В то же время, достижения в области использования многослойных технологий и технологий нанесения покрытий снижают ценовое преимущество стеклянных бутылок и металлических банок для пива, газированных безалкогольных напитков (CSD), соков, чувствительных к воздействию кислорода, а также пищевых продуктов горячей расфасовки.
Три года тому назад у всех были большие надежды на бутылки для пива из барьерного РЕТ, но успех оказался не таким легким, каким она казался сначала. В действительности, менее 0,1% из 250 миллиардов емкостей для пива, которые использовались по всему миру в течение 2002 года, были из РЕТ. Самым большим недостатком РЕТ оказались не эксплуатационные характеристики, а экономические факторы.  Барьерные покрытия, такие как BestPET от Krones, можно наносить из однослойного РЕТ со скоростью 20,000 бутылок в час. Промышленно производимые покрытия используются для упаковки пива, соков, чая, содовой и духов.
В ответ компании, занимающиеся выдувным формованием, направили все свои усилия на создание бутылок из барьерного РЕТ, которые можно использовать для применений с менее жесткими требованиями: для упаковки соков, CSD, и продуктов горячей расфасовки от маринованных овощей до детского питания. Основной упор делается на объемы от 8 до 32 унций, именно здесь наблюдается бурный рост (см. Таблицу 1).
Источники внутри отрасли прогнозируют, что разнообразие направлений этих развивающихся технологий — новые барьерные смолы и поглотители кислорода, более дешевые поверхностные покрытия и более производительные системы формования преформ из многослойного РЕТ — станет основой для дальнейшего развития этого небольшого, но многообещающего рынка.
Горький пивной урок
Всего несколько лет тому назад занимающиеся выдувным формованием производители были полны надежд, что с пивом все пойдет так же, как и с двухлитровыми бутылками для содовой, и что такие бутылки станут золотым дном для компаний, занимающихся выдувным формованием. На сегодняшний день эти мечты не сбылись.
Переход при упаковке пива со стекла на РЕТ обескураживающая задача, здесь необходим барьер против выхода углекислого газа и барьер против проникновения кислорода при сохранении прозрачности и прочности. Камнем преткновения является стоимость за единицу продукции, которая для пивных бутылок из барьерного РЕТ на 100% больше, чем для бутылок из стекла. По сих пор переход на PET во многом ограничивался мелкосерийными небольшими пивоварнями и специальными сферами применения, такими как спортивные арены.
Крупномасштабный переход на пивные бутылки из барьерного РЕТ потребует от пивоваров и формовщиков крупных инвестиций в условиях давления фактора стоимости. Так, например, вряд ли для производителей пива будет выполнимой задачей плавный переход к выпуску пивных бутылок из РЕТ на тех же линиях, на которых сейчас не только производятся стеклянные бутылки, но осуществляется расфасовка, укупоривание и нанесение этикеток со скоростью 75,000 бутылок в час.
Другим препятствием является то, что 80% мирового производства пива разливается с использованием туннельной пастеризацией. При этом пиво разливается в бутылки при температурах, которые подвергают его воздействию термической нагрузки и давления, которые РЕТ обычно не выдерживает.
При упаковке газированной воды и содовой при объеме до 0.5 литра переходят на бутылки из РЕТ с адаптированными для данного применения свойствами барьера против углекислого газа. (Фото: Amcor)
Одной из причин отказа от некоторых программ в области упаковки пива было опасение, что использование пластмассовых пивных бутылок может нарушить эксплуатацию существующей в настоящее время системы утилизации бутылок из РЕТ. На самом же деле формовщики утверждают, что, согласно полученным в ходе исследований данным, многослойные пивные бутылки, даже окрашенные, можно утилизировать и восстанавливать для повторного использования. Сторонники барьерных покрытий утверждают, что малая толщина этих покрытий и простота, с которой они удаляются в простых установках по отмыванию хлопьев из утилизированных бутылок, доказывают, что они не представляют угрозы для процесса утилизации.
Столкнувшись со всеми этими трудностями, большинство пивоваров США заняли выжидательную позицию. Тем не менее, в ограниченных количествах используются и многослойные бутылки из РЕТ и бутылки с покрытием, а формовщики сохраняют уверенность в том, что рынок упаковки пива еще вновь возродится как желанная цель, возможно, где-то лет через пять.
Тем временем несбывшиеся надежды в области рынка упаковки пива были более чем компенсированы проникновением на рынок упаковки пищевых продуктов, чувствительных к проникновению кислорода. Здесь все дело в небольших размерах, большая площадь поверхности по сравнению с объемом требует относительно небольшого усиления кислородного барьера от 200% до 500% больше, чем у стандартного PET.
Роберт Миллер из компании Business Development Associates в Бетшеде, Мериленд, оценивает существующий спрос на бутылки из барьерного РЕТ в Северной Америке и Европе примерно в 3,5 миллиарда единиц в год. Проникновение наиболее значительно в области расфасовки соков и чая, на нее приходится 52% сегодняшнего потребления. Миллер ожидает сильный рост в ближайшем будущем для данных применений, а также для энергетических и ароматизированных алкогольных напитков (FAB) и более мелких бутылок для газированных безалкогольных напитков и газированной воды.
Бутылки для пива из барьерного PET медленно, но верно проникают в области специальных применений для упаковки особых и мелко расфасованных напитков, таких как, например, используемые на спортивных аренах. (Фото: Owens-Illinois)
Другим быстро развивающимся сектором является горячая расфасовка продуктов из фруктов, джемов, соусов, заправок, маринованных овощей и смесей для детского питания.
Готовится внедрение в область производства ароматизированного молока и кофейных напитков.
Множество вариантов барьерного выбора
Одним из трех основных способов создания барьеров против углекислого газа и кислорода у бутылок из РЕТ является образование многослойной структуры, в которой структурные слои PET расположены между ядерными слоями или слоями, содержащими более дорогие барьерные материалы. При таком подходе можно воспользоваться преимуществами новых многообещающих барьерных материалов, таких как нанокомпозиты на основе найлона, а также “пассивно-активные” барьерные системы. Последние являются составами двустороннего действия из пассивного барьерного материала и активного поглотителя кислорода, который препятствует проникновению кислорода и также поглощает кислород из верхней части бутылки и содержимого.
При использовании технологии нанесения поверхностного покрытия, наносят сверхтонкий барьерный слой на одну поверхность бутылки из однослойного РЕТ. Оборудование для нанесения покрытия отрегулировано так, чтобы соответствовать специальным барьерным потребностям, пропускная способность оборудования резко повышается, а новые конструкции установок способствуют интеграции в существующие высокоскоростные линии расфасовки. 
Одноразовые упаковки для соков и соковых напитков представляют собой самый крупный и быстро растущий сектор в области производства контейнеров из барьерного РЕТ. (Фото: Amcor)
“Идеальным” путем к созданию бутылки из барьерного РЕТ является образование однослойной полиэфирной структуры. Для реализации этого подхода потребуется смешивание барьерной смолы или поглотителя кислорода (или и того, и другого) с PET. Здесь не потребуется оборудования для создания многослойных структур или нанесения покрытий, и никак не будет затронута свобода выбора формы для бутылки. Тем не менее, в информированных источниках признается, что до сих пор появлялось не очень много практических “однослойных решений”, в основном, из-за того, что подходящие материалы слишком дороги.
Примерно 70% бутылок из барьерного РЕТ произведено с использованием многослойных структур, и эта технология доказала свою жизнеспособность благодаря десятилетнему применению при производстве бутылок для кетчупа. “Бутылка для пищевых продуктов из многослойного РЕТ является оптимальным решением с точки зрения барьерных рабочих параметров, функциональности и объемов затрат”, - утверждает Джон Кермет, вице-президент по маркетингу и продажам компании Kortec Inc., компании, поставляющей системы соинжекции для формования многослойных преформ. Компания сейчас передислоцируется на большие производственные мощности для того, чтобы соответствовать быстро растущему глобальному спросу на многослойные системы преформ для упаковки пиво, чая, сока и прочих пищевых продуктов.
Таблица I –Спрос на контейнеры для пищевых продуктов из РЕТ с высокими барьерными свойствами | | Объем в миллионах единицa | Готовый продукт
Кетчуп
Сок и чай
Вода
CSDb
FABc
Пиво
Всего: | Многослойные
475-575
1000-1100
75
150-300
250-300
225-320
2275-2670 | Поверхностное покрытие
-
700-800
-
250-300
-
15-20
965-1120 | Всего
475-575
1700-1900
75
500-600
250-300
240-340
3240-3790 | | a По Северной Америке и Европе за 2002 г. b Газированные безалкогольные напитки. c Ароматизированные алкогольные напитки. Источник: Business Development Associates |
Там, где необходима высокая производительность, в настоящее время предпочтение отдается контейнерам из многослойного РЕТ, в не контейнерам с покрытием. Kortec только что представила на рынок систему соинжекции преформ на 72 гнезда, которая работает с тем же 300-тонным прессом, который ранее использовался с 48 гнездами (см. статью на стр. 19). Без всякого ущерба для продолжительности цикла, в результате получается производительность на 50% выше при 25% дополнительных капиталовложений. Исходным применением является бутылка для газированных безалкогольных напитков объемом 16 унций с двойным по углекислому газу сроком хранения по сравнению с типичной бутылкой из однослойного PET.
Кермит также добавляет, что можно производить такие многослойные контейнеры, которые смогут выдерживать пастеризацию. Технология Kortec используется для производства одной выдерживающей пастеризацию пивной бутылки из РЕТ, которая изготавливается в Китае компанией Zhong Fu. Это стало возможным благодаря новым свойствам бутылки, технологиям обработки и модификациям материала.
DevTech Labs, компания занимающаяся технологиями производства бутылок из PET, разрабатывает гибридную систему, сочетающую соинжекцию и последовательные циклы формования для производства преформ из барьерного РЕТ с количеством слоев от шести до девяти. Такая структура повышает точность создания слоев и осуществляет ориентацию слоев для оптимизации барьерных свойств.
Компания Owens-Illinois из Чикаго использует пятислойную соинжекцию патентованных пассивно-активных барьерных материалов для производства упаковки пищевых продуктов, от кетчупа до пива. Ее барьерный материал SurShield включает найлон MXD6 и поглотитель кислорода в двух сверхтонких слоях, вставленных между внешними слоями РЕТ и ядерным слоем, включающим до 35% утилизированного для повторного использования материала. Сообщается, что барьер против углекислого газа увеличен на 40%.
Эпоксидно-аминовое внешнее барьерное покрытие от компании PPG Bairocade для бутылок из PET теперь может иметь окраску или оттенок
Имеющая головной офис в Филадельфии компания Constar International использует трехслойную структуру с барьерным слоем из найлона MXD6 и поглотителя кислорода. Данная пассивно-активная барьерная система Oxbar предназначена для производства упаковки соков, FAB, пищевых продуктов горячей расфасовки и пива. Constar проектирует бутылки так, чтобы они выдерживали туннельную пастеризацию, используя для этого более вытянутое горлышко, которое расширяется для снятия давления и основную конструкцию, которая сохраняет форму и прочность.
Варианты барьерных смол
Появление целого ряда новых барьерных материалов привело к созданию многочисленных контейнеров из многослойного РЕT. На сегодняшний день располагающиеся сверху слои производятся из найлона MXD6 от компании Mitsubishi Gas Chemical (MGC) и этилен винилового спирта (EVOH) от Eval Co. . из Америки (Evalca), оба материала стоит примерно $2.50 - $3.50 за фунт.
Evalca предлагает марку Eval F, которая может похвастаться более высокими барьерными свойствами против углекислого газа, чем MXD6, а также и хорошей прозрачностью, и прекрасной способностью сохранять привкус. Более новый продукт, Eval ABP, сочетает матрицу из EVOH с ее хорошими свойствами барьера против углекислого газа с поглотителем кислорода для защиты пищевых продуктов, чувствительных к воздействию кислорода, и сохранения свежего вкуса пива.
MXD6 представляет собой прозрачную смолу с прекрасными барьерными свойствами, способную выдерживать горячую расфасовку. Сэм Сузуки, американский коммерческий директор MGC, говорит, что MXD6 используется в Японии для изготовления одноразовых однослойных упаковок для зеленого чая. MGC планирует построить новый производственный объект в США к 2004 г. с производительностью 22 миллионов фунтов в год MXD6. Таблица II - M9 нанокомпозит в бутылках из многослойного РЕТ |
Свойства пластмасс
Температура плавления, C
Растяжение, %
Дымчатость, % | Найлон МXD6
237
3.3
1-2 | Найлон МXD6
237
3.3
1-2 |
Рабочие параметры бутылок, в неделях
O2 срок хранения, сок
CO2 срок хранения, пиво
CO2 срок хранения, CSDb |
7
14
32 |
28
21
48 | | aM9 наноглина/MXD6 барьер составляют 5% по массе от многослойной структуры. b Газированный безалкогольный напиток Источник: Nanocor |
За счет партнерства с MGC, Nanocor обладает правами компаундирования в расплаве свих собственных добавок из наноглины с найлоном MXD6 для использования при создании бутылок и пленок из барьерного РЕТ. Некоторые подробности об этом нанокомпозите “M9” были даны в докладе, представленном в прошлом месяце на конференцию Nova Pack Americas 2003 в Орландо, Флорида, спонсором которой была Schotland Business Research of Skillman, Нью Джерси. “Данные показывают, что M9 может похвастаться более высокими барьерными свойствами против углекислого газа и кислорода, чем стандартный MXD6, соответственно, на 50% и 75%,” – говорит Питер Маул, президент Nanocor (см. Таблицу 2). Материал также сохраняет высокую прозрачность и устойчивость к деламинации, равные параметрам стандартного MXD6. Срок хранения, указанный для пива в США (110 дней) и в Европе (180 дней), может достигаться за счет трехслойной (PET/M9/PET) структуры, использующей более тонкий барьерный слой по сравнению с простым MXD6. Маул также говорит, что M9 стоит больше, чем MXD6, но производитель все равно получит большую экономию. M9 будет предлагаться компанией MGC на рынке в виде гранул, готовых к употреблению. Honeywell расширила область применения своего семейства Aegis нанокомпозитов на основе найлона 6 для того, чтобы охватывать весь спектр применений, использующих бутылки и пленки для пищевых продуктов с высокими барьерными свойствами. Джон В. Джонс, специалист по развитию рынка, говорит, что Honeywell планирует сохранить контроль над технологией, несмотря на планирующийся переход найлонового бизнеса Honeywell компании BASF. http://www.newchemistry.ru/images/img/letters4/860.jpg
 Продукты Aegis представляют собой производимые в реакторе или же компаундированием из расплава смеси найлона 6 и низких концентраций (2%) пластинок наноглины, которые функционируют как задерживающие барьеры по отношению к углекислому газу и кислороду. Эдвард Сокки, отвечающий в Aegis за технологию, добавляет, что у компании Honeywell имеется патентованный поглотитель кислорода, который повышает барьер против углекислого газа до параметров, свойственных стеклу. Он говорит, что в нем содержится “полидиеновое образование”, диспергированное в найлоне 6, которое не наносит ущерба матричным свойствам. (назв. картинки: Рабочие параметры нанокомпозита с найлоном 6 в бутылке из РЕТ для газированной содовой).
По имеющимся данным, Aegis OX, нанокомпозитная марка, которая содержит поглотитель кислорода, дает достаточные барьерные свойства против углекислого газа и кислорода для защиты пива. Aegis OX используется при изготовлении трехслойных бутылок объемом 12 унций для пива премиум класса компанией Anchor Brewing из Сан-Франциско. Aegis CSD и HFX являются марками, которые оптимизированы для газированных напитков и пищевых продуктов горячей расфасовки, соответственно. Aegis CSD существенно повышает барьер против углекислого газа по сравнению с немодифицированным PET, делая его пригодным для производства более мелких бутылок для газированных безалкогольных напитков. При содержании 3.5% от массы бутылки, Aegis CSD продлевает срок хранения пол-литровых бутылок с 9 до 14 недель (см. график). Согласно последним данным, срок хранения продлевается до 16 недель. Aegis HFX представляет собой пассивно-активную систему, которая увеличивает сопротивление воздействию кислорода у пищевых продуктов. Сокки говорит, что оба материала демонстрируют существенные достижения в области повышения устойчивости к деламинации. Пределы термостойкости РЕТ критические для осуществления горячей расфасовки или пастеризации. Поставщик полиэфира Kosa решает эту проблему с помощью сополимера РЕТ Polyclear 2201 и сополимера PET/PEN Рolyclear 2202. У обоих термостойкость выше, чем у простого РЕТ. Сообщается, что марка 2201 выдерживает до 1980 F (920 C), что намного превосходит обычный диапазон горячей расфасовки. О Polyclear 2202 сообщается, что он выдерживает до 2030 F (950 C), этого достаточно для некоторых бутылок, которые подвергаются пастеризации. PEN, близкий родственник PET, обычно дает пятикратное повышение барьерных свойств, как против углекислого газа, так и против кислорода, по сравнению с однослойным РЕТ, а также более высокую термостойкость и хорошую прозрачность. PEN имеет температуру перехода в стеклообразное состояние 1220 C, намного превосходящую этот параметр для PET, поэтому смеси PEN позволяют осуществлять пастеризацию однослойных бутылок. Высокая стоимость смесей PEN и PEN/PET в настоящее время препятствует полномасштабному переходу на одноразовые контейнеры. Но источники в компании BP Amoco из Нэпервилля, Иллинойс, которая производит основной мономер для PEN, сообщают, что бутылки из однослойного PEN начинают пробивать себе дорогу в область производства многоразовых бутылок для пива и воды повторного заполнения в Европе и Бразилии. Подъем в области производства покрытий
Несколько имеющихся технологий нанесения барьерного покрытия различаются по типу материала для покрытия, месту размещения покрытия (внутреннее или внешнее покрытие), а также по методу нанесения. Системы нанесения покрытий используются для изготовления бутылок из однослойного РЕТ; это улучшает их экономические показатели. Тем не менее, оборудование дорого и требует интеграции в комплексные, высокоскоростные линии, осуществляющие расфасовку, укупоривание и нанесение этикеток. Большинство поставщиков оборудования для нанесения покрытий также являются и поставщиками установок для формования с раздувом и вытяжкой, а также установок для расфасовки. 
Однослойный PEN рентабелен для производства бутылок для пива и воды, которые пригодны для повторного использования или утилизации. (Фото: BP Amoco) Холодноплазменная технология компании Sidel, первоначально предназначенная для упаковки пива, позволяет наносить тонкое углеродное покрытие на внутреннюю поверхность бутылки, что повышает барьер против углекислого газа в семь раз, а против кислорода в тридцать раз. Современная скорость производства составляет 10,000 бутылок в час, но скоро будет представлен вариант, у которого пропускная способность в два раза выше. Новый вариант, Actis Lite, предназначен для применений с менее жесткими требованиями, например, для упаковки соков, газированных безалкогольных напитков и продуктов горячей расфасовки. Sidel уже продала по всему миру около 20 установок для нанесения покрытий Actis и Actis Lite, включая две в США. В число потребителей входят австрийская Alpha-Werke (упаковка пива и соков), французская Kronenbourg (пиво), и японская Hokkai Can (зеленый чай). Компания Plastipak Packaging из Плимута, Мичиган, использует систему Sidel для нанесения покрытия на бутылки из PET, которые используются для упаковки напитков и иных не пищевых продуктов (например, лекарственных препаратов). PPG Industries продает покрытия, которые наносились на миллиарды бутылок для соков, пива и газированных безалкогольных напитков по всему миру. Жидкий эпоксидно-аминовый материал компании PPG Bairocade напыляется на внешнюю поверхность бутылок из PET, которые затем подвергаются поверхностному отверждению. Образующееся сшитое покрытие толщиной от 1 до 6 микрон блестящее, имеет прекрасные барьерные свойства против углекислого газа и кислорода, а также выдерживает пастеризацию. Смазывающая способность покрытия облегчает обработку, доводя скорость до 45,000 бутылок в час при непрерывной эксплуатации. Покрытие можно удалять очистителями на водяной основе, которые обычно используют для очистки хлопьев из утилизированных бутылок из РЕТ. Новой возможностью является окрашивание прозрачного покрытия, например, в янтарный цвет для пива.
Одним из лиценциатов Bairocade является Graham Packaging из Йорка, Пенсильвания, которая использует покрытие на бутылках для сока с емкостью 12-20 унций. В Саудовской Аравии PepsiCo использует Bairocade для нанесения покрытий на одноразовые бутылки для газированных безалкогольных напитков. Sipa разрабатывала совместно с PPG оборудование для выдувного формования для использования с Bairocade. В настоящее время Sipa разрабатывает свою собственную технологию нанесения покрытий для нанесения на целый ряд бутылок из РЕТ. Представитель компании намекнул, что дальнейшие подробности будут обнародованы на выставке NPE в июне.
Tetra Pak предлагает для лицензионного использования систему плазменного нанесения покрытия из двуокиси кремния для обработки внутренней поверхности бутылок. Джефф Келлар, вице-президент по упаковке из пластмассы, говорит, что покрытие Glaskin дает параметры барьера против углекислого газа и кислорода, равные параметрам стекла. Далее, эластичность покрытия обеспечивает целостность барьера (устойчивость к образованию трещин) несмотря на расширение или сокращение бутылки во время расфасовки. Келлар ожидает, что Tetra Pak в этом году добьется коммерческого успеха с Glaskin в США в области производства упаковки для соков и продуктов горячей расфасовки.
Технология BestPET компании Krones основана на нанесении барьера из окиси кремния на внешнюю поверхность бутылки. Сообщается, что при этом сохраняется хорошая прозрачность, при небольшом увеличении барьера против углекислого газа и кислорода. Скорость нанесения доходит до 20,000 бутылок в час. Технология была разработана совместно с Coca-Cola Corp. для использования на бутылках для CSD. Новый вариант BestPET Plus был запущен для производства одноразовой упаковки соков, CSD, пива и контейнеров горячей расфасовки. Он защищает внешнее стеклянное покрытие поверхностным слоем.
На конференции Nova-Pack Americas, компания Micro-Coating Technologies представила потенциально низкозатратную технологию нанесения покрытий, которая называется химическое осаждение в паровой фазе с горением (CCVD). “Наша открытая система с использованием пламени производит осаждение тонкого покрытия—любого из нескольких видов органических или неорганических покрытий—на консервные банки, пластмассовые бутылки или пленки”, - говорит Джон Эдвардс, вице-президент по маркетингу и продажам. Он утверждает, что технология CCVD более проста в эксплуатации, менее затратна в расчете на одну бутылку и более безопасна для окружающей среды, чем другие системы нанесения покрытий. Сообщается, что CCVD повышает барьерные свойства против углекислого газа и кислорода, не нанося ущерба прозрачности.
Реализация технологии CCVD начинается с нанесения покрытия с низким давлением насыщенных паров, которое атомизируется в туман и высушивается и одновременно отверждается с использованием пламени. Для осуществления технологии не нужна вакуумная камера, и, по имеющимся данным, она легко совместима с обычными линиями по производству бутылок. SIG Corpoplast разработала в сотрудничестве ротационную установку для нанесения покрытий Plasmax 12D , чтобы наносить покрытие от Schott HiCotec из Майнца, Германия. Она использует холодную плазму для осаждения оксида кремния внутри бутылки. Сообщается, что стоимость обработки ниже, чем при использовании других подходов к созданию барьеров. Роберт Ливерсач, исполнительный редактор
Источник: Plastics Technology
Подробнее с ситуацией на российском рынке ПЭТФ преформ можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок ПЭТФ преформ в России». |
