Primjena i razvoj polipropilena za termoformiranje u području pakiranja

1. Osnovni principi i karakteristike termoformiranja

Termoformiranje je posebna metoda obrade plastike kojom se termoplastične ploče prerađuju u različite proizvode. Termoplastična ploča se zagrijava da omekša, a zatim se podvrgava tlaku (vakuum ili pozitivni tlak) kako bi termoplastična ploča djelovala na površinu kalupa i dobila oblik sličan površini kalupa. Nakon hlađenja i oblikovanja, proizvod se obrezuje kako bi se dobio željeni oblik. Termoformiranje je brzo i ujednačeno, s kratkim ciklusom oblikovanja i niskim troškovima kalupa, pogodno za automatizaciju i dugo vrijeme proizvodnje, te se smatra najučinkovitijom metodom obrade s najnižim jediničnim troškovima među metodama oblikovanja plastike. Posebno s kontinuiranim poboljšanjem procesa i opreme za termoformiranje te intervencijom računalne simulacije, termoformiranje je postalo glavna metoda obrade koja se natječe s injekcijskim i puhanjem. Posljednjih godina postignuti su novi napredci u opremi za termoformiranje. Jimin je predstavio opremu i procese termoformiranja izložene na K2013 u Njemačkoj, gdje su brzina, svestranost, tehnologija upravljanja i smanjenje troškova postali ključne teme za novu opremu za termoformiranje u pakiranju i industriji.

Glavne vrste termoformiranja su: vakuumsko oblikovanje, oblikovanje pod tlakom, oblikovanje uz pomoć klipa i njihove kombinacije. Na tržištu je sve više termoformiranih proizvoda, kao što su šalice, tanjuri, pladnjevi za hranu, igračke, kape i kacige, dijelovi kućanskih aparata, kao i automobilski dijelovi, arhitektonski dekorativni dijelovi, kemijska oprema itd. U usporedbi s injekcijskim prešanjem, termoformiranje ima prednosti visoke proizvodne učinkovitosti, niskih ulaganja u opremu i mogućnosti proizvodnje proizvoda s velikim površinama. Glavne plastike koje se koriste u termoformiranju su polistiren (PS), polivinilklorid (PVC), poliolefini poput PE, PP, poliakrilati (PMMA) i celuloza poput nitroceluloze (NC), celulozni acetat (CA) itd. Inženjerske plastike poputakrilonitril-butadien-stiren (ABS)također se koriste. Stirenska plastika (ABS), polikarbonat (PC) itd. Razvoj visokoučinkovitog PP-a kao što su visoka prozirnost, visoka čvrstoća taline i nisko savijanje potaknuo je primjenu i razvoj PP-a u području termoformiranja.

2. Status domaćeg tržišta termoformirajuće ambalaže

Postoji više od 3,000 domaćih tvrtki za termoformiranje pakiranja, od kojih više od 300 ima godišnju proizvodnju veću od 1,000 tona. Oko 70% tvornica s godišnjim proizvodnim kapacitetom od tisuća tona su vlastite proizvodnje ploča i integratori termoformiranih proizvoda. PS (OPS) i polietilen tereftalat (PET) glavni su vanjski dobavljači ploča, dok neke sposobne tvornice proizvode vlastite PP, PS i PVC ploče, a male tvornice svoje ploče prepuštaju vanjskim dobavljačima. Termoformirani proizvodi uglavnom se koriste u pakiranju hrane, pakiranju neprehrambenih proizvoda i rezanim pločama, a zahtjevi za sirovinama razlikuju se od primjene do primjene.

3. Razvoj PP-a za termoformiranje

Primjena PP termoformiranja u domaćim poduzećima započela je 1990-ih i posljednjih se godina brzo razvija, s godišnjom stopom rasta od oko 10%. Sada u Kini postoji mnogo velikih i poznatih proizvođača termoformirane plastične ambalaže, poput Japan Central Chemical, koji su izgradili pogone u Kini i pustili ih u proizvodnju, a njihovi proizvodi uglavnom su usmjereni na srednje i visokokvalitetne proizvode za termoformiranje plastike. Trenutno u Kini nedostaje posebnih PP materijala posebno za proces termoformiranja. Domaći proizvođači proizvoda za termoformiranje uglavnom kupuju T30S i druge modificirane smole opće namjene za upotrebu, ali proizvodi dobiveni naknadnom modifikacijom i proizvodnjom u industrijskim razmjerima imaju neravnomjernu kontrolu aditiva, vlačna svojstva ne zadovoljavaju zahtjeve, neravnomjernu debljinu stijenke spremnika u termoformiranju, probleme s ekstruzijskim premazom, kalandriranjem rubova i druge probleme. Teško je zadovoljiti visoku kvalitetu i visoke zahtjeve primjene, ali i zahtjeve za visokom kvalitetom i visokim zahtjevima, što ograničava učinkovitost proizvodnje poduzeća za nizvodnu preradu.

Inozemni specijalni materijali za termoformiranje uglavnom su homopolimeri, prozirni slučajni kopolimeri su rjeđi, a neke vrste imaju duge cikluse uvoza, pa domaći proizvođači termoformiranja rijetko koriste uvozne materijale. Postojeća proizvodnja ploča proizvođača termoformirajućih proizvoda uglavnom je ploča širine 600 mm, a s napretkom tehnologije strojeva za oblikovanje širina ploče se povećava, a najšira može biti veća od 1000 mm, pa se za sposobnost ploče protiv taljenja postavljaju veći zahtjevi. Rješenje u industriji proizvoda za termoformiranje je dodavanje određenog postotka polietilena visoke gustoće (PE-HD) običnom PP-u kako bi se poboljšala otpornost ploče na taljenje, ali ova metoda će dovesti do neravnomjernog miješanja i ograničene prozirnosti proizvoda. Domaća industrija termoformiranja ima sve hitniju potražnju za PP sirovinama s visokim performansama i ultra visokom prozirnošću.
Prije 2012. godine, istraživanje i razvoj visoko transparentnih termoformirajućih materijala u Kini bili su relativno u zaostatku. U to vrijeme, stanje istraživanja i razvoja domaćih termoformirajućih specijalnih materijala navedeno je u Tablici 2.

Nijedan od ovih specijalnih materijala nije dalje obrađen radi veće čvrstoće taline i šire raspodjele molekularne težine potrebne za termoformiranje, a neki se nisu proizvodili u velikim razmjerima.

Posljednjih godina, Tianjin Petrochemical je nastavio razvijati posebne materijale u području termoformiranja PP-a te postigao značajne ekonomske i društvene koristi, dodajući boju ovom nišnom području termoformiranja.

Tablica 4 prikazuje posebne PP materijale za termoformiranje koje je posljednjih godina razvilo nekoliko petrokemijskih postrojenja, a koje su razvili Shanghai Ru Xia New Material i svako petrokemijsko postrojenje za različite zahtjeve u različitim segmentima termoformiranja. Proizvođači proizvoda za termoformiranje nizvodno su široko raspršeni, koncentracija industrije je niska, postoji malo poduzeća iznad razmjera, a potražnja za proizvodima nizvodno je raznolika, a petrokemijska postrojenja imaju vlastite planove za raspoređivanje proizvodnje, tako da još uvijek postoje neke poteškoće u dobroj koordinaciji s uzvodnim i nizvodnim sektorom, ali smjer razvoja industrije termoformiranja je s jedne strane izrada diferenciranih proizvoda nizvodno, a s druge strane korištenje posebnih materijala za proizvodnju, kako bi se poboljšala kvaliteta proizvoda i poboljšala stabilnost kvalitete proizvoda. Razvoj i primjena posebnih materijala za termoformiranje i dalje su obećavajući.