Возможности соэкструзионно-выдувного формования

Как и в других популярных методах изготовления изделий из пластмасс в экструзионно-выдувном формовании также существуют технологии производства за один цикл изделий, состоящих не из одного, а сразу из нескольких полимерных материалов. Такие технологии называют соэкструзионными и призваны они обеспечивать получение многослойных выдувных ёмкостей.

Принцип выдувной соэкструзии основан на том, что для переработки каждого из материалов составляющих стенку изделия предусмотрен отдельный экструдер, каждый из экструдеров передаёт гомогонезированный расплав в специально отведённую под этот слой точку на многослойной экструзионной головке. В экструзионной головке (которая, к слову, является наиболее технологически сложной частью соэструзионно-выдувной машины) поток каждого из материалов растекается в форму рукава, а затем объединяется с другими слоями, и в итоге из головки выходит готовая многослойная трубчатая заготовка в эластичном состоянии готовая для смыкания и выдува.

Развитие многослойных выдувных технологий в России находится в самой начальной стадии, а по сути оно еще вообще не началось. По данным автора на момент публикации этого материала в России есть всего лишь пара компаний, обладающих соэкструзионно-выдувным оборудованием; одно из этих предприятий имеет современные соэкструзионно-выдувные машины и выдувает 3-х слойные канистры для удобрений собственного производства. С целью популяризовать применение многослойных ёмкостей в России и СНГ мы предлагаем Вам ознакомиться с обзором конкретных методов применения соэскструзионных технологий в экструзионно-выдувном формовании.

2-х слойная соэкструзия

2.а — Оптимизация применения вторичного сырья

Слой	Состав	Доля в общей толщине стенки
Наружный слой	Первичный ПЭ или ПП с дорогостоящим красителем	Любая
Внутренний слой	Вторичный ПЭ или ПП с красителем	Любая

Данная компоновка позволяет нивелировать ухудшение качества продукта при добавлении большого количества вторичного сырья (актуально, например, для крупных ёмкостей с ручками). Система позволяет использовать в производстве большой процент вторичного сырья (более 50%), таким образом, в изделии можно «зашить» не только передробленный облой от этого же изделия, но и добавлять дополнительный вторичный материал.

2.б — Улучшенный вид упаковки

Слой	Состав	Доля в общей толщине стенки
Наружный слой	ПЭ или ПП с дорогостоящим красителем или материалы для поверхности типа Soft touch	10-15%
Внутренний слой	Смесь первичного и вторичного ПЭ или ПП с красителем	85-90%

Эта компоновка позволяет добавлять дорогостоящие красители и добавки только во внешний слой, а во внутренний слой помещать недорогие добавки и/или вообще работать без красителей (в зависимости от применения ёмкости и необходимости поддерживать одинаковый цвет внутри неё). В итоге расход дорогостоящих добавок может быть снижен в 10 раз, что особенно актуально для косметической упаковки премиум-класса.

3-х слойная соэкструзия

3.а — Барьерная упаковка

Слой	Состав	Доля в общей толщине стенки
Наружный слой	ПЭ или ПП	85%
Центральный слой	Адгезив	5%
Внутренний слой	ПА	10%

* Примечание: Адгезив — специальный полимерный материал, обеспечивающий «склеивание» слоёв из материалов, которые в чистом виде не скрепляются между собой. Популярная марка адгезивов для соэкструзионно-выдувного процесса — ADMER.

Данная компоновка слоёв обеспечивает повышенные барьерные свойства против химических реактивов и применяется в агрохимическом секторе для упаковки удобрений. Также применяется в косметической отрасли для упаковки лосьонов для волос. Минус данного решения — невозможность немедленного использования облоя от бутылок во вторичном производстве. «Сборная солянка» из трёх разных материалов (включающая полиэтилен и полиамид) которая образуется в результате не допускается к дальнейшей переработке требованиями и ограничениями, накладываемыми регулирующими отраслевыми органами. Впрочем, улучшить экономическую ситуацию позволяет 4-х слойный процесс (см. ниже).

3.б — Износостойкая поверхность

Слой	Состав	Доля в общей толщине стенки
Наружный слой	ПА	5%
Центральный слой	Адгизив	5%
Внутренний слой	ПЭ или ПП	90%

Данная компоновка применяется в hi-end косметических флаконах с сверхстойкой, устойчивой к царапинам, поверхностью.

3.в — Оптимизация использование вторичного сырья и экономия на дорогих добавках и красителях

Слой	Состав	Доля в общей толщине стенки
Наружный слой	Первичный ПЭ или ПП с дорогим красителем и/или добавкой	10%
Центральный слой	Смесь первичного и вторичного ПЭ или ПП любого цвета	60-80%
Внутренний слой	Первичный ПЭ или ПП с простым красителем	10-30%

Данная компоновка применяется аналогично 2.а, но кроме того, она позволяет использовать «дробленку» любого цвета т.к. вторичный слой в двух сторон закрыт слоями первичного материала с нужным красителем.

Имея подобную соэкструзионно-выдувную машину вкупе с двумя-тремя однослойными машинами, предприятие может перейти на 100% первичное сырье на однослойных машинах, а на весь облой с этих машин добавлять в центральный слой 3-х слойной машины. Это позволит увеличить общее качество выпускаемых предприятием изделий. Альтернативно, можно использовать вторичное сырьё из внешних источников и добавлять её в центральный слой, что позволит снизить себестоимость изделий на трёхслойной машине.

3.г — Молочная упаковка

Слой	Состав	Доля в общей толщине стенки
Наружный слой	ПЭ или ПП с белым красителем	50%
Серединный слой	ПЭ или ПП с черным красителем	15%
Внутренний слой	ПЭ или ПП с белым красителем	35%

Данная компоновка снижает проникновение внутрь бутылки солнечных лучей и, таким образом, эффективно сказывается на продлении срока хранения молочных продуктов. Часто применяется вместе с технологией чистого выдува и запайкой горла.

4-х слойная соэкструзия

4.а — Экономичная барьерная упаковка

Слой	Состав	Доля в общей толщине стенки
Наружный слой	ПЭ или ПП с красителем	15%
Центральный слой 1	Смесь первичного и вторичного ПЭ или ПП	70%
Центральный слой 2	Адгезив	5%
Внутренний слой	ПА	10%

Данная компоновка применяется аналогично 3.а, но здесь возможно применение большого количества вторичного сырья в отдельном слое. Применяемое вторичное сырьё может поступать извне и смешиваться с «дробленкой» от собственного производства.

6-ти слойная соэкструзия

6.а — Барьерная пищевая упаковка

Слой	Состав	Доля в общей толщине стенки
Наружный слой	Первичный ПЭ или ПП	15%
Серединный слой 1	Адгезив	5%
Серединный слой 2	Барьерный материал EVON	5%
Серединный слой 3	Адгезив	5%
Серединный слой 4	Смесь первичного и вторичного ПЭ или ПП	50%
Внутренний слой	Первичный ПЭ или ПП	20%

Данная компоновка оптимальна для производства всевозможной пищевой упаковки; такая упаковка отлично подходит для соусов, масел и негазированных напитков. Сердцем данного решения являются высочайшие барьерные свойства материала EVOH (Сополимера этилена и винилового спирта). EVOH имеет лучшие барьерные свойства из всех выпускаемых термопластов. Данный материал характеризуется очень низкой проницаемостью по кислороду и другим газам, ароматическим веществам, водяным парам и др. Высокую цену исходных материалов (особенно EVOH) компенсирует возможность добавления в вес ёмкости до 50% вторичного сырья.

Подбор оборудования

Для каждого из случаев, перечисленных выше, существует индивидуальная конфигурация экструзионного узла выдувной машины. В частности, для переработки полиамида и полиэтилена нужны разные профили шнека и температурные режимы, поэтому такая переработка не может осуществляться одним и тем же экструдером. То же касается материалов-адгезивов и сополимера этилена и винилового спирта. В зависимости от применения каждый из слоёв должен иметь определённую толщину. Толщина каждого слоя, по сути, регулируется производительностью экструдера, занятого пластикацией материала для формирования этого слоя. Таким образом, в большинстве случаев применения соэкструзионной технологии на каждый из слоёв назначается отдельный экструдер, производительность которого подбирается исходя из потребности в материале для этого слоя.

Поэтому кроме случаев 2.а и 2.б (2-х слойная экструзия) для каждого из описанных случаев подбирается отдельно укомплектованная машина. Универсального решения сразу для нескольких применений не существует.

Перспективы и возможности

Многослойные выдувные ёмкости открывают новые возможности для производителей и потребителей. Применение вторичного сырья, через отдельный слой, кроме очевидной для производителя выгоды на экономии сырья, стимулирует развитие самостоятельной отрасли по переработке полиолефиновых отходов и продаже качественной «вторички» из них. Использование специальных барьерных канистр из пластика в агропромышленном хозяйстве позволяет отказаться от неудобных по большинству параметров металлических ёмкостей.

Многослойные бутылки для пищевых продуктов делают возможным значительное увеличение срока годности продуктов и одновременно позволяют избавляться от консервантов, делая продукты более натуральными. В частности, в 6-ти слойной бутылке на основе полипропилена и EVOH можно хранить сок в течение года и это вкупе с возможностью безболезненного горячего розлива. Соэкструзионно-выдувное формование является единственным способом изготовления многослойных бутылок с запаенным верхом для асептического розлива; натуральную молочную продукцию в таких бутылках можно хранить несколько месяцев. Как следствие, барьерная упаковка и увеличенные сроки хранения открывают совершенно новые возможности для логистики розничной торговли и маркетинга продуктов питания.

Станислав Забелин
Компания SMC Corporation Limited