Bouřlivý rozvoj plastových aplikací v obalové technice ve druhé polovině minulého století je důsledkem mnohostranné využitelnosti tohoto materiálu v porovnání s konkurencí – papírem, lepenkou, skleněnými, kovovými a dřevěnými obalovými materiály a obaly. Podíl plastů v moderních obalových prostředcích se ve většině průmyslově vyspělých zemích pohybuje mezi 35 – 45 %.
Lehké a dobře zpracovatelné
K nejvýznamnějším vlastnostem plastů patří jejich nízká hmotnost. V porovnání s ostatními obaly umožnily plastové materiály snížit hmotnost obalů dva- až desetkrát. V případě náhrady skleněných lahví plastovými dochází ke snížení hmotnosti deset- až dvacetkrát. Tím se výrazně mění spotřeba obalových materiálů používaných pro balení, což je významné nejen z hlediska ekonomického (nižší výrobní náklady, nižší měrná spotřeby obalů, nižší výrobní a přepravní náklady), ale i z hlediska ekologického (snižování množství obalových odpadů jako celku).
Plastové obaly se využívají v oblasti obalové techniky v neustále se rozšiřujícím sortimentu také díky relativně snadné zpracovatelnosti plastových obalových materiálů různými metodami při poměrně nízkých teplotách – vytlačováním, vyfukováním, válcováním, vstřikováním, laminováním, rotačním natavováním, vypěňováním apod.
Relativně snadná zpracovatelnost plastů umožnila výrazně racionalizovat a automatizovat procesy balení, při kterých se výroba obalů stává součástí vlastního procesu balení – svařování sáčků, jejich plnění a uzavírání, tvarování kelímků jejich plnění a uzavírání (systém Formseal), výroba vrstvených kartonových obalů, jejich plnění a uzavírání apod. Zařazení dalších vhodných technologických procesů do balicí linky – evakuace vzduchu z obalu, zavedení regulované atmosféry, UHT sterilizace (mléko, nápoje aj.) umožnilo výrazně prodloužit údržnost balených potravin. Zpracování plastových obalů při relativně nízkých teplotách (150 – 250 °C) umožnilo také snížit energetickou náročnost výroby obalů.
Smrštitelné, průtažné a odolné
Specifické vlastnosti plastů – elastická pružnost, tepelná smrštitelnost, možnosti vypěňování – umožnily aplikovat zcela nové metody balení do smrštitelných a průtažných fólii, využívané pro spotřebitelské balení čerstvého masa, ovoce a zeleniny na podložní misky i bez nich, racionalizaci procesů skupinového a přepravního balení nebo fixaci platových jednotek. Tepelná smrštitelnost a schopnost elastického protažení je využívána také v oblasti garančních a dekorativních kroužků, kloboučků a u tzv. smrštitelných etiket (shrink sleeves).
Další významnou předností plastových materiálů je jejich vysoká chemická odolnost – proti vodě, vlhkosti, mikrobům i mnoha chemickým látkám. Tato vlastnost plastů našla významné uplatnění také při zlepšení vlastností klasických obalových materiálů, zejména při balení potravin obsahujících vodu (tekuté a pastovité). Jde olakování celofánu pro snížení jeho navlhavosti, lakování konzervových plechovek pro zvýšení korozní odolnosti používající pocínovaných, pochromovaných a pohliníkovaných plechů, nanášení povlaků na papíry, kartony a lepenky pro zvýšení jejich chemické odolnosti, snížení propustnosti a umožnění svařitelnosti těchto materiálů a zvýšení odolnosti proti vodě, tukům a dalším složkám balených produktů.
Vrstvené a kombinovatelné
Velmi dobré bariérové vlastnosti, vysoká chemická odolnost, a zejména schopnost tepelného svařování umožnily vznik nepřeberného množství vrstvených materiálů, a to jak na bázi plastů, tak i v kombinaci s papírem, lepenkou či hliníkovou fólií. Jako nosná fólie se u čistě plastových vrstvených materiálů (někdy také nepřesně označované jako lamináty) využívá zejména biaxiálně orientovaná polyesterová fólie (BOPET), a to z důvodu vysoké mechanické pevnosti a tepelné odolnosti, dále fólie polyamidové (PA) z důvodu vysokých bariérových vlastností, případně biaxiálně orientovaná polypropylenová fólie (BOPP) s ohledem na velmi dobré mechanické vlastnosti. V případě požadavků na zvýšenou nepropustnost plynů (kyslík, dusík, oxid uhličitý) nebo aromatických látek se jako mezivrstvy využívají zejména kopolymer vinylchloridu s vinylidenchloridem (PVDC) nebo etylenvinylalkohol (EVOH).
Pro vnitřní svařitelné vrstvy se používají zejména polyetylen nízké hustoty (PE-LD), v případě požadavků na vyšší tepelnou odolnost pak polypropylen (PP). Vznikají tak vrstvené materiály, které se skládají ze dvou, tří, pěti a výjimečně i z více vrstev (sedmivrstvé fólie). Tyto typy materiálů se využívají při výrobě pružných obalů – nejrůznějších typů přebalů, sáčků, kombinovaných obalů typu bag-in-box a dalších. Vícevrstvé materiály se z důvodů zvýšené ochrany baleného produktu stále častěji využívají také při výrobě polotuhých a tuhých obalů tvarováním a vyfukováním – misky, ploché tvarované obaly skin (balení masných výrobků), vrstvené lahve (balení chemikálií) atd.
Polymery dobývají obalovou techniku
Z běžně používaných polymerů mají největší podíl na výrobě obalů (kolem 60 %) polyolefiny – polyetylen a polypropylen. Polyetylen (PE) tvoří zhruba 50 % (zdroj:Polymery v obalové technice, SNTL, Praha) spotřeby plastů v obalové technice. Jeho hlavními přednostmi je nízká specifická hmotnost, vysoká chemická odolnost, schopnost tepelného svařování a nízká propustnost pro vodní páry. Při výrobě obalů se uplatňuje zejména polyetylen nízké hustoty (PE-LD) – fólie, sáčky, odnosné tašky, vnitřní vrstvy pružných kombinovaných materiálů. Polyetylen vysoké hustoty (PE-HD) má lepší fyzikálně-mechanické vlastnosti – pevnost a tuhost. Ty jsou ceněny zejména při výrobě dutých obalů – lahve, sudy, velkoobjemové kontejnery, dále při výrobě přepravek, palet apod. V menší míře se v obalové technice využívá také lineární polyetylen nízké hustoty (PE-LLD). Díky lepším mechanickým vlastnostem se používá zejména při výrobě průtažných fólií, sáčků na potraviny a těžkých přepravních pytlů. Pro vybrané aplikace se s výhodou kombinují jednotlivé druhy polyetylenů. Určitou nevýhodou obalů vyrobených z polyetylenu je malá průhlednost – obaly v přírodním nepigmentovaném provedení jsou mléčně zakalené. Lze je samozřejmě poměrně snadno barvit širokou paletou vhodných pigmentů.
Polypropylen (PP) se podílí na plastových obalových materiálech zhruba 5 – 10 % (zdroj: Polymery obalové technice, SNTL Praha). Má nejnižší hustotu ze všech plastů, vyšší mechanickou pevnost vyrobených fólií, vyšší tepelnou odolnost a je průhlednější v porovnání s polyetylenem. Toho se využívá při výrobě vrstvených fólií a dutých obalů – kelímky, láhve aj. Biaxiální orientací se mechanické a bariérové vlastnosti PP fólií dají dále zlepšit. Biaxiálně orientované PP fólie se proto uplatnily jako náhrada dříve používaného celofánu, ve vrstvených materiálech.
Polypropylen je také vhodný pro výrobu vázacích pásek pro fixaci paletových nákladů a manipulačních jednotek.
K tradičním plastům využívaným v obalové technice patří dále polyvinylchlorid (PVC) a polystyren (PS). Jejich podíl na trhu plastových obalů je zhruba 10 – 15%. Ne
jstarší masově vyráběný termoplast – polyvinylchlorid – se musí před použitím na výrobu obalů mísit s dalšími složkami – změkčovadla, stabilizátory, modifikační přísady apod.
Neměkčený (tvrdý) PVC nachází uplatnění zejména při výrobě kalandrovaných fólií pro tepelné tvarování na kelímky, misky, blistrové obaly, v malé míře se stále ještě využívá ve formě práškových směsí nebo granulátu i pro výrobu lahví a dalších dutých obalů technologií vyfukování. Tenké měkčené fólie se jako průtažné používají pro vzhledově velice atraktivní balení čerstvého masa, ovoce a zeleniny zpravidla na podložních miskách, při fixaci paletových nákladů apod.
Předností PVC obalů jsou vysoká průhlednost a lesk, výborné bariérové vlastnosti, velmi dobré zpracovatelské vlastnosti při tepelném tvarování. Pro uvedené přednosti jsou PVC obaly zejména v potravinářském průmyslu a ve zdravotnictví jen obtížně nahraditelné.
Standardní polystyren má rovněž velmi dobré optické vlastnosti, ale podprůměrné bariérové vlastnosti. Používá se pro výrobu vstřikovaných kelímků a dóz včetně kosmetických. Pro výrobu obalů na bázi polystyrenu se uplatňuje zejména houževnatý polystyren, který má obdobně jako fólie z PVC velmi dobré aplikační vlastnosti při tepelném tvarování obalů – kelímky na potraviny, obaly na vejce apod. Z pěnového polystyrenu se díky jeho termoizolačním vlastnostem a schopnosti tlumit rázy vyrábějí podložní misky na maso, ovoce a zeleninu, přepravní bedny na balení a přepravu čerstvých ryb, dále fixační prvky do lepenkových obalů při balení výrobků citlivých na mechanické poškození (např. přístroje, láhve s vínem atd.). V oblasti fixačních materiálů nachází uplatnění také pěnový polyuretan (PU) – fixační prvky, vypěňování v obalech, nově také pěnový polyetylen a polypropylen.
V posledních 20 letech se výrazně prosazuje další termoplast, polyetylentereftalát (PETP, zkráceně PET). Vyniká mechanickou pevností, teplotní odolností, má velmi dobré bariérové vlastnosti a výborné optické vlastnosti. Tyto přednosti umožnily jeho výrazné prosazení na trhu nápojových lahví jako náhrada těžkých a rozbitných skleněných lahví i dříve hojně využívaných PVC lahví. Z PET se vyrábějí také biaxiálně orientované fólie, jejichž výborné mechanické a bariérové vlastnosti jsou ceněny jako nosný materiál při výrobě vrstvených fólií pro náročné aplikace. Vysoká pevnost PET je pozitivně hodnocena také u vázacích pásků používaných při fixaci i velmi těžkých manipulačních jednotek, jako jsou strojírenské výrobky, hutní polotovary aj.
Kromě výše uvedených základních polymerů se v obalové technice v omezené míře používají již dříve zmíněné kopolymery polyvinylchloridu s polyvinylidenchloridem (PVC/PVDC), polyvinylalkohol (PVOH), polyuretan (PU), dále také: polykarbonáty (PC) – lahve na mléko, fólie na balení potravin, vrstvené fólie, kopolymery etylen-vinylacetátu (EVA) – svařitelné vrstvy kombinovaných materiálů, průtažné fólie apod., ionomery jako bariérové vrstvy kombinovaných materiálů, kopolymery akrylonitrilu a styrenu – duté obaly, speciální fólie atd.
Průhlednost a lesk, možnost snadného barvení a tvarování daly vznik tisícům variant plastových obalů, jejichž využití jako je velice široké.
Typické aplikace plastů v obalech
Pružné (měkké obaly):
Druh obalu materiál
| PE | PP | PET | PS | PVC | PA | PVDC | PVOH | PC | |
| Fólie jednovrstvé | ++ | + | + | + | + | + | + | – | + |
| Fólie vrstvené | ++ | + | + | – | – | + | + | + | – |
| Sáčky | ++ | + | – | – | – | + | + | – | – |
| Tašky odnosné | ++ | – | – | – | – | – | – | – | – |
| Pytle | ++ | + | – | – | – | – | – | – | – |
Tuhé a polotuhé obaly:
Druh materiál
| PE | PP | PET | PS | PVC | PA | PVDC | PVOH | PC | |
| Misky, podložky | – | – | – | ++ | + | – | – | – | – |
| Kelímky | – | + | – | ++ | + | – | – | – | – |
| Lahve | ++ | + | ++ | – | + | – | – | – | + |
| Kanystry | ++ | – | – | – | – | – | – | – | – |
| Sudy | ++ | – | – | – | – | – | – | – | – |
| Velkoobjem.nádoby | ++ | – | – | – | – | – | – | – | – |
|
Přepravky |
++ | – | – | – | – | – | – | – | – |
| Palety | ++ | + | – | – | – | – | – | – | – |
| Uzávěry | + | ++ | – | – | – | – | – | – | – |
| Vázací pásky | – | ++ | + | – | – | – | – | – | – |
Zdroj: archiv autora
Vysvětlivky: ++ hlavní aplikace
+ používá se v menším rozsahu
– používá se okrajově nebo vůbec
Biopolymery – šance pro budoucnost
Plastové obaly si díky svým užitným vlastnostem vydobyly vedoucí postavení na trhu obalů. Zařazení výroby obalů do procesu balení umožnilo ve druhé polovině minulého století zásadním způsobem racionalizovat zejména balení potravin pro potřeby rychle rostoucího samoobslužného prodeje a výrazně prodloužit jejich údržnost. Moderní obalové prostředky s využitím plastů mohou být nositeli dalších funkcí obalu (např. jako tzv. aktivní obaly).
Vzhledem ke skutečnosti, že v roce 2000 překročila spotřeba polymerů více než sedmkrát spotřebu železa, dvacetkrát spotřebu hliníku a pětsetkrát spotřebu mědi nebo zinku (zdroj: Polymery – výroba, vlastnosti, zpracování, použití, VŠCHT Praha ), můžeme o současné éře hovořit jako o době plastové.
Námitky ekologů na dlouhou dobu rozpadu polymerních materiálů a na kontami
naci krajiny plastovými obaly postupně eliminují příslušné směrnice o obalových odpadech. Podle údajů české autorizované společnosti EKOKOM dosáhla míra recyklace použitých obalů v roce 2006 hodnoty 66 %, u plastů 46 %. Mnohé plastové obaly lze úspěšně recyklovat a využívat opakovaně pro výrobu obalů nebo dalších produktů (tepelné izolace, protihlukové stěny, plastové ploty apod.). Velká očekávání jsou v této souvislosti vkládána do výzkumu a vývoje biodegradovatelných materiálů, které dlouhou dobu rozpadu současných polymerů podstatně zkrátí.
Radomil Šustr
Od přírodních materálů k termoplastům – plastové obaly
Přelomovým okamžikem v prodloužení uchovatelnosti potravin bylo zavedení tepelné sterilizace a použití konzervových plechovek známé od počátku devatenáctého století. První aplikace polymerních materiálů vycházely z přírodních látek – derivátů celulózy (nitrát celulózy – 1869, kaseinu – 1919, xantogenátu celulózy neboli celofánu – 1924) apod.
V roce 1907 byla vyrobena první syntetická hmota na bázi fenol-formaldehydových pryskyřic známá pod názvem bakelit. Tyto materiály patří do skupiny takzvaných termosetů, dnes odborně označované jako reaktoplasty. Za normální teploty nejsou pružné, vytvrzují se účinkem zvýšené teploty, při které dochází k nevratné fixaci tvaru síťováním přítomných chemických látek. Využívaly se zejména pro lisování misek, kelímků, šroubovacích víček apod.
Podstatně větší význam v obalové technice mají ale termoplasty. Při zvýšené teplotě se stávají plastickými a tvarovatelnými. Na rozdíl od reaktoplastů je změna z plastického stavu do tuhého stavu vratná. První syntetický termoplast, polyvinylchlorid (PVC), byl laboratorně připraven již v roce 1835, jeho průmyslová výroba byla ale zahájena až v roce 1925 v Německu u firmy IG Farben. V období let 1930 – 1960 následovaly další termoplasty – polystyren (PS), polyvinylidenchlorid (PVDC), polyetylen (PE), polyetylentereftalát (PET), polypropylen (PP) a polyamidy (PA).
Hlavní rozvoj aplikace plastů nejen v obalové technice nastal po druhé světové válce. Zatímco v roce 1900 bylo vyrobeno zhruba 20 tis. tun plastů, v roce 1950 to bylo 1,5 mil. tun a v roce 2005 již 230 mil. tun.
Boom v padesátých a šedesátých letech minulého století byl důsledkem změn životního stylu – rozvojem samoobslužného prodeje, masového cestování či přesunem lidí z vesnic do měst, které si vyžádaly rozvoj moderních metod balení a prodloužení údržnosti potravin, racionalizaci přepravních a obchodních systémů i snahu o zvýšení pohodlí spotřebitele (snadno otevíratelné a dávkovací uzávěry, možnosti ohřevu pokrmů v obalu atd.).
S více než s třetinovým podílem (37 %) je výroba obalů největším spotřebitelem vyrobených plastů. Pro porovnání: 21 % vyrobených plastů spotřebovává stavebnictví, 8 % automobilový průmysl a další obory – elektrotechnický průmysl, výroba nábytku, medicína, výroba domácích spotřebičů, zemědělství (zdroj: Plastic production 2, 2007, č.2).