Дънкан Дарби и Том Дън
В тази статия се разглеждат предизвикателствата за преработватели на гъвкави опаковки, когато се използват адхезивни ламинати, обработвани с електронни лъчи (EЛ), за да се създадат опаковки за храни и фармацевтични продукти. Първо, тя накратко разглежда предимствата на ламинирането с втвърдяване с EЛ, в сравнение с покритие с EЛ втвърдяване. След това, се разглеждат специфични препятствия, които преработвателите трябва да се преодолеят, за да направят EЛ ламинирането търговска реалност.
Предимства
Покрития
Покритията с ЕЛ втвърдяване могат да постигнат гланц с качеството на филм, без да използват обратно отпечатан филм. Подобни покрития могат в действителност да осигурят по-добър блясък от така наречените каталитични надпечатни лакове, които преработвателите са използвали в исторически план за изисквания за висок гланц на продукта.
Незабавното изсъхване на ЕЛ покритията предлага преимущества за преработването. Те включват увереност относно приемливостта на структурите и намаляването на запасите, чакащи достигане на нивото на гланц.
Признати са две ясни екологични предимства за ЕЛ покритията. Първо, те не отделят замърсяващи разтворители в атмосферата.
Другият фактор, който често се пренебрегва, е изключително разточителното използване на разтворители. Разтворителите се произвеждат от изкопаеми горива, в тях се разтварят полимери, нанасят се покритията, след това разтворителите се изпаряват и обикновено се окисляват. В много случаи енергийната стойност от окисляването не се възстановява. Такива загуби на материали и енергия не се случват в случая с 100% твърди ЕЛ покрития.
Гланцът и предимствата за околната среда също допринасят за ползите от разходите чрез отстраняване на разходите за сушене. Това, разбира се, предполага, че гланцовото EЛ покритие може да елиминира филмов слой (какъвто е случая, ако този филм не допринася нищо друго освен блясък) и че преработвателят може да елиминира разходите за сушене на разтворителите и окисляването.
Адхезиви
За разлика от покритията, адхезивите, обработени с ЕЛ, не допринасят за висок гланц, тъй като лепилата се използват между слоевете, а не върху повърхността. Незабавното втвърдяване и ползите за околната среда съществуват и тук. Потенциалните икономии от сушенето и намаляване на разходите за окисляване остават, но не и чрез смяна на слоевете.
Препятствия за адхезивите
Препятствията пред комерсиализирането на ЕЛ адхезивното ламиниране попадат в шест категории: характеристика на лепилото, структурна характеристика, регулаторен статус, капиталови разходи и конкуренция на други технологии, особено други технологии с 100% твърди покрития.
Характеристика на лепилото
Наблюдаваните пропуски в характеристиките между конвенционалните двукомпонентни полиуретанови системи и ЕЛ системи са:
- по-ниска сила на свързване
• по-ниска температурна устойчивост
• по-ниска водоустойчивост.
В някои случаи могат да се изискват по-скъпи филми, по-специално химически обработен ориентиран полиестер (OPET), вместо третиран с корона ОРЕТ, за да получите добри ламиниращи връзки. В много приложения тези два вида OPET биха могли да се считат за взаимозаменяеми, като се използват обикновени лепила, но те не изглеждат така, когато се използват наличните в момента ЕЛ адхезиви.
Индустрията вероятно може да преодолее това препятствие. Установените лепила се основават на полиуретанова химия, която е на разположение в индустрията за преработка на опаковки в продължение на най-малко 30 години. Производителите на тази химия са имали предимството да израснат с останалата част от индустрията, така че всеки нов напредък е бил постепенен. Производителите на EЛ имат незавидната позиция да бъдат сравнявани със силни, добре утвърдени продуктови линии. Въпреки това, те могат да наваксат, особено като се има предвид, че много от тях са и производители на полиуретанова химия. Вече има бърз напредък в химията за ЕЛ лепила от доставчиците.
Структурна характеристика
Това се отнася до това дали енергията за втвърдяване с ЕЛ оказва негативно влияние върху ефективността на неадхезивните слоеве. В някои случаи високоенергийните електрони всъщност променят полиетиленовите и полипропиленовите филми. По-специално, характеристиките на топлинно запечатване на тези слоеве се променят в най-лошо след излагане на ЕЛ. Диапазонът на запечатване и лепливостта намаляват и якостта на запечатване при определена температура спада. В някои приложения тези ефекти биха могли да бъдат желателни, но ако запечатването на тези материали е неблагоприятно засегнато, тогава техните най-често срещани приложения са компрометирани. Други полимери могат също да бъдат засегнати, въпреки че при OPET е наблюдаван малък ефект при нивата на дозиране, използвани при ламиниране.
Ефектът на електроните лъчи върху мастилата може да е от полза. Мастилата често са слабата точка в ламинирането. Ако ефектът от електроните увеличи адхезията на този важен слой, това може да бъде от полза както за преработвателите, така и за крайните потребители.
EЛ адхезивите могат само частично да преодолеят такива структурни ограничения. Високоенергийните електрони модифицират полиетилена и полипропилена на молекулно ниво, намалявайки свързаните с тях характеристики на запечатване. Докато технологията с добавки може да изглежда, че намалява този ефект, перспективите за повече химически добавки в непосредствените контактни слоеве на опаковките за храните могат да срещнат съпротива. Структурното взаимодействие с мастилата може да се превърне в положителен фактор за EЛ адхезивите, тъй като са разработени мастила, оптимизирани за тази комбинация.
Регулаторни проблеми
Индустрията трябва да обмисли безопасността и миграцията на мономерите и олигомерите, омрежените полимери и всички странични продукти, образувани в самия покривен материал, и от взаимодействието на ЕЛ с други материали, присъстващи в опаковката. Индустрията наистина е отговорила на тези нужди. Ако ЕЛ втвърдяването на адхезива се осъществява с опаковъчния материал в атмосфера без съдържание на кислород, не се получават странични химически продукти. Тези констатации са документирани и регулаторните проблеми, свързани с използването на EЛ адхезиви за опаковки на храни са решени по същество.
Проблеми с разходите за материали
Компаниите за потребителски пакетирани стоки имат едно последователно послание към своите доставчици на опаковъчни материали – да осигуряват редовно намаляване на разходите. За тази цел трябва да се отговори на въпроса: „Ще струват ли обработените с ЕЛ ламинати по-малко от настоящите алтернативи?“. Ако общите разходи за системата не намаляват, индустрията има малко или никакво стимулиране тази работа да продължи напред.
Адхезивите с ЕЛ втвърдяване могат да елиминират оперативните разходи за сушене на настоящите покрития и окисляване на изпарените разтворители по време на преработвателните операции. Тези спестявания обикновено представляват около 10% от нематериалните оперативни разходи на един ламинатор. Дори и при оперативните спестявания, три въпроса, които трябва да се имат предвид, могат да компенсират тези спестявания:
- Имат ли ЕЛ адхезивните материали по-високи преимущества спрямо обикновените адхезиви? Адхезивите с ЕЛ втвърдяване, носят предимства, достатъчни за компенсиране на оперативните спестявания.
- Увеличава ли се цената на материала? Има случаи, при които материалите, необходими за получаване на приемливи резултати, с EЛ адхезиви компенсират оперативните спестявания.
- Ще намалеят ли скоростите на работа? Това също би могло да компенсира спестяванията. Опитът, който е достатъчен за оценката на този фактор, вече се получава от търговското разпространение на линиите за ЕЛ адхезиви.
Тези проблеми вероятно ще бъдат преодолени. Крайното сравняване на разходите за адхезиви между конвенционалните лепила и ЕЛ лепилата вероятно ще зависи от пазара на полиуретан, акрилати и икономиите от мащаба, които трябва да бъдат постигнати на ниво производител на системата. Преработвателите обикновено познават динамиката на тези пазари достатъчно добре, за да коментират.
Ако се увеличи обемът на ЕЛ ламиниране, производителите на лепила и материали ще подобрят продуктите си, за да работят заедно по-ефективно в процеса.
Проблеми с капиталовите разходи
Инсталираната база сушилни и окислители, обслужващи индустриалните ламинатори, представляват значително препятствие за приемането на EЛ ламиниране. Те увеличават общите разходи на системата, до толкова, че да представляват годишен непаричен разход за амортизация. Тези активи понастоящем се намират в документацията на преработвателите и имат дълги амортизационни времена. Дори ако преминаването към EЛ операция би намалило оперативните разходи, разходите за амортизация на активите остават. Алтернативата, еднократно отписване на счетоводната стойност на тези активи, няма добър бизнес смисъл, освен ако икономиите на оперативни разходи не дават изключителна възвръщаемост на новата инвестиция!
Тъй като сушилните остаряват, е възможно модернизиране на линиите с EЛ, въпреки че допълнителните промени, необходими за покриващите и ламиниращите станции, могат да направят тази опция още по-скъпа.
Освен това, имайте предвид, че окислителите често се споделят между множество устройства. Това би означавало, че преработвателят може да не е в състояние да спести от оперативните разходи на това оборудване, поради друго оборудване в предприятието, което го използва.
Клиентите на компания за хранителни продукти могат да избързат да кажат: „Тези капиталови разходи са ваш проблем, г-н Преработвател, искам EЛ сега.“ За да бъде устойчива, технологичната промяна за опаковъчната индустрия трябва да се основава на намалените общи системни разходи, а не да принуждава една част от веригата за доставки да отписва инвестирания капитал, който е продуктивен, но вече не е модерен.
Това препятствие може да бъде преодоляно, но ще отнеме известно време. Инвестиционните цикли в преработвателната промишленост ще продължат и при оценяването на ново ламиниращо оборудване, ще се обмисли Втвърдяването с EЛ, особено ако оперативните разходи на химията и полимерите изглеждат привлекателни! На оборудване от висок клас, струващо милиони, ЕЛ единица може да се счита за допълнителен разход. Въпреки това, за сегашните ламинатори от нисък клас, ЕЛ-втвърдяващите единици струват толкова, колкото и самият ламинатор.
Като алтернатива, замяната на работеща сушилня с EЛ модул може да няма смисъл, тъй като няма да спести капиталови разходи, въпреки че би могло да спести оперативни разходи.
Конкурентни технологии
Последното препятствие за комерсиализирането на технологията за ЕЛ ламиниране е пренебрегваната конкуренция. Обикновено икономиите на оперативните разходи предполагат, да се сравнят ЕЛ технологията с адхезивно ламиниране на базата на разтворители или на водна основа. Истинският конкурент обаче е адхезивно ламиниране „100% твърди покрития“. Когато сравнявате тези две системи (виж. Таблица 1), веднага става ясно, че по отношение на разтворителите, сушилните и окислителите двете технологии предлагат същите икономии. ЕЛ ламинирането изисква ЕЛ единица, така че капиталовата му цена би била малко по-висока от тази на ламинир. Тогава въпросът става „Каква е стойността на незабавното втвърдяване?“
Има еднократна икономия на разходи за по-евтин инвентар. Ако дадена компания желае изплащане за една година на инвестицията, тогава ще трябва да се намали огромното количество инвентар, за да се компенсират разходите за инсталираната ЕЛ единица от 300 000 долара. С други думи, при 15% разходи, намаляването на стойността на инвентара от 3 млн. долара би генерирало 300 000 долара за една година изплащане.
Освен това има „фактор на съня“. Той се определя като способността за сън, защото не трябва да чакате материалът да се втвърди, преди да разберете, че е добър. На практика всеки преработвател, който е използвал полиуретанови адхезиви, има история на ужасите, за да разкаже за този тип провал.
За съжаление, когато това се приложи към финансовия аспект, повечето акционери на преработвателя не оценяват липсата на сън. Вместо това, очакват да поучим от тези грешки и да проектираме подобрения в процедурите за контрол на процесите и мониторинг, дори ако прякото качество на продукта не може да бъде измерено в реално време.
Могат ли EЛ адхезивите да надминат полиуретановите лепила? Отговорът е, зависи! Стойността на бизнес обема на капитала, рисковият профил на дружеството и т.н. засягат решението. Разбира се, EЛ технологията би била по-привлекателна за големите бизнеси и за по-чувствителни приложения, където рискът е по-малко поносим.
Обобщение
В заключение, има няколко препятствия, които трябва да се преодолеят (Таблица 2).
• Повечето от тях могат да бъдат преодолени.
• Спестяванията могат да бъдат компенсирани от други фактори.
• Капиталовата база на сушилните и окислителите трябва да се разглежда като част от общите разходи за системата.
• И накрая, адхезивите, обработени с EЛ, трябва да се конкурират с алтернативите за ламиниране с полиуретанови алтернативи.
Бъдещето на ЕЛ ламинирането е повече сложно отколкото мрачно. Има място за оптимизъм за процеса през следващите години. Преработвателите ще продължат да инвестират в оценката на ЕЛ, тъй като факторите за околната среда и оперативните разходи скоро ще станат убедителни.
През 2015 г. преработвателите не са закупували много сушилни и окислители. Те виждат, че ЕЛ системите работят и ще купят ламинатори с ЕЛ втвърдяване. Когато конвенционалните сушилни са остарели, EЛ може или не може да бъде опция за модернизиране на друго работно оборудване.
