Den tekniske udfordring ved bæredygtig emballage

Tendensen er klar, og der er ingen vej tilbage. Forbrugernes interesse for miljø og bæredygtighed med hensyn til plastforurening og fremkomsten af principperne om cirkulær økonomi tvinger emballageindustrien til en mere etisk emballering. Konsekvensen er at benytte materiale, der er lettere at genbruge - som monolagsplast eller papir - og at reducere den anvendte mængde materiale. Bevægelsen mod bæredygtig emballage bringer tekniske udfordringer for emballeringsmaskiner. Endvidere medfører arbejdet med højere bæredygtighed en højere effektivitet. Hvordan? Find svaret i artiklen.

Forbrugernes opmærksomhed på miljø og bæredygtighed med hensyn til plastforurening og interesse i principperne om cirkulær økonomi tvinger emballageindustrien mod en mere etisk emballering. Det medfører:

1. At anvende materiale, der er lettere at genbruge, som:
   1. Monolagsplast
   2. Papir
2. At reducere den anvendte mængde materiale.

I 2030 skal al plastemballage inden for EU være genanvendeligt. Det omfatter alle former for emballering fra den primære blæsestøbning af plastflasker, varmestempling af bakker, forsegling med film eller alle slags poser med fleksibelt materiale - til den sekundære emballage, hvor papirbaserede materialer ofte anvendes.

Mindre materiale eller nyt materiale, problemet er det samme. Processerne er nødt til at blive mere nøjagtige, bedre overvåget og nemmere at konfigurere.

1) Udfasning af flerlagsplast som den vigtigste måde at tackle plastforurening
Konventionelle flerlagskompositfilm er komplekse og dyre at genbruge på grund af nødvendigheden i at adskille de forskellige filmlag.

Emballage af polymerbaserede flerlagsmaterialer anvendes almindeligvis til at kombinere forskellige polymerers respektive ydeevne. Fordelene, som de giver emballagen, er mange. På grund af deres ringe genanvendelighed vil man normalt forbrænde eller lagre de fleste flerlagsprodukter. Dette går imod indsatsen for en cirkulær økonomi. Derudover har mange lande ikke de nødvendige genanvendelsessystemer og -processer til at genbruge komplekse laminater.

Monomaterialefilm er derimod fuldt genanvendelige, da alle lag er lavet af samme plasttype.

Med hensyn til fremstillingsprocessen medfører overgangen fra flerlags- til monomateriale nogle ændringer. I dag skal operatører manuelt justere deres proces og foretage nogle tests, før de starter hele batchen.

Det skal nævnes, at operatører har brug for en reel know-how, da der ikke findes et modelleringsværktøj, der gør det muligt at indstille parametre (tid, temperatur, tryk etc.) i henhold til materialets egenskaber.

Procesmodellering kan ligefrem være umulig, da materialer skifter fra en batch til en anden. Målet er trods alt at genbruge og genanvende plast, men sammensætningen ændres, når vi blander forskellige kilder - nogle gange direkte på fabriksgulvet. Og jo mere en plast genbruges, desto mere vil den bryde dens kulstofkæde og dermed materialets egenskaber.

Disse indstillinger er komplekse og tidskrævende, og de kan ændre sig fra en batch til en anden i henhold til materialet - selv for meget ensartede produktioner.

Et andet specifikt problem, der skal tages højde for med monomaterialer, er den nødvendige forseglingsteknologi - især inden for højhastighedsdrift. Operatører skal justere parametre som forseglingstid, -temperatur eller -tryk. Det kræver en nøjagtig justering af varmeforseglingen for at forhindre beskadigelse af det varmefølsomme ydre lag - samtidig med at det indre lag forsegles.

2) Hvordan med papirbaserede løsninger?
Et andet overlegent bæredygtigt alternativ er de papirbaserede løsninger.

Dette alternativs højere miljøvenlighed findes hovedsageligt i end-of-life-perspektivet. Er det først i miljøet kan papiremballage nedbrydes inden for få måneder, mens plast kan tage årtier eller endda århundreder om at nedbrydes. Meget af dette plast finder vej til havet.

Ifølge Det Europæiske Miljøagentur er 82 % af det affald, der indsamles på europæiske strande, plast, mens kun 2 % er papir eller pap. Desuden ligger papirgenvindingsgraden i hele Europa allerede på omkring 80 %.

Med hensyn til processen er forsegling naturligvis også en udfordring, da den stiller krav om meget nøjagtige klæbeteknologier. Det største problem kan dog være pappets støvpartikler, der kan generere fejl og tab af ydeevne.

3) Helt overordnet: Mindre plastemballage
Den tredje tendens inden for bæredygtig emballage involverer redesign af emballagen for at reducere mængden af materiale. Her er fremstillingstolerancer mindre og præcision - gentagelsesnøjagtighed - er afgørende.

Konsekvensen for packaging-processen

Sammenfattende vil overgangen til bæredygtig emballage kræve:

• En højere grad af præcision og forbedret overvågning af processerne for at foregribe problemer
• En hurtigere omstillingstid i produktionen
• Desuden kan opfyldelse af etiske emballeringsmål ende med at generere en ekstra omkostning på 30-40 %.

Dette er SMC’s forslag til at modvirke disse udfordringer:

Overvej din OEE

Samlet udstyrseffektivitet (Overall Equipment Effectiveness/OEE) er en meget praktisk måde at forberede og afbøde det næste årtis udfordringer. Metoden giver fokus på:

a) Fremstilling af udelukkende godkendte emner (kvalitet)

b) så hurtigt som muligt (ydeevne)

c) uden maskinstop (tilgængelighed).

Bæredygtig emballage vil helt sikkert sætte OEE på dagsordenen. Bæredygtig emballering vil øge visse former for produktionstab, da indstillingstiderne er længere, og produktkvaliteten er sværere at opretholde.

Dette problem vil påvirke maskinbyggerne, men også fremstillingsindustrien/slutbrugerne, der ofte opgraderer eller moderniserer deres maskiner i stedet for at investere i en ny produktionslinje.

Ad a) Opretholdelse af produktkvalitet ved brug af papirbaseret emballage
Et eksempel: Hvis det bæredygtige emballagealternativ er papirbaseret, indbefatter dette forurening og tilhørende risiko for svigt, hvilket kompromitterer produktkvaliteten. Det vil kræve:

• Installation af cylindre med smørelås for at opretholde en fedtfilm på stempelstangoverfladen og for at forhindre indtrængen af støv eller andre forurenende stoffer. Disse cylindre forbedrer antallet af driftscyklusser med en faktor 4
• I støvede miljøer foreslår SMC desuden brug af vakuumsystemer med integrerede in-line luftfiltre og låsemekanisme eller gennemsigtige bowler
• Desuden kan et passende valg af sugekopmateriale reducere linjestop
• Et sidste alternativ for at sikre kvalitet i papirstøvmiljøet er at skifte til cyklonvakuumteknologi efter Bernoulli-princippet, hvor der tilføres et positivt tryk til ejektorsiden på vakuumværktøjet for på den måde at skyde pulver ud.

Der findes dog andre emballeringsproblemer der ikke har at gøre med bæredygtighed, men med produktkvalitet, som, hvis de behandles, kan øge OEE og hjælpe med at mindske de ekstra omkostninger og besvær, som miljøalternativerne medfører til fremstillingsprocessen.

Adressering af den overordnede produktkvalitet - Nogle eksempler

Start-up afvisninger – Statisk elektricitet
Plastindpakning, skumpakning eller etiketter klæber sig til samt tiltrækker støv og snavs. Dette forårsager forkert påsætning eller forurening på farma- og fødevareemballage. Industrielle ioniseringsenheder er her de primære værktøjer til statisk eliminering, neutralisering og overvågning. Enhederne fås som barer, dyser og ventilatorer for bedre at imødekomme en række produktionsrum med akkumuleret statisk elektricitet. Staisk elektricitet er problematisk i fremstillingsprocesser.

Produktionsafvisninger - Temperaturkontrol
Til blæsning og forsegling af plastflasker er temperaturkontrol et af de vigtigste parametre, der gør det muligt at opretholde en høj kvalitet og lette opstillingstiden. SMC leverer et komplet sortiment af løsninger til at håndtere afkøling af plasten eller forseglingen efter selve fremstillingen. De kan styres digitalt.

Ad b) Forøg ydeevnen med digital overvågning
Bedste løsning til adressering af ydeevne er digitale sensorer og tilsluttede enheder. Fremstillingsindustrien er afhængige af et bredt program af sensorer for at digitalisere alle komponenter, for at lette produktionsændringer, reducere opsætningstid og gøre det muligt at gemme konfigurationer. Sensorer og switches, der alle hjælper med at implementere effektiv prædiktiv vedligeholdelse og kontrollere hele systemets ydeevne i realtid.

Ad c) Hver en detalje tæller, når maskinstop skal forhindres
For at reducere stilstandstider samt opretholde driftsparametre og dermed præcision og kvalitet foreslår SMC fokus på følgende vigtige detaljer:

• Patenterede pakninger af høj kvalitet
• Flow- eller trykmålere: De muliggør overvågning i realtid, så du undgår uplanlagt vedligeholdelse. De garanterer også cylindrenes ydeevne
• Cylindre med metalpakning: De slides mindre - giver derfor vedligeholdelsesfri drift og stabil ydeevne
• Slanger: Slangeføring kan forbedres med et CAD-værktøj til minimering af slangelængde og tilhørende tab i tryk og præcision. Derudover letter farvede slanger installation og vedligeholdelse og reducerer potentielle fejl
• Før etikettering/mærkning: Anvendelse af roterende positioneringsenheder for at sikre perfekt positionering. Også trykboostere eller skudventiler kan anvendes til klargøring af overfladen. Dette er hurtigt tjent hjem
• Standard magnetiske kontakter - kan tilpasses til enhver SMC-cylinder
• Hastighedsregulatorer: Vedligeholdelse eller indstillinger kan udføres meget hurtigere - glem alt om skruer for at justere flowet og brug i stedet regulatorens brugervenlige drejeskala for en tydelig visning af værdi
• Ventiler: SMC leverer ventilsystemer, der gør det muligt at udskifte en ventil uden at afbryde driften af ventiløen (hot swap)
• Praktisk træning udført af SMC gør det muligt for operatører hurtigt at løse simple problemstillinger.

Plastforurening er et emne, som alle i samfundet skal tage hånd om. Som forbrugere og producenter er vi alle bevidste om bæredygtighed. Emnet vil imidlertid indebære mange produktionsudfordringer i de næste 5 til 10 år.

Disse udfordringer vil vise sig som maskinmodifikationer, højere omkostninger og produktionsusikkerheder, der – som ovenfor diskuteres - kan lempes ved at adressere OEE.

Som kunde SMC kan du forlade dig på dit lokale SMC-team, der er klar til at støtte dig i overgangen til bæredygtig emballage. 

Forfatter: Jorge Salgado, Food & Packaging Industry Manager, SMC Spanien.

02-07-2021