W Polsce następuje dynamiczny wzrost w sektorze opakowań z tworzyw sztucznych. Około połowa użytych w 2005 r. opakowań to opakowania giętkie. Największy udział w tym sektorze mają folie polietylenowe i polipropylenowe. Coraz większego znaczenia nabierają też opakowania wielowarstwowe.

Opakowania z tworzyw sztucznych wykazują najwyższą dynamikę wzrostu w sektorze opakowań w Polsce. Na początku lat 80. zużycie opakowań z tworzyw sztucznych wynosiło w kraju zaledwie 4 kg/osobę, a w 2005 r. osiągnęło już poziom 17 kg/osobę.

Segment materiałów i opakowań giętkich stanowił w 2005 r. ok. 48 % krajowego zużycia opakowań z tworzyw sztucznych.

Folie z polietylenu

Jednym z tworzyw o największym zużyciu do produkcji opakowań jest polietylen. W 2005 r. zużycie PE w tym segmencie zastosowań w Polsce wyniosło ok. 300 tys. ton, z czego ok. 70% przeznaczono do wytwarzania materiałów wielowarstwowych. W krajowym rynku opakowań z tworzyw sztucznych w 2004 r., opakowania z PE stanowiły łącznie ok. 46 %, przy czym polietylenowe folie opakowaniowe, warstwy w foliach wielowarstwowych oraz powłoki ok. 33 %.

Folie PE charakteryzują się:

- względnie niską ceną w porównaniu z innymi foliami,
- odpornością na przedarcie,
- wytrzymałością w niskich temperaturach,
- dobrą zgrzewalnością, bez potrzeby dodatkowego powlekania,
- dobrą barierowością w stosunku do pary wodnej,
- wysoką przepuszczalnością gazów np. O2 lub CO2, a także substancji aromatycznych.

Brak barierowości w stosunku do gazów i aromatów nie stanowi przeszkody w wykorzystaniu PE jako składnika barierowych materiałów wielowarstwowych. W tym przypadku wykorzystuje się jego barierowość w stosunku do pary wodnej i korzystną charakterystykę mechaniczną, zapewniającą wysoką wytrzymałość połączeń zgrzewanych.



Z uwagi na masowość stosowania folii PE, nie tylko ze względów ekonomicznych, ale przede wszystkim z uwagi na ochronę środowiska naturalnego, poprzez optymalizację i obniżanie grubości folii dąży się do zmniejszanie zużycia materiałowego przypadającego na jednostkę pakowanego produktu.

Podkreślić należy, że zapobieganie powstawaniu odpadów, w myśl ustaleń dyrektyw UE w powyższym zakresie traktowane jest priorytetowo. Zgodnie z normą PN EN 13428, obniżanie zużycia materiałowego w opakowaniach do funkcjonalnie uzasadnionego minimum, stanowi tzw. redukcję „u źródła”. W normie tej określono między innymi sposób postępowania w celu sprawdzenia, czy w przypadku różnych rodzajów opakowań zostało osiągnięte funkcjonalnie uzasadnione minimum zużycia materiałowego.

Wykorzystując np. dużą wytrzymałość mechaniczną HDPE, a także nowoczesną technologię wytwarzania bardzo cienkich folii, produkuje się z tego tworzywa torebki do użytku domowego, o grubościach ścianek nie przekraczających 10 mikrometrów oraz torby na zakupy, o grubościach ścianek od 10 do 15 μm. Ze względu na możliwość wytwarzania cienkich folii z HDPE, tworzywo to będzie wypierało sukcesywnie LDPE z zastosowań, takich jak torebki foliowe. Dlatego należy oczekiwać znacznie szybszego tempa wzrostu zużycia opakowań z folii HDPE, w porównaniu z opakowaniami z folii LDPE.

Wyraźnie lepsze właściwości wytrzymałościowe niektórych odmian LLDPE (np. oktenowych), stosowanych w kraju zwykle w mieszankach z LDPE, umożliwiają bądź to obniżenie grubości folii, przy zachowaniu dotychczas akceptowanej wytrzymałości, tak jak to ma miejsce np. w przypadku folii do mleka oraz worków transportowych, bądź też wytwarzanie folii o wyższej wytrzymałości, przy dotychczasowej grubości. Folie rozciągliwe, wykazują w ostatnich latach szczególnie dużą dynamikę wzrostu zużycia.

Jeszcze większe możliwości dla obniżenia zużycia materiałowego uzyskuje się w wyniku stosowania najnowszej generacji polietylenów metalocenowych (mPE), wytwarzanych przy ścisłej kontroli struktury, decydującej o właściwościach uzyskiwanych materiałów.

Szybki w ostatnim czasie, wzrost znaczenia i zużycia folii termokurczliwych z LDPE, wynika z tendencji zastępowania skrzynek z tworzyw sztucznych, owinięciami zbiorczymi z folii termokurczliwej, głównie, ale nie tylko, w transporcie napojów i innych produktów w butelkach z tworzyw sztucznych. Dzięki temu nastąpiło rozszerzenie zakresu dotychczasowych zastosowań owinięć zbiorczych z termokurczliwych folii PE.

W krajach zachodnioeuropejskich również najbardziej masowo stosowana jest folia PE, która w 2001 r. osiągnęła ok. 50% udziału w rynku surowców wykorzystywanych w opakowaniach giętkich z tworzyw sztucznych. Systematyczne zmniejsza się jednak zużycie folii PE, na korzyść wzrostu zastosowań innych folii, głównie PET, OPP oraz CPP.

Wzrost zużycia folii PE w Polsce jest wyższy niż w krajach zachodnioeuropejskich, ponieważ nie wystąpiło tu jeszcze tak silne nasycenie rynku opakowaniami z folii PE. W przyszłości jednak należy oczekiwać, że tempo wzrostu zużycia, łącznie dla wszystkich odmian folii PE, będzie coraz niższe, również z powodu tendencji do obniżania grubości stosowanych folii PE.

W najbliższych latach w kraju należy oczekiwać istotnego zróżnicowania tempa wzrostu zużycia folii z PE, w zależności od odmiany polietylenu, tj.

- znacznie wolniejszego w przypadku LDPE,
- znacznie szybszego w przypadku HDPE oraz LLDPE.

Czynnikiem sprzyjającym wzrostowi zużycia opakowań z folii HDPE powinno okazać się uruchomienie przez spółkę Basell Orlen Polyolefins 320 tys. ton HDPE, nie wytwarzanego w kraju, przed rokiem 2005.

Folie z polipropylenu

W Polsce, podobnie zresztą jak to ma miejsce w wielu innych krajach, orientowane folie polipropylenowe (OPP) oraz tzw. „wylewane” (CPP), zajmują drugą pozycję pod względem wielkości zużycia, Jest to głównie wynikiem dynamiki rozwoju i znaczenia, jakie w technice opakowaniowej odgrywają folie OPP. Jakkolwiek w ostatnich latach obserwuje się w Polsce także wyraźny wzrost zainteresowania produkcją i stosowaniem folii CPP.

O obecnej pozycji i ciągle utrzymującej się wysokiej dynamice wzrostu produkcji i zużycia orientowanych folii polipropylenowych zadecydowały różne czynniki techniczne, ekonomiczne i ekologiczne.

Do czynników technicznych należy zaliczyć: możliwość produkcji wielu odmian w dostosowaniu do wymagań maszyn pakujących i pakowanych produktów, odporność chemiczną, barierowość w stosunku do pary wodnej oraz substancji aromatycznych, przydatność do pakowania żywności przy zachowaniu limitów w zakresie rodzajów, zawartości i migracji substancji pomocniczych, dynamikę rozwoju produkcji folii współwytłaczanych, korzyści wynikające z wykorzystania folii OPP do laminowania, w szczególności w postaci folii metalizowanych. Do czynników ekonomicznych należy zaliczyć: niższe ceny folii w porównaniu z celofanem, (którego zastąpienie było głównym celem wynalazku folii OPP), wynikające z istoty procesu technologicznego wytwarzania folii, niższy ciężar właściwy, możliwości wytwarzania folii bardzo cienkich (w praktyce od 15 mikrometrów).



Wśród czynników ekologicznych należy wymienić: spełnienie podstawowego warunku proekologicznego, jakim jest obniżenie zużycia materiałowego na jednostkę pakowanego produktu, w przypadku folii współwytłaczanych produkcję praktycznie bezodpadowa, brak emisji substancji szkodliwych, znacznie niższe w porównaniu z celofanem zapotrzebowanie na czynniki energetyczne w procesie wytwarzania.

Wielowarstwowe folie giętkie

Struktury wielowarstwowe odgrywają coraz większą rolę w technice opakowaniowej, umożliwiając stosowanie nowoczesnych systemów pakowania, decydujących o dobrym zabezpieczeniu jakości produktów, zwłaszcza spożywczych oraz o przedłużeniu okresów ich przydatności do spożycia. Zarówno we wcześniej wdrożonych technikach laminowania, a także w technikach współwytłaczania, wykorzystywane są krańcowe nieraz różnorodne właściwości łączonych tworzyw. Jednym z istotnych wyróżników jest barierowość w stosunku do gazów.

Przedstawione zestawienie wskazuje na znaczenie kopolimeru EVOH, dla wytwarzania folii współwytłaczanych o wysokiej barierowości. Koszt kopolimeru EVOH jest wysoki, ale dla uzyskania wymaganej barierowości wystarcza warstwa o grubości 5-8 μm. Stąd znaczenie struktur wielowarstwowych, tak giętkich jak i sztywnych, uzyskiwanych przez wpółwytłaczanie, w których mogą wystąpić warstwy o tak małych i nawet mniejszych jeszcze grubościach.

W porównaniu z PA, uznawanym do niedawna za polimer wysokobarierowy, barierowość kopolimeru EVOH w stosunku do tlenu jest 100-krotnie wyższa. W przypadku folii współwytłaczanych z udziałem warstwy kopolimeru EVOH, o grubości ok. 7 mikrometrów, przy prawidłowym jej zabezpieczeniu przed penetracją wilgoci, barierowość w stosunku do tlenu obniża się do poziomu nawet poniżej 1 cm3/m2 x 24 h x 0,1 MPa (przy wilgotności względnej 50% i temp. 230C).

Wytwarzanie folii współwytłaczanych z wykorzystaniem wysokobarierowego kopolimeru EVOH, wymaga obustronnego zabezpieczenia warstwami chroniącymi przed dostępem wilgoci, a zatem struktury wielowarstwowej. Biorąc pod uwagę fakt, że warstwę zgrzewalną stanowią zwykle poliolefiny (różne odmiany polietylenu i polipropylenu) oraz, że nie łączą się one bezpośrednio z wysokobarierowym kopolimerem EVOH, konieczne jest w tym przypadku użycie warstw wiążących.

Wzrost barierowości folii współwytłaczanych z warstwami PA bez udziału kopolimeru EVOH w stosunku do tlenu, uzyskiwany jest w wyniku wzrostu grubości warstwy PA. Przepuszczalność tlenu na poziomie 10 cm3/m2 x 24 h x 0,1 MPa, w warunkach jak wyżej, osiągana jest dopiero przy grubości warstwy PA ok. 60 μm. Celowość udziału PA w foliach współwytłaczanych wynika głównie z dążenia do zapewnienia opakowaniom wysokiej wytrzymałości, zwłaszcza w warunkach głębokiego formowania.

Wielowarstwowe barierowe współwytłaczane folie giętkie (WBWFG), wytwarzane są najczęściej w postaci struktur trój-, pięcio-, a także i siedmiowarstwowych.

Niżej podano przykłady struktury wielowarstwowych barierowych współwytłaczanych folii giętkich.

a) przykłady struktur trójwarstwowych:
- PA/adh/LDPE,
- PA/adh/PP,
- PA/adh/jonomer;

b) przykłady struktur pięciowarstwowych:
- PE/adh/PA/adh/LDPE +E/VAC
- PP/adh/PA/adh/kop. PP
- PE/adh/EVOH/adh/mPE
- PA/adh/PA/adh/LDPE +E/VAC
- PA/EVOH/PA/adh/jonomer;

c) przykłady struktur siedmiowarstwowych:
- LDPE /adh/PA/EVOH/PA/adh/LDPE +mPE,
- PET/adh*/PE/adh/EVOH/adh/LDPE +E/VAC,
- OPP/adh*/PE/adh/EVOH/adh/LDPE +mPE,
adh- polimer wiążący
adh*- klej

Jak zaznaczono wytwarzanie laminatów z udziałem folii OPP stanowi jeden z czynników, istotnie rzutujących na dynamikę wzrostu zużycia folii OPP.

Do ważnych przykładów laminatów zawierających w swym składzie folię OPP należą:

- OPP druk/OPP
- OPP druk/met OPP
- OPP druk/PE
- druk OPP/OPP
- OPP druk/OPP perl
- druk OPP/met OPP
- OPP druk/OPP cold seal
- OPP druk/Al/PE
- druk OPP perl/OPP perl
- OPP druk/OPP perl/cold seal
- druk OPP met/PE
- OPP druk/PP
- OPP druk/Al/PP
- OPP druk papier/PE
- OPP/druk papier
- OPP/Al/PP
*) met. - metalizacja
perl. - folia perlista
cold seal - powłoka do łączenia pod dociskiem (na zimno)

Zainteresowanie folią PET jako składnikiem laminatów ma ścisły związek z korzystnymi właściwościami mechanicznymi tej folii. W efekcie folia PET, przy grubości 12 μm, stanowi już materiał w pełni przydatny do laminowania, zarówno przy użyciu klejów rozpuszczalnikowych jak i bezrozpuszczalnikowych, a także do drukowania, w tym rotograwiurowego.

Do najczęściej dotychczas w kraju stosowanych rodzajów laminatów folii wielowarstwowych uzyskiwanych przez laminowanie z udziałem folii PET należą:

- PET druk/LDPE
- PET met/LDPE
- PET druk/met PET/LDPE
- PET met/PP
- PET druk/met PET/LDPE
- druk PET met/LDPE PET/Al/LDPE
- PET/Al/PP
- druk papier/met PET/powłoka termozgrzewalna.

Omawiając rynek materiałów giętkich z tworzyw sztucznych warto wspomnieć o względnie nowych na rynku krajowym wielowarstwowych foliach współwytłaczanych, stanowiących kompozyty poliolefin z surowcami mineralnymi, o nazwie Ecolean Materials (ELM), pochodzącej od nazwy producenta tych materiałów.

Główną zaletę folii ELM stanowią korzyści ekologiczne, wynikające z znacznego w nich udziału surowców mineralnych (nawet do 60 %), częściowo zastępujących poliolefiny, będące pochodnymi ropy naftowej. Oddziaływanie na środowisko w procesie produkcji kompozytów ELM jest ponadto mniejsze, w wyniku mniejszych emisji do powietrza i wody oraz mniejszego zużycia energii, w porównaniu z wytwarzaniem materiałów, które kompozyty te zastępują.

Kierunki dalszego rozwoju

Przewiduje się, że postęp w dziedzinie opakowań giętkich z tworzyw sztucznych oraz z ich udziałem, będzie wyrażał się w najbliższej przyszłości, głównie w dalszym rozwoju produkcji i stosowania:

- opakowań spełniających wymagania jednej z form poużytkowego odzysku, przy dominacji w najbliższych latach w kraju, recyklingu materiałowego,

- opakowań z materiałów o grubościach sprowadzonych do funkcjonalnie uzasadnionego minimum zapobiegające powstawaniu odpadów tzw. “u źródła”,

- opakowań z tworzyw biodegradowalnych,

- worków tkanych z tasiemek poliolefinowych,

- folii z nowych odmian HDPE, LLDPE, oraz z polietylenów metalocenowych,

- cienkich folii rozciągliwych o podwyższonej rozciągliwości i wytrzymałości, zwłaszcza typu paletowego,

- cienkich folii OPP, a także CPP („cast”) oraz laminatów z ich udziałem,

- cienkich folii, z udziałem warstw o wysokiej barierowości,

- folii wielowarstwowych laminowanych i współwytłaczanych, z udziałem cienkich warstw o najwyższej barierowości, w tym napylanych z wspomaganiem plazmowym oraz folii kompozytowych z tworzyw sztucznych z udziałem surowców mineralnych, w tym z nanokompozytów.