Список тематических статей

Экструзия пленки: день за днем

Производство пленки в России за последние 3 года значительно возросло. Каждый год прирост составлял не менее 10%. Причина увеличения производства пленки заключается в положительной динамике роста спроса на упаковочную продукцию самого разного назначения: фасовочных пакетов, сумок, термоусадочной и стретч-пленки, — инициирует которую, в первую очередь, пищевая промышленность.

Война слоев

Недорогое оборудование для производства однослойной пленки пользуется стабильным спросом благодаря невысокой цене, особенно это касается экструдеров из юго-восточной Азии. Стоит учитывать, что подобное оборудование закупалось в первую очередь на заре «упаковочного бума» в России в 90-х годах прошедшего столетия. Поэтому конкуренция на рынке однослойных фасовочных пленок шириной полотна менее 300 мм достаточно плотная, и войти на этот рынок новичкам удастся лишь при наличии надежных каналов сбыта. В противном случае, даже низкая стоимость оборудования – порядка 25-28 тыс. долларов и даже ниже – не позволит рассчитывать на получение устойчивой прибыли на длительной основе. Кроме того, подобные малые установки обслуживают весьма узкую рыночную нишу, где удается конкурировать за счет предложения более низкой цены, которая достигается лишь за счет снижения собственной прибыли, а не уменьшения производственных затрат. Экструзионные установки, производящие рукав с большой шириной (до 1600 мм) позволяют работать на расширенном рыночном сегменте за счет предложения пленки для производства фасовочных пакетов большего объема, мусорных мешков, пленок для мульчирования, а также стрейч-пленки и термоусадочной пленки.

Однако и в этой категории машин не все так просто. Их стоимость уже превышает 50 тыс. долларов, а конкурировать приходится с производителями многослойной пленки, которая по ряду причин, речь о которых пойдет ниже, является предпочтительнее. В настоящее время производители пищевых продуктов отдают все большее предпочтение пленкам, имеющим барьерные свойства, чтобы исключить попадание в упаковку атмосферного воздуха или утечку газовой среды, в которой находится продукт, из упаковки. Однослойная пленка в этом случае не способна обеспечить требуемые свойства.В борьбе за конкурентное улучшение физико-механических свойств однослойной пленки приходится идти на увеличение ее толщины, использование более дорогих основных материалов и добавок, что делает продукцию менее конкурентной по цене. Попытки удешевить продукцию чаще всего приводят к ухудшению ее качества – недорогие линии по выдуву однослойной пленки не предоставляют особых возможностей по технологическому совершенствованию процесса ее получения. Уменьшение толщины пленки, например с 7 до 5 мкм, к которому часто прибегают в целях экономии полимерного сырья, плохо сказывается на физико-механических свойствах пленки и изготовлении из нее даже маленьких пакетов, предназначенных для упаковки хлебобулочных изделий. Несмотря на низкую цену, заказчик рано или поздно будет вынужден отказаться от такой некачественной продукции.

Специальные добавки позволяют получать однослойные пленки, которые по своим физико-механическим свойствам вполне удовлетворяют целевым требованиям. Однако большинство специальных добавок в России не производится и их приходится закупать в Европе и юго-восточной Азии по весьма высоким ценам, что опять же не способствует улучшению конкурентного положения однослойных пленок. В какой-то мере могут помочь технологические ухищрения и использование специальных рецептур, но применить их на практике будет возможным далеко не на всех экструзионных линиях. Например, существует специальная рецептура и технология ее применения, позволяющая производить очень интересную разновидность фасовочной однослойной пленки с эффектом пергамента, которая используется в производстве пакетов для дорогих сетевых магазинов и бутиков.

Одиночный экструдер имеет достаточно ограниченный диапазон переработки материалов, и рассчитывать на какой-то широкий ассортиментный ряд получаемой на нем продукции не приходится.

Диапазон получаемых полимерных пленок позволяют расширить установки с двумя экструдерами, позволяющими при использовании специальной делительной головки получать трехслойную пленку. В этом случае уже можно использовать функциональные свойства сразу двух полимеров – например, один из слоев (как правило средний)обеспечивает прочностные свойства, два других облегчают сварку при изготовлении упаковок.

В современной упаковке пищевых продуктов каждый из слоев выполняет свои отличные функции: внутренний отвечает за улучшенную термосварку шва и противоокислительные процессы, средний – за прочностные характеристики, наружный должен облегчать нанесение флексографической печати и обладать глянцевой поверхностью. Поэтому все три слоя имеют различные добавки, которые не удастся подмешать к материалу всех трех слоев на выдувной установке с двумя экструдерами. Именно по этой причине в Европе подобные машины сейчас уже практически не используются.

В три слоя…

Наиболее оптимальное сочетание стоимости оборудования и качественных преимуществ выпускаемой на нем полимерной пленки достигается на трехслойных соэкструзионных установках. Собственно, трехслойные пленки уже предоставляют переработчикам весьма емкий набор преимуществ.

Во-первых, комбинация трех тонких слоев позволяет добиться тех же свойств (а порой и лучше), чем у однослойной пленки при том, что суммарная толщина трехслойной пленки может быть на 25-30% меньше, чем у однослойной. Налицо экономия основных полимерных материалов. Примером этого может служить получение трехслойной пленки из ПЭНП толщиной 12-14 мкм из отечественного сырья, что совершенно недостижимо на однослойной пленке.

Во-вторых, предоставляется возможность использовать вторично переработанный полимер, что активно используется в производстве мусорных мешков. Этим достигается еще большая экономия полимерных материалов. В этом случае средний слой на 80% может состоять из вторичного полимера без ухудшения физико-механических свойств трехслойной пленки. Использование полимера вторичной переработки за счет многослойной технологии теперь допустимо не только при производстве пленки для мусорных мешков и пленки для мульчирования, но и для фасовочных целей.

В-третьих, специальные добавки для придания полимерной пленке специфических свойств (например, ультрафиолетовый фильтр, ультрафиолетовый стабилизатор, адгезивные или антиадгезивные свойства) можно добавлять лишь в один или два слоя, что позволяет сэкономить дорогостоящие добавки. Так, у однослойной стрейч-пленки клейкую добавку приходится добавлять с запасом, чтобы ее свойства стабильно проявлялись на поверхности. У трехслойной пленки ее достаточно добавить лишь в один внешний слой, чтобы гарантировать стабильную клеющую способность одной из поверхностей пленки.

В-четвертых, удается реализовать барьерные свойства пленки, а также другие специальные свойства за счет наличия среднего слоя. Кроме барьерных функций различные слои могут выполнять роль ультрафиолетового фильтра, а также преобразовывать длину волны светового потока. Для этого в них добавляются особые полимерные материалы – полисветаны. В-пятых, в многослойной пленке удается сочетать свойства полимеров, которыми не может обладать ни одна монополимерная структура. Достигается это за счет «сэндвич»-структуры многослойной пленки, когда чередование слоев, например из ПЭВП и ПЭНП, приводит к получению очень прочного материала. Получение такой пленки из тех же самых ПЭВП и ПЭНП в смесевом сочетании на однослойном экструдере невозможно.

И самое главное – трехслойная установка по выдуву пленки позволяет существенно расширить номенклатуру выпускаемых пленок для выхода на новые неосвоенные рынки.

… и более

Ведущие мировые производители экструзионного оборудования, такие как Reifenhдuser, Windmцller&Hцlscher, Hosokawa Alpine, поставляют оборудование для выдува 5-, 7-слойных пленок. Дополнительные слои позволяют добиться еще более развитой комбинации свойств – например, внести полиамидный слой, который дает барьерный эффект. Пятислойные и семислойные выдувные установки уже не являются экзотикой, однако представляют особый ценовой сегмент, как в плане оборудования, так и в плане перерабатываемого сырья. Стоимость «голой» установки для производства 5-слойной пленки решительно перешагнет отметку в миллион евро, а стоимость комплексного решения с технической и технологической поддержкой выльется уже в несколько миллионов евро. Кроме того, технологический регламент поставщика оборудования по переработке полимеров будет предполагать применение определенных полимерных материалов от ведущих производителей, что выведет продукцию в ценовой премиум-сегмент, когда речь может вестись только о налаженных сбытовых каналов за переделами России.

Применение отечественного сырья в этом случае исключается полностью.Собственно 7 слоев еще не предел для многослойных соэкструзионных линий – канадская компания Alpha Marathon предлагает экструзионные головки для выдува пленки в 10 слоев при 5 экструдерах. Такие пленки позволяют добиться высоких барьерных свойств в сочетании с уникальными прочностными характеристикам, однако полная стоимость такой установки вряд ли позволит рассчитывать на скорую окупаемость проекта.

Канадская компания Brampton Engineering еще 2001 году начала поставки экструзионных установок для выдува 10-слойных пленок. Словно предугадывая напрашивающийся вопрос обывателя «зачем?», в пресс-релизе отмечалось, что с появлением еще более современных упаковочных материалов, наиболее продвинутые их потребители с готовностью найдут применение и им. По непроверенным данным BE анонсировал установку для производства 12-слойной пленки…

На практике большие комбинации слоев позволяют добиться довольно интересных сочетаний материалов и их свойств:
1. Можно заключать тонкий слой EVOH между двумя слоями полиамида для улучшения сопротивляемости пленки излому, чтобы тем самым сохранить барьерные свойства;
2. Можно разделить полиамид связующим слоем для улучшения барьерных свойств и уменьшению пропускания водяного пара, так как «сухой» полиамид обладает гораздо лучшими барьерными свойствами по отношению к кислороду.
3. Можно разделить наружные (крайние) слои пленки на два отдельных слоя с тем, чтобы в одном из них использовать более дешевый полимерный материал.
4. Можно сформировать слой из иономера достаточной толщины, чтобы обеспечить требуемое качество сварных швов, а поверх использовать более толстый слой недорогого ПЭНП.
5. Для формирования сверхтолстых слоев можно использовать многослойный пакет из того же полимера, улучшая прочностные свойства.

Тем не менее, наиболее оптимальным выбором из ассортимента предлагаемых соэкструзионных линий все равно остаются трехслойные установки в более современном конструктивном исполнении – например, улучшенная термоизоляция формируемых слоев в спиральной системе головки до их схождения (позволяет гибко подбирать температурный режим для каждого отдельного полимерного материала), усовершенствованная система пузырькового охлаждения.

Естественно, что играет свою роль и ценовой фактор. Стоимость экструзионных установок для производства высококачественной трехслойной пленки ведущих европейских производителей стоит в районе одного миллиона евро, что является нормальным для реального промышленного проекта. Хорошо зарекомендовавшее себя отечественное оборудование стоит втрое дешевле, однако имеет возможность переработки отечественного сырья, что может помочь значительно повысить рентабельность производства. Машины из ЮВА могут стоить еще дешевле, но их надо уметь выбирать. Необходимо также добавить, что 5-и и более слойные соэкструзионные установки в настоящее время активно вытесняются ламинаторами. Здесь опять же не обошлось без ценового фактора: комплекс, состоящий из трехслойного соэкструдера и бессольвентного ламинатора стоит дешевле чем пятислойная соэкструзионная установка, а по функциональным возможностям данный комплекс значительно более привлекателен.

Так что переход на трехслойную пленку не выглядит сверхзадачей – вполне подъемные инвестиции и осуществимые проекты – нужно только обсудить с поставщиком оборудования его конфигурацию и все обстоятельно просчитать. Перспективные области применения многослойной пленки. Еще недавно различные виды упаковочной продукции изготавливались из многослойной пленки, производимой за границей, включая даже Китай, Турцию и Восточную Европу. Однако, уже с 1999 года наметилась тенденция по импортозамещению со стороны отечественного производителя. Поэтому ниже мы представляем не просто перспективные для российского рынка направления применения полимерных пленок, а примеры продукции, которая реально производится на российских предприятиях. Фасовочная пленка. Несмотря на активный рост ее производства в России, полностью вытеснить импортную продукцию не удается. Сказываются определенное конструктивное несовершенство, а также моральный и физический износ используемого оборудования и недостаточное качество отечественных материалов, что приводит к сохранению некоторой доли качественной импортной продукции. Поэтому в этом сегменте еще вполне могут развернуться новые производители, имеющие в своем арсенале более совершенное оборудование и способные предоставить качественную продукцию по оптимальной цене. Причем это касается и обычных фасовочных пакетов, и пакетов-сумок, где помимо экструзионных установок в технологический процесс вовлечены и другие машины (пакетосварочные, флексопечатные и т.д.), от совершенства которых также очень многое зависит.

Если говорить о строении (структуре) пленок, то здесь основную долю составляют однослойные пленки из ПЭВП. Однако устойчиво растет доля многослойных пленок с использованием ПЭВП, ПЭНП, ПП и ЭВА. В различных комбинациях они прекрасно удовлетворяют специальным требованиям упаковки, предъявляемых к различным видам продуктов: хлебобулочных изделий, сыпучих продуктов, овощей и фруктов, макаронных изделий и т.д. Так, например, комбинация ПЭНП-ЭВА-ПП наилучшим образом подходит для упаковки сыпучих продуктов, имеющих острые кромки или удлиненные компоненты, когда требуются высокие эластичные свойства, стойкость к разрыву и раздиру.В упаковке конфет прекрасно прижилась пленка с так называемым «твист-эффектом» - когда после скручивания кончиков фантика они сохраняют скрученное состояние сколь угодно долго. Однако и здесь не обошлось без многослойной пленки – на практике однослойные пленки с «твист-эффектом» значительно дороже, чем трехслойные.

При упаковке кисломолочных продуктов также более востребованы многослойные пленки в которых сочетаются несколько свойств: масло- и жиростойкость, берьерный эффект, стойкость к УФ излучению. Сочетание разных свойств в одной пленке требует и упаковка свежего мяса и фаршей. Не менее жесткие требования к упаковочным материалам предъявляют производители чипсов, кондитерских изделий, вяленых закусок к пиву. Поэтому специализация фасовочной пленки уже сейчас образовывает все новые целевые ниши, которые смогут заполнить только поставщики многослойной пленки.

Пленка для замораживания продуктов питания. Этот тип пленки можно выделить в отдельную целевую группу, охватывающую упаковку с большой шириной полотна. Подобные пленки сейчас все активнее используются в рыбной отрасликак защитная упаковка при замораживании и хранении в гофрокартонной упаковке, чтобы предотвратить смерзание рыбопродуктов и гофрокартона. Кроме того, послойное прокладывание рыбопродуктов в морозильных камерах сейнеров позволяет избежать образования крупных блоков, которые затрудняют сортировку и упаковку. Для такого применения не подойдут традиционные однослойные пленки из ПЭ различной плотности, так как при установление критичных для полиолефинов низких температур (до –40 град.С), пленка начнет растрескиваться. Комбинация слоев из полиолефинов позволяет устранить эту проблему. Поэтому трехслойная пленка для замораживания крупных масс продуктов сейчас весьма востребована в России.

Стрейч-пленка. В эту группу попадают пленки опять же нескольких целевых групп: стрейч-пленка для упаковки пищевых продуктов (от 7 до 10 мкм), паллетная стрейч-пленка (до 25 мкм), сенажная пленка (25 мкм).

Что касается пищевой стрейч-пленки, то здесь еще сильны позиции однослойной пленки из линейного ПЭНП или смеси ПЭНП и линейного ПЭНП. Тем не менее, более высокая степень анизотропии в трехслойных пленках и их сравнительно меньшая толщина (при сохранении свойств) приведут к вытеснению однослойной стрейч-пленки. Новые технологии упаковки также должны привести к росту потребления стрейч-пленки – так лотки обернутые в стрейч вытесняют лотки с термоусадочными пленками. Кроме того, современные технологии упаковки уже позволяют образовывать герметичный шов при укупорке контейнера с продуктом в стрейч-пленку. Кроме того, многослойный стрейч позволяет упаковывать продукты в модифицированной газовой среде.

Большие объемы потребления паллетной стрейч-пленки диктуют свои требования в отношении снижения материалозатрат, при повышении анизотропных свойств, способствующих более экономному и эффективному ее применению. Поэтому и в этой сфере трехслойный стрейч неминуемо вытеснит однослойный. Наиболее перспективной видится комбинация тонких наружных слоев из ЭВА и более толстого слоя из линейного ПЭНП. Такая комбинация позволяет добиться гораздо большего сопротивления раздиру, высокой вязкотекучести и прекрасных свойств прилипания витков обмотки.

Хорошо себя проявила в мировом сельском хозяйстве сенажная пленка, в которую обертываются запасы скошенного сена. Помимо типичных для традиционных стрейч пленок свойств (прилипание, сопротивление проколам и раздирам, вязкотекучесть) сенажная пленка еще должна обладать хорошими барьерными свойствами к кислороду воздуха.

До сих пор сенажная пленка поступает из-за рубежа по баснословным ценам, хотя ее можно производить в России (и даже на отечественном оборудовании). К счастью, производство собственной сенажной пленки налаживается и в России.

Парниковые пленки. Традиционно парниковые пленки делали однослойными со специальными стабилизирующими добавками (защиты ПЭВП от солнечных лучей), пока не появились многослойные пленки, в которых удалось реализовать сразу несколько свойств: прочность, эластичность, регулирование спектра дневного света, защиту от запотевания, антистатику, барьерную способность. Все эти свойства удалось совместить в трехслойной пленке меньшей по толщине, чем традиционная однослойная. Поэтому и здесь наметилось вытеснение однослоек многослойками – объемы больше, эффективность больше.

Конечно, вышеперечисленными направлениями современное производство полимерной пленки не исчерпывается. Специфичные пленки активно используются и для упаковки различных непищевых продуктов: бытовой химии, фармацевтики, строительных материалов, пиломатериалов, фурнитуры и т.д. Однако в их специфике уже вряд ли можно выделить какие-либо отличные свойства, которые могут потребоваться от упаковки.

Принципиально важно другое. Становится очевидным, что более качественные упаковочные материалы всегда находят себе применение, так как имеют лучшие защитные функции упаковки, позволяют максимально продлить срок упакованной продукции, обеспечить надежное хранение продукта при требуемых температурах. Несмотря на временную гегемонию ценового фактора, на любой, даже неразвитый рынок, постепенно приходят новые прогрессивные технологии, которые медленно, но решительно вытесняют старые. Предприниматели пробуют, подсчитывают экономический эффект и делают окончательный выбор, т.е. голосуют рублем.

Кроме того, как уже отмечалось, зачастую качественная трехслойная пленка позволяет сэкономить на сырье, что делает ее привлекательной и с ценовой точки зрения. А если еще полимерные многослойные пленки производятся из российского полимерного сырья и не теряют при этом в качестве, то это, если и не эльдорадо, то очень хороший и стабильный бизнес. Важно и то обстоятельство, что трехслойную пленку можно производить и на российском оборудовании, которое, хотя дороже машин из юго-восточной Азии, но тем не менее в разы дешевле импортного и, что еще главнее экструзионные установки достаточно успешно эксплуатируются в России. В числе таких предприятий можно отметить «Арсенал Индустрии» из России, который уже не единожды участвует со своим стендом в крупнейшей международной специализированной выставке «К-2004»в Дюссельдорфе, представляя собственные успешные разработки в области производства трехслойной пленки.

Одним словом, есть оборудование, есть материалы и есть технологии, которые уже сейчас позволяют производить продукцию лучшего качества по привлекательным ценам. А рынок всегда находится в ожидании лучших предложений, особенно оптимальных по соотношению цены и качества.