СПЕСТИМИ ОТ ДОБАВКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВОТО НА ОПАКОВКИ (I част)
„Ако имаше нулева концентрация, тогава тя стана 10%. Ако беше 10%, тогава стана 20“, казва той. Голяма компания за фолио и чанти казва, че наскоро за първи път клиент е посочил минимално съдържание на CaCO3 в договора, въпреки че то е било скромните 6%.
Фино смлян мрамор, повърхностно обработен и под формата на концентрат, се инжектира във филма, за да се направят торбички в невиждани досега концентрации. Процесорите спестяват смола и добавки и получават по-висока производителност като зареждане. (Снимка: Omya)
Както е демонстрирано от Omya и други, концентрацията на пълнител в торбичното фолио теоретично може да достигне до 30%. Но те обикновено се тестват при оптимални условия, като се използва 100% чиста висококачествена смола, което не е в реалните условия на раздутото фолио за производство на чанти.
„Повечето хора се стремят към двадесет и пет процента“, казва Пол Уолър, президент на Plastics Touchpoint Group, консултант за процесори за издухани филми. Това не означава, че такива високи концентрации изобщо не са били използвани преди в производството на раздуто фолио. Преди двадесет години Heritage Bag произведе продукт с 28% CaCO3, но концентрацията в крайна сметка беше намалена поради намалената якост на опън.
Някои рециклирани фолиа, използвани за приложения, различни от производството на торби, съдържат до 30% пълнител, но те трябва да отговарят на по-малко строги изисквания от фолиата за торби.
Фактори, стимулиращи използването на пълнители
Цената е голям двигател на пазара на торбички.Концентратът CaCO3 с качество филм струва между 40 ¢ и 44 ¢ за фунт и тези цени са стабилни. Цените на полиетилена варират от 70 ¢ до 74 ¢ за паунд и са променливи. Няма малки пазари и малки спестявания.
През 2005 г. опаковките за кутии и торбите за боклук в Северна Америка са използвали 2,3 милиарда паунда годишно полиетилен, докато торбите за търговия на дребно и хранителни стоки са използвали 1,2 милиарда паунда, според Chemical Market Associates Inc. от Хюстън. Това означава, че има 3,5 милиарда паунда полиетилен, в който е или може да се използва пълнител. Неотдавнашното увеличение на потреблението на CaCO3 също беше стимулирано от шока, който компаниите изпитаха от прекъсването на доставките на смола след миналогодишните урагани Катрина и Рита, когато много производители на чанти не успяха да получат достатъчни количества смола.
През последната година и половина концентрациите на CaCO3 в торбичките с издухано фолио са станали средно с около 10 процента по-високи. Концентратите на CaCO3 струват малко над 40 ¢ на фунт, а полиетиленът - над 70 ¢. (Снимка: Kiefel)
Hilex, със седалище в Хартсвил, Южна Каролина, започна да гранулира собствен CaCO3 концентрат преди 18 месеца в своето съоръжение в Северен Върнън, Индиана. Мотивите не са били чисто икономически. „Това ви позволява да спестите малко пари, което само по себе си не е лошо в този бизнес“, казва Фараник от Hilex. „Но основното предимство е контролът на качеството на концентрата.“
Подобряване на концентратите
Според Ruiz от Heritage Bag, еднородността на концентрата е от съществено значение за постигане на високи концентрации на пълнител във филма. Наследствена пластикапо-рано произведени 80% CaCO3 концентрати с широкоспектърен LLDPE като основна смола. Но преди две години компанията премина към чиста необработена смола, тъй като свойствата на стабилна течливост са много важни при добавяне на повече от 10% - 12% пълнител.
Носещата смола в концентратите винаги е LLDPE, но изборът може да варира. Bayshore разработи своя концентрат BI 113 в края на деветдесетте години, използвайки поддържаща смола с индекс на стопилка 1 - 2 вместо по-типичния 10 - 20. Тестовете на Omya показват, че използването на поддържаща смола с вискозитет, близък до този на основната смола, използвана за направата на торбата (HDPE с индекс на стопилка 0,7 или LLDPE с индекс на стопилка 0,9 - 1,5), подобрява крайните свойства на крайния продукт. Майкъл Русел, мениджър на техническото обслужване на Omya, казва, че съпоставянето на молекулните тегла на основата и филмовата смола позволява да се използват най-високи концентрации на пълнител. Heritage Plastics обаче използва смоли с по-висок индекс на топене, за да произведе концентрат с 80% неорганичен пълнител.
Heritage Bag инжектира 8% - 15% CaCO3 в HDPE фолио с високо стебло, издухано в сравнение с 14% - 20% в LLDPE фолио.
Последните големи постижения в производството на концентрат идват от двама от най-големите доставчици на неорганични материали, Omya и Imerys, които са разработили нови видове фолио с по-тясно разпределение на размера на частиците и специални повърхностни покрития. Omya също избира минерални находища с по-ярки, по-сини цветове, които да използват в своите филми.
В Северна Америка пулверизираният CaCO3 зафилмовата продукция е от мрамор; в други части на света се прави от креда, варовик или мрамор. И трите материала са химически едни и същи, но тебеширът и варовикът са геологично по-млади и трябва да бъдат предварително обработени за отстраняване на влагата, преди да могат да бъдат превърнати в концентрат.
За производството на подредени филми, размерът на частиците на CaCO3 трябва да бъде 1 - 2 микрона, покрит с 1,0% - 1,2% стеаринова киселина, за да направи материала хидрофобен, така че минералът да се разпръсне и да попие в полиетилена. Hilex използва среден размер на частиците 1,3 - 1,4 микрона и максимална стойност от 6 микрона. Heritage Bag използва среден размер от 1 микрон и горен размер от 8 микрона.
При производството на селскостопански фолиа и брезенти, които са по-дебели и по-тежки, може да се използва CaCO3 със среден размер над 3 микрона. По-големите частици може да не изискват повърхностна обработка за улесняване на импрегнирането, като по този начин се намаляват разходите. От друга страна, филмите, съдържащи по-големи частици CaCO3, могат да бъдат груби. Едно от тези фолиа не може да се използва по предназначение като освобождаващо фолио за транспортиране на полирани алуминиеви листове: фолиото просто надрасква листовете. Използването на CaCO3 в производството на селскостопански филми също е ограничено, тъй като причинява термично разграждане.
Филмовите мастербачи съдържат 70% - 80% CaCO3 от теглото. Ingenia Polymers произвежда филмов концентрат IP 1080 при 70% CaCO3. А Ampacet увеличи количеството пълнител в своя концентрат от 70% на 75% с въвеждането на своя клас 101870 преди две години. Класът BI-113 на Bayshore съдържа75% CaCO3. В Minapol 80% концентрат на Heritage Plastics това е най-високата стойност в индустрията.
Пълнителят засяга свойствата
Количеството калциев карбонат, използвано за производството на определена торба, зависи от приложението, смолата, дебелината, цвета и най-вече от това как се продават торбите: по дебелина, по тегло или на бройка. Увеличаването на плътността на напълненото фолио води до увеличаване на теглото при същата дебелина на фолиото и следователно по-малко торби за единица тегло. И двата фактора ограничават използването на пълнител.
CaCO3 също има отрицателен ефект върху блясъка и прозрачността, така че присъствието му не е много добро за лъскави пазарски чанти от висок клас или за прозрачни опаковки. Тъй като пълнителят подобрява непрозрачността, естествените филми могат да използват по-малко пълнител от боядисаните филми. Коекструзията може да увеличи блясъка на напълнения филм.
Якостта на опън, която е критична за хранителни стоки и торби за боклук, се влияе от концентрацията на CaCO3, но степента на ефекта зависи от самата концентрация и вида на използваната смола. Добавянето на 5% CaCO3 подобрява якостта на опън на бутен LLDPE както в MD, така и в TD. Но при 20% CaCO3 якостта на опън на бутен LLDPE е почти същата като на чиста смола, казва Heritage. Най-голямото увеличение на якостта на опън за октен и хексен LLDPE също се получава при 5% CaCO3, това увеличение е много малко при 20% пълнител. Трябва да се отбележи, че при тези концентрации на пълнител крайната якост на опън никога не достигапада под стойностите за чиста LLDPE смола.
От друга страна, свойствата на LLDPE филма като устойчивост на пробиване и абразия се подобряват при по-високи концентрации на CaCO3 и намаляват при по-ниски концентрации. При 11% - 25% CaCO3 тестовете на Heritage показват устойчивост на удар при падане, по-висока от тази на смолата без пълнеж и по-ниска от тази на смолата без пълнеж при нива на пълнене до 10%.
Устойчивостта на удар при падане също може да се увеличи значително при по-високи концентрации, в зависимост от вида на смолата. При 20% CaCO3 якостта на удар при падане на 15 микрона LLDPE бутен съполимер е 100 g, което е малко по-високо от това на филм без пълнеж при 75 g. Въпреки това, съполимерът Hexene значително подобрява устойчивостта на удар при падане при 20% CaCO3: тя нараства до почти 500 g от 150 g за смола без пълнеж. Octene LLDPE също така придобива устойчивост на удар с 500g спад при 20% CaCO3, в сравнение с 200g за ненапълнена смола.