Opracowany w BASF na początku lat 50. styropian (znak towarowy Styropor®), stanowiący spieniony polistyren (EPS), najwcześniej został z powodzeniem wykorzystany do izolacji cieplnej. Również obecnie jest najbardziej masowo stosowanym materiałem termoizolacyjnym w budownictwie.
Surowiec do produkcji styropianu otrzymuje się różnymi metodami. Do najczęściej stosowanych należy polimeryzacja monomeru w obecności poroforów chemicznych lub fizycznych. Poroforami mogą być niskowrzące węglowodory, jak pentan, heptan itp. W wyniku polimeryzacji otrzymuje się nieporowaty polistyren w postaci granulek, zawierający porofor. Przetwarzanie granulek na gotowe wyroby prowadzi się metodą ekspandowania. Polega ona na ogrzaniu materiału do 95-1000C za pomocą gorącej wody lub pary. Podczas ogrzewania granulki miękną, a zawarta w nich substancja porująca rozprężając się nadaje im strukturę porowatą. W wyniku wstępnego spienienia otrzymuje się białe, regularne kulki o średnicy nawet do kilkunastu milimetrów. Następuje przy tym znaczny wzrost objętości tworzywa z jednoczesnym wytworzeniem równomiernych komórek.
Wstępnie spieniony polistyren odznacza się szczególną łatwością formowania niemal dowolnych kształtów oraz łatwością wbudowywania w obiekty nowe, jak też w już istniejące. Ostateczne formowanie materiału przeprowadza się w metalowych formach ogrzewanych parą, gdzie w podwyższonej temperaturze powierzchnie kulek ulegają zlepieniu. W ten sposób powstaje tworzywo piankowe o zamkniętych porach.
W Polsce produkcję polistyrenu do spieniania uruchomiono w latach 60. XX wieku w Zakładach Chemicznych w Oświęcimiu, przemianowanych następnie na Firmę Chemiczną Dwory (obecnie funkcjonuje ona jako Synthos Dwory Sp. z o.o. i należy do Grupy Synthos S. A). Aktualna krajowa produkcja polistyrenu do spieniania kształtuje się na poziomie 80 tys. ton/rok. Według informacji Polskiego Stowarzyszenia Producentów Styropianu, liczbę przedsiębiorstw wytwarzających wyroby z EPS szacuje się na ~100.
Opakowaniowe zastosowania styropianu
Głównym odbiorcą styropianu jest budownictwo, zużywające najprawdopodobniej około 60% wytwarzanego styropianu. W mniejszej pod względem ilościowym skali styropian spełnia jednak ważną funkcję w dziedzinie opakowań. Tak jak w budownictwie wykorzystywane są przede wszystkim właściwości termoizolacyjne styropianu, tak w technice opakowaniowej – jego zdolność do tłumienia drgań, wibracji i udarów, zapewniająca zabezpieczenie przeciwwstrząsowe pakowanych wyrobów.
W dziedzinie opakowań styropian – poza przeciwwstrząsowym zabezpieczeniem wyrobów w opakowaniach transportowych, to jest zastosowaniu, gdzie odgrywa istotne znaczenie, może stanowić także samodzielne opakowanie, np. dwuczęściowe pudełko lub jeden z elementów opakowania kilkuskładnikowego (tacka przy dodatkowo użytym owinięciu z folii rozciągliwej).
Właściwości mechaniczne styropianu są w wielu zastosowaniach zadowalające, mimo że nawet 95% objętości geometrycznej wyrobu może stanowić przestrzeń wypełniona gazem.
Jakkolwiek dawniej wykorzystywano styropian głównie w postaci kształtek stanowiących zabezpieczenie przeciwwstrząsowe, to obecnie coraz większego znaczenia nabierają dwuczęściowe pudełka, które po umieszczeniu w nich wyrobu łączone są, np. przy użyciu taśmy spinającej.
Pudełka styropianowe zabezpieczają towary przed uszkodzeniem w trakcie transportu lub magazynowania, są ponadto lekkie, higieniczne i tanie. Mają doskonałe właściwości izolacyjne, zabezpieczają towar przed działaniem światła, utratą zapachu i wilgoci, a przy spełnieniu odpowiednich wymagań mogą być stosowane w kontakcie z żywnością. Różnorodność wymiarów, grubości ścianek i pojemności uzyskuje się w wyniku wykonania form dostosowanych do aktualnych zamówień.
Ważną cechę styropianu stanowi przydatność do ponownego przetwórstwa, tym bardziej, że z uwagi na rodzaj zawartości, opakowania te nie są zwykle zanieczyszczone po ich wykorzystaniu.
Produkcję opakowań styropianowych podjęto w Polsce już w drugiej połowie lat 60 ubiegłego wieku. Wśród producentów wymienić można Spółdzielnię Inwalidów Zakład Pracy Chronionej Wielkopolanka, zlokalizowaną w Grodzisku Wielkopolskim, gdzie spienianie odbywało się początkowo w ręcznie napełnianych formach, ogrzewanych parą. Począwszy od lat 70. wyroby ze styropianu wytwarzano już w kraju przy wykorzystaniu automatów formujących, obecnie również w wymienionej wyżej Spółdzielni Wielkopolanka. W tym okresie do ważnych odbiorców opakowań styropianowych należały Zakłady Radiowe im Marcina Kasprzaka, dla których opakowania te produkowano w Zakładzie w Skierniewicach, a od lat 80. również w Przedsiębiorstwie Doświadczalnym Opakowań (PDO) Pakpol w Białymstoku.
W PDO Pakpol pierwsze automaty formujące wyroby styropianowe zainstalowano w połowie lat 70., a pierwszymi odbiorcami były Zakłady Łucznik w Radomiu, wykorzystujące dwuczęściowe zamykane pudła do maszyn do szycia, Krakowskie Zakłady Armatur, dla których produkowano opakowania do armatury oraz Warszawskie Zakłady Telewizyjne, stosujące kształtki w postaci ramek do zabezpieczeń przeciwwstrząsowych telewizorów.
Omawiając dalszy rozwój opakowań i innych wyrobów styropianowych, nie można pominąć działalności firmy Schaumaplast Organika, założonej w roku 1999 przez Zakłady Chemiczne Organika S.A. oraz Schaumaplast GmbH & Co z Niemiec. Wiedza i doświadczenie oraz kapitał firm założycielskich umożliwiły rozwój przedsiębiorstwa oraz osiągnięcie pozycji jednej z głównych firm w segmencie wyrobów styropianowych [2]. Istotną rolę dla rozwoju tej firmy odegrał wybudowany w roku 2007 nowy zakład produkcyjny. Aktualnie firma Schaumaplast Organika wytwarza szeroki asortyment kształtek technologiczno-konstrukcyjnych, wykorzystywanych w przemysłach AGD i elektronicznym oraz w budownictwie, wytwarza także kompletne opakowania.
Typowo opakowaniowy asortyment wyrobów wytwarzanych w firmie Schaumaplast Organika obejmuje:
n wieloczęściowe kształtki (narożniki, części na górę i spód) wykorzystywane przy pakowaniu sprzętu AGD (pralki, lodówki, zmywarki, suszarki), wytwarzane głównie w ramach grupy BSH (Bosch i Simens),
n opakowania dwuczęściowe, przewidziane jako samodzielne lub też do umieszczania w pudle tekturowym, tzw. dwupaki, do dwóch butelek z winem oraz tzw. sześcioraki – do sześciu butelek z winem,
n opakowania dwuczęściowe do butelek z olejem lnianym, opakowania do płynnych preparatów farmaceutycznych,
n pudełka dwuczęściowe o mniejszej pojemności, a w przypadku większych – większej pojemności (nawet 100-litrowej) trzyczęściowe, do pakowania różnych wyrobów bez z góry określonego przeznaczenia,
n listwy i narożniki dostarczane odbiorcom bądź to w pudłach tekturowych, bądź też w owinięciach z folii rozciągliwej,
n tacki na robaki wędkarskie.
Przykłady asortymentu wyrobów styropianowych pozostających na stałe w wyrobie:
n kształtki technologiczne np. pływaki w pralce,
n kształtki stosowane w budownictwie np. przewidziane do zalewania cementem,
n elementy ozdobne i dekoracyjne, np. kule do późniejszego ozdabiania (bombki choinkowe).
Powyższe wyroby mogą być wytwarzane w szerokim zakresie ciężaru właściwego styropianu, to jest od 20 do 70 kg/m3, jakkolwiek oczywistym dążeniem jest wytwarzanie ich w dolnym zakresie tego przedziału, to jest od 20 do 25 kg/m3.
Poza wykorzystaniem kształtek ze styropianu w zabezpieczeniach przeciwwstrząsowych wyrobów AGD oraz RTV i innych scharakteryzowanych wyżej zastosowaniach opakowaniowych, w których w szczególności wykorzystywane są cenne właściwości amortyzacyjne i termoizolacyjne styropianu, 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 przenosze
nia do 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. minionego wieku w firmie Huhtamaki Polska Sp. z o.o. w Siemianowicach Śląskich, uruchomiono produkcję spienianej folii polistyrenowej przy użyciu ditlenku węgla jako medium spieniającego oraz tacek wytwarzanych z tej folii. Aktualnie produkcja tacek styropianowych, jak również pudełek typu tzw. „menu boxes” do produktów podawanych w sieci Mc Donald 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 Bukowicach w Brzegu Dolnym. Działalność w powyższym zakresie firma ta zainicjowała w Sulęcinie w roku 1996, wytwarzając tacki z folii importowanej [3]. W celu optymalizacji produkcji przygotowano projekt, którego realizacja wiązała się z budową nowego zakładu w Bukowicach, w którym już od roku 2002 wytwarzano folię styropianową oraz standardowe tacki z tej folii. Przyjęto założenie, że nowy zakład będzie dostarczał docelowo produkty do wszystkich krajów Europy Środkowo-Wschodniej oraz częściowo do Europy Zachodniej. W roku 2004 eksport stanowił już 55% działalności firmy. Prognozowano dalsze zwiększenie tego udziału.
Zasadniczy wpływ na rozwój produkcji tacek styropianowych w firmie Linpac miała jednak inwestycja zrealizowana w latach 2004-2006. W ramach tej inwestycji uruchomiono produkcję folii styropianowej z warstwą o znacznie wyższej barierowości w stosunku do gazów oraz nowy asortyment tacek nazwanych 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 w zależności od 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 z wkładką absorpcyjną. Początkowe zamierzenie uruchomienia w ramach wzmiankowanej inwestycji tacek typu LINfresh Plus nie zostało zrealizowane.
Tacki LINfresh Plus, w odróżnieniu od dotychczasowych rozwiązań styropianowych wielowarstwowych tacek barierowych, w swej strukturze, poza warstwą barierową, zawierają wewnętrzną spienioną warstwę absorpcyjną o otwartych celkach, umożliwiającą pochłanianie osocza wydzielającego się np. ze świeżego mięsa. Biorąc pod uwagę, że warstwa adsorpcyjna w tacce LINfresh Plus stanowi warstwę wewnętrzną, do której osocze przedostaje się przez niewielką liczbę kanalików w warstwie litej, w pełni zachowana jest estetyka opakowania. Jest to niewątpliwie istotna sprawa z punktu widzenia wymagań konsumenta i walorów marketingowych.
W zakresie ekologii szczególnie ważne jest spełnienie podstawowego wymagania, to jest obniżenia zużycia materiałowego na jednostkę pakowanego produktu.
Aktualnie tacki LINfresh Plus produkowane są w zakładzie Linpac Plastics Production, zlokalizowanym w Anglii.
Opakowania ze spienionego polipropylenu
Spieniony polipropylen, zwany ekspandowanym (EPP) oraz wyroby z tego tworzywa zaistniały w technice światowej w połowie lat 80. XX wieku, a więc znacznie później w porównaniu z wyrobami ze styropianu, w stosunku do którego różnią się właściwościami przede wszystkim mechanicznymi, wykazując znacznie wyższą wytrzymałość i odporność na odkształcenia trwałe. Właściwości te zadecydowały o początkowych zastosowaniach EPP w przemyśle samochodowym. W okresie późniejszym EPP znalazł zastosowanie także w przemyśle opakowaniowym.
Kluczowe właściwości EPP dla produkcji części samochodowych odpowiedzialnych za zapewnienie bezpieczeństwa biernego, rzutujące jednocześnie na istotną redukcję masy pojazdu stanowią:
n niska masa właściwa, począwszy już od 15 kg/m3
n wysoka zdolność absorpcji energii,
n pamięć kształtu (powrót do pierwotnego kształtu po obciążeniach statycznych i dynamicznych), utrzymująca się nawet po wielokrotnych obciążeniach,
n odporność temperaturowa do ~1500C,
n właściwości izolacyjne i wygłuszające,
n odporność chemiczna,
n podatność i łatwość termoformowania,
n pełna przydatność do recyklingu.
Wykorzystanie EPP w postaci absorberów energii w zderzakach, osłonach bocznych, do wypełnienia fotelików samochodowych dla dzieci – to tylko niektóre przykłady zastosowań w przemyśle samochodowym.
Na stronie internetowej krajowej firmy Izo-Blok [4], wytwarzającej wyroby z EPP, podano przykłady aż 15 rodzajów części samochodowych, do których wytwarzania wykorzystywany jest EPP.
Zreferowana wyżej charakterystyka wyrobów z EPP, zaliczana jest do zalet tego tworzywa, również w zastosowaniach opakowaniowych.
Polipropylen spieniony ma postać granulatu o ciężarze właściwym, w zależności od stopnia wstępnego spienienia, od 15 do 220 kg/m3. Tego rodzaju surowiec jest stosowany do wytwarzania wyrobów w automatach formujących w procesie autoklawowym bądź też w procesie wytłaczania.
Jako początek krajowej produkcji wyrobów z EPP przyjmuje się rok 1998, w którym powstała w Chorzowie Spółka Izo-Blok i rozpoczął się proces budowy pierwszego w kraju zakładu przetwórstwa EPP. W następnym roku uruchomiono przetwórstwo EPP, a w roku 2000 powstały pierwsze opakowania zwrotne w postaci kontenerów wielokrotnego użytku.
W odróżnieniu od wyrobów ze styropianu, które ze względu na ich kruchość wykorzystywane są jednak częściej jako kształtki amortyzujące w opakowaniach transportowych, EPP stosowany jest do wyrobu różnych rodzajów opakowań, głównie przeznaczonych do wielokrotnego użytku.
W roku 2005 produkcję wyrobów z EPP, w tym opakowań, podjęły Zakłady Boryszew ERG S.A. Jak wynika z ekspozycji tych zakładów, zaprezentowanej w roku 2010 podczas Międzynarodowych Targów TAROPAK, wyroby z EPP znalazły zastosowanie przede wszystkim jako opakowania wielokrotnego użytku, paletki i tace transportowe, międzyoperacyjne i magazynowe, ze względu na ich trwałość szczególnie chętnie stosowane w przemyśle motoryzacyjnym.
Biorąc pod uwagę oporność EPP na odkształcenia pod wpływem obciążeń, opakowania z tego tworzywa szczególnie dobrze nadają się do wielowarstwowego spiętrzania.
Na zakończenie rozważań na temat sztywnych opakowań z tworzyw spienionych, warto wymienić opracowaną w ostatnim czasie (w roku 2011), w GTX Hanex Plastic sztywną folię z politereftalanu etylenu (PET), charakteryzującą się ciężarem właściwym na poziomie 0,8 g/cm3, przy ciężarze właściwym PET wynoszącym 1,35 g/cm3.
Próby wytwarzania opakowań termoformowanych z tej folii, w których uzyskano efektowne opakowania do 10 sztuk jaj, wypadły w pełni pomyślnie.
Ze względu na tak wydatne obniżenie ciężaru właściwego PET należy oczekiwać, że termoformowane opakowania z folii PET szybko wzbogacą krajowy rynek opakowań z tworzyw sztucznych.
Literatura
[1] www.schaumaplast-organika.pl
[2] www.linpac-plastics-production.polandtrade.pl
[3] www.izo-blok.pl
