Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Упаковочные материалы на основе полилактида и древесного наполнителя. Монография
.pdf
Древесная мука обеспечивает лучшие антиокислительные
свойства по сравнению с рисовой шелухой.
Влияние на вязкость расплава
Волокно целлюлозы, очевидно, повышает вязкость полимерного расплава. Кроме того, волокно различных видов влияет на вязкость
по-разному даже при одинаковом размере частиц. Например, сосна,
можжевельник и тамариск (размер частиц 40–60 меш), каждое в количестве 50 % мас. в ПЭВП, приводит к показателю текучести расплава
(ПТР) 0,2, 0,6 и 1,6 соответственно. Другими словами, сосновая мука
увеличивала вязкость в большей степени. Вязкость продолжала увеличиваться с уменьшением размера частиц древесной муки.
Показатель текучести расплава ПЭВП в присутствии 50% древесной муки уменьшается довольно значительно, с 1,6 г/10 мин для
тамариска до 0,2 г/10 мин в присутствии сосны. Более того, если мы
рассматриваем исходное значение ПТР для чистого полимера, снижение ПТР весьма существенно.
Например, полипропилен с ПТР 23 г/10 мин (ПТР составлял
29 г/10 мин после переработки в экструдере при 100 или 300 оборотах
в минуту) был наполнен 20% отбеленного сульфатного целлюлозного
волокна, и после экструзии при 100 оборотах в минуту ПТР снизился
до 2 г/10 мин. При наполнении 30% волокна ПТР далее снижался до
0,5 г/10 мин.
Влияние на технологическую усадку
Существует мнение, что увеличенный размер частиц обеспечивает более низкую технологическую усадку из-за лучшего течения
(более низкой вязкости). Однако в действительности связь между этими двумя параметрами более сложная. Показано, что когда средний
размер частиц древесной муки увеличился примерно с 50–60 до
200 мкм, технологическая усадка снизилась с 0,58 ± 0,02 до
0,47 ± 0,02%, и при дальнейшем увеличении до 500 мкм технологиче-
ская усадка или оставалась такой же, или даже немного увеличивалась, примерно до 0,49 ± 0,02%.
41
Глава II
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ УПАКОВОЧНОЙ ОТРАСЛИ
2.1 Современное состояние упаковочного производства
Упаковка за последние десятилетия XX в. стала наиболее важным, приоритетным продуктом в экономике индустриально развитых
стран мира. Она является одним из десяти самых крупных секторов
промышленности каждой страны. Весь мировой рынок упаковки оценивается на сегодняшний день в более чем 500 млрд. долл. США. В
1990 г. он составлял 300 млрд. и к концу первого десятилетия XXI в.,
по утверждению специалистов, этот показатель достиг 760 млрд. долл.
США.
В этой отрасли занято примерно 100 тыс. крупных фирм, изготавливающих упаковку и насчитывающихся 5 млн. служащих. Как
правило, по сведениям Всемирной организации упаковщиков (УКО),
упаковочная индустрия обеспечивает 1-2% валового национального
продукта.
Потребление упаковки отличается по регионам мира. В промышленно развитых странах потребление на душу населения значительно выше, чем в развивающихся странах. Поэтому имеются возможности дальнейшего роста за счет увеличения объемов мировой
торговли, изменение образа жизни, сокращения состава семьи и тяги к
удобствам. При этом, как показывают статистические данные, реальные возможности для роста существуют в развивающихся странах за
счет активного прироста населения.
Для рынка потребительской упаковки России характерно превышение импорта над экспортом в 12 раз. Таким образом, вместо того
чтобы развивать свою промышленность по производству упаковочных
материалов, Россия ежегодно импортирует различные виды упаковки
на сотни миллионов долларов США, хотя этих средств достаточно
было бы для организации и налаживания производства упаковочных
материалов и изделий непосредственно в Российской Федерации.
Развитию упаковочной отрасли в России в последние годы во
многом способствовали такие факторы, как расширение ассортимента
продуктов на рынке, изменение структуры потребления (в том числе
появление среднего класса), улучшение инфраструктуры розничной
торговли и распределения, признание важности упаковки как средства
обеспечение сохранности продукции на протяжении всего логическо-
42
го цикла, осознание необходимости маркетинга и роли упаковки в создании потребительских предпочтений.
На современном уровне технологического развития упаковочная отрасль является одной из основных, формирующих инфраструктуру рыночной экономики. Развитие упаковочной индустрии в стране
взаимосвязано с состоянием и темпами роста многих сырьевых, производящих и распространяющих отраслей, таких как агропромышленный комплекс, машиностроение, химическая промышленность, транспорт, торговля и др. Немаловажным обстоятельством в условиях рыночной экономики является и то, что продукция упаковочного производства в большинстве своем имеет краткосрочный производственный
цикл и реализуется непосредственно населению вместе с продуктами
питания и товарами первой необходимости; и это приводит к быстрой
оборачиваемости и накоплению собственных средств предприятия,
обуславливает возможность оперативного усовершенствования производства, стимулирует развитие отечественного предпринимательства, в том числе малого и среднего бизнеса, и способствует появлению новых рабочих мест.
Однако, по мере создания в России новых и возрождения старых упаковочных производств, освоения ими современных упаковочных технологий, налаживания связей с российскими предприятиямипотребителями упаковки все большую долю российского рынка упаковки осваивают отечественные производители. Они эффективно используют свои преимущества – близость к предприятиям-потенциальным потребителям упаковки, знание и учет особенностей российского рынка и так далее. В условиях сокращения импорта многих
товаров, в том числе и упаковочных изделий, вырос объем выпуска в
России практически всех видов упаковки. Большое количество отечественных предприятий смогло закрепить и утвердить свои позиции на
упаковочном рынке, найти новых потребителей своей упаковки. Одновременно происходило улучшение дизайна и потребительских
свойств производимой в стране упаковки.
Сегмент российского рынка, занимаемый тем или иным видом
упаковки, во многом определяется как изменением требований потребителей, так и технологическим процессом в отечественной упаковочной индустрии. Самыми быстрыми темпами развиваются сегменты
гибкой полимерной упаковки, ПЭТФ-бутылок, самоклеящихся этикеток, металлической тонкостенной упаковки.
43
Сегмент упаковки из бумаги, картона и гофрокартона является
самым крупным на рынке отечественной упаковки. Потребление этих
видов упаковки в нашей стране составляет примерно 20 кг на душу
населения, то есть 40% от среднего мирового уровня. При этом отечественные производители удовлетворяют потребности российского
рынка коробок из картона хром-эрзаца на 60%, этикетки - на 45-55% и
гофрированной тары – на 75%. Изготовлением гофрированной тары в
нашей стране занимается целый ряд крупных и средних производителей. Рынок картонной упаковки в России за последние годы резко
расширился за счет применения картона (обычно ламинированного
полимерами) для упаковки жидких продуктов. Картонные коробки
вытеснили стеклотару и гибкие полимерные пакеты в ключевых секторах молочных продуктов, фруктовых соков, минеральной воды. В
ближайшие 5 лет этот сегмент продолжит свой рост, но более низкими
темпами – за счет перехода на выдувные бутылки для жидких молочных продуктов. Однако сохраняется возможность развития новых ниш
рынка для картонных коробок – упаковка винных бутылок и моющих
средств.
Общей тенденцией в России, как в целом по миру, является
дальнейшее развитие полимерных материалов и постепенный выход
их на ведущие позиции в области упаковки. Дальнейший рост этого
сегмента рынка будет происходить за счет повышения производства
безалкогольных напитков отечественными производителями, захватывающими новые ниши и вытесняющими импорт. Например, ожидается ежегодное возрастание на 20-25 % потребления ПЭТФ-бутылок для
разлива минеральной воды, как за счет увеличения ее производства,
так и за счет сокращения доли стеклянных бутылок. Использование
ПЭТФ-бутылок для товаров бытовой химии также будет расти, по оптимальным прогнозам экспертов, на 30% в год.
Одновременно с этим сохраняется и даже возрастает спрос на
продукции: отечественного стеклотарного производства. В целом по
России объем реализация стеклянных бутылок ежегодно увеличивается на 20,4%, а по Центральному региону) – на 34,1%.
Несмотря на рост отечественного производства и постоянное
обсуждение актуальности замещения импорта, общий объем его в
Россию растет. Стекло сохраняет свои позиции и в упаковке для парфюмерной и косметической отрасли. Опыт показывает, что стеклянная тара вызывает доверие покупателя и влияет на потребительский
выбор. Поэтому товар такого рода помещают в упаковку из стекла или
44
пластика, имитирующего стекло, однако, соотношение стекла и пластика составляет приблизительно 1:8 в пользу последнего. Упаковка и
этикетирование для парфюмерно-косметической промышленности
являлись одними из перспективных направлений в 2001-2002 гг.
На фоне роста российского упаковочного рынка самый высокий темп роста остается в секторе гибкой упаковки на основе полимерных пленок и алюминиевой фольги. При этом происходит определенное вытеснение гибкой упаковки на основе бумаги. Современные
гибкие упаковочные материалы представляют собой полимерные однослойные и многослойные пленки. Алюминиевую фольгу, а также
комплексные многослойные ламинаты, сочетающие слои бумаги,
фольги и различных полимеров. Такие материалы предоставляют упаковке, особенно в пищевом секторе, невиданные ранее возможности долговременное хранение пищевых продуктов в неконсервированном
виде, в том числе хранение свеженарезанных мясных и рыбных продуктов; активное воздействие на упаковочный продукт с целью сохранения и улучшения его свойств, регулируемая газо- и влагопроницаемость упаковки; и многое другое. Все это сочетается с такими важными для рыночной экономики показателями, как малая масса упаковки
относительно упаковываемого продукта и прекрасные возможности
дизайна и многокрасочной печати.
Получение качественной конкурентоспособной упаковки требует не только освоения современных упаковочных технологий, но и
использования соответствующего упаковочного оборудования. Согласно статистике, три четверти всех упаковочных автоматов, работающих сегодня в России, были закуплены за рубежом, а в наиболее
сложном секторе - разливочные автоматы для жидкой продукции – эта
цифра достигает 90%. Более половины импортного оборудования изготовлено в Италии и Германии, во Франции, Швеции и США. Основными покупателями упаковочных машин и оборудования были
предприятия пищевой, фармацевтической, химической, табачной и
целлюлозно-бумажной промышленности.
Российский сектор производства упаковочных машин и оборудования пока только начинает свое развитие. Уже более 180 российских предприятий освоили выпуск целого спектра упаковочных машин и приборов для них. По оценке западных экспертов, упаковочные
машины российского производства зачастую уступают импортным в
эффективности, многие из них являются незаконными копиями зарубежных разработок, да и номенклатура их не достаточна. Но при этом
они примерно в 10 раз дешевле своих зарубежных аналогов. К тому
45
же приобретение импортного оборудования зачастую связано с необходимостью использования импортных же упаковочных материалов,
что в конечном итоге ведет к удорожанию продуктов. Тогда как приобретение оборудования отечественного производства не создает такой зависимости.
Как известно, российский рынок производства упаковки еще
очень молод и относительно недавно ориентируется на стандарты индустрии, принятые в развитых странах. Однако за последнее десятилетие ситуация резко изменилась. На рынке появились высокотехнологичные и производительные штанцевальные автоматы, автоматические линии многоточечной склейки, инлайн линии. А повышение степени автоматизации производства неизбежно ведет за собой выработку определенных стандартов и требований как к производимой продукции так и к используемым инструментам и расходным материалам.
Не в последнюю очередь это относится и собственно к конструкции
упаковки, и в свою очередь приводит к необходимости использования
специализированных инструментов для ее разработки.
Такие инструменты представлены на западном рынке в достаточном количестве (это пакеты программ Marbacad, Impact, Artios
CAD, Score и другие). На российском рынке эти программы в настоящее время не получили широкого распространения из за вполне понятной причины: ни для кого не секрет, что 90% используемых у нас
программ – это пиратские «бесплатные» копии, в то время как «бесплатного» оборудования не бывает. В связи с этим мы еще не привыкли покупать лицензионные программы, и предпочитаем пользоваться
пиратскими. А так как рынок весьма узок, найти пиратские версии
программ для проектирования упаковки очень и очень не просто, поэтому в основном у нас для этих целей используются полиграфические программы или широко распространенный AutoCAD. Тем не менее отставание программного обеспечения от оборудования все более
и более очевидно и многие предприятия сейчас приходят к необходимости использования профессионального программного обеспечения
в области конструирования упаковки.
Тем не менее, в ближайшие годы упаковочная отрасль будет
интенсивно развиваться и станет одной из наиболее приоритетных в
российской экономике. С ее развитием емкость рынка упаковочной
продукции в нашей стране будет непрерывно расти. При этом будет
развиваться международная интеграция. Участие российских производителей упаковочных материалов, изделий, машин и оборудования
46
в специализированных выставках, проводимых за рубежом, позволит
им выйти на международный рынок.
В настоящее время упаковочные материалы из различных видов полимеров и бумаги являются самыми популярными и широко
применяемыми видом тары. Объяснение этому кроется в их низкой
стоимости, удобстве автоматического выполнения с ними основных
технологических операций: изготовления, сборки, заполнения продукцией, укупоривания, штабелирования и так далее. Способность
складывания в плоские заготовки позволяет экономить место при их
хранении и транспортировки заказчику. При полиграфическом исполнении может быть использован практически любой способ печати и
отделки, поэтому складные коробки отличаются прекрасным внешним
видом, необычным разнообразием дизайнерских решений. Они имеют
различные конструкции и широкий ряд типоразмеров.
2.2. Современные проблемы упаковочной отрасли
Дальнейшее бурное развитие мировой и российской упаковочной отрасли тем не менее на сегодняшний день в целом упирается на
экологические аспекты. Уже более тридцати лет полимеры лидируют
среди упаковочных материалов. Объемы пластиков, которые идут на
это полезное дело, огромны: из 130 млн. т/год всех выпускаемых полимеров чуть меньше половины (41%) используется в производстве
упаковки, и причем половина этого количества (47%) становится упаковкой пищевых продуктов: полимеры удобны и безопасны, дешевы,
а значит, их производство будет расти и дальше.
Все бы хорошо с полимерами, но в отличие от стекла (которое
хотя бы в развитых странах используют повторно) и бумаги (которая
разлагается в естественных условиях), упаковка из синтетических материалов практически вечна. А поскольку именно она составляет 40%
бытового мусора, вопрос: «Что делать с полимерной упаковкой?» –
становится глобальной экологической проблемой сегодняшнего дня.
Поэтому можно не преувеличивая сказать, что именно от решения
этого вопроса в большой степени будет зависеть экологическая ситуация в мире и судьбе производства пластмасс в ХХI веке. Если не искать выходов из этой проблемы, то объемы мусора по всей планете
могут привести к трагическому ее концу.
Необходимо отметить, что производители и ритейлеры развитых стран уже несколько лет считают биоразлагаемую пластиковую
47
упаковку насущной необходимостью, а в России она все еще воспринимается как экзотика из далекого будущего.
Синтетические полимеры на основе нефтехимического сырья,
такие как ПВХ или ПЭТ, стали широко применяться всего 50–60 лет
назад. Создавая их, ученые стремились получить материал, устойчивый к воздействию окружающей среды. Однако за несколько десятилетий прочность полимеров из главного достоинства успела превратиться в опасный недостаток: пластиковые изделия рано или поздно
выходят из употребления, но для того, чтобы они окончательно разрушились, нужно еще основательно приложить руку. Существует несколько способов избавления от полимерных отходов: захоронение,
утилизация (сжигание, рециклинг, пиролиз) или отправка на свалку. К
сожалению, ни один из перечисленных вариантов не способствует
улучшению экологической обстановки: в почве и на свалке пластик
лежит несколько сотен лет, при сжигании выделяет в атмосферу вредные вещества, а переработке во многих случаях поддается с трудом.
Между тем количество отходов увеличивается в геометрической прогрессии, ведь ежегодно в мире производится порядка 200 млн тонн
синтетических пластмасс.
Действенным решением проблемы загрязнения окружающей
среды, по мнению многих специалистов, может стать внедрение биоразлагаемых, или, говоря иначе, биодеградирующих, полимеров. В
первую очередь предлагается их использовать в упаковочной индустрии, где срок службы большинства изделий исчисляется всего лишь
несколькими месяцами или даже днями. (Зачем же тогда применять
материал, по прочности рассчитанный на сотни лет?) К тому же, как
показывают результаты многочисленных исследований, именно полимерная упаковка бутылки, контейнеры, коррексы, коробки, блистеры и пакеты составляет основную долю твердых бытовых отходов.
Биодеградирующие полимеры привлекают производителей и экологов
тем, что разлагаются в сжатые сроки от нескольких месяцев до нескольких лет, с образованием безопасных для окружающей природы
веществ, таких как вода, биомасса, углекислый газ или метан (в зависимости оттого, какой процесс разложения имел место анаэробный
или аэробный).
Между тем наблюдаемый в последние несколько лет интерес к
биодеградирующим полимерам связан не только с ухудшением экологической обстановки: серьезные опасения специалистов вызывает
неуклонное уменьшение мировых запасов нефти и газа. И здесь воз-
48
обновляемое растительное сырье могло бы стать решением проблемы.
(Не зря же в Европе происходит бум в области развития биотоплива.)
За последние несколько лет исследователи и производители биоразлагаемых полимеров значительно продвинулись вперед. Разработаны
эффективные технологии производства, благодаря чему биоразлагаемые полимеры уже появились на рынке. Сегодня по многим физическим и техническим характеристикам они не уступают традиционным
пластмассам и вместе с тем безопасны для окружающей среды. Но так
как эта индустрия находится на этапе становления, то все еще существует ряд проблем. Так, некоторые ошибочно полагают, что все полимеры, полученные из растительного материала, являются биодеградирующими, это не так: способность к разложению в естественных
условиях зависит не только от «натуральности» сырья, а от целого ряда свойств, в частности, от молекулярной структуры материала. Также
ошибочно мнение, что все полимеры, способные к биоразрушению,
получают из природных компонентов: основой для их производства
может служить и синтетическое сырье». При этом 80% полимеров получены из растительного сырья и являются биодеградирующими; 12%
изготовлены из натуральных компонентов, но в естественных условиях не разрушаются, а 8% произведены из синтетического сырья и способны к биодеградации.
На сегодняшний день в мире уже существует не менее 73 видов биодеградирующих и биопластиков. Понятно, что не все разработки «приживутся» на рынке, но, тем не менее даже само их количество свидетельствует о значительном интересе к данной проблеме.
Большинство биодеградирующих материалов производят из
растительного сырья. Для этого в ходе многочисленных экспериментов использовали самые разные растения от картофеля, пшеницы, бобовых, подсолнечника, сахарной свеклы до древесины тополя и осины. Одни оказались непригодными, а другие(пшеница, кукуруза, сахарная свекла) весьма перспективными. В настоящее время используются такие природные полимеры, как целлюлоза, натуральный каучук, полисахариды, полипептиды, хитин, эпоксидированные масла,
лигнин, поллулан, сложные полиэфиры и др. Большой интерес вызывает крахмал как относительно недорогое по цене сырье, которое экстрагируют из картофеля, пшеницы, кукурузы, риса. Но полимеры на
основе крахмала имеют существенный недостаток: нестойкость к воздействию воды. Распространенным решением этой проблемы является
внедрение композиционных материалов с добавлением природных
или синтетических компонентов для усиления водостойкости.
49
Самым перспективным сырьем пока считается полилактид
(PLA): продукт переработки молочной кислоты, получаемый из зерновых и сахарной свеклы. По данным исследовательской компании
Pira, в 2007 году его доля в общем объеме производства всех биодеградирующих пластиков составила 43%. PLA характеризуется высокой прозрачностью, прочностью, он имеет блеск, не пропускает запахи, устойчив к воздействию влаги. Упаковка из полилактида полностью разрушается за 45 дней в условиях промышленного компостинга
при соблюдении ряда требований (температура не менее 60 °С, определенный уровень влажности, наличие бактерий и др.). В естественной среде процесс деградации будет длиться дольше, причем упаковка
может разрушиться не полностью.
Между тем, как и любой новый материал, полилактид имеет
ряд недочетов. Например, он неустойчив к нагреванию: начинает терять жесткость при температуре выше 60 °С. Но наука не стоит на месте, и постоянно ведутся исследования, направленные на устранение
этих «минусов». Так, компания Purac (Нидерланды) недавно запатентовала технологию производства биоразлагаемого пластика на основе
сополимеров D(–) и L(+) молочной кислоты, который выдерживает
нагревание до 175 °С.
Сегодня еще рано говорить о массовом потреблении биоразлагаемых полимеров, пока они используются ограниченно. Многие аргументируют это несовершенством их физических свойств. В частности, одним из серьезных недостатков биодеградирующих материалов
считают низкую устойчивость к воздействию температур, однако в
Японии недавно разработали биополимер, способный выдерживать
нагревание до 300 °С и выше. Уже существуют пластики из возобновляемого сырья, для разрушения которых не нужен промышленный
компостинг, достаточно воздействия воды или солнечного света. Так,
канадская компания Cascades создала новую полистирольную упаковку Bioxo на основе TDPA-добавок (Totally Degradable Plastic
Additives). Этот упаковочный материал полностью разрушается в течение трех лет на обычной свалке, необходимо лишь наличие кислорода, ультрафиолетового излучения и случайного механического воздействия. Фирма NNZ производит упаковочную пленку для букетов,
которую можно закопать в саду, и она не только «самоустранится», но
и удобрит почву. Летом 2007 года бразильская фирма Braskem объявила о скорой коммерциализации технологии производства полиэтилена из этанола на основе сахарного тростника. По словам представи-
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]