تتميز مواد التغليف الأحادية بالتكنولوجيا

ملخص: يحلل هذا المقال حلول صعوبات الإنتاج (مثل مقاومة الحرارة وخصائص الحاجز) والنقاط الرئيسية للتغليف أحادي المادة، ثم يشارك عددًا من حالات التطبيق العملي التي تم إنتاجها بكميات كبيرة.

تأسست شركة LD Packaging المحدودة (اختصارًا LD Pack) عام ١٩٩٠، وهي بلا شك رائدة في صناعة التغليف المرن. بفضل ٣٠ عامًا من التركيز والتطوير المبتكر، نمت الشركة لتصبح شركة تغليف مرن حديثة ذات قدرات بحث وتطوير قوية، محققةً قيمة إنتاج سنوية تتجاوز ٦٠٠ مليون يوان صيني. ونظرًا لريادتها في مجال البحث والتطوير في مجال التغليف أحادي المادة القابل لإعادة التدوير، فقد كانت من رواد هذا المجال.

في عام ٢٠١٤، مع بداية ظهور تقنية BOPE، نجحت شركة LD PACK في تطوير كيس سحاب منزلق قابل لإعادة التدوير مصنوع من هيكل أحادي من البولي إيثيلين، ويحتوي على مادة BOPE. بعد أكثر من ست سنوات من الجهد، نجحت LD PACK مجددًا في تطوير أربع سلاسل من منتجات التغليف أحادية المادة القابلة لإعادة التدوير، بما في ذلك تغليف أحادي من البولي إيثيلين، وتغليف أحادي من البولي بروبيلين، وتغليف كبير السعة، وأفلام لف التغليف الأوتوماتيكية، مما يساهم في حماية البيئة. لا شك أن تطوير التغليف أحادي المادة القابل لإعادة التدوير هو الموضوع الأكثر سخونة في صناعة التغليف المرن. ولكن، ما هي الصعوبات التي واجهتها LD PACK خلال السنوات الست الماضية عند تطويرها لمنتجات التغليف أحادية المادة؟

ما هي قيود استخدام المواد الأحادية مثل البولي إيثيلين والبولي بروبيلين؟ ما هي أحدث التطورات؟ في ضوء هذه الأسئلة، حظي مراسلنا مؤخرًا بفرصة مقابلة السيد جيسون تشونغ، المدير العام لشركة LD PACK. وفيما يتعلق بتطوير المواد الأحادية، قال السيد تشونغ: "إن تطوير المواد الأحادية أمرٌ ضروري، ومستقبلها مشرق! ومع ذلك، فإن طريق البحث والتطوير شاقٌّ ومعقد، ولا يزال هناك العديد من العقبات التقنية التي يتعين التغلب عليها!"

حقيبة بسحاب منزلقة قابلة لإعادة التدوير من مادة البولي إيثيلين أحادية الهيكل

1. إن أكبر التحديات التقنية التي تواجه التغليف أحادي المادة هي مقاومة الحرارة وخصائص الحاجز.

(1) مقاومة الحرارة:

عند استخدام مواد مثل البولي إيثيلين/البولي إيثيلين، تنتقل الحرارة أثناء صناعة الأكياس من الطبقة السطحية إلى طبقة الختم الحراري. ورغم التحسينات في الخصائص الفيزيائية، مثل قوة الشد والصلابة والشفافية، من خلال عمليات التمدد، إلا أن الخصائص الكيميائية لفيلم البولي إيثيلين تبقى كما هي، لا سيما أن مقاومته للحرارة تُمثل التحدي الأكبر أثناء صناعة الأكياس. إذ يجب أن تكون الطبقة الخارجية من البولي إيثيلين ساخنة لضمان سلامة الختم، بينما يجب أن تبقى الطبقة الداخلية باردة للحفاظ على الختم الحراري. ويمثل هذا التناقض تحديًا كبيرًا. بالإضافة إلى ذلك، يؤثر تمدد البولي إيثيلين على استواء الأكياس. ويمكن استخدام البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE) لمعالجة مشاكل التمدد، إلا أن ضعف مقاومته للحرارة لا يفي بمتطلبات التعبئة والتغليف. من ناحية أخرى، لا يمكن للبولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) الخضوع للتمدد المزدوج، مما يزيد من تعقيد المشكلة. ويمكن استخدام البولي إيثيلين منخفض الكثافة (BOPE) بدلاً من النايلون لمعالجة مشاكل الصلابة ومقاومة الثقب، إلا أنه لا يزال يفشل في حل مشكلة مقاومة الحرارة واستواء الأكياس. وتميل الأكياس المصنوعة من البولي إيثيلين منخفض الكثافة (BOPE)/البولي إيثيلين إلى التجعد، مما يزيد بشكل كبير من صعوبة صناعة الأكياس.

حتى بعد ست سنوات من تطوير مادة أحادية، لم تُحل شركة LD PACK مشكلة مقاومة الحرارة إلا جزئيًا. ويعتمد الحل الكامل على تحسينات في أداء الراتنج وتكنولوجيا المعالجة، والتي لا تزال غير مكتملة. ويُقال إن شركات مثل إكسون موبيل وداو تعمل على إيجاد حل لمشكلة مقاومة البولي إيثيلين للحرارة، وتأمل أن تحقق إنجازات عملية قريبًا.

(2) خصائص الحاجز:

بخلاف مقاومة الحرارة، توجد حلول قائمة لتعزيز حاجز المواد الأحادية. عمومًا، يمكن إضافة EVOH أو PVA لتلبية متطلبات الحاجز وإعادة التدوير، طالما أن الكمية المضافة لا تتجاوز 5% من إجمالي السُمك. على سبيل المثال، في غشاء مصفح بسمك إجمالي يبلغ 100 ميكرومتر، ستكون كمية EVOH المضافة حوالي 5 ميكرومتر، مما ينتج عنه OTR أقل من 8 سم مكعب. يمكن لهذه الهياكل أن تحافظ بفعالية على جودة الأطعمة الجافة المعبأة والمنتجات المنزلية، وإن كانت مدة صلاحيتها أقصر قليلاً مقارنةً بالتغليف المركب التقليدي. ومع ذلك، ترتفع التكلفة بشكل كبير، وهذه الحلول لا تعالج مشاكل الحاجز إلا جزئيًا، وتفشل في معالجة مشكلات مثل مقاومة الزيت ومقاومة الضوء ومقاومة المواد الكيميائية، مما يحد من استخدامها في جميع أنواع تغليف المواد الغذائية.

فيما يتعلق بإيجابيات وسلبيات إضافة EVOH أو PVA لتحسين خصائص الحاجز، فقد اختبرنا كلتا المادتين. بينما يتميز PVA بخصائص حاجز الأكسجين، ويمكن تطبيقه على ركائز مختلفة بمرونة في المعالجة، إلا أن عيوبه تشمل ضعف مقاومته للماء، وقابليته للتشوه، ومقاومته للحرارة. في المقابل، نعتقد أن إضافة EVOH أكثر ملاءمة. تقنية نفخ الأغشية باستخدام EVOH متطورة، وعندما يحتاج العملاء إلى خصائص حاجز أعلى، يمكن إضافة EVOH في منتصف طبقة العزل الحراري دون الحاجة إلى معالجة طلاء إضافية. يُقلل وضعه في الطبقة الوسطى من تأثير الرطوبة، مما يضمن أداءً حاجزًا مستقرًا ومقاومًا جيدًا للحرارة.

في الختام، يُعدّ التغليف أحادي المادة الحالي باستخدام البولي بروبيلين أو البولي إيثيلين مناسبًا فقط لتغليف الأطعمة الجافة أو سوائل الغسيل. فهو لا يلبي متطلبات التغليف العالية، مثل التعقيم بدرجات حرارة عالية أو مقاومة المواد الكيميائية. علاوة على ذلك، تُعدّ مقاومة المواد أحادية المادة للحرارة الضعيفة مشكلةً جوهرية، مما لا يُلبي متطلبات اختلاف درجات الحرارة، مما يؤثر على سرعة آلات التغليف الأوتوماتيكية أو آلات التعبئة. لذا، يلزم خفض سرعة التغليف بشكل كبير لتحقيق أهداف التغليف.

2. تحتاج شركات التغليف المرن إلى التركيز على عدة نقاط رئيسية في التحكم في العملية عند إنتاج التغليف أحادي المادة القابل لإعادة التدوير:

١) عملية الطباعة: لا يوجد تقريبًا أي طباعة زائدة بسبب تشوه المواد بفعل الشد، ولكن يلزم استخدام معدات طباعة عالية الدقة لضمان دقة محاذاة الطباعة والتحكم في الشد. بالنسبة لمواد البولي إيثيلين التي نستخدمها، يمكن تحقيق سرعات تتراوح بين ٢٥٠ و٣٠٠ متر/دقيقة باستخدام معدات طباعة BOBST.

٢) عملية تصنيع الأكياس: تُعد عملية تصنيع الأكياس من أصعب الجوانب. يتطلب الأمر تعديل الآلات لتلائم شد ودرجة حرارة التغليف أحادي المادة. يجب تقليل الشد إلى أدنى حد، وتقليل سرعة الآلة لتقليل تمدد المادة. يمكن أن يُحسّن خفض درجة حرارة الختم وتطبيق عمليات ختم متعددة منخفضة الحرارة لأكياس البولي إيثيلين/البولي إيثيلين جودة تصنيع الأكياس. يجب ألا يقل فرق درجة الحرارة بين الطبقات الداخلية والخارجية عن ٣٠ درجة مئوية لضمان تصنيع الأكياس بكفاءة.

٣) مرحلة ما بعد المعالجة: يُعدّ التحكم في تقنيات ما بعد المعالجة، مثل فوهات اللحام والصمامات، أمرًا بالغ الأهمية. تتطلب هذه العمليات درجات حرارة أعلى من تصنيع الأكياس، مما يستلزم اختيارًا دقيقًا للمواد وتعديلات على عمليات اللحام.

3. دراسة الحالة:

1) عبوات البولي إيثيلين الأحادية القابلة لإعادة التدوير

حاليًا، نستخدم هيكل BOPE/EVOH/PE بدلًا من BOPA/PE. الطبقة الخارجية مصنوعة من مادة PE المقاومة للحرارة والتمدد للطباعة، بينما تستخدم طبقة الترقق مواد عالية الصلابة والمتانة لضمان استواء الكيس ومتانته. هذا الحل مناسب لأنواع مختلفة من الأكياس، مثل الأكياس ذات الختم الثلاثي، والأكياس ذات السحاب القائم، والأكياس ذات الفوهة، والتي تُباع بشكل رئيسي في الأسواق الخارجية. تُستخدم هذه الأكياس بشكل رئيسي لتعبئة الأطعمة الجافة، والأطعمة الطازجة والمجمدة، والضروريات اليومية، والتغليف خفيف الوزن.

2) أكياس صنبور أحادية من مادة البولي بروبيلين

هذه الأكياس مصنوعة بالكامل من مادة البولي بروبيلين، وتتميز بطبقة خارجية مقاومة للحرارة والانكماش، وطبقة داخلية مصممة لعزل الحرارة المنخفضة ومقاومة الصدمات. وهي مناسبة للتعبئة الساخنة والتبريد، وتتميز بخصائص عزل عالية، مما يجعلها مثالية لتعبئة منتجات الألبان. يتراوح وزن العبوة عادةً بين 70 و150 غرامًا، وتشمل أنواع الأكياس أكياسًا ذات فوهة قائمة وأكياسًا ذات فوهة محكمة الغلق من أربعة جوانب. ومع ذلك، تخضع هذه الأكياس حاليًا لاختبارات على نطاق ضيق ولم تُطرح في السوق بعد. تكمن التحديات الرئيسية في مقاومة الحرارة وانخفاض كفاءة الإنتاج. تتطلب أكياس الفوهة فرقًا أعلى في درجة الحرارة عند منطقة الفوهة، يتراوح على الأقل بين 70 و80 درجة مئوية أو حتى 100 درجة مئوية، وهو ما لا تستطيع مادة البولي بروبيلين تحقيقه، مما يجعل إنتاجها صعبًا للغاية.

3) كيس تغليف أحادي البولي بروبيلين

تتميز هذه الأكياس بهيكل مصنوع من مادة البولي بروبيلين 100%، أو هياكل من البولي بروبيلين/البولي بروبيلين أو البولي بروبيلين/البولي بروبيلين/البولي بروبيلين، باستخدام مواد أحادية لتلبية متطلبات العزل العالية. الطبقة الخارجية مصنوعة من البولي بروبيلين عالي المقاومة للحرارة، بينما الطبقة الداخلية مصنوعة من مواد عالية المرونة، وقوة عزل حراري، ومقاومة للصدمات، مما يضمن تلبية الكيس لمتطلبات العملاء. تتوفر الأكياس بأنواع مختلفة، مثل الأكياس ذات السحاب القائم، والأكياس ذات السحاب رباعي الجوانب، والأكياس ذات السحاب المسطح، بسعة تتراوح بين 500 غرام و3 كجم.

التوقعات المستقبلية للتغليف أحادي المادة القابل لإعادة التدوير:

تعهدت علامات تجارية كبرى، مثل نستله ويونيليفر وكرافت، خلال المنتدى الاقتصادي العالمي لعام 2018 في دافوس، بالانتقال إلى استخدام مواد قابلة لإعادة التدوير أو التحلل الحيوي في جميع مواد التغليف الخاصة بها بحلول عام 2025. وقد دفع التوجه نحو الاستدامة البيئية، محليًا ودوليًا، الحكومات والعلامات التجارية الكبرى إلى اعتماد مواد تغليف أحادية المادة وقابلة لإعادة التدوير لتعزيز تنمية الاقتصاد الدائري. ومع ذلك، لا تزال العديد من التحديات التقنية دون حل، مما يحول دون استبدال مواد التغليف أحادية المادة لمواد التصفيح متعددة الطبقات بشكل كامل. ولا تزال الحلول الحالية، مثل تلك التي تحتوي على مادة EVOH لاستبدال رقائق الألومنيوم، تواجه عقبات تكنولوجية، إذ إنها لا تعالج سوى جزئيًا مشكلات حاجز الأكسجين، ولا يمكنها استبدال خصائص الحاجز الشاملة لرقائق الألومنيوم بشكل كامل.

في الوقت الحالي، يعتزم أصحاب العلامات التجارية وشركات التغليف تطوير مواد أحادية، ولكن لا يزال الطريق طويلاً قبل التطبيق الفعلي. على الرغم من هذه التحديات، تلتزم شركات مثلنا بتطوير حلول لخصائص العزل ومقاومة الحرارة. نختبر حاليًا أفلام MDOPE، باستخدام عمليات البثق، ونعمل باستمرار على تحسين وتعديل العمليات. ومع ذلك، في ظل غياب لوائح صارمة، لا يزال استخدام التغليف أحادي المادة محدودًا، حتى في الأسواق الخارجية حيث تم الترويج له في وقت أبكر من الأسواق الصينية. يُعدّ حل مشاكل مقاومة الحرارة والعزل أمرًا بالغ الأهمية لاعتماد التغليف أحادي المادة على نطاق واسع.

بالإضافة إلى التحديات التقنية، هناك أيضًا مخاوف تتعلق بالتكلفة. إذ إن تكلفة التغليف أحادي المادة عادةً ما تزيد بنسبة 20-30% على الأقل عن تكلفة التغليف التقليدي، مما يحد من تطويره.

سيظل تطوير التغليف أحادي المادة يواجه تحديات وعقبات تكنولوجية، إلا أن تكثيف جهود البحث والتطوير في مجال التغليف القابل لإعادة التدوير يُعدّ محورًا رئيسيًا للتطور المستقبلي لشركة LD PACK. هدفنا هو تحقيق نسبة استخدام تتجاوز 70% للتغليف أحادي المادة بحلول عام 2025 تقريبًا. نتمنى لشركة LD PACK النجاح في التغلب على العقبات التكنولوجية التي تواجه تطوير التغليف أحادي المادة، وأن تصبح رائدة في هذا المجال.

بيان: كُتبت هذه المقالة بواسطة LD PACK وجميع الحقوق محفوظة لها. المحتوى للإشارة فقط. يُرجى تصحيح أي أخطاء. يُحظر إعادة إنتاجها دون إذن، وإلا تحتفظ LD PACK بحقها في متابعة مسؤوليتها القانونية. لأي استفسارات تقنية، يُرجى التواصل عبر البريد الإلكتروني sales@ldpack.com لمناقشة الأمر.

المقال من: < PACKAGING FOREFRONT>،