Produkcja preform z tworzywa PLA - Netstal

Produkcja preform z PLA na liniach PET-Line firmy Netstal dotyczy prób i zaleceń technologicznych dla wytwarzania preform z polilaktydu (PLA) na liniach Netstal zaprojektowanych zasadniczo do produkcji preform PET. Testy opisane przez Netstal potwierdziły możliwość przetwarzania PLA na linii PET-Line, przy zachowaniu odmiennych parametrów procesu i po sprawdzeniu zgodności elementów układu, zwłaszcza formy oraz systemu gorącokanałowego.

PLA, czyli polikwas mlekowy lub polilaktyd, jest termoplastycznym biopolimerem z grupy poliestrów alifatycznych. Może być wytwarzany z kwasu mlekowego otrzymywanego przez fermentację węglowodanów pochodzących m.in. z kukurydzy, ziemniaków, trzciny cukrowej lub biomasy odpadowej. Materiał ten jest biopochodny i biodegradowalny, ale szybki rozkład dotyczy przede wszystkim kontrolowanych warunków kompostowania przemysłowego; nie należy zakładać jego szybkiej biodegradacji w kompostowniku przydomowym, na składowisku ani po porzuceniu w środowisku.

W zastosowaniach opakowaniowych PLA jest ceniony m.in. za przezroczystość, połysk oraz dobre właściwości organoleptyczne, takie jak barierowość wobec zapachu i smaku. W porównaniu z PET ma jednak inne zachowanie podczas ogrzewania, rozciągania i rozdmuchu, dlatego proces wytwarzania butelek z preform PLA nie może być prowadzony identycznie jak dla PET. W testach Netstal jako punkt wyjścia wykorzystano geometrię preformy PET oraz formę do preform PET, ale przy dostosowaniu warunków przetwórstwa do PLA.

Najważniejsze różnice technologiczne wskazane w testach Netstal obejmują niższe temperatury przetwarzania niż dla PET, konieczność starannego suszenia granulatu oraz bardzo dokładne oczyszczenie suszarki i układu uplastyczniania przed zmianą materiału. PLA jest wrażliwy na wilgoć i degradację podczas przetwórstwa, dlatego granulat powinien być suszony przed wtryskiwaniem. W opisanych próbach stosowano suszenie w temperaturze 90–100 °C, a wilgotność końcową materiału określono na maksymalnie 100 ppm.

Podczas uplastyczniania Netstal zastosował ślimak o standardowej geometrii używanej do PET, ale z obniżonym profilem temperatur. W artykule podano przykładowo temperaturę około 180 °C w strefie zasypu oraz 210–220 °C w strefach sprężania i podawania. Zwrócono też uwagę na silną adhezję stopionego PLA do powierzchni oraz na potrzebę stosowania dodatków poprawiających płynność przy produkcji detali o długich drogach płynięcia, takich jak preformy.

Istotnym elementem prób była weryfikacja formy wtryskowej. Forma do preform PET może być wykorzystana tylko wtedy, gdy jej układ gorącokanałowy i dysze są odpowiednie dla niższych temperatur wymaganych przez PLA. W materiale Netstal wskazano temperaturę dysz około 220 °C oraz konieczność uwzględnienia mniejszej rozszerzalności cieplnej rozdzielacza gorącokanałowego, która może wpływać na szczelność systemu.

Ze względu na skłonność PLA do wydzielania laktydu przy kontakcie stopu z zimnymi ściankami gniazda, w próbach Netstal podniesiono temperaturę formy do około 25 °C. Wyższa temperatura formy może wydłużać cykl, dlatego w linii PET-Line znaczenie miało intensywne chłodzenie poza formą: zintegrowany odbiór detali oraz stacja chłodzenia preform. Chłodzenie chwytaka i stacji w zakresie 6–12 °C pozwalało uzyskać odpowiednią twardość powierzchni i ograniczyć uszkodzenia preform.

Preformy z PLA mogą być następnie rozdmuchiwane do butelek, podobnie jak preformy PET, lecz z odrębną optymalizacją parametrów grzania i rozciągania. Wczesne zastosowania rynkowe butelek PLA obejmowały przede wszystkim wodę niegazowaną, oleje jadalne i świeże mleko. Trzeba jednak uwzględniać gospodarkę odpadową: domieszka PLA w strumieniu recyklingu PET może pogarszać jakość recyklatu, dlatego opakowania z PLA wymagają właściwego oznakowania, sortowania i skierowania do odpowiedniego systemu zagospodarowania.