“减少和回收”-减少材料使用量和增加可回收利用次数是发展创新型PET的决定性因素

作者:Jürgen Nünning,系德国杜塞尔多夫市自由职业编辑 发布时间:2021-09-08
PET瓶的优点在于,材质坚韧且重量轻盈。但多年来,它们也因为随意丢弃的乱象广受外界批评。特别是在资源保护方面,欧盟正在呼吁增加rPET的使用量:到2025年,所有的PET瓶都必须含有至少1/4的rPET(或经过回收的PET)材料。为符合欧盟相关法规的要求,该行业的龙头企业正在努力,目前已经有了新的环保解决方案。

增加rPET的使用和减少PET的使用是使得PET材料更具可持续性的两个重要因素,开发部门的工程师们正在为此而努力。“从化学组成来看,rPET与PET没有什么不同。挑战性反而在材料的质量上。如果材料的质量足够好,那么在可加工性方面就不会有太多的限制。”Krones公司PET包装开发和咨询部门的Aurélie Börmann继续说道,“rPET已经在Krones的吹塑机上使用了多年,其在加工性、质量和食品安全方面都没有丝毫的问题。并且,它还能够明显地减少化石资源的消耗。通过在饮料瓶中大量使用回收PET,我们可以为循环经济做出自己的贡献。”

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在100%的rPET容器上进行可持续性的直接印刷?

rPET的使用已经成为包装专家会议中的重要议题,无论是对瓶子的独立化或个性化印刷,还是将瓶身图案应用于营销活动中。

直接印刷为设计提供了高自由度和高灵活性,既能满足高色彩亮度的需求,根据其浮雕和结构的可印刷性,还可赋予图案相应的视觉和触觉感受。直接印刷解决方案的另一个优点是:一键即可完成标签图案的瞬时替换,保证了新的营销理念能够在短时间内得到实施。

rPET容器是否也可以通过直接印刷进行装饰?Krones及其子公司Dekron的专家们正在思考这一问题的解决方案。作为专家团队的一员,产品经理Zsolt Rozsnyai表达了自己的想法,必须消除各种因素的影响,以确保油墨可靠地粘附在容器上。除了油墨的选择和工艺设置外,Zsolt Rozsnyai认为被印刷的材料也很关键,“优质的批次质量决定着印刷工艺的可靠进行。这里的挑战来源于,不同批次的材料质量各不相同。印刷开始之前,都要对每一批次的材料质量例行检查,并在必要时进行优化。”决定性因素由材料质量、油墨和工艺参数共同构成。

理论上来说,材料质量可以通过调整直接印刷过程的参数予以补偿。预处理的任务是调整材料的一般表面特性,以达到最佳的油墨附着力,使油墨能够均匀地涂在瓶子上。“通过调整相关的参数设置,材料质量瑕疵的问题解决了。”Zsolt Rozsnyai继续说道,“原生PET的材料特性更容易控制。而对于100%的rPET,就必须评估其质量。在与Krones回收专家的测试中,我们将材料特性与打印设置进行了关联。”

Krones和Dekron的专家们甄选出合适的基础材料来制造瓶子,并对它们进行印刷,然后在各自的实验室里进行测试。可靠的油墨附着力是筛选的首要条件,其次才是油墨和容器的可回收性。

Krones方面称,目前已经收到了多个企业的问询,他们对数字化直接印刷表现出了浓厚的兴趣。对于PET容器来说,这些企业主要来自碳酸饮料行业。“个性化和定制化深受行业人士的追捧,已经成为了一种营销工具。”Zsolt Rozsnyai说道。“从逻辑上讲,个性化与更多的灵活性、更小的批量和更快的上市时间是相辅相成的。”

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高rPET含量,可重复使用的轻量瓶

KHS是一家领先的灌装和包装设备制造商,通过与奥地利包装专家Alpla的精诚合作,共同开发出了一种可重复使用的PET瓶——瓶身重量非常轻,而且有着较高的回收率。KHS遵循着“减少和回收”的座右铭,并与世界分享着这项研发成果。正如KHS集团的瓶子和形状产品经理Arne Wiese所解释的那样,“我们的目标是生产一种尽可能对环境友好且可重复使用的瓶子。因此,有两个参数特别重要,材料轻便和回收材料率高。”

由于对瓶底和瓶颈进行了优化,进一步降低了PET瓶的重量。研发人员表示,容量为1l的瓶子,重量仅为55g,要比传统的同类产品轻10g。与玻璃容器相比,则更为明显,只有其1/10的重量。“这种优化大大减少了材料的使用。与此同时,运输过程中的燃料消耗和CO2排放也会相应减少。”Arne Wiese解释说。尽管材料投入较少,但这种可重复使用瓶子的解决方案是为增加循环次数而设计的。据研发人员称,这种PET瓶具有很强的抗碱性,即使经过多次的洗瓶循环,其质量和外观仍能保持不变。

KHS称,这种可重复使用的瓶子不仅可以100%回收,还能保持材料的循环性,而且其本身含有的回收材料占比也很高。“虽然含有35%回收材料的PET瓶已经取得了阶段性成功,但我们不会止步于此,下一个目标是制造出回收材料占比50%的PET瓶。”Arne Wiese说道。至此,已经实现了欧盟委员会关于到2030年一次性PET瓶中回收材料占比30%的目标。

经过优化的PET瓶可以在KHS的拉伸吹塑机上进行吹塑,这其中就包括资源节约型的InnoPET Blomax V系列。这一新的包装解决方案可盛装可重复使用瓶装领域的每一种饮料。“通过与灌装企业的紧密合作,我们会将这种环保型PET瓶迅速投入市场,以供更多的企业使用。”Arne Wiese解释说。

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采用柔性肩设计的PET瓶

在Sidel的研发工作中,rPET也是一个重要的课题。为此,Sidel设计开发了Aya概念,这是一种端到端的无CO2水的包装替代品,涵盖了从使用100%回收PET制成的初级包装,到由纸箱制成的二级包装,以及三级包装。2020年3月,该概念被授予世界食品创新奖(WFIA)的“最佳饮品包装设计”。

这一概念的一个重要组成部分是由100%的rPET制成的V形瓶,其稳定性极高。Aya是一个容量为220ml的水瓶,重量只有5g。由于瓶底采用了特殊的“Deep Base”设计,瓶子可以很容易地堆叠在一起,在降低堆垛高度的同时提高了整体的存储量。“Boss底座与相邻瓶子的瓶盖部分实现了完美契合,即使在存储和托盘运输过程中,瓶身整体的稳定性也不会因此而降低。”Sidel包装副总裁Vincent Le Guen说道。

Aya是Sidel为该行业设计的第一个瓶子概念。由于采用了柔性肩部设计(基于Sidel的Swing肩部专利),故有着极强的稳定性。瓶子在完成拉伸吹塑后,会进行灌装和封盖,此时肩部被机械地压入瓶中,使Aya最终呈现出标志性的V形。在这一过程中,瓶子周长减少,瓶内压力增加,以此获得的稳定性,使得瓶子在整个运输链中得到了安全保障。消费者可通过拉出肩部增加瓶子的容量,以防止开盖时的液体溢出。此外,Aya设计有一个特殊形状的瓶子底座,可以在降低堆叠高度的情况下安全地堆叠瓶子。

“在不久的将来,我们还会测试将Aya概念用于220ml以上的灌装量,但该包装概念对于碳酸饮料的应用尚未被评估。尽管如此,Sidel的所有新研发项目都将包括至少30%的rPET,无论这些瓶子用于哪个细分市场。”Vincent Le Guen说道。

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总结

为了使PET容器更加环保,开发部门正在加快研发进度,以减少材料的使用,从而达到减轻重量和节约资源的目的。在后续的研发活动中,还会陆续增加rPET的含量(高质量的rPET能够保证容器的可加工性和食品安全性)。特别是在减轻重量方面,领先的包装公司在近年来已经在PET轻量化方面取得了巨大进展。行业关注的另一个焦点是,加工PET的技术解决方案(包括印刷、标签、瓶盖等),以确保PET能够被最佳地回收利用。

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