Applicazione e sviluppo del polipropilene per termoformatura nel settore dell'imballaggio

1. Principi fondamentali e caratteristiche della termoformatura

La termoformatura è un metodo speciale di lavorazione della plastica per trasformare fogli termoplastici in vari prodotti. Il foglio termoplastico viene riscaldato per ammorbidirlo e quindi pressurizzato (sotto vuoto o pressione positiva) per farlo agire sulla superficie dello stampo e ottenere una forma simile a quella dello stampo stesso. Dopo il raffreddamento e la formatura, il prodotto viene rifilato per ottenere la forma desiderata. La termoformatura è veloce e uniforme, con tempi di ciclo di stampaggio brevi e bassi costi dello stampo, adatta all'automazione e a lunghi tempi di produzione, ed è considerata il metodo di lavorazione più efficiente con il costo unitario più basso tra i metodi di stampaggio della plastica. Soprattutto con il continuo miglioramento del processo e delle attrezzature di termoformatura e l'intervento della simulazione al computer, la termoformatura è diventata il principale metodo di lavorazione, in competizione con lo stampaggio a iniezione e il soffiaggio. Negli ultimi anni, sono stati compiuti nuovi progressi nelle attrezzature per la termoformatura. Jimin ha presentato le attrezzature e i processi di termoformatura esposti al K2013 in Germania, dove velocità, versatilità, tecnologia di controllo e riduzione dei costi sono diventati temi chiave per le nuove attrezzature per la termoformatura nel packaging e nell'industria.

I principali tipi di termoformatura sono: formatura sotto vuoto, formatura a pressione, formatura assistita da stantuffo e combinazioni di queste. Sono sempre più numerosi i prodotti termoformati sul mercato, come tazze, piatti, vassoi per alimenti, giocattoli, cappelli e caschi, componenti per elettrodomestici, componenti per autoveicoli, componenti decorativi architettonici, apparecchiature chimiche, ecc. Rispetto allo stampaggio a iniezione, la termoformatura presenta i vantaggi di un'elevata efficienza produttiva, bassi investimenti in attrezzature e la capacità di realizzare prodotti con ampie superfici. Le principali materie plastiche utilizzate nella termoformatura sono polistirene (PS), cloruro di polivinile (PVC), poliolefine come PE, PP, poliacrilati (PMMA) e cellulosa come nitrocellulosa (NC), acetato di cellulosa (CA), ecc. Sono inoltre disponibili materiali plastici tecnici comeacrilonitrile-butadiene-stirene (ABS)vengono utilizzati anche altri materiali. Plastica stirenica (ABS), policarbonato (PC), ecc. Lo sviluppo di PP ad alte prestazioni, come elevata trasparenza, elevata resistenza alla fusione e bassa deformazione, ha promosso l'applicazione e lo sviluppo del PP nel campo della termoformatura.

2. Stato del mercato nazionale degli imballaggi termoformati

Esistono oltre 3,000 aziende nazionali di imballaggi termoformati, di cui più di 300 con una produzione annua superiore a 1,000 tonnellate. Circa il 70% degli stabilimenti con una capacità produttiva annua di migliaia di tonnellate sono produttori di lastre autoprodotte e integratori di prodotti termoformati. PS (OPS) e polietilene tereftalato (PET) sono i principali fogli esternalizzati, mentre alcune fabbriche capaci producono internamente i propri fogli di PP, PS e PVC e piccole fabbriche esternalizzano i propri fogli. I prodotti termoformati sono utilizzati principalmente negli imballaggi alimentari, negli imballaggi non alimentari e nei fogli pretagliati, e i requisiti per le materie prime variano da applicazione a applicazione.

3. Sviluppo del PP per termoformatura

Le applicazioni nazionali di termoformatura in PP sono iniziate negli anni '1990 e si sono sviluppate rapidamente negli ultimi anni, con un tasso di crescita annuo di circa il 10%. Oggi, in Cina, molti grandi e rinomati produttori di imballaggi in plastica per termoformatura, come Japan Central Chemical, hanno costruito stabilimenti in Cina e li hanno avviati in produzione, e i loro prodotti si concentrano principalmente su imballaggi in plastica per termoformatura di fascia media e alta. Attualmente, in Cina mancano materiali in PP specifici per il processo di termoformatura. I produttori nazionali di prodotti per termoformatura acquistano generalmente T30S e altre resine multiuso modificate per l'uso, ma i prodotti ottenuti tramite post-modifica e produzione su scala industriale presentano un controllo degli additivi non uniforme, proprietà di trazione non conformi ai requisiti, spessore delle pareti del contenitore non uniforme nella termoformatura, arricciatura dei bordi dovuta a calandratura estrusione e altri problemi. È difficile soddisfare l'elevata qualità e gli elevati requisiti applicativi, ma è anche difficile soddisfare la domanda di alta qualità e requisiti elevati, limitando inoltre l'efficienza produttiva delle imprese di trasformazione a valle.

I materiali speciali per termoformatura esteri sono per lo più omopolimeri, i copolimeri random trasparenti sono meno diffusi e alcuni gradi hanno lunghi cicli di importazione, quindi i produttori nazionali di termoformatura a valle utilizzano raramente materiali importati. L'attuale produzione di lastre da parte dei produttori di prodotti per termoformatura è principalmente di 600 mm di larghezza; con il progresso della tecnologia delle macchine per stampaggio, la larghezza delle lastre è in aumento, arrivando a superare i 1000 mm, quindi la capacità anti-fusione delle lastre impone requisiti più elevati. La soluzione nel settore dei prodotti a valle consiste nell'aggiungere una certa percentuale di polietilene ad alta densità (PE-HD) al PP comune per migliorare la resistenza alla colatura della lastra, ma questo metodo comporterà una miscelazione non uniforme e una trasparenza limitata dei prodotti. L'industria nazionale della termoformatura ha una domanda sempre più urgente di materie prime in PP ad alte prestazioni e altissima trasparenza.
Prima del 2012, la ricerca e lo sviluppo di materiali termoformabili ad alta trasparenza in Cina erano relativamente in ritardo. All'epoca, la situazione della ricerca e sviluppo di materiali speciali per termoformatura nazionali è elencata nella Tabella 2.

Nessuno di questi materiali speciali è stato ulteriormente elaborato per ottenere la maggiore resistenza alla fusione e la più ampia distribuzione del peso molecolare richieste per la lavorazione tramite termoformatura, e alcuni non sono stati prodotti su larga scala.

Negli ultimi anni, Tianjin Petrochemical ha continuato a sviluppare materiali speciali nel campo della termoformatura in PP e ha ottenuto notevoli vantaggi economici e sociali, aggiungendo colore a questo settore di nicchia della termoformatura.

La Tabella 4 mostra i materiali speciali in PP per termoformatura sviluppati da diversi impianti petrolchimici negli ultimi anni, sviluppati da Shanghai Ru Xia New Material e da ciascun impianto petrolchimico per le diverse esigenze dei diversi segmenti della termoformatura. I produttori di prodotti per termoformatura a valle sono ampiamente distribuiti, la concentrazione del settore è bassa, ci sono poche imprese di dimensioni superiori e la domanda di prodotti a valle è diversificata. Gli impianti petrolchimici hanno i propri piani di programmazione della produzione, quindi ci sono ancora alcune difficoltà a coordinarsi bene con l'upstream e il downstream, ma la direzione di sviluppo dell'industria della termoformatura è quella di realizzare prodotti a valle differenziati da un lato e di utilizzare materiali speciali per la produzione dall'altro, al fine di migliorare la qualità del prodotto e migliorarne la stabilità. Lo sviluppo e l'applicazione di materiali speciali per la termoformatura sono ancora promettenti.