Производство упаковки иэ ПЭТ. Листы, пленки, выдувная тара

PET Packaging Technology



Edited by

DAVID W. BROOKS Corporate Technologies Crown Cork & Seal Oxford

and

GEOFF A. GILES Global Pack Management GlaxoSmithKline London










CRC Press

                Производство упаковки из ПЭТ




Редакторы:
Давид Брукс и Джефф Джайлз

Перевод с англ. яз. под редакцией к-та физ.-мат. наук О.Ю. Сабсая







Санкт-I (етербург

ЦЕНТР
ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ

ПРОФЕССИЯ

2010

УДК 678.01:53
ББК 35.713Апгл
Б89

Б89 Производство упаковки из ПЭТ / Д. Брукс, Дж. Джайлз (рсд); пер. с англ, под ред. О.1О. Сабсая — СПб.: ЦОП «Профессия», 2010. — 368 стр., ил.

     ISBN 5-93913-110-7
     ISBN 1-84127-222-1 (англ.)


      Цель данной книги — информировать читателя о последних достижениях в области ПЭТ-материалов и технологий, позволивших улучшить барьерные свойства и термоустойчивость полиэтилентерефталата, о различных способах производства гибкой и жесткой упаковки, а также о методах решения проблем охраны окружающей среды и вторичной переработки.
         Издание составлено общими усилиями специалистов ведущих предприятий и адресовано технологам и инженерам-разработчикам упаковки, а также специалистам, исследующим свойства материалов. Она также будет полезна разработчикам упаковки, отвечающим за создание конкретных видов тары.



УДК 678.01:53
ББК 35.713Англ



      This editions published by arrangement with Blackwell Publishing Ltd, Oxford.
Translated by Professija Publishing House from the original English language version. Responsibility of the accuracy of the translation rests solely with Professija Publishing House and is not the responsibility of Blackwell Publishing Ltd.
All right reserved.

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских нрав.




ISBN 5-93913-110-7
ISBN 1-84127-222-1 (англ.)

        © Sheffield Academic Press, 2002
        Изд-во «Профессия», 2006
                                   © ЦОП «Профессия», 2010
                                   © Перевод, оформление: ЦОП «Профессия», 2010

            Предисловие к русскому изданию


   Представленную вашему вниманию книгу можно назвать «Все о ПЭТ», и столь обширная монография на эту тему впервые издается на русском языке. Это сборник из одиннадцати специальных статей.
   Топ-менеджеры, принимающие стратегические решения, смогут найти здесь анализ экономических вопросов синтеза и применения полиэтилентерефталата (ПЭТ), а также описание европейских законодательных актов в этой области. Специалисты, занимающиеся реализацией продукции, упакованной в ПЭТ, — требования к упаковке и особенности фасовки тех или иных продуктов. Подробно рассмотрены технологии синтеза ПЭТ и его сополимеров, интересные технологам химических производств. Конструкторы упаковки найдут в книге конкретные рекомендации и методы проектирования, а конструкторы оборудования для ее изготовления — описания существующих схем производства.
   Для технологов монография представляет особый интерес — подробнейшим образом описаны добавки, улучшающие эксплуатационные свойства упаковки, особенно проницаемость кислорода и углекислого газа. Даны конкретные рекомендации по режимам кондиционирования и переработки.
   Еще 30 лет назад полимеры условно разделяли на крупнотоннажные (полиэтилен, полипропилен И Т. П.) И конструкционные, к последним относился и ПЭТ. В то время этот материал стоил в три раза дороже крупнотоннажных полимеров. Разработка новых экономичных процессов синтеза (см. главу 1) привела к значительному падению цены ПЭТ и сделала выгодным его применение в качестве упаковочного материала. В таблице 1, заимствованной из [ 1 ] приведена экспертная оценка различных упаковочных материалов.

Таблица 1. Экспертные рейтинговые оценки материалов для производства тары      
 Материал    Возможность упаковки   Внешний   Удобство     Стоимость  Итоговый
           продуктов разных свойств   вид   использования (дешевизна) рейтинг 
Полиэтилен            4                4          4            3         15   
  Стекло              5                5          4            2         16   
ПЭТ                   5                5          5            5         20   
  Жесть               3                4          3            5         15   
  Бумага              2                3          3            5         13   

   Впервые производство ПЭТ-преформ в России начала в 1996 году фирма «Мастер-Групн». Онизадсйствовали две машины производительностью 10 тыс. преформ/ч каждая. Производство оказалось сверхприбыльиым, и в эту рыночную нишу буквально ринулись инвесторы. За прошедшие К) лет было открыто множество предприятий по производству ПЭТ-преформ [2, 3|. Сегодня рынок производства преформ перенасыщен и поделен между несколькими компаниями-гигантами, основные «Ретал» и «Европласт» (32 и 21 %, соответственно). Превышение производственных мощностей над потребностями составляет около 25 %.
    11сфтяникам стало выгодно продавать продукты переработки нефти. В Твери уже работает завод по производству ПЭТ (компания «Сибур»)- Кроме того, фирмы-производители преформ сами строят заводы синтеза ПЭТ. Другим способом выживания для них является производство альтернативной ПЭТ-продукции. В Калужской области строится завод по выпуску ПЭТ-листов и пленок (мощность 17 тыс. т в год). Фирмы ведут работы по улучшению эксплуатационных свойств преформ, в частности, барьерных свойств путем введения добавок па стадии литья. Также планируется развитие производств многослойных преформ.

Предисловие к русскому изданию

    Многие крупные производители напитков, особенно пива, ставят собственные производства преформ рядом с заводами фасовки. Это значительно сокращает транспортные расходы. По менее важно и то, что производитель получает возможность вводить па стадии литья преформ поглотители кислорода. Такие преформы не могут долго храниться, так как теряют свои замечательные свойства. Элитные сорта пива уже разливают в бутылки со значительно улучшенными барьерными свойствами.
    Может возникнуть впечатление, что все поделено, производить нечего. Книгу пролистают три специалиста из упомянутых фирм и скажут: «Мы и так все это знаем, а остальным монография и вовсе не интересна». Это совсем не так, и вот почему.
    Уже более 10 лет в России ежегодно продается более 500 очень дешевых полуавтоматов выдува бутылок мощностью 600 бут./ч. Из-за дешевизны рабочей силы укрупнение таких предприятий происходит путем приобретения дополнительных полуавтоматов. В поисках новых рынков сбыта именно эти мелкие производители находят и формируют новые области применения ПЭТ. Что только не разливают в ПЭТ-тару в России — жидкости для мытья посуды, ядохимикаты, уксус, всего не перечислишь. Этот рынок очень мелок для фирм-гигантов, поэтому часть средних фирм сама ставит производства собственных преформ. Таким образом они получают возможность производить преформы с нестандартным размером горлышка и нестандартной конструкции. Можно надеяться, что данная монография поможет им в этом.
    Особо следует отметить, освещенные в книге методы производства ПЭТ-тары для горячего розлива. Эти технологии требуют литья преформ с закристаллизованным горлышком и специального оборудования двухстадийного выдува. В России пет таких машин, и руководителям фирм и машиностроителям стоит обратить внимание на этот сегмент рынка.
    В России полностью отсутствуют производства толстостенных баночек методом литья с раздувом (глава 9) — очень популярной и красивой тары для, например, косметических кремов.
    Растет число фирм, производящих ПЭТ-упаковку термоформованием из листа. В этой области ПЭТ успешно вытесняет картон. Некоторые из этих фирм планируют поставить сравнительно небольшие производства ПЭТ-листов со специальными свойствами — барьерными из-за увеличения гарантийных сроков хранения продуктов, и многослойных листов с улучшенными возможностями сварки и приклейки.
    Как видно из краткого изложения сложившейся в России структуры рынка, полиэтилентерефта-лат в ближайшие годы продолжит активно вытеснять традиционные виды упаковки, особенно стеклянную и картонную. Мы уверены, что эта монография будет хорошим помощником бизнесменам и производственникам при совершенствовании существующих и создании новых производств.
    Сборник написан специалистами в своих областях независимо друг от друга. Поэтому, когда авторы пытаются объяснить некоторые процессы с позиций физико-химических превращений, которые претерпевает сырье, неизбежны повторы от главы к главе. Видимо, у редакторов английского издания не было иного выхода, как оставить все как есть, несмотря на то, что в книге свойствам ПЭТ посвящена очень большая глава 3.
    Фактический и иллюстративный материал в монографии соответствует 2000 году. Легче было написать новую книгу, чем его освежить, по суть не в абсолютных цифрах производительностей и нс в фотографиях нового оборудования.
    Книгу перевели три высококлассных специалиста в соответствующих областях О. Абрамуш-кина, Е. Прудникова и Н. Чалая. И мы благодарим их за то, что они откликнулись на нашу просьбу о переводе. Мы с удовольствием сотрудничали с издательством «Профессия».
    Замечания и вопросы по книге можно направлять в издательство или лично редактору русского издания по адресу o.sabsay@mtu-nct.ru.
Желаю успехов, О. Сабсай
    Литература
    1.     Мировой рынок 11Э Г. Статья подготовлена компанией ПЭТ-инфо. /«О напитках». 5-6 (18). 2001. С. 18-20.
    2.     Анализ рынка жидких пищевых продуктов и упаковки в ПЭТ. Материалы конференции фирмы «Европласт» 26.11.2004./ «Индустрия напитков». 6 (36). 2004. С. 58-62.
    3.     II ЭТ-рынок в России в 2004-2005 годах. Статья подготовлена Ларисой Левиной и представляет материалы шестой международной конференции PET Markets. Russia, New Europe & South Eastern Europe 2005. / «Индустрия напитков». 4 (40). 2005. С. 78-81.

        Содержание



1.  Введение..............................................................13
    1.1. Общие сведения...................................................13
          1.1.1. История..................................................13
          1.1.2. Патенты..................................................15
    1.2. Рост рынка и развитие производства ПЭТ...........................16
          1.2.1  ПЭТ-волокпо и пленка.....................................19
          1.2.2. Барьерные материалы......................................20
          1.2.3. Конкурентные материалы: ПВХ, AN/S(Lopac) и AN/MA (Вагех).23
    1.3. Технология.......................................................25
          1.3.1. Одностадийный выдув (ISBM)...............................26
          1.3.2. Двухстадийный выдув......................................26
          1.3.3. Интегральный двухстадийный выдув.........................26
          1.3.4. Термостабилизация........................................27
    1.4. Упаковка.........................................................28
          1.4.1. Первые бутылки...........................................28
          1.4.2. ПЭТ-банки................................................30
          1.4.3. Повторно заполняемые бутылки.............................34
          1.4.4. Конструкция преформы и горловины, насечки на входном отверстии ...34
          1.4.5. Пивные сферические бутылки...............................35
    Литература............................................................36
2.  Обсуждение коммерческих аспектов......................................37
    2.1. Введение.........................................................37
    2.2. Технологии упаковки..............................................39
    2.3. Процесс производства продукта и требования к заполнению..........40
    2.4. Требования срока годности упакованного продукта..................41
    2.5. Оценка заводской стоимости.......................................42
          2.5.1. Оценка стоимости материала...............................42
          2.5.2. Изготовление ПЭТ-упаковки и заполнение продуктом на одном производстве..........................................~..............42
    2.6. Проблемы вторичной переработки.......-............-..............44
    2.7. Продвижение в конечный рынок использования.......................44
    Литература............................................................45
3.  ПЭТ-материалы и      области их применения............................46
    3.1. Введение.........................................................46
    3.2. 1 (роцессы полимеризации и производства..........................47
          3.2.1. Производственные установки...............................50
    3.3. Структура, морфология и ориентация...............................54
          3.3.1. Структура................................................54

Содержание

          3.3.2. Морфология...............................................55
          3.3.3. Ориентация...............................................58
          3.3.4. Ползучесть...............................................73
     3.4. Свойства........................................................73
          3.4.1. Молекулярная масса и характеристическая вязкость.........74
          3.4.2. Концевые группы..........................................79
          3.4.3. Термические свойства.....................................80
     3.5. Реология и вязкость расплава....................................86
          3.5.1. Вязкость расплава........................................86
          3.5.2. Течение расплава.........................................89
          3.5.3. Литьевая усадка..........................................92
     3.6. Поглощение влаги и сушка полимера...............................93
          3.6.1. Уровен ь влажности.......................................93
          3.6.2. Сушка полимера...........................................95
     3.7. Реакции деструкции..............................................99
          3.7.1. Термическая и термоокислительная деструкция..............99
          3.7.2. Деструкция пол воздействием окружающей среды............101
     3.8. Характеристики при повторном нагреве...........................101
     3.9. Газопроницаемость...........................-..................103
     3.10. Аморфные полиэфиры............................................107
          3.10.1. Гомополимеры...........................................107
          3.10.2. Сополимеры с низким содержанием второго компонента.....108
          3.10.3. Сополимеры со средним содержанием второго компонента...111
          3.10.4. Сополимеры с высоким содержанием второго компонента....112
     3.11. Кристаллические полимеры......................................112
     3.12. Полимерные смеси..............................................114
     3.13. Области применения............................................114
     3.14. Тенденции......................................................И4
     Литература...........................................................115
     Дополнительная литература...........................................118

4.  Барьерные материалы и        технологии..............................119
     4.1. Введение.......................................................119
     4.2. Полиэфиры......................................................119
          4.2.1. Полиэтилсннафталат......................................120
          4.2.2. Аморфные полиэфиры......................................121
          4.2.3. Другие полиэфиры........................................122
     4.3. Барьерные материалы............................................123
          4.3.1. Сополимер этиленвииилового спирта.......................123
          4.3.2. Поливинилиденхлорид.....................................125
          4.3.3. Полиамиды (найлоны).....................................125
          4.3.4. Жидкокристаллические полимеры...........................127
     4.4. Барьерная технология...........................................127
          4.4.1. Органические покрытия...................................128
          4.4.2. Неорганические покрытия.................................129
          4.4.3. Акцепторы...............................................130
          4.4.4. 11анокомпози гы.........................................132
     4.5. Барьер для кислорода...........................................133
          4.5.1. Упаковка пищевых продуктов и напитков...................134
          4.5.2. Упаковка чувствительных к кислороду нищеных продуктов
и напитков...............................................134

Содержание

9

     4.6. Барьерные свойства по отношению к двуокиси углерода............135
     4.7  Перспективы....................................................136
5.   Пленки и листы из ПЭТ...............................................137
     5.1. Введение.......................................................137
     5.2. Процесс производства пленок....................................138
          5.2.1. Подготовка полимера и конциционированне.................138
          5.2.2. Экструзия и полив.......................................139
          5.2.3. Вытяжка...............................................  144
          5.2.4. Термостабилизация.......................................153
          5.2.5. 11 родольная резка и намотка.............................155
          5.2.6. Утилизация и регенерация................................159
     5.3. Полимер, процесс и свойства....................................159
          5.3.1. Полимер.................................................160
          5.3.2. Процесс.................................................160
          5.3.3. Свойства................................................160
     5.4. Поверхностные и объемные свойства..............................161
          5.4.1. Свойства пленки.........................................161
          5.4.2. Покрытие................................................164
          5.4.3. Созкструзня.............................................166
          5.4.4. Наполнители.............................................168
          5.4.5. Усадка..................................................168
          5.4.6. Комбинирование способов модификации.....................168
     5.5. Листы из ПЭТ...................................................173
          5.5.1. Экструзия листов из П ЭТ.................................173
          5.5.2. Термоформование ПЭТ-листа...............................175
          5.5.3. Термоформование листа из кристаллического ПЭТ...........176
          5.5.4. Материалы...............................................176
          5.5.5. Новые разработки........................................177
     5.6. Заключение.....................................................178
         Литература......................................................178
6.   Технологии литья и многослойного литья преформ......................181
     6.1. Характеристики слоев...........................................181
     6.2. Применение.....................................................184
          6.2.1. Эксплуатационные характеристики.........................184
          6.2.2. Экономические и законодательные аспекты применения......184
          6.2.3. Комбинированные применения..............................185
     6.3. Газопропускапие через укупорочные средства.....................185
     6.4. Эксплуатационные качества контейнера...........................187
          6.4.1. Барьерные свойства......................................187
          6.4.2. Барьер по отношению к кислороду.........................188
          6.4.3. Барьер по отношению к углекислому газу..................189
          6.4.4. Свойства акцептора......................................190
     6.5. Структура стенки емкости........................................191
     6.6. Преформа и дизайн бутылки......................................193
          6.6.1. Проницаемость через горловую часть, боковую стенку и основание.... 194
          6.6.2. Управляемое заполнен не.................................195
     6.7. Поглощение кислорода свободным пространством, оставляемым над
         продуктом в бутылке.............................................197
     6.8. Десорбция кислорода из ПЭТ.....................................198

Содержание

     6.9. Пивная упаковка..................................................199
     6.10. Небольшая тара для упаковки сока................................201
     6.11. Тара для упаковки газированных безалкогольных напитков..........202
     6.12. Объем усиливающего слоя.........................................203
     6.13. Вторичная переработка...........................................204
     6.14. Сравнение технологий многослойного литья........................204
     6.15. Оборудование для многослойного литья под давлением..............206
7.   Одностадийный выдув (моноблок) .......................................207
     7.1. Введение.........................................................207
     7.2. Моноблоки........................................................212
          7.2.1. Конструкция моноблока.....................................212
     7.3. Составные части моноблока........................................215
          7.3.1. Л итьевая форма и горячий канал...........................215
          7.3.2. Блок кондиционирования.....................................  217
          7.3.3. Блок выдува ..............................................217
     7.4. Объединенная (интегрированная) двухстадийная машин...............219
     7.5. Система сушки сырья..............................................219
          7.5.1. Требования к осушительной системе.........................220
          7.5.2. Контроль процесса осушения гранул 11ЭТ....................221
     7.С. Конструкция преформ..............................................221
          7.6.1. Горлышко..................................................221
          7.6.2. Вес проформ...............................................223
          7.6.3. Время цикла и толщина стенок преформ......................223
          7.6.4. Коэффициент растяжения....................................224
          7.6.5. Конструирование литьевых форм и их производство...........224
          7.6.6. Конструкция преформ применительно к размерам бутылок......226
          7.6.7. Регулирование веса преформ................................226
          7.6.8. Различие преформ для одностадийного и двухстадийного процессов. 227
     7.7. Дизайн тары......................................................227
     7.8. ПЭТ-бутылки для горячего розлива.................................228
     7.9. Методы контроля качества.........................................228
     7.10. Анализ преформ..................................................229
          7.10.1. Внешний вид и форма......................................229
          7.10.2. Вес преформ..............................................230
          7.10.3. Размер горлышка..........................................230
          7.104  Эксцентричность преформы..................................231
          7.10.5. Проверка поляризованным светом............................231
          7.10.6. Характеристическая вязкость..............................231
          7.10.7. Ацетальдегид.............................................231
     7.11. Анализ свойств тары.............................................232
          7.11.1. Внешний вил и форма......................................232
          7.11.2. Размеры..................................................232
          7.11.3. Объем....................................................233
          7.11.4. Толщина стенки бутылки и распределение материала.........234
          7.11.5. Сопротивление вертикальной nai-рузке.....................234
          7.11.6. Исследование бутылки на ударопрочность при падении.......235
          7.11.7. У|ечка жидкости (пломбировка)............................236
          7.11.8. Сопротивление деформированию под действием вакуума.......236
          7.11.9. Ацетальдегид.............................................237
          7.11.10. Проницаемость кислорода.................................237
          7.11.11. Скорость проникания водяных паров.......................237