Original text: Barrier coatings for a sustainable future of paperboard packaging

Najnowsze badania przeprowadzone przez Smithers Pira pozwoliły zidentyfikować wiodące technologie powlekania, które pomogą przekształcić sektor opakowań i usług gastronomicznych w ciągu najbliższych pięciu lat.

Bazując na obszernym eksperckim badaniu globalnego przemysłu kartonowego, Zrównoważone powłoki barierowe w papierze i tekturze do 2023 r. - najnowocześniejszy raport śledzi destrukcyjny potencjał 20 najlepszych innowacji rynkowych.  

Będą one współpracować i konkurować, aby sprostać rosnącym wymaganiom właściciela marki, konsumentom i regulacjom prawnym dla bardziej zrównoważonych formatów kartonu. Stwarza to nowe możliwości rynkowe w celu wyparcia istniejących plastikowych formatów i powłok oraz zminimalizowania drukowania footprintów węglowych w opakowaniach.

Zrównoważona agenda

W ekspertyzach branży geodezyjnej ze wszystkich etapów łańcucha wartości dla kartonu respondenci badania Smithers przedstawili następujące spostrzeżenia:

• Wszyscy uczestnicy (100%) uważali, że zrównoważonego produktu nie można wytwarzać z materiałów ropopochodnych.
• Prawie wszystkie (98%) stwierdziły, że zrównoważony rozwój jest ważny dla ich firmy i określenia jej strategii korporacyjnej
• Zdecydowana większość (90%) uważa, że ​​aby produkt był uważany za "zrównoważony", musi być wytwarzany z materiałów odnawialnych i podlegać recyklingowi. Idealnie, produkt powinien mieć również ślad węglowy i być biodegradowalny

Dla dostawców opakowań i dostawców powłok szersze zastosowanie technologii zrównoważonej bariery, wypierając istniejące typy oparte na ropie naftowej, może zakłócić cały łańcuch wartości w ciągu najbliższych 5 lat.

^{Łańcuch wartości dla trwałych powłok barierowych w tekturze.}

Wiodące technologie

Trwałe powłoki, które są bezpośrednimi alternatywami dla tradycyjnych powłok na bazie ropy naftowej, takich jak producenci polipropylenu i polietylenu, będą najbardziej popularne. Najważniejszymi technologiami zrównoważonej platformy barierowej zidentyfikowanymi w badaniu Smithersa są:

• Zaawansowane wodne dyspersje i roztwory polimerowe
• Biopolimery - kwas polimlekowy (PLA) i polihydroksyalkanoniany (PHA)

Zaawansowane wodne polimery

Alkohol poliwinylowy (PVOH) i alkohol etylowinylowy (EVOH) mają już ugruntowaną pozycję na światowym rynku powłok z papieru, a łączna produkcja osiąga 28 900 ton w 2018 r. I wartość 173 milionów USD.

Te wodne roztwory polimeryczne będą nadal postrzegać silny popyt jako powłokę barierową w wielu zastosowaniach, przy czym konsumpcja objętościowa rośnie obecnie o 5,4% rok do roku. Zapewniają one bardzo dobrą odporność na działanie tlenu i odporność na oleje i tłuszcze, co oznacza, że ​​zapotrzebowanie jest szczególnie duże w przypadku opakowań do żywności i napojów. Zastosowanie w wielowarstwowych płytach barierowych będzie kontynuowane, oraz jako środki zagęszczające w preparowanych powłokach zawierających emulsje.

Główną słabością PVOH / EVOH jest ich słaba odporność na wodę. Poprawa tej jakości, poprzez poprawę sieciowania, a także oleju i smaru, jest priorytetem dla bardziej ekologicznego rozwoju branży. Innym obszarem zainteresowania jest opracowanie mieszanek z bioetanolu.

Inne wodne powłoki można formułować z szerokiej gamy dyspersji na bazie żywicy i emulsji polimerowych. Te wodne dyspersje polimeryczne nanosi się na powierzchnię papieru lub tektury, aby wytworzyć stałą, nieporowatą błonę po wysuszeniu. Polimery dyspersyjne stosowane są w wyrobach z papieru i tektury stosowanych w gastronomii, w tym w zastawach stołowych.

Jako powłoki na bazie wody te dyspersje są bezpieczne i łatwe w obsłudze. Z punktu widzenia zrównoważonego rozwoju nadają się do recyklingu i mogą być poddawane przemysłowej kompostowaniu lub regeneracji bez zanieczyszczania zapasów włókien.

Są one wydajne w użyciu na istniejących maszynach do powlekania w linii i istnieje możliwość poprawy wydajności dzięki zastosowaniu wielowarstwowego sprzętu do szczelinowego i przesuwnego powlekania.

Biopolimery

Aby sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu na bardziej zrównoważone rozwiązania produktowe, rynek polimerów do ekstruzji przechodzi z polietylenu i PET w kierunku bardziej zrównoważonych biopolimerów i hybryd lub mieszanek, które ulegają szybszej degradacji. Zaletą biopolimerów jest to, że są one wytwarzane z odnawialnych surowców biologicznych, a nie z ropy naftowej.

Pierwsza generacja biopolimerów pochodzi z upraw, takich jak trzcina cukrowa. Obecnie badania i rozwój w coraz większym stopniu pozwalają na uzyskanie takich odpadów z rolnictwa, takich jak łodygi kukurydzy, lub rośliny wyrosłe na marginalnych terenach, które nie zajmują gruntów rolniczych niezbędnych do wyżywienia rosnącej populacji świata.

Oparte na bioelektryce technologie barierowe mają ogromne zalety, ponieważ można je bezpośrednio stosować, z niewielkimi modyfikacjami, w istniejących liniach wytłaczarki, aby uzyskać trwałe wielowarstwowe struktury płyt barierowych. Udoskonalenia wodnych technologii powlekania - w szczególności wprowadzenie nowych metod powlekania, takich jak powlekarki kurtynowe i ślizgowe - umożliwiają wydajne stosowanie tych mieszanek i dyspersji na bazie bio.

PLA

Najbardziej biopolimerowym badaniem jest kwas polimlekowy (PLA), a analiza 203 Smithersa pokazuje, że będzie to materiał, który w największym stopniu przyczynia się do zrównoważonej przyszłości opakowań kartonowych.

PLA ma wysoką wytrzymałość na rozciąganie i nadaje się do kontaktu z żywnością. Został po raz pierwszy wyprodukowany przez firmę Cargill w USA, a Shimadzu w Japonii na początku lat 2000. Obecnie istnieje 27 firm produkujących PLA z 32 lokalizacjami na całym świecie. Obejmują one zarówno start-upy, ale coraz częściej pojawiają się w portfolio produktów głównych chemikaliów i tworzyw sztucznych, w tym

• Arkema
• BASF
• Mitsubishi Chemical
• Mitsui Chemical
• Całkowity

Ponieważ komercjalizacja będzie kontynuowana, pojemność zostanie zwiększona, a ceny będą niższe, dzięki czemu będzie to bardziej opłacalne rozwiązanie dla konwerterów kartonu. Głównym technicznym wyzwaniem dla PLA jest jego wydajność cieplna. Poddaje się degradacji termicznej powyżej temperatur topnienia i w konsekwencji ma niską stabilność płynięcia stopu podczas przetwarzania, prowadząc do defektów, takich jak przylgnięcie.

Ponadto jest nietrwała termicznie i ulega degradacji podczas przetwarzania w wyniku hydrolizy i rozszczepienia łańcucha. Dlatego, aby uruchomić w istniejących wytłaczarkach, ustawienia temperatury muszą być obniżone. To sprawia, że ​​przestawienie się z polietylenu o niskiej gęstości jest czasochłonne, temperatura może się różnić nawet o 100°C. W stanie techniki polepszającym czystość polimeru wykazano, że nowe żywice PLA o wysokiej temperaturze mogą wytrzymać temperaturę do 140°C

Inne tworzywa sztuczne na bazie biologicznej

W przejściowych wersjach istniejących polimerów, które są częściowo lub w całości oparte na biotechnologii - takich jak bio-PET - zyska udział w rynku. Mają one wady polegające na tym, że nie są biodegradowalne, ale stanowią dziś zastępczą wymianę, która może działać na istniejących urządzeniach do powlekania i konwersji.

Wraz z rozwojem rynku dostępne będą nowe formuły biopolimerowe, takie jak:

• Polihydroksyalkaniany (PHA)
• Polibutylenobursztynian (PBS)
• Foliaan polietylenowy (PEF)
• Filmy oparte na chitozanie.
• Konkurencyjne technologie

Nowy raport Smithersa krytycznie analizuje potencjał rynku, bariery techniczne i komercjalizację tych kluczowych technologii i konkurencyjnych rozwiązań. Obejmują one:

• Kompozyty polimer-pigment
• Nanofibrylowana celuloza
• Kompozyty nanokrzemianowe
• Skrobia termoplastyczna
• Kompozyty nanocelulozowe.

Kliknij tutaj, aby uzyskać więcej informacji lub kupić Trwałe powłoki ochronne w papierze i tekturze do 2023 r. - Najnowocześniejszy raport.