کاربرد و توسعه پلی‌پروپیلن برای ترموفرمینگ در حوزه بسته‌بندی

۱. اصول و ویژگی‌های اساسی ترموفرمینگ

ترموفرمینگ یک روش ویژه پردازش پلاستیک برای پردازش ورق‌های ترموپلاستیک به محصولات مختلف است. ورق ترموپلاستیک برای نرم شدن گرم می‌شود و سپس تحت فشار (خلاء یا فشار مثبت) قرار می‌گیرد تا ورق ترموپلاستیک روی سطح قالب عمل کند و شکلی مشابه سطح قالب به دست آورد و پس از خنک شدن و شکل‌دهی، محصول برای بدست آوردن شکل مورد نظر برش داده می‌شود. ترموفرمینگ سریع و یکنواخت است، با زمان چرخه قالب‌گیری کوتاه و هزینه قالب کم، برای اتوماسیون و زمان تولید طولانی مناسب است و به عنوان کارآمدترین روش پردازش با کمترین هزینه واحد در بین روش‌های قالب‌گیری پلاستیک در نظر گرفته می‌شود. به ویژه با بهبود مستمر فرآیند و تجهیزات ترموفرمینگ و مداخله شبیه‌سازی کامپیوتری، ترموفرمینگ به روش پردازش اصلی رقیب با قالب‌گیری تزریقی و بادی تبدیل شده است. در سال‌های اخیر، پیشرفت‌های جدیدی در تجهیزات پردازش ترموفرمینگ حاصل شده است. جیمین تجهیزات و فرآیندهای ترموفرمینگ نمایش داده شده در K2013 در آلمان را معرفی کرده است، جایی که سرعت، تطبیق‌پذیری، فناوری کنترل و کاهش هزینه به مضامین کلیدی برای تجهیزات جدید برای ترموفرمینگ در بسته‌بندی و صنعت تبدیل شده‌اند.

انواع اصلی ترموفرمینگ عبارتند از: شکل‌دهی خلاء، شکل‌دهی فشاری، شکل‌دهی به کمک پیستون و ترکیبی از آنها. محصولات ترموفرمینگ شده بیشتری در بازار وجود دارد، مانند فنجان، بشقاب، سینی غذا، اسباب‌بازی، کلاه و کلاه ایمنی، قطعات لوازم خانگی و همچنین قطعات خودرو، قطعات تزئینی معماری، تجهیزات شیمیایی و غیره. در مقایسه با قالب‌گیری تزریقی، ترموفرمینگ مزایای راندمان تولید بالا، سرمایه‌گذاری کم در تجهیزات و توانایی تولید محصولاتی با مساحت سطح بزرگ را دارد. پلاستیک‌های اصلی مورد استفاده در ترموفرمینگ عبارتند از پلی‌استایرن (PS)، پلی‌وینیل کلرید (PVC)، پلی‌الفین‌ها مانند PE، PP، پلی‌اکریلات‌ها (PMMA) و سلولز مانند نیتروسلولز (NC)، سلولز استات (CA) و غیره. پلاستیک‌های مهندسی مانندآکریلونیتریل-بوتادین-استایرن (ABS)همچنین استفاده می‌شوند. پلاستیک استایرن (ABS)، پلی کربنات (PC) و غیره. توسعه PP با کارایی بالا مانند شفافیت بالا، استحکام مذاب بالا و تاب برداشتن کم، کاربرد و توسعه PP را در زمینه ترموفرمینگ ارتقا داده است.

۲. وضعیت بازار بسته‌بندی ترموفرمینگ داخلی

بیش از ۳۰۰۰ شرکت بسته‌بندی ترموفرمینگ داخلی وجود دارد که بیش از ۳۰۰ شرکت از آنها تولید سالانه‌ای بالغ بر ۱۰۰۰ تن دارند. حدود ۷۰٪ از کارخانه‌ها با ظرفیت تولید سالانه هزاران تن، ورق‌های خودتولید و یکپارچه‌ساز محصولات ترموفرمینگ هستند. PS (OPS) و پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) ورق‌های اصلی برون‌سپاری شده هستند، در حالی که برخی از کارخانه‌های توانمند، ورق‌های PP، PS و PVC خود را تولید می‌کنند و کارخانه‌های کوچک، ورق‌های خود را برون‌سپاری می‌کنند. محصولات ترموفرمینگ عمدتاً در بسته‌بندی مواد غذایی، بسته‌بندی غیرغذایی و ورق‌های برش خورده استفاده می‌شوند و الزامات مواد اولیه از کاربردی به کاربرد دیگر متفاوت است.

۳. توسعه PP برای ترموفرمینگ

کاربردهای داخلی ترموفرمینگ PP در دهه 1990 آغاز شد و در سال‌های اخیر با نرخ رشد سالانه حدود 10٪ به سرعت در حال توسعه بوده است. اکنون بسیاری از تولیدکنندگان بزرگ و مشهور بسته‌بندی پلاستیکی ترموفرمینگ در چین، مانند Japan Central Chemical، کارخانه‌هایی در چین ساخته و آنها را به تولید رسانده‌اند و محصولات آنها عمدتاً بر روی محصولات بسته‌بندی ترموفرمینگ پلاستیکی متوسط ​​و سطح بالا متمرکز است. در حال حاضر، کمبود مواد PP مخصوص برای فرآیند ترموفرمینگ در چین وجود دارد. تولیدکنندگان داخلی محصولات ترموفرمینگ عموماً T30S و سایر رزین‌های عمومی اصلاح شده را برای استفاده خریداری می‌کنند، اما محصولاتی که از طریق اصلاح پس از تولید و تولید در مقیاس صنعتی به دست می‌آیند، کنترل افزودنی ناهمواری دارند، خواص کششی الزامات را برآورده نمی‌کنند، ضخامت دیواره ظرف ناهموار در ترموفرمینگ، پوشش اکستروژن، پیچ خوردگی لبه و سایر مشکلات وجود دارد، برآورده کردن کیفیت بالا و الزامات بالای الزامات کاربرد دشوار است، اما همچنین برآورده کردن تقاضای کیفیت بالا و الزامات بالا دشوار است و همچنین راندمان تولید شرکت‌های فرآوری پایین‌دستی را محدود می‌کند.

مواد ویژه ترموفرمینگ خارجی عمدتاً هموپلیمرها هستند، کوپلیمرهای تصادفی شفاف کمتر هستند و برخی از گریدها چرخه واردات طولانی دارند، بنابراین تولیدکنندگان ترموفرمینگ پایین‌دستی داخلی به ندرت از مواد وارداتی استفاده می‌کنند. تولید ورق موجود تولیدکنندگان محصولات ترموفرمینگ عمدتاً ورق با عرض 600 میلی‌متر است که با پیشرفت فناوری ماشین قالب‌گیری، عرض ورق در حال افزایش است و عریض‌ترین آن می‌تواند بیش از 1000 میلی‌متر باشد، بنابراین توانایی ضد ذوب ورق می‌تواند الزامات بالاتری را مطرح کند. راه‌حل در صنعت محصولات پایین‌دستی، افزودن درصد مشخصی از پلی‌اتیلن با چگالی بالا (PE-HD) به PP معمولی برای بهبود مقاومت ورق در برابر افتادگی مذاب است، اما این روش اختلاط ناهموار و شفافیت محدود محصولات را به همراه خواهد داشت. صنعت ترموفرمینگ داخلی تقاضای فزاینده‌ای برای مواد اولیه PP با عملکرد بالا و شفافیت فوق‌العاده بالا دارد.
قبل از سال ۲۰۱۲، تحقیق و توسعه مواد ترموفرمینگ با شفافیت بالا در چین نسبتاً عقب مانده بود. در آن زمان، وضعیت تحقیق و توسعه مواد ویژه ترموفرمینگ داخلی در جدول ۲ فهرست شده است.

هیچ یک از این مواد تخصصی برای دستیابی به استحکام مذاب بالاتر و توزیع وزن مولکولی گسترده‌تر مورد نیاز برای فرآیند ترموفرمینگ، مورد بررسی بیشتر قرار نگرفته‌اند و برخی از آنها در مقیاس بزرگ تولید نشده‌اند.

در سال‌های اخیر، پتروشیمی تیانجین به توسعه مواد ویژه در زمینه ترموفرمینگ PP ادامه داده و به مزایای اقتصادی و اجتماعی قابل توجهی دست یافته و به این حوزه خاص از ترموفرمینگ رنگ و لعاب بخشیده است.

جدول ۴ مواد ویژه PP برای ترموفرمینگ را که در سال‌های اخیر توسط چندین کارخانه پتروشیمی توسعه یافته‌اند، نشان می‌دهد که توسط شرکت Shanghai Ru Xia New Material و هر کارخانه پتروشیمی برای تقاضاهای مختلف در بخش‌های مختلف ترموفرمینگ توسعه یافته‌اند. تولیدکنندگان محصولات ترموفرمینگ پایین‌دستی به طور گسترده توزیع شده‌اند، تمرکز صنعت کم است، شرکت‌های کمی در مقیاس بزرگ وجود دارند و تقاضا برای محصولات پایین‌دستی متنوع است و کارخانه‌های پتروشیمی برنامه‌های خود را برای برنامه‌ریزی تولید دارند، بنابراین هنوز مشکلاتی برای هماهنگی خوب با بالادست و پایین‌دست وجود دارد، اما جهت توسعه صنعت ترموفرمینگ از یک سو ساخت محصولات پایین‌دستی متمایز و از سوی دیگر استفاده از مواد ویژه برای تولید است تا کیفیت محصول بهبود یابد و پایداری کیفیت محصول بهبود یابد. توسعه و کاربرد مواد ویژه برای ترموفرمینگ هنوز امیدوارکننده است.