L'emballage mono-matériau regorge de technologie
Résumé : Cet article analyse les solutions aux difficultés de production (telles que la résistance à la chaleur et les propriétés barrières) et les points clés de l'emballage mono-matériau, puis partage un certain nombre de cas d'application pratiques qui ont été produits en série.
Fondée en 1990, LD Packaging Co., Ltd. (LD Pack en abrégé) est incontestablement un leader du secteur de l'emballage flexible. Forte de 30 ans d'efforts et d'innovations, elle est devenue une entreprise d'emballage flexible moderne dotée de solides capacités de R&D, affichant une production annuelle de plus de 600 millions de RMB. Pionnière dans la recherche et le développement d'emballages recyclables mono-matériaux, elle figure parmi les précurseurs dans ce domaine.
Dès 2014, alors que le BOPE commençait à émerger, LD PACK a développé avec succès une pochette recyclable à fermeture éclair en mono-PE contenant du BOPE. Après plus de six ans de travail, LD PACK a une fois de plus développé avec succès quatre séries d'emballages recyclables mono-matériaux, notamment des emballages mono-PE, des emballages mono-PP, des emballages grande capacité et des films en rouleau pour emballage automatique, contribuant ainsi à la protection de l'environnement. Le développement d'emballages recyclables mono-matériaux est sans conteste le sujet le plus brûlant du secteur de l'emballage flexible. Cependant, quelles ont été les difficultés rencontrées par LD PACK pour développer des emballages mono-matériaux au cours des six dernières années ?
Quelles sont les limites de l'application de matériaux monoblocs tels que le PE et le PP ? Quelles sont les dernières avancées ? C'est dans cet esprit que le journaliste a récemment eu le privilège d'interviewer M. Jason Zhong, directeur général de LD PACK. Concernant le développement des matériaux monoblocs, M. Zhong a déclaré : « Le développement de ces matériaux est impératif et l'avenir est prometteur ! Cependant, la recherche et le développement sont un chemin ardu et tortueux, avec de nombreux obstacles techniques à surmonter ! »
Pochette à glissière recyclable en structure mono-PE
1. Les plus grands défis techniques des emballages mono-matériaux sont la résistance à la chaleur et les propriétés barrières.
(1) Résistance à la chaleur :
Pour les matériaux comme le PE/PE, le transfert thermique lors de la fabrication des sachets se fait de la couche superficielle vers la couche de thermoscellage. Malgré l'amélioration des propriétés physiques telles que la résistance à la traction, la rigidité et la transparence grâce aux procédés d'étirage, les propriétés chimiques du film PE restent inchangées, notamment sa résistance à la chaleur, qui constitue le principal défi lors de la fabrication des sachets. La couche extérieure de PE doit être chaude pour garantir l'étanchéité, tandis que la couche intérieure doit rester froide pour maintenir le thermoscellage. Cette contradiction représente un défi majeur. De plus, l'étirage du PE affecte la planéité du sachet. L'utilisation du PEBD peut résoudre les problèmes d'étirage, mais sa faible résistance à la chaleur ne répond pas aux exigences d'emballage. En revanche, le PEHD ne peut pas subir de double étirage, ce qui complique encore la situation. Le BOPE peut remplacer le nylon pour améliorer la rigidité et la résistance à la perforation, mais il ne parvient toujours pas à résoudre les problèmes de résistance à la chaleur et de planéité du sachet. Les sachets en BOPE/PE sont sujets au gondolage des bords, ce qui accroît considérablement la difficulté de fabrication.
Même après six ans de développement mono-matériau, LD PACK n'a résolu que partiellement le problème de résistance à la chaleur. La solution complète repose sur l'amélioration des performances de la résine et des technologies de traitement, qui font encore défaut. Des entreprises comme ExxonMobil et Dow cherchent actuellement à résoudre le problème de résistance à la chaleur du PE et espèrent réaliser prochainement des avancées concrètes.
(2) Propriétés de barrière :
Outre la résistance à la chaleur, il existe des solutions pour améliorer la barrière des mono-matériaux. En général, l'ajout d'EVOH ou de PVA permet de répondre aux exigences de barrière et de recyclage, à condition que la quantité ajoutée ne dépasse pas 5 % de l'épaisseur totale. Par exemple, dans un film laminé d'une épaisseur totale de 100 µm, la quantité d'EVOH ajoutée serait d'environ 5 µm, ce qui donnerait un OTR inférieur à 8 cc. Ces structures permettent de préserver efficacement la qualité des aliments secs et des produits ménagers emballés, avec toutefois une durée de conservation légèrement inférieure à celle des emballages composites classiques. Cependant, leur coût augmente considérablement et ces solutions ne répondent que partiellement aux problèmes de barrière, négligeant notamment la résistance à l'huile, à la lumière et aux produits chimiques, ce qui limite leur application à tous les emballages alimentaires.
Concernant les avantages et les inconvénients de l'ajout d'EVOH ou de PVA pour améliorer les propriétés barrières, nous avons testé les deux matériaux. Si le PVA offre d'excellentes propriétés barrières à l'oxygène et peut être appliqué sur différents substrats avec une grande flexibilité de mise en œuvre, ses inconvénients incluent une faible résistance à l'eau, une sensibilité à la déformation et une résistance thermique insuffisante. En revanche, nous pensons que l'ajout d'EVOH est plus avantageux. La technologie de soufflage de films avec EVOH est mature et, lorsque les clients exigent des propriétés barrières plus élevées, l'EVOH peut être ajouté au milieu de la couche de thermoscellage sans revêtement supplémentaire. Son placement au milieu de la couche réduit l'impact de l'humidité, garantissant ainsi une performance barrière stable et une bonne résistance thermique.
En conclusion, les emballages mono-matériaux actuels, en PP ou en PE, ne conviennent qu'aux aliments secs ou aux liquides de lavage. Ils ne répondent pas aux exigences élevées en matière d'emballage, telles que la stérilisation à haute température ou la résistance chimique. De plus, leur faible résistance à la chaleur constitue un problème majeur, ce qui ne permet pas de répondre aux exigences de différences de température, ce qui affecte la cadence des machines d'emballage automatiques ou des machines de remplissage. Des réductions significatives de la cadence d'emballage sont nécessaires pour atteindre les objectifs d'emballage.
2. Les entreprises d’emballages flexibles doivent se concentrer sur plusieurs points clés du contrôle des processus lors de la production d’emballages recyclables mono-matériau :
1) Procédé d'impression : Il n'y a pratiquement aucune surimpression due à la déformation des matériaux par traction, mais un équipement d'impression de haute précision est nécessaire pour garantir un alignement précis de l'impression et un contrôle précis de la tension. Pour nos matériaux PE, des vitesses de 250 à 300 m/min peuvent être atteintes avec l'équipement d'impression BOBST.
2) Fabrication des sachets : La fabrication des sachets est l'étape la plus complexe. Les machines doivent être adaptées à la tension et à la température des emballages mono-matériaux. La tension doit être minimisée et la vitesse de la machine réduite afin de minimiser l'étirement du matériau. La réduction de la température de scellage et la mise en œuvre de procédés de scellage multiple à basse température pour les sachets PE/PE peuvent améliorer la qualité de fabrication. La différence de température entre les couches intérieure et extérieure doit être d'au moins 30 °C pour garantir une fabrication optimale des sachets.
3) Post-traitement : Le contrôle des techniques de post-traitement, telles que les buses et les vannes de soudage, est également crucial. Ces procédés nécessitent des températures plus élevées que la fabrication de sachets, ce qui nécessite une sélection rigoureuse des matériaux et des ajustements des procédés de soudage.
3. Étude de cas :
1) Emballage recyclable Mono PE
Actuellement, nous utilisons une structure BOPE/EVOH/PE pour remplacer le BOPA/PE. La couche extérieure est en PE thermorésistant et extensible pour l'impression, tandis que la couche de laminage utilise des matériaux très rigides et résistants pour garantir la planéité et la solidité du sachet. Cette solution convient à différents types de sachets, tels que les sachets à trois joints, les sachets à fermeture éclair verticale et les sachets à bec verseur, principalement destinés aux marchés étrangers. Ils sont principalement utilisés pour l'emballage d'aliments secs, frais et surgelés, de produits de première nécessité et d'emballages légers.
2) Sachets à bec verseur mono PP
Ces sachets sont fabriqués en 100 % PP, avec une couche extérieure résistante à la chaleur et au rétrécissement, et une couche intérieure conçue pour le thermoscellage à basse température et la résistance aux chocs. Adaptés au remplissage à chaud et à la réfrigération, ils offrent des propriétés barrières élevées, ce qui les rend idéaux pour le conditionnement des produits laitiers. Leur contenance varie généralement de 70 g à 150 g, et les sachets proposés sont à bec verseur vertical ou à bec verseur à quatre côtés. Cependant, ces sachets sont actuellement testés à petite échelle et ne sont pas encore commercialisés. Leur résistance à la chaleur et leur faible rendement de production constituent les principaux défis. Les sachets à bec verseur nécessitent une différence de température plus importante au niveau du bec verseur, d'au moins 70-80 °C, voire 100 °C, ce que le PP ne peut pas atteindre, ce qui rend leur production extrêmement difficile.
3) Pochette d'emballage mono PP
Ces sachets sont fabriqués en 100 % PP, PP/PP ou PP/MOPP/PP, utilisant des mono-matériaux pour répondre aux exigences de barrière élevées. La couche extérieure est en PP hautement résistant à la chaleur, tandis que la couche intérieure est composée de matériaux offrant une excellente flexibilité, une excellente résistance au thermoscellage et aux chocs, garantissant ainsi la conformité du sachet aux exigences des clients. Différents modèles sont disponibles, tels que des sachets zippés à fermeture verticale, des sachets zippés à quatre fermetures latérales et des sachets zippés à fond plat, avec une capacité de 500 g à 3 kg.
Perspectives d'avenir pour les emballages recyclables mono-matériaux :
De grandes marques telles que Nestlé, Unilever et Kraft se sont engagées lors du Forum économique mondial de Davos 2018 à utiliser des matériaux recyclables ou biodégradables pour tous leurs emballages d'ici 2025. La tendance à la durabilité environnementale, tant au niveau national qu'international, a incité les gouvernements et les grandes marques à adopter des emballages recyclables mono-matériaux afin de promouvoir le développement d'une économie circulaire. Cependant, de nombreux défis techniques restent à relever, empêchant les emballages mono-matériaux de remplacer complètement les matériaux de laminage multicouches. Les solutions actuelles, comme celles contenant de l'EVOH pour remplacer le papier aluminium, se heurtent encore à des obstacles technologiques, car elles ne résolvent que partiellement les problèmes de barrière à l'oxygène et ne peuvent remplacer entièrement les propriétés barrières complètes du papier aluminium.
À l'heure actuelle, les marques et les entreprises d'emballage se sont engagées à développer des emballages mono-matériaux, mais la mise en œuvre concrète est encore loin d'être achevée. Malgré ces défis, des entreprises comme la nôtre s'engagent à développer des solutions offrant des propriétés barrières et une résistance à la chaleur. Nous testons actuellement des films MDOPE par extrusion et améliorons et ajustons continuellement nos procédés. Cependant, en l'absence de réglementation stricte, l'utilisation d'emballages mono-matériaux reste limitée, même sur les marchés étrangers où ils ont été promus plus tôt qu'en Chine. La résolution des problèmes de résistance à la chaleur et de barrière est essentielle à l'adoption généralisée des emballages mono-matériaux.
Aux défis techniques s'ajoutent des préoccupations financières. Le coût des emballages mono-matériaux est généralement supérieur d'au moins 20 à 30 % à celui des emballages conventionnels, ce qui limite leur développement.
Le développement des emballages mono-matériaux continuera de se heurter à des défis et des obstacles technologiques, mais l'intensification des efforts de recherche et développement en matière d'emballages recyclables est un axe clé du développement futur de LD PACK. Notre objectif est d'atteindre plus de 70 % d'adoption d'emballages mono-matériaux d'ici 2025. Nous souhaitons sincèrement à LD PACK de surmonter les obstacles technologiques liés au développement des emballages mono-matériaux et de devenir un pionnier dans ce domaine.
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Article de : < PACKAGING FOREFRONT>,