Europa idzie na wojnę ze śmieciami pochodzącymi z plastikowych opakowań. Od początku tego roku w Niemczech obowiązuje Nowe Prawo Opakowaniowe; jednym z jego celów jest znaczące podniesienie poziomów recyklingu tworzyw sztucznych. Dzięki klejom wielowarstwowym etykiety mogą być skutecznie usuwane z takich opakowań: prosto, efektywnie i tym samym opłacalnie, umożliwiając optymalizację kompletnego procesu recyklingu.
We współczesnym świecie poddawanie recyklingowi coraz większej liczby opakowań ma kluczowe znaczenie. Dlatego jest to jedno z działań przewidzianych przez Niemieckie Prawo Opakowaniowe, które zaczęło obowiązywać od 1 stycznia 2019. Nowe prawo nakłada również dodatkowe obowiązki na sprzedawców i przedsiębiorstwa, które po raz pierwszy są zobowiązane do uzyskania zezwolenia na opakowania wprowadzane na rynek. Firmy, które nie będą stosować się do nowych przepisów, muszą się liczyć z wysokimi grzywnami oraz sprawami sądowymi wytaczanymi przez konkurencję.
Działania sięgają również poziomu korporacji. Dla przykładu 30 uznanych firm, w tym BASF, Procter & Gamble oraz Henkel, połączyło siły tworząc globalny alians, który ma na celu tworzenie produktów i technologii o korzystnym wpływie na ograniczenie zanieczyszczeń z tworzyw sztucznych, zwłaszcza w oceanach. Alliance to End Plastic Waste (AEPW) zamierza zainwestować na ten cel w ciągu najbliższych 5 lat 1,5 mld dolarów. W październiku ub.r. organizacje reprezentujące łańcuch dostaw etykiet i opakowań podpisały New Plastics Economy Global Commitment, ogólnoświatową inicjatywę walki z plastikowymi odpadami i zanieczysz- czeniami. Wreszcie Nestlé, największy światowy producent artykułów spożywczych i napojów, zaangażował się w projekt „Stop Ocean Plastics” (STOP), którego cele podsumowano w następujący sposób: „STOP stworzono […] w celu udowodnienia, że zużyte (opakowania) z tworzyw sztucznych mogą być zbierane i przywracane jako wartościowe surowce”.
W wielu przypadkach kluczowym słowem jest „recykling”, jednak jego znaczenie nadal pozostaje mgliste. Prawdą jest, że aż do teraz opakowania z tworzyw sztucznych można było spalać, wypełniając ustalone poziomy recyklingu, jednak tę praktykę ukróciły nowe przepisy Unii Europejskiej. Co więcej, recykling w swym pierwotnym sensie oznacza, że wyrzucone opakowanie musi zostać wykorzystane do stworzenia czegoś nowego, stanowiącego przynajmniej ekwiwalent poprzedniego zastosowania (czyli butelka po szamponie staje się nową butelką). Jednak dotychczas takie sytuacje zdarzały się rzadko; współczesną praktyką jest za to tzw. downcycling, w którym butelka po szamponie staje się, powiedzmy, folią na kiszonkę. Bardziej pożądanym rozwiązaniem byłby zamiast tego upcycling, innymi słowy: rafinacja (oczyszczanie) odpadów opakowaniowych. Jednak w każdym przypadku, zanim plastik będzie mógł zostać przetworzony, powinien być nie tylko czysty pod względem typu, ale również – w największym możliwym stopniu – wolny od innych materiałów. Farby, których używa się do bezpośredniego nadruku na plastiku, stanowią w tych okolicznościach główny problem. Tym samym etykiety nie tylko zapewniają korzyści wynikające z faktu zastosowania znanej i wyjątkowo wszechstronnej technologii, oferując wiele możliwości wykańczania i późniejszej łatwej aplikacji danych zmiennych; dodatkowo dzięki zastosowanej technologii proces odfarbiania można wykonać w prosty sposób, równocześńie z dokładnym oddzieleniem wartościowych elementów z tworzyw sztucznych. Ale to ich usuwanie może stać się największym wyzwaniem i w określonych okolicznościach może wymagać dodatkowej fazy czyszczenia środkami kaustycznymi lub etapu mycia. Problemy mogą narastać, jeśli nie nastąpi rozdzielenie połączeń klejowych i etykiety pozostaną przyklejone do podłoża, tym samym pogarszając jego własności fizyczne. Taka sytuacja może poważnie ograniczyć wartość odzyskiwanego tworzywa. Materiały samoprzylepne przyjazne dla procesów recyklingu muszą więc zaspokajać wymagania, które do pewnego stopnia się wykluczają: w procesie recyklingu powinny wspomagać czyste usuwanie etykiet w trakcie mycia. Lecz etykiety muszą nadal spełniać swoją funkcję w trakcie użytkowania przez konsumentów – to zaś oznacza, oprócz innych kwestii, że ich własności klejące nie mogą zostać naruszone.
Techniczne rozwiązanie tego dylematu zapewniają kleje wielowarstwowe, które czynią recykling materiałowy łatwiejszym i wszechstronniejszym, umożliwiając opłacalne odzyskiwanie materiałów wysokiej jakości.
HERMA niejednokrotnie udowodniła w szeregu aplikacji, że te pozornie wykluczające się wymogi stawiane etykietom mogą zostać pogodzone przy wykorzystaniu technologii wielowarstwowej bez konieczności godzenia się na kompromisy: potrzeba połączenia maksymalnej ochrony przed migracją z doskonałą charakterystyką klejenia jest naszym celem i strategią. Dlatego HERMA przekształciła niemal całą standardową gamę swych produktów na technologię wielowarstwową. Jedną z przyczyn, które tłumaczą tak duży sukces rynkowy wspomnianych materiałów do klejenia, jest wartość dodana, którą zapewniają użytkownikom bez dodatkowych kosztów. Jak to osiągnięto? Mimo obaw niektórych środowisk nie są to drogie materiały specjalistyczne, lecz – zasadniczo – konwencjonalne wielozadaniowe produkty z bardzo szerokim zakresem zastosowań. Zważywszy, że warstwy adhezyjne są oparte na klejach dyspersyjnych z doskonałymi i potwierdzonymi referencjami rynkowymi, asortyment jest również bardzo łatwy w obróbce, co znowu wyróżnia go na tle wielu materiałów specjalistycznych.
Zanim omówimy nasze podejście do ulepszania procesów recyklingu z użyciem etykiet, chcielibyśmy podkreślić znaczenie wielowarstwowej konstrukcji kleju. Ogólnie rzecz biorąc, konwencjonalne materiały etykietowe składają się z materiału etykietowego, pojedynczej jednorodnej warstwy kleju, powłoki antyadhezyjnej (zwykle na bazie silikonu) oraz materiału podkładowego (por. rys. 1).
Dla odmiany przy użyciu systemu klejenia wielowarstwowego warstwa kleju składająca się z co najmniej dwóch różnych powłok jest aplikowana między materiał etykiety a materiał podkładowy (por. rys. 2).
Gdy konwencjonalną etykietę (z pojedynczą warstwą kleju) porównamy z systemem kleju dwuwarstwowego, oczywiste staje się, że wewnętrzna warstwa dwuwarstwowego systemu zapewnia dodatkową korzyść w postaci kontroli właściwości recyklingowych etykiety bez narażania lub pogarszania przyczepności do podłoża. W odróżnieniu od zewnętrznej warstwy, która musi mieć odpowiednią formułę chemiczną w celu osiągnięcia zakładanego przywierania do określonej powierzchni, skład chemiczny jest mniej istotny w przypadku warstwy wewnętrznej (przynajmniej w kwestii adhezji). W przypadku tej warstwy liczą się własności reologiczne. W dalszej części poinformujemy szczegółowo, w jaki sposób kleje wielowarstwowe mogą być wykorzystane do zapewnienia wartości dodanej w procesach recyklingu. W tym celu etykiety konwencjonalne z jedną warstwą kleju oraz etykiety z systemem klejenia dwuwarstwowego poddaliśmy różnorodnym testom. Ich celem było przebadanie i sprawdzenie trzech głównych właściwości materiału przyjaznego dla procesów recyklingu: doskonałej adhezji, niezawodnej zmywalności oraz całkowitego, niepozostawiającego śladów usuwania pozostałości.
Test wiaderka do lodu
Zaczęliśmy od testu wiaderka do lodu – praktycznego testu wytrzymałości adhezji etykiet wystawionych na działanie wody. Użyliśmy do tego celu czterech standardowych, dostępnych na rynku etykiet z jedną warstwą kleju (zmywalnych) oraz trzech etykiet z systemem kleju dwuwarstwowego, po czym zanurzyliśmy je w zimnej wodzie o temperaturze 4°C. W przypadku materiałów klejonych wielowarstwowo, które zostały dostarczone przez należące do firmy HERMA laboratorium, wykorzystaliśmy trzy różne warianty: konwencjonalną wersję standardową, wersję ze zwiększoną wrażliwością zewnętrznej warstwy kleju na wodę (por. rys. 3, patrz 2, I/D) i wreszcie wariant, w którym dodatkowo zmniejszyliśmy grubość warstwy środkowej (por. rys. 4, patrz 2, II/D). Przyjęliśmy przy tym założenie, że użycie warstwy pośredniej powinno poprawić mocowanie etykiety, ale zmniejszałoby rozpuszczalność w wodzie.
W ustalonych przedziałach czasu (20 minut, 1 godzina, 2 godziny i 4 godziny) każda etykieta była sprawdzana pod kątem odklejania się lub zmarszczek. Test uznaliśmy za pozytywny, jeśli na etykiecie zanurzonej przez 4 godziny w wiaderku z lodem nie pojawiły się żadne odkształcenia lub zmarszczenia. Jedna ze standardowych etykiet odkleiła się już po 2 godzinach (por. rys. 5, 1 B). Na kolejnej pojawiły się zmarszczki (por. rys. 5, 1 D). Wszystkie etykiety z klejem dwuwarstwowym zaliczyły 4-godzinny test wiaderka na lód bez żadnych negatywnych oznak. Istotne: adhezja wariantu z ograniczoną warstwą pośrednią nie różniła się niczym od innych wariantów dwuwarstwowych.
Test zmywania (wash-off)
Czy jednak istnieją jakieś rzeczywiste korzyści ze zredukowania warstwy pośredniej dla odklejenia się etykiety? Tzw. test zmywania (wash-off test) to efektywna metoda pomiarowa służąca do oceny tempa, w jakim następuje usunięcie etykiety. W trakcie testu etykiety zostały wystawione na kontakt z 1,5% ługiem w temperaturze 65°C. Takie parametry są odpowiednikiem operacji tzw. niskoimpaktowego (low-impact) usuwania etykiet. W trakcie testu notowano czas do momentu całkowitego usunięcia etykiet, a także wizualne oznaki wszelkich zmian w materiale oraz obecności dowolnych resztek kleju na płytce badawczej. Kleje wielowarstwowe nie udowodniły automatycznie swojej przewagi w tym teście – zgodnie z oczekiwaniami (por. rys. 6). Ale wyniki testu dowiodły jednoznacznie, że proces usuwania może ulec przyspieszeniu dzięki zredukowaniu warstwy pośredniej w przypadku materiałów wielowarstwowych. W takim przypadku etykieta może zostać usunięta w czasie krótszym od 2 minut (por. rys. 6, patrz 2, II/D). I chociaż jeden z wariantów z pojedynczą warstwą kleju osiągnął w tym teście podobny wynik, to test wiaderka na lód wykazał jego słabości.
Test prażenia
Warto w tym miejscu zadać pytanie: czy w procesie wymywania rzeczywiście usunięto cały klej i wszystkie jego resztki? W tzw. teście prażenia (roasting test) wymyte płatki plastikowe zostały wystawione na 20-minutowe działanie temperatury 220°C w kabinie suszącej. W tym przypadku rezultaty testu nie mogły być bardziej jednoznaczne. I tak wszystkie płatki pochodzące z etykiet, które zostały wyposażone w jedną warstwę kleju, nosiły ślady zbrązowiałego odbarwienia: innymi słowy klej lub potencjalnie również materiały etykietowe nie zostały wystarczająco usunięte w procesie wymywania. W przypadku dwóch z trzech etykiet z wielowarstwowymi materiałami klejącymi całkowite usunięcie nastąpiło bez najmniejszych problemów (por. rys. 7, patrz 2, I/D + 2, II/D). Resztki kleju wykryte na płatkach plastikowych mieściły się w dopuszczalnych granicach. Oznacza to, że specjalna formuła warstwy pośredniej i związana z nią wyraźna orientacja całej struktury kleju w kierunku materiału etykiety powodują, że klej pozostaje prawie całkowicie na materiale etykiety, gdy etykieta jest usuwana, a zatem nie zakłóca to procesu recyklingu. W trakcie testu przebarwienia wykryto na mniej niż 10% badanej powierzchni (por. rys. 7). W obu wariantach dwuwarstwowych, które usunięto przez zmycie, w warunkach laboratoryjnych nie stwierdzono przebarwień.
Z podsumowania trzech testów uzyskanych z użyciem 7 różnych rodzajów kleju wynika wyraźnie, że tylko kleje wielowarstwowe ze zmodyfikowaną warstwą pośrednią (wariant II/D) spełniły oczekiwania we wszystkich przypadkach (por. rys. 8).
Podsumowanie
Aby przeprowadzić optymalny proces recyklingu, granulat uzyskany na zakończenie tego procesu musi być czysty oraz – w możliwie największym stopniu – wolny od innych pozostałości. Etykiety, które są nieusuwalne lub których usunięcie sprawia problem, mogą wpływać niekorzystnie na kolorystykę, własności mechaniczne czy odporność temperaturową. Pozostałości kleju na opakowaniach mogą również powodować przebarwienia recyklatu lub – w przypadku klejów o niższej temperaturze topnienia (low-melt) – pojawienie się gazu w trakcie ekstruzji.
Specjalnie przystosowane wielowarstwowe kleje HERMA sprawiają, że recykling jest prosty, wydajny i w efekcie opłacalny, ponieważ umożliwiają czyste i szybkie usunięcie etykiety w trakcie mycia stanowiącego element procesu recyklingu. Rezultaty testów wskazują, że jest to osiągalne w przypadku zastosowania odpowiednich kombinacji – i bez najmniejszego negatywnego wpływu na własności kleju. Tym samym możliwe jest pozyskanie w opłacalny sposób wysokiej jakości recyklatu. Ponieważ usunięcie etykiety jednocześnie odseparowuje wszystkie zanieczyszczenia (w tym farby drukarskie), jest to znaczne wsparcie efektywności procesów recyklingu. Tak więc w przypadku recyklingu opakowań z tworzyw sztucznych wielowarstwowe systemy klejowe do etykiet są niezastąpione.
Marcus Gablowski
szef działu rozwoju klejów i lakierów specjalnych, HERMA GmbH
Tłumaczenie: TK
Alfa-Print Sp. z o.o.
ul. Świętokrzyska 14A
00-050 Warszawa
