От алюминия к перерабатываемым конструкциям: как заменить трубные материалы

Тубы из алюминиевого барьерного ламината (ABL) на протяжении десятилетий доминировали в упаковке гибких туб. Их исключительные барьерные свойства сделали их выбором по умолчанию для фармацевтических препаратов, косметики и пищевых продуктов, требующих длительного срока хранения. Но эта эпоха заканчивается. Ужесточение правил, обязательства бренда по устойчивому развитию и достижения в области технологии барьерных пленок подталкивают производителей к поиску альтернатив, пригодных для вторичной переработки, не жертвуя при этом функциональными свойствами, которые обеспечивает ABL.

В этой статье объясняется, почему ABL трудно заменить, показаны реалистичные альтернативы, доступные сегодня, и предлагается практическая основа для подбора правильной структуры материала к вашему продукту и применению.

Что такое Алу-Лам и почему его прекращают использовать

Алюминиевая барьерная ламинатная трубка, обычно называемая Alu-Lam или ABL, представляет собой многослойную структуру, которая обычно сочетает в себе внутренний слой полиэтилена (ПЭ) для контакта с продуктом, один или несколько слоев алюминиевой фольги для обеспечения барьерных характеристик и внешние полиэтиленовые или печатные слои для структуры и украшения. Слой алюминия обеспечивает ABL исключительную защиту: он блокирует кислород, влагу, свет и летучие соединения с уровнем эффективности, с которым могут сравниться лишь немногие другие материалы.

Для фармацевтических мазей и кремов, подлежащих одобрению регулирующих органов, или для косметических продуктов со сложными активными ингредиентами такое качество было незаменимым. Трубки ABL обычно обеспечивают скорость пропускания кислорода (OTR) ниже 0,01 см³/м²/день. — намного лучше, чем большинство пластиковых альтернатив, — поэтому они стали стандартом в чувствительных приложениях.

Проблема в возможности вторичной переработки. Поскольку ABL сплавляет алюминий и пластик в неразрывный композит, стандартные методы механической переработки не могут его переработать. На большинстве рынков трубки ABL либо сжигаются, перерабатываются в низкосортные материалы, либо отправляются на свалку. В Европе около 38% из примерно 11,5 миллиардов туб, производимых ежегодно, представляют собой ламинированные тубы, большинство из которых — ABL, и практически ни одна из них не перерабатывается на существующих предприятиях.

Регулирующее давление ускоряет переход. Регламент ЕС по упаковке и упаковочным отходам (PPWR), который требует, чтобы вся упаковка была пригодна для вторичной переработки к 2030 году, ставит тюбики ABL в трудное положение. Бренды, ставящие перед обществом цели в области устойчивого развития, опережают нормативные сроки, активно меняя дизайн упаковки, чтобы она соответствовала потокам материалов, пригодных для вторичной переработки. Результатом является быстро растущий спрос на трубчатые конструкции, которые сохраняют надежные барьерные характеристики и при этом могут быть переработаны в существующей или будущей инфраструктуре переработки.

Основные альтернативы трубчатым конструкциям ABL

Ни один материал не заменит ABL в любой ситуации. Правильная альтернатива зависит от барьерных требований вашего продукта, потока переработки, доступного на вашем целевом рынке, и финансовых ограничений. Реальными заменами стали три основных направления, каждое из которых сопряжено с различными техническими компромиссами:

• Трубы из мономатериала — экструдированный из одного семейства полимеров (обычно ПЭ или ПП), часто со встроенным барьерным слоем из EVOH. Они квалифицируются как пригодные для вторичной переработки в потоках полиолефинов, если содержание неполиолефинов остается ниже 5%.
• Тубы из коэкструдированной барьерной пленки (PBL) — пластиковые барьерные ламинаты, изготовленные путем совместной экструзии нескольких слоев совместимых полимеров с сердцевиной из EVOH или PVDC. Они обеспечивают значительно лучший барьер, чем стандартные трубы из мономатериала, и все чаще используются в процессах переработки.
• Бумажные и гибридные структуры — тубы с бумажными слоями для уменьшения занимаемой площади пластика и преимущества в области устойчивого развития, хотя и со значительными ограничениями в приложениях, чувствительных к влаге.

Прежде чем принимать решение о замене, важно понять возможности и ограничения каждого из них. Для брендов, управляющих портфелями продуктов по нескольким категориям, ответом редко является один материал по всем направлениям — это стратегическое сопоставление требований к продукту с архитектурой материалов. Руководство по более широкому гибкие упаковочные материалы и их функциональные компромиссы могут помочь сформулировать это решение на уровне категории.

Трубы из мономатериала ПЭ и ПП: простейшая замена

Тюбики из мономатериала представляют собой наиболее простой путь к вторичной переработке. Построив всю трубку из одного семейства полимеров — чаще всего из полиэтилена высокой плотности (HDPE) для плеча и полиэтилена низкой плотности (LDPE) для гибкого корпуса — готовая трубка может без разделения поступать в стандартные потоки переработки полиолефинов.

Для продуктов с умеренными требованиями к барьерности может быть достаточно хорошо спроектированной моно-ПЭ трубки. Проницаемость кислорода через стандартную стенку трубки из ПЭНП обычно находится в диапазоне 2000–4000 см³/м²/день — этого достаточно для таких продуктов, как кремы для рук, кондиционеры для волос или средства для мытья тела, которые быстро расходуются и не требуют защиты от окисления в течение длительного времени.

Когда требования к барьерности более строгие, слой EVOH (этиленвинилового спирта) может быть включен в экструдированную структуру в виде сэндвича из связующего слоя. EVOH является одним из наиболее эффективных кислородных барьеров на основе полимеров, значения OTR которого составляют всего 0,01–0,1 см³/м²/день в зависимости от толщины слоя. Чтобы сохранить возможность вторичной переработки, слой EVOH должен оставаться ниже 5% от общего веса тубы. — порог, признанный основными европейскими рекомендациями по переработке полиолефинов.

Ограничения трубок из мономатериала вполне реальны. Они не могут соответствовать влагонепроницаемости алюминия, что делает их непригодными для высокогигроскопичных продуктов или фармацевтических препаратов, для которых требуется скорость передачи водяного пара (СПВП) ниже 0,5 г/м²/день. Они также имеют меньшую жесткость, чем ABL, что влияет на товарный вид на полке и восприятие потребителем качества продукции. Для брендов, производящих переход, конструкция трубки — толщина стенок, геометрия плеч и система крышки — часто должна быть переработана вместе с заменой материала.

Соэкструдированные барьерные пленки: эффективность без алюминия

Коэкструдированные барьерные пленочные структуры — основа пластиковых барьерных ламинатных туб (PBL) — представляют собой промежуточный путь между возможностью вторичной переработки туб из мономатериала и барьерными характеристиками ABL. Вместо соединения отдельных слоев пленки посредством клеевого ламинирования, соэкструзия позволяет получить единую многослойную пленку за один производственный этап, при этом все слои одновременно экструдируются через многоканальную головку.

Типичная соэкструдированная трубчатая пленка для требовательных применений состоит из пяти-девяти слоев: внутренний и внешний полиолефиновые слои для герметизации, структурной целостности и пригодности для печати; один или несколько связующих слоев для скрепления несовместимых полимеров; и центральное барьерное ядро ​​из EVOH. Поскольку все слои химически связаны во время экструзии, а не ламинируются клеем, структура становится более однородной и не содержит остатков клея, что упрощает восстановление материала.

Хорошо спроектированные соэкструдированные конструкции могут обеспечить значения OTR 0,1–1,0 см³/м²/день. , который отвечает барьерным требованиям широкого спектра косметических составов и средств личной гигиены, а также многих пищевых тюбиков. Это представляет собой значительный шаг вперед по сравнению со стандартным мономатериалом полиэтилена и ставит соэкструдированные пленки в прямую конкуренцию нижней части диапазона производительности ABL.

С точки зрения эффективности производства соэкструзия имеет преимущества перед традиционным ламинированием и производством ABL. Исключение отдельных этапов ламинирования снижает энергопотребление, сокращает производственный цикл и снижает риск возникновения дефектов расслоения — известного вида разрушения в клееных структурах ABL под воздействием напряжения или изменения температуры. Для производителей труб это означает более строгий контроль качества и более предсказуемую стабильность от партии к партии.

Пригодность к вторичной переработке соэкструдированных структур PBL зависит от состава. Пленки, изготовленные в основном из полиолефинов с низким содержанием EVOH, подходят для переработки полиэтилена в соответствии с действующими европейскими директивами. Поскольку инфраструктура переработки гибких пленок, состоящих из нескольких материалов, продолжает развиваться, ожидается, что критерии приемлемости будут расширяться, что сделает сегодняшние соэкструдированные трубчатые пленки хорошими для нормативной среды 2028–2030 годов.

Бумажные и гибридные трубчатые конструкции

Трубчатые конструкции на основе бумаги приобрели значительную привлекательность для потребителей, поскольку бренды стремятся продемонстрировать свою экологическую ответственность в точках продаж. Внешний слой бумаги создает тактильную, естественную эстетику, которая находит отклик у потребителей, заботящихся об устойчивом развитии, а общественность широко понимает бумагу как материал, пригодный для вторичной переработки.

На практике конструкции бумажных туб, используемые для жидких или полужидких продуктов, почти всегда включают внутреннюю полимерную облицовку — обычно полиэтилен или полипропилен — для обеспечения влагостойкости и совместимости продуктов. Этот внутренний слой необходим для любого продукта со значительным содержанием воды, поскольку бумага без покрытия практически не имеет барьера для влаги. В результате получается гибридный материал, который, хотя и выглядит на основе бумаги, требует тех же проблем разделения, что и любой композит бумаги и пластика, для достижения высококачественной переработки.

Тюбики на чисто бумажной основе без внутреннего полимерного вкладыша предназначены только для сухих или твердых продуктов (стиков для дезодорантов, бальзамов для губ или твердой косметики), где контакт влаги со стенками тюбика минимален, а барьерные характеристики не являются критическим требованием. В этих целях бумажные тубы действительно подлежат вторичной переработке и представляют собой надежный устойчивый выбор.

Для применения в трубах с мокрым заполнением структуры на бумажной основе должны быть тщательно оценены с точки зрения их фактического завершения срока службы на целевом рынке. Трубка, которая выглядит пригодной для вторичной переработки, но попадает в поток остаточных отходов из-за отсутствия маршрута переработки, не приносит реальной экологической пользы. через трубку ABL и может привести к вводящим в заблуждение заявлениям об устойчивом развитии. Бренды, рассматривающие возможность использования бумажных тубусов, должны проверить инфраструктуру сбора и сортировки на каждом рынке, прежде чем переходить на этот формат.

Выбор подходящей замены по применению

Решение о замене ABL должно начинаться с четкого определения барьерных характеристик, которые на самом деле необходимы вашему продукту, а не той производительности, которую может обеспечить ABL. Многие продукты, которые в настоящее время упаковываются в тубы ABL, соответствуют этому стандарту скорее по условностям, чем по необходимости. Тщательное исследование срока годности с использованием целевого замещающего материала часто показывает, что достаточно мономатериала или соэкструдированных структур.

Любой материальный переход должен сопровождаться несколькими практическими шагами. Во-первых, проведите ускоренные испытания на срок годности заменяющей конструкции в условиях, соответствующих наихудшим условиям хранения и транспортировки. Во-вторых, проверьте совместимость внутреннего слоя тубы и состава продукта — некоторые активные ингредиенты по-разному взаимодействуют с поверхностями из полиэтилена и с алюминиевыми поверхностями. В-третьих, подтвердите заявления о пригодности к вторичной переработке выбранной вами структуры в соответствии с конкретной инфраструктурой сортировки и сбора на ваших основных рынках, поскольку критерии приемки значительно различаются в зависимости от региона.

Наконец, работайте с поставщиками пленок и трубок, которые могут предоставить полную документацию по материалам, включая состав слоев, декларации о добавках и сертификаты соответствия рекомендациям по переработке. Прозрачная документация о цепочке поставок все чаще требуется розничным клиентам и имеет важное значение для соблюдения нормативных требований в рамках развивающихся схем расширенной ответственности производителя (EPR). Переход от Alu-Lam — это не просто решение в области материаловедения, это реорганизация цепочки поставок, которая вознаграждает ранние, хорошо документированные действия.