu z innymi foliami termoformowalnymi. W efekcie koszt opakowań formowanych z folii APET jest porównywalny do tych z folii PP, pomimo znacznie wyższego ciężaru właściwego PET. Do czynników marketingowo-promocyjnych należy niewątpliwie szczególnie wysoka przezroczystość folii APET. Przykład dobrego jednoczesnego wykorzystania właściwości mechanicznych oraz marketingowo-promocyjnych folii APET mogą stanowić wytwarzane przez firmę Marcato, szczególnie efektowne i funkcjonalne opakowania do jaj.
Koncepcja wytwarzania współwytłaczanej folii z PET dała możliwość zastosowania na warstwę środkową folii trójwarstwowej z polimeru pochodzącego z recyklingu wyrobów poużytkowych, głównie butelek z PET. Realizacja tej koncepcji, prowadząca do wytwarzania folii RPET, okazała się korzystna zarówno ze względów ekonomicznych, jak też ekologicznych, co wynika z wykorzystania w produkcji surowca z recyklingu. Na podkreślenie zasługują zbliżone właściwości PET z recyklingu w porównaniu z PET pierwotnym, co znacznie ułatwia przetwórstwo. Uzyskiwana obecnie jakość folii oraz postęp w technice termoformowania opakowań sprawiły, że wcześniejsze bariery związane z formowaniem opakowań z omawianej folii już nie występują.
PET odznacza się korzystnymi parametrami przetwórczymi, do których przy formowaniu próżniowym np. w porównaniu z PVC należą: niższa temperatura nagrzewania, co umożliwia skrócenie czasu cyklu formowania i oszczędność energii, niższa temperatura zeszklenia oraz wyższa przewodność cieplna. W odróżnieniu od innych typowych surowców stosowanych w produkcji folii termoformowalnych, przy procesie wytwarzania folii APET konieczne jest uprzednie suszenie surowca. Cięcie folii APET wymaga większej głębokości penetracji noża w folię, większej siły cięcia oraz większej wytrzymałości użytego noża [5].
Pierwsze, dostępne już w latach 80. termoformowalne folie z poli(tereftalanu etylenu), wytwarzane w kraju w niewielkich ilościach, pochodziły z linii do produkcji orientowanej folii PET w Zakładach Nitron ERG – była to folia, która z różnych powodów nie została poddana dalszemu procesowi orientacji. Początkowo produkcję amorficznej, termoformowalnej, współwytłaczanej folii poliestrowej (APET), liczącą się w skali krajowego zużycia, uruchomiono w firmie GTX Hanex w Sokółce, obecnie zaś jest ona realizowana w zakładzie tej samej firmy w Dąbrowie Górniczej. Folię APET wytwarzają w kraju także inni producenci: Eurocast w Strzebielinie koło Wejherowa oraz firma Przetwórstwo Tworzyw Sztucznych Ryszard Awłasewicz w Toruniu.
Zapotrzebowanie na folię APET w kraju szybko wzrasta, a folia ta nie tylko zaspakaja potrzeby krajowe, ale
jest też przedmiotem eksportu. W technice światowej zainteresowanie folią APET jest na tyle duże, że niektórzy producenci folii termoformowalnych wycofują się z dotychczas wytwarzanych typów, zastępując je całkowicie produkcją folii APET.
6. Termoformowalne sztywne folie wielowarstwowe
Postęp w zakresie folii termoformowalnych wyraża się też w zastępowaniu folii jednowarstwowych kilkuwarstwowymi, zarówno współwytłaczanymi, jak i laminowanymi.
Poza aspektami funkcjonalnymi, struktury wielowarstwowe mogą mieć także znaczenie ekonomiczne i marketingowe, co umożliwia stosowanie droższych odmian tego samego polimeru, ale np. o większym połysku lub z efektownym koncentratem barwnym, tylko w warstwie zewnętrznej w stosunku do formowanego opakowania. Możliwość wykorzystania odpadów poprodukcyjnych na warstwę środkową zapewnia też korzyść ekologiczną, wynikającą z zagospodarowania surowca wtórnego.
Pierwsze wytwarzane w kraju współwytłaczane folie sztywne pochodziły z przedsiębiorstwa M I A Folia, wykupionego w ostatnich latach przez firmę Greiner Opakowania sp. z o.o. z Teresina. Były to folie bazujące na różnych odmianach PS, trój-, a nawet czterowarstwowe, w których warstwę środkową stanowił zwykle surowiec uzyskany z przemiału tzw. ażuru, powstającego po wycięciu opakowań termoformowanych. Z uwagi na fakt, że wielkość tego ażuru może przekraczać nawet 30% folii użytej do formowania, produkcja folii PS współwytłaczanej stanowiła w tym przypadku korzystną formę zagospodarowania odpadu poprodukcyjnego. Dwie warstwy otaczające warstwę środkową wytwarzano z PS pierwotnego, przy czym na czwartą warstwę zewnętrzną wykorzystywano niejednokrotnie specjalistyczne odmiany PS, np. odmianę odznaczającą się dużym połyskiem, często zawierającą środek antystatyczny, przeciwdziałający przyciąganiu kurzu lub też odmianę, którą był PS wysokoudarowy.
Inną wersję folii wytwarzanej niemal od początku istnienia firmy M I A Folia stanowiła współwytłaczana folia PS dwubarwna, np. folia PS brązowo-biała, z której produkowano opakowania od strony przeznaczonej do kontaktu z produktem o białej barwie.
Jeden z przykładów współwytłaczanej sztywnej folii z PET może stanowić wymieniana wcześniej trójwarstwowa kompozycja dwóch warstw zewnętrznych z pierwotnego PET z warstwą środkową PET pochodzącego z recyklingu (RPET), czyli folia PET/RPET/PET. Realizacja koncepcji wytwarzania współwytłaczanej folii sztywnej z PET z wykorzystaniem surowca z recyklingu okazała się korzystna zarówno pod względem ekonomicznym, jak też ekologicznym.
Dobrą zgrzewalność sztywnych folii PET w procesach mechanicznego pakowania osiąga się w wyniku laminowania tej folii z folią PE. Z uwagi na znaczne różnice w temperaturach topnienia PE oraz PET, laminaty z udziałem tych folii zwykle wytwarzane są techniką laminowania termicznego, poprzez dolaminowanie na gorąco folii PE w procesie wytłaczania folii PET.
Sztywne folie termoformowalne nabierają coraz większego znaczenia przy pakowaniu w atmosferze modyfikowanej (tzw. MAP), to jest w systemie, w którym powietrze w opakowaniu zastępowane jest mieszaniną gazów o składzie dobranym w zależności od rodzaju produktu. Tego rodzaju zastosowania wymagają jednak użycia materiałów o wyższej barierowości w stosunku do gazów.
Typowe folie termoformowalne, z wyjątkiem nieplastyfikowanego PVC, nie odznaczają się barierowością wystarczającą do wykorzystania tych folii do pakowania w systemie MAP. Stąd też wykorzystanie typowych folii termoformowalnych, w tym również folii PET do pakowania w systemie MAP wymaga uprzedniego łączenia PET z tworzywami o wysokiej barierowości w stosunku do gazów. Istotne znaczenie ma tutaj laminat
folii APET z współwytłaczaną strukturą pięciowarstwową PE/adh/EVOH/adh/PE, gdzie adh oznacza środek wiążący polimery niełączące się ze sobą w warunkach współwytłaczania. Tego rodzaju folia współwytłaczana może być dolaminowywana w procesie wytłaczania folii APET.
Wspomniany wyżej laminat stanowi typowy materiał wykorzystywany na termoformowaną sztywną warstwę dolną opakowań w systemie MAP, z przeznaczeniem do pakowania plasterkowanych wędlin i serów twardych oraz do produktów kulinarnych.
7. Współwytłaczane wielowarstwowe sztywne folie barierowe z wykorzystaniem środków wiążących wytłaczane polimery
Zainteresowanie produkcją współwytłaczanych sztywnych folii wielowarstwowych barierowych zwiększa się wydatnie w miarę rozwoju pakowania w mieszaninie gazów (system MAP). Wytwarzanie współwytłaczanych folii termoformowalnych przydatnych w systemie MAP, przy wykorzystaniu jako surowca podstawowego PET, wymaga wykorzystania polimerów o barierowości wyższej w porównaniu z PET i zazwyczaj pociąga za sobą konieczność użycia środków wiążących polimery, które nie łączą się ze sobą w procesach współwytłaczania.
Podobnie jak to ma miejsce w przypadku giętkich folii współwytłaczanych, zasadniczy wzrost barierowości w stosunku do tlenu uzyskuje się najczęściej przez zastosowanie w strukturach wielowarstwowych cienkich warstw kopolimeru etylenu z alkoholem winylowym (EVOH).
Produkcję współwytłaczanych barierowych sztywnych folii wielowarstwowych z udziałem warstwy EVOH z warstwami zewnętrznymi z PP lub z PS najwcześniej, bo już ok. roku 2000, uruchomiła firma Polifolia sp. z o.o. w Poniatowej. Początkowo folie te (zakres ich zastosowań szybko się rozszerzał) były przeznaczone np. do pakowania pasztetów w postaci małych płaskich opakowań zamykanych przez zgrzewanie. W roku 2008 produkcję współwytłaczanej siedmiowarstwowej sztywnej folii z warstwą barierową kopolimeru EVOH podjęła firma Marcato sp. z o.o. z Glinianki, dotychczasowy producent folii z PP i PS oraz opakowań z tych folii, z przeznaczeniem do szerokiego asortymentu produktów spożywczych.
Wytwarzane w firmie Marcato opakowania z barierowych folii sztywnych z warstwą EVOH, przeznaczone do zamykania przez zgrzewanie z barierową pokrywkową folią giętką, wykorzystywane są do pakowania np. przetworów mięsnych w mieszaninie gazów w systemie MAP.
Poza walorami funkcjonalnymi, struktury wielowarstwowe mają często także znaczenie ekonomiczne i marketingowe, umożliwiając stosowanie droższych odmian tego samego polimeru, ale np. o większym połysku lub z efektownym koncentratem barwnym, tylko w warstwie zewnętrznej w stosunku do formowanego opakowania.
Możliwość wykorzystania odpadów poprodukcyjnych na warstwę środkową zapewnia też korzyść ekologiczną, wynikającą z zagospodarowania surowca wtórnego.
Produkcja opakowań termoformowanych obejmuje:
n transport folii do sekcji nagrzewania i formowania,
n podgrzewanie folii do temperatury wymaganej do formowania,
n formowanie próżniowe lub ciśnieniowe, przy większych głębokościach formowania wspomagane użyciem stempla,
n schłodzenie uformowanych wyprasek,
n wycinanie wyprasek,
n nawijanie pozostałego po wycięciu wyprasek ażuru, stanowiącego odpad produkcyjny.
8. Wytwarzanie opakowań termoformowalnych w zintegrowanym systemie in-line
Przy wytwarzaniu opakowań termoformowanych szczególnie istotne jest zagospodarowanie ażuru po wycięciu opakowań, który często przekracza 30% użytej do formowania folii. Najkorzystniejszą formę tego zagospodarowania stanowi wykorzystanie zintegrowanego systemu in-line, w którym formowanie i wycinanie opakowań po uformowaniu oraz wytłaczanie folii, a także zawracanie i mielenie ażuru odbywa się w jednym procesie produkcyjnym. Biorąc pod uwagę fakt, że cały proces prowadzony jest w układzie zamkniętym, formowane w ten sposób opakowania mogą być wykorzystane także do bezpośredniego kontaktu z żywnością.
Korzyść ekologiczną z jednej strony stanowi bezodpadowy charakter produkcji, co wynika z bezpośredniego wykorzystania folii z ażuru pozostałego po wycięciu opakowań do wytłaczania nowej folii. Z drugiej strony w procesie in-line nie zachodzi potrzeba ogrzew
ania folii przed formowaniem, uplastycznianie termicznie folii następuje bowiem pod wpływem ciepła generowanego w procesie jej wytwarzania.
Przy wymienionych wyżej korzyściach należy jednakże uwzględniać fakt, że uruchomienie produkcji opakowań w procesie in-line znajduje uzasadnienie przy wytwarzaniu dużych ilości opakowań, w szczególności tego samego kształtu, co wynika ze znacznie wyższych nakładów inwestycyjnych w porównaniu z urządzeniami do termoformowania.
Początki produkcji opakowań termoformowanych w procesie in-line w kraju sięgają końca lat 70., kiedy to uruchomiono pierwszą w kraju linię do produkcji takich opakowań z PS w zintegrowanym systemie in-line [6] w Fabryce Opakowań Kosmetycznych (FOK) w Łaskarzewie. Warto podkreślić, iż w okresie uruchamiania produkcji w kraju, system in-line był rozwiązaniem względnie nowym także w światowej technice opakowaniowej.
W latach 90. produkcję opakowań termoformowanych z folii PS oraz z PP w systemie in-line, już na znacznie szerszą skalę, podjęła w Siemianowicach Śląskich firma Polarcup Poland Ltd., należąca do fińskiego koncernu Huhtamaki. Asortyment wytwarzanych opakowań objął między innymi opakowania z PP, przeznaczone do tłuszczów roślinnych. Aktualnie produkcję opakowań termoformowanych z PP w zintegrowanym systemie in-line realizuje między innymi firma Kreis Pack sp. z o.o. w Niepruszewie.
Jak wynika z przedstawionego w końcowej części niniejszej publikacji wykazu ilustrującego udział poszczególnych rodzajów opakowań w łącznym zużyciu w segmencie opakowań termoformowanych, największy udział należy do kubków i pudełek wytwarzanych z folii PS, OPS, z PP oraz APET. Napełnianie tego rodzaju opakowań następuje w zakładzie wytwarzającym produkty spożywcze, a do ich zamykania wykorzystywane są tzw. platynki z folii Al z powłoką termozgrzewalną, łatwo otwieralną, czasami z dodatkową pokrywką, np. z orientowanej folii OPS.
Poza pakowaniem szeregu produktów w uprzednio uformowane kubki czy też pudełka, część zakładów wykorzystuje folię, głównie z PS oraz z PP, w procesach formowania opakowań połączonego z ich napełnianiem i zamykaniem przez zgrzewanie, określanych z angielskiego skrótem f. f. s. (form fill seal). Do zamykania opakowań w tym systemie często wykorzystywana jest folia z PET metalizowana z warstwą zgrzewalną, a w mniejszym stopniu laminat metalizowanej folii PET z papierem i warstwą zgrzewalną. W systemie f. f. s. pakowane są np.: śmietana, śmietanka, serki homogenizowane, a także jednorazowe porcje rozmaitych produktów, przeznaczone np. na śniadania w hotelach. W ostatnich latach zaobserwować można ponowny wzrost zainteresowania wykorzystaniem tego systemu przy pakowaniu żywności w opakowania termoformowane.
We wszystkich segmentach branży opakowań, w tym także w opakowaniach termoformowanych, wzrasta zainteresowanie stosowaniem materiałów z surowców odnawialnych, ulegających biodegradacji w środowisku naturalnym. Do tego rodzaju opakowań należą niewątpliwie termoformowane tacki z polilaktydu (PLA), wytwarzanego z kwasu mlekowego, których dystrybucję podjęła firma Huhtamaki Polska sp. z o.o. w Siemianowicach Śląskich.
9. Folie termoformowalne z polilaktydu
Technologię wytwarzania folii z PLA przydatnej do termoformowania opanowano w firmie Ryszard Awłasewicz Przetwórstwo Tworzyw Sztucznych w Toruniu, produkującej folie z PET. W firmie tej partia produkcyjna folii z PLA o czarnym wybarwieniu została wykorzystana do produkcji termoformowanych doniczek do sadzonek roślin. Pojawiające się po wdrożeniu pierwszej produkcyjnej partii tej folii zamówienia okazały się zbyt małe dla kontynuacji rozpoczętej produkcji.
Należy przypuszczać, że przeszkodę w rozwoju produkcji stanowi nie tylko mniejsza wytrzymałość mechaniczna opakowań z PLA w porównaniu z klasycznymi tworzywami wykorzystywanymi w produkcji folii termoformowalnych, co jest możliwe do wyeliminowania poprzez użycie odpowiednich dodatków, ale przede wszystkim znacznie wyższa cena polilaktydu Wspomnieć warto o doświadczeniach Instytutu Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników w zakresie doświadczalnej produkcji folii i opakowań z PLA. Podczas III Międzynarodowej Konferencji pt. „Przyszłość opakowań biodegradowalnych”, zorganizowanej w COBRO w roku 2010, przedstawiciele Instytutu zaprezentowali stanowisko badawcze wykorzystane do eksperymentalnej produkcji folii z PLA oraz do termoformowania opakowań z tej folii [7].
Stanowisko to obejmuje jednoślimakową wytłaczarkę do folii płaskiej oraz urządzenie do termoformowania i wycinania opakowań z folii z PLA. Zostały na nim wytworzone serie doświadczalne opakowań termoformowanych, które są obecnie poddawane dokonywanej w COBRO kompleksowej ocenie właściwości folii z PLA i opakowań z tej folii, obejmującej: badania mechaniczne, barierowość, badania migracyjne, a także kompostowalność. Badania te prowadzono w ramach wzmiankowanego w pozycji literaturowej [3] Projektu Kluczowego o akronimie MARGEN.
10. Krajowe zużycie w roku 2011 różnych rodzajów sztywnych opakowań termoformowalnych
W powołanych wcześniej pracach COBRO [2, 3] wyodrębniono niżej wymienione rodzaje opakowań termoformowanych:
n kubki i pudełka z folii z PS, OPS, z PP, APET,
n opakowania w systemie f. f. s. (system formowania z jednoczesnym napełnianiem i zamykaniem opakowań przez zgrzewanie),
n termoformowane wkładki do innych rodzajów opakowań, głównie tekturowych, zabezpieczające pojedyncze wyroby przed uszkodzeniem,
n pudełka z folii PP do tłuszczów stałych,
n opakowania blister pack do produktów farmaceutycznych,
n opakowania blister pack do wyrobów technicznych,
n tacki ze spienionego PS (EPS).
Na Wykresie 3. przedstawiono udział poszczególnych rodzajów opakowań termoformowanych w łącznym zużyciu w tym segmencie.
Obserwując rozwój branży opakowań w segmencie opakowań termoformowanych zarówno zagranicą, jak i w kraju, można oczekiwać dalszego szybkiego wzrostu udziału opakowań wytwarzanych z folii APET i PP, a także wzrostu zainteresowania opakowaniami ze sztywnych, kompostowalnych folii biodegradowalnych, pod warunkiem złagodzenia dysproporcji cenowych, a także wzrostu świadomości ekologicznej. n
LITERATURA
[1] Aktualna sytuacja i tendencje na rynku tworzyw sztucznych w Polsce i Europie, referat Polskiego Stowarzyszenia Przetwórców Tworzyw Sztucznych wygłoszony w dniu 03.03.2009 podczas Seminarium w Hotelu Marriott w Warszawie.
[2] Czerniawski B.: Stan aktualny, perspektywy i prognoza rozwoju branży opakowań z tworzyw sztucznych, COBRO, Warszawa, grudzień 2004.
[3] Czerniawski B.: Opracowanie własne wykonane w ramach udziału w realizacji Projektu Kluczowego – akronim MARGEN – Program Operacyjny Innowacyjna Gospodarka, Priorytet 1, Działanie 1.3, COBRO, Warszawa, lipiec 2012.
[4] Strona internetowa firmy Linpac Plastics Production sp. z o.o. [www. linpac-plastics-production. polandtrade. pl], odsłona: luty 2013.
[5] Pepliński K.: Trudności w cięciu arkuszy PET, „Plastics Review”, nr 11, listopad 2007, s. 3.
[6] Kuś A., Czerniawski B.: Doświadczenia ze stosowania w praktyce przemysłowej bezodpadowej metody wytwarzania opakowań termoformowanych, „Opakowanie”, 1993, nr 4, s. 5.
[7] Richert J., Malinowski R., Żenkiewicz M.: Możliwości wytłaczania foli i termoformowania pojemników z PLA, III Konferencja pt. „Przyszłość opakowań biodegradowalnych”, COBRO, Warszawa, wrzesień, 2010.
