Ngành công nghiệp bao bì đã có sự tăng trưởng nhanh chóng song song với nhu cầu ngày càng tăng của dân số toàn cầu, bằng cách bảo vệ sản phẩm, kéo dài thời hạn sử dụng và mang lại sự tiện lợi chưa từng thấy. Để đảm bảo độ cứng và rào cản chống ẩm và khí, phần lớn cấu trúc bao bì mềm đang kết hợp nhiều lớp vật liệu, bao gồm Polyethylene (PE), Polypropylene (PP), Polyethylene terephthalate (PET), Polyvinylidene chloride (PVDC), và Polyamid (PA), Ethylene vinyl alcohol (EVOH).
Tuy nhiên, màng phức hợp có nhiều lớp vật liệu không thể xử lý được khi tái chế do điểm nóng chảy và độ ổn định nhiệt khác nhau. Do đó, bao bì mềm từ màng phức hợp được coi là không thể tái chế với cơ sở hạ tầng phân loại và tái chế cơ học hiện tại.
Hơn nữa, tất cả bao bì nhựa không thể tái chế sẽ bị cấm tại thị trường châu Âu từ năm 2030. Những thách thức này buộc ngành bao bì phải khẩn trương tìm kiếm các giải pháp vật liệu đơn có khả năng đáp ứng yêu cầu về cả tính chất cơ học và tính chất rào cản. Trong bài viết này, chúng ta hãy cùng tìm hiểu các giải pháp polyetylen đơn vật liệu đang được quan tâm trong bao bì mềm phức hợp, bao gồm BOPE, MDO-PE và non-MDO PE.
Những thách thức cho PE đơn vật liệu trong ngành bao bì mềm
Sự kết hợp của các loại vật liệu mang lại hiệu quả cao vì nó cho phép tích hợp các đặc tính mong muốn vào cấu trúc nhiều lớp. Ngược lại, việc đạt được cùng mức tính chất cơ học và chức năng rào cản tương đương đặt ra thách thức thực sự đối với PE đơn vật liệu. Hơn nữa, chi phí và tính khả thi là những hạn chế bổ sung gây áp lực lên cả nhà cung cấp nhựa và nhà sản xuất bao bì:
- Tính chất cơ học: để đáp ứng yêu cầu đa dạng của các ứng dụng đóng gói khác nhau, bao bì phải đạt được độ cứng và độ bền tương đương với các vật liệu hiện hữu như BOPP, BOPET, hay PA.
- Tính rào cản: Polyethylene nói chung thường được sử dụng làm lớp rào cản chống ẩm, khi yêu cầu khả năng chống ẩm cao, polyetylen mật độ cao (HDPE) là một lựa chọn tốt. Tuy nhiên, về tính rào cản oxy và mùi thơm, PE không hiệu quả bằng các vật liệu như PA, PET, PVDC hoặc lớp kim loại hóa. Do đó, lớp rào cản bổ sung, chẳng hạn như EVOH, thường được tích hợp vào cấu trúc đa lớp để tăng cường đặc tính rào cản oxy.
- Giá thành: PE đơn vật liệu cũng cần có giá cả cạnh tranh với chất lượng ổn định để có tính khả thi về mặt thương mại.
- Tương thích với máy móc hiện tại: Khả năng xử lý là một trong những tính năng chính phải được xem xét khi phát triển sản phẩm mới. Các nhà sản xuất sẽ ưu tiên PE đơn vật liệu có thể gia công với các máy móc đang được sử dụng, vì việc thay thế hoặc sửa đổi chúng có thể mang lại những chi phí lớn không mong muốn.
Giải pháp BOPE
Màng BOPE (polyethylene định hướng hai trục) có cơ tính tương đương màng PE truyền thống với độ dày chỉ bằng một nửa, giúp giảm đáng kể lượng nhựa sử dụng. Nó cũng sở hữu đặc tính hàn nhiệt tốt, khả năng in được cải thiện, độ rõ nét vượt trội và độ bóng cao. Sản phẩm có thể được sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp với PE truyền thống, trở thành giải pháp thay thế khả thi cho các vật liệu truyền thống (BOPET, BOPP, CPP) trong gia công màng đơn hoặc màng phức hợp. Cung cấp giải pháp bao bì đơn vật liệu, có thể tái chế và thúc đẩy sự phát triển xanh và bền vững cho ngành công nghiệp bao bì.
Nhựa BOPE được phát triển đặc biệt cho công nghệ định hướng hai trục hiện đang dùng để sản xuất BOPP với có hoặc không tùy chỉnh cơ khí. BOPE chủ yếu dựa trên LLDPE, mặc dù trong một số trường hợp, HDPE cũng có thể được sử dụng, tùy thuộc vào đặc tính mong muốn của sản phẩm màng BOPE thành phẩm.
Những mã sản phẩm BOPE đang được thương mại hóa :(thông tin quảng cáo)
- INNATE™ XUS 59910.08 từ Dow (độ chảy 1.7g/10min; mật độ 0.926 g/cm3): Màng polyetylen định hướng 5 × 9 ổn định được sản xuất trên dây chuyền BOPP quy mô công nghiệp với khoảng hoạt động rộng, mang lại các đặc tính vật lý vượt trội và dung sai độ dày màng thấp để sản phẩm được cải thiện độ cứng, độ dai, tính chất quang học và khả năng chịu nhiệt độ băng giá.
- SCGC™ GREEN POLYMER S197F (độ chảy 0.6 – 0.8 g/10min; mật độ 0.952 – 0.958 g/cm3): nâng cao hiệu suất của màng BOPE hiện có trên thị trường để tạo ra các sản phẩm bền vững và đã thử nghiệm thành công trên dây chuyền của Brückner. Cung cấp giải pháp bao bì đơn chất liệu có độ trong suốt cao và co nhiệt thấp.
- SABIC ® LLDPE BX202 (độ chảy 2.1 g/10min; mật độ 0.921 g/cm3): là một loại nhựa polyetylen mật độ thấp tuyến tính thường được sử dụng để sản xuất polyetylen định hướng hai trục (BOPE) thông qua công nghệ tenter frame. Các ứng dụng điển hình là bao bì thực phẩm và phi thực phẩm. SABIC® BX202 phù hợp cho các cấu trúc PE đơn vật liệu. Sản phẩm này cũng được chứng nhận như polymer tuần hoàn và tái tạo sinh học.
- SINOPEC
-
- BOPE-1: Độ chảy 2.5g/10min, mật độ 0.922g/cm3, sức căng hướng TD của màng > 70MPa
- BOPE-2: Độ chảy 2.0g/10min, mật độ 0.924g/cm3, sức căng hướng TD của màng > 70MPa
-
Giải pháp MDO-PE
Màng MDO (màng định hướng theo trục máy) được chế tạo bằng công nghệ
MDO (machine direction oriented) để cải thiện các đặc tính của màng thổi (blown film) hoặc màng cán (cast film), bao gồm cụm MDO riêng rẽ hay tích hợp vào quá trình ép đùn.
Màng MDO được hình thành bằng cách kéo căng màng theo hướng máy (MD), chiều hướng mà màng được ép đùn. Quá trình kéo dãn diễn ra theo nhiều bước. Ở bước đầu tiên, màng được làm nóng. Bằng cách đi qua một bộ con lăn, quay với tốc độ khác nhau, màng được kéo căng theo hướng mong muốn. Cuối cùng, sau khi định hướng, màng được làm nguội và nghỉ để giảm ứng suất và tạo lập các đặc tính của nó.
Các đặc tính nội tại của HDPE vốn đã tương đối tốt và quá trình định hướng còn nâng cao hơn nữa các đặc tính này:
- Độ cứng màng cao (có thể giảm kích thước bao bì)
- Độ bền xé TD (Hướng ngang) cao kết hợp với MD (Hướng máy) dễ xé.
- Độ trong suốt và độ bóng cao
- Cải thiện khả năng chịu nhiệt.
- Khả năng in tuyệt vời
Quá trình định hướng màng MDO được chia thành bốn giai đoạn: gia nhiệt, kéo giãn, nghỉ và làm mát. Tùy thuộc vào ứng dụng, MDO dựa trên cơ cấu 8, 10 hoặc 12 con lăn.
-
-
- Giai đoạn gia nhiệt (2 hoặc 4 con lăn): Màng được chuyển tải trên các con lăn được làm nóng để đạt được nhiệt độ cần thiết.
- Giai đoạn kéo dãn (2 con lăn): Màng gia nhiệt được kéo căng giữa 2 con lăn để đạt được độ giãn theo yêu cầu (8-12 lần đối với HDPE)
- Giai đoạn nghỉ (2 hoặc 4 con lăn): Cuộn nghỉ làm giảm ứng suất được tạo ra trong quá trình định hướng.
- Giai đoạn làm nguội (2 hoặc 4 con lăn): Phim nguội đi và bù lại sự co ngót do nhiệt.
-
Những mã sản phẩm MDO PE đang được thương mại hóa :(thông tin quảng cáo)
- SCGC™ HDPE H619F (độ chảy 0.7 g/10min; mật độ 0.962 g/cm3) là một loại nhựa polyethylene mật độ cao có độ cứng cao dành cho các ứng dụng màng thổi đa lớp và màng định hướng máy. Loại nhựa này được thiết kế để mang lại hiệu quả chống ẩm tốt, chịu nhiệt độ cao và độ cứng màng cao khi trộn với LDPE và LLDPE.
- Exxon Mobil HDPE 7165L (độ chảy 0.65 g/10min; mật độ 0.961 g/cm3) là một loại nhựa polyetylen mật độ cao có thể được xử lý trên các dây chuyền màng thổi hoặc màng cán truyền thống cũng như để tạo ra các màng định hướng như polyetylen định hướng máy (MDO-PE). Phim được làm từ HD 7165L cung cấp độ cứng, ổn định nhiệt và khả năng dễ gia công cho cả ứng dụng phim định hướng và không định hướng.
- DOW™ DGDA-6098 NT 7 (độ chảy 0.5 g/10min; mật độ 0.958 g/cm3) là nhựa polyethylene mật độ cao được thiết kế để sử dụng trong nhiều ứng dụng màng thổi đòi hỏi khả năng gia công, độ cứng và độ trong tuyệt vời.
- Borouge FB5600 (độ chảy 0.7 g/10min; mật độ 0.96 g/cm3)
- Exxon Mobil HTA 108 (độ chảy 0.7 g/10min; mật độ 0.961 g/cm3)
- Sabic HDPE F04660 (độ chảy 0.7 g/10min; mật độ 0.961 g/cm3)
- SK HDPE 8300 (độ chảy 0.7 g/10min MI; mật độ 0.963 g/cm3)
Giải pháp Non-MDO PE
Khi gia công BOPE trên các dây chuyền BOPP hiện có, đòi hỏi phải có những thay đổi điều kiện vận hành hoặc sửa đổi cơ khí nhất định nên việc áp dụng BOPE ở Việt Nam còn tương đối mới mẻ và cần một khoảng thời gian đáng kể để đạt được sự ổn định.
Tình trạng tương tự cũng xảy ra với MDO-PE, vì phần lớn các dây chuyền ép đùn màng hiện nay ở Việt Nam chưa tích hợp bộ phận MDO. Trong thời gian chờ phát triển BOPE và MDO-PE, các nhà sản xuất bao bì trong khu vực đang lựa chọn màng giải pháp non-MDO PE. Cụ thể, họ kết hợp LLDPE cơ tính cao, chẳng hạn như LLDPE C6-C8 và mLLDPE, với một lớp HDPE, tạo thành một lớp cấu trúc có đặc tính cơ học cao và chống ẩm. Sự kết hợp này được áp dụng cho các ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như túi đựng chất tẩy rửa và bao bì sản phẩm ướt. Đối với bao bì thực phẩm khô, có thể phủ thêm một lớp EVOH.
Những mã sản phẩm cơ tính cao thông dụng:
- Exxon Mobil:
- Dow:
- Innate ST100: C8 LLDPE, độ chảy 0.85 (g/10min), mật độ 0.928 (g/cc)
- Innate ST50: C8 LLDPE, độ chảy (0.85 g/10min), mật độ 0.918 (g/cc)
- Innate TH60: C8 LLDPE, độ chảy (0.85 g/10min), mật độ 0.912 (g/cc)
