Что такое упаковка из формованной целлюлозы? Виды, материалы и области применения

Коротко: Упаковка из формованной целлюлозы — это защитная упаковка, изготовленная из растительных волокон, взвешенных в воде, нанесенных под вакуумом на формовочную матрицу, спрессованных и высушенных. Она бывает четырех промышленных типов, различающихся по толщине стенок и качеству отделки. Эта упаковка заменяет пластик, ЭВА, пенопласт и блистерные вкладыши материалом, пригодным для вторичной переработки и компостирования. В данном руководстве рассматриваются типы упаковки, варианты волокон, области применения каждого из них, а также рекомендации по их выбору.

Формованная целлюлоза — это упаковка, с которой большинство людей сталкивались тысячи раз, не зная даже её названия. Серый лоток под яйцами в супермаркете изготовлен из формованной целлюлозы. То же самое можно сказать и о подставке, защищающей новый ноутбук, вкладыше для набора средств по уходу за кожей и больничной миске для сбора мочи. Эти лотки для продуктов составляют отдельную категорию, которой посвящена наша статья Руководство по техническим характеристикам вкладышей из формованной целлюлозы.

Один и тот же процесс, четыре совершенно разных изделия. Их отличает не материал, а метод формовки и инструмент.

И именно в этом и заключается проблема при реализации проектов по изготовлению упаковки. Заказчик запрашивает “формованную целлюлозу”, не уточняя, какой именно тип, получает предложение по самой дешёвой версии, получает грубый транспортный лоток и уходит, убедившись, что этот материал не подходит для розничной торговли. А он подходит. Просто заказчик запросил не то, что нужно.

В данном руководстве рассказывается о том, что такое формованная целлюлоза, о четырёх типах, признанных в отрасли, о том, какое волокно выбрать, и к какой категории относится каждая комбинация.

Что такое упаковка из формованной целлюлозы?

Упаковка из формованной целлюлозы представляет собой трехмерную защитную форму, изготовленную из натурального растительного волокна. Волокно размолается в воде до состояния суспензии, наносится под вакуумом на формовочную сетку, прессуется для удаления воды, а затем сушится до тех пор, пока водородные связи между волокнами не зафиксируют форму навсегда.

Без смолы. Без клея. Без пластика. Материал держится исключительно за счет сцепления волокон, поэтому он без проблем поддается переработке в бумажный отход или компост.

Терминология в отрасли не является единообразной. Термины “molded pulp”, “molded fiber”, «moulded pulp», «pulp molding», «molded paper pulp» и «pulp-moulded products» обозначают одно и то же. На рынках Европы и стран Британского Содружества преобладает написание «moulded», а в Северной Америке — «molded». Технически эти термины ничем не отличаются.

Особенностью данного процесса является то, что форма формирует деталь из жидкой суспензии, а не из твердого или расплавленного сырья. Это влечет за собой определенные последствия для проектирования. Волокна текут туда, куда их тянет вакуум, поэтому подрезы невозможны без дополнительных операций, углы наклона должны быть значительными, а толщина стенок должна оставаться постоянной, поскольку толстые участки высыхают медленнее и деформируются.

Если правильно соблюдать эти три правила, формованная целлюлоза позволяет добиться того, чего не может пластик. Если же их не соблюдать, деталь не выйдет из пресс-формы.

Какие существуют четыре вида формованной целлюлозы?

В отрасли изделия из формованной целлюлозы подразделяются на четыре типа в зависимости от толщины стенок, метода формования и качества поверхности: термоформованные, изготовленные методом трансферного формования, с толстыми стенками и обработанные. Толщина стенок варьируется от примерно 0,7 мм в сегменте премиум-класса до 6,0 мм в сегменте тяжелых защитных изделий, причем качество поверхности улучшается по мере уменьшения толщины.

Приведенные выше цифры отражают собственные производственные показатели компании BonitoPak. Эти Международная ассоциация по формованной целлюлозе классифицирует те же четыре типа с использованием имперских единиц измерения: изделия типа 2 изготавливаются методом литья под давлением с толщиной от 1/8 до 3/16 дюйма, а изделия типа 3 — методом термоформования с толщиной от 3/32 до 5/32 дюйма.

Толстая стенка. Самый тяжелый и грубый вид, также называемый «слаш-молдом». Толщина стенок составляет от 2,5 до 6,0 мм; изготавливается с помощью одного инструмента, при этом одна поверхность получается умеренно гладкой, а другая — очень шероховатой. Производится из самых дешёвых материалов: картона, гофрированной целлюлозы, газетной бумаги. Используется для изготовления краевых защитных элементов, упаковки крупной бытовой техники и надёжной транспортной защиты, когда внешний вид не имеет значения.

Изготовлено методом литья с переносом. Толщина стенок — от 1,5 до 3,0 мм, одна сторона гладкая, другая — шероховатая. Деталь формуется, а затем извлекается из пресс-формы для отдельной сушки. Это категория «рабочих лошадок», относящаяся к сухому прессованию: ящики для яиц, электроника, товары для дома, метизы, упаковки для вина, подносы для стаканов, лотки для фруктов, а также медицинские изделия, включая вкладыши для суден и мочеприемники.

Изготовлено методом термоформования. Высший класс качества, получаемый методом отверждения в пресс-форме, при котором деталь высыхает под воздействием тепла и давления внутри пресс-формы, а не в отдельной печи. Толщина стенок составляет от 0,7 до 1,2 мм, одна поверхность очень гладкая, а другая имеет мелкую сетчатую текстуру, с четко выраженными деталями и минимальным уклоном. Это метод мокрого прессования, который используется в розничной упаковке: формованные целлюлозные лотки для мобильных телефонов, лотки для косметики и упаковка для винных бутылок.

Обработано. Это не категория по толщине, а категория по виду обработки, охватывающая детали, которые после формования и отверждения подвергаются дополнительной обработке. Сюда входят горячее прессование или последующее прессование для нанесения печати и окраски, а также специальные составы суспензий, обеспечивающие водостойкость, маслостойкость или огнестойкость.

В коммерческой практике большинство производителей описывают свои возможности как «мокрый пресс» или «сухой пресс», а не с помощью названий четырех типов. «Мокрый пресс» — это термоформование. «Сухой пресс» включает в себя литье с переносом рисунка и толстостенное литье.

Компания BonitoPak эксплуатирует как линии с мокрым прессованием, так и линии с сухим прессованием. Детали, изготовленные методом сухого прессования, достигают толщины стенок от 2,5 до 3,0 мм и проходят испытания на падение, что вполне сопоставимо с результатами литья под давлением, несмотря на более низкую стоимость производства. Последствия выбора между этими двумя методами с точки зрения цены подробно рассмотрены в стоимость упаковки из формованной целлюлозы.

Какие виды волокон используются в упаковке из формованной целлюлозы?

В производстве преобладают четыре вида волокнистого сырья: багасса сахарного тростника, бамбуковое волокно, древесная целлюлоза и целлюлоза из вторичной переработки. Все четыре вида позволяют изготавливать детали с аналогичными показателями прочности при одинаковой толщине стенок, поэтому выбор определяется скорее качеством поверхности, приемлемостью цвета и стоимостью, чем конструктивными характеристиками.

Багасса сахарного тростника — это волокнистый остаток, остающийся после измельчения сахарного тростника для получения сока. Раньше его сжигали как отходы, поэтому его использование позволяет найти применение уже существующему побочному продукту, а не расходовать новый урожай. Из всех четырех материалов он обеспечивает самую гладкую поверхность и исключительно хорошо принимает краску, поэтому его обычно указывают в спецификациях упаковки для косметики премиум-класса.

Бамбуковое волокно Восстанавливается быстрее, чем любая другая коммерческая волокнистая культура, обладает хорошей прочностью во влажном состоянии и имеет чуть более тёплый натуральный оттенок. Отличается высокой экологической устойчивостью, стоимость — умеренная.

Древесная целлюлоза обеспечивает наиболее стабильную длину волокон и, следовательно, наиболее предсказуемую прочность. Более высокая стоимость; применяется в случаях, когда конструктивные характеристики имеют решающее значение.

Переработанная бумажная целлюлоза — это самое недорогое сырье, которое, как правило, получают из переработанного гофрированного и смешанного бумажного сырья. Обеспечивает привычный серый цвет лотка. Идеальный выбор для массового производства, где внешний вид не имеет значения.

Некоторые производители также используют соломенное волокно, в частности в сфере общественного питания.

Практический совет по составлению технического задания: не выбирайте материал в первую очередь. Определитесь с требуемым качеством поверхности и ценовым диапазоном, а выбор материала оставьте на усмотрение производителя. Заказчики, которые указывают в техническом задании использование багассы для промышленных транспортных поддонов, переплачивают за качество поверхности, которое в данном случае не имеет значения.

Какие изделия производятся из формованной целлюлозы?

Все, что необходимо зафиксировать в определённом положении внутри коробки, а также целый ряд товаров для общественного питания и медицинских изделий, в которых само волокно и является продуктом. Ограничивающим фактором является скорее геометрия, чем отрасль.

Типичные области применения по отраслям:

Электроника. Держатели и вкладыши для телефонов, ноутбуков, бытовой техники, аудиооборудования, зарядных устройств и аксессуаров. За последнее десятилетие формованная целлюлоза заменила пенополистирол (EPS) в большинстве изделий бытовой электроники.

Косметика и уход за кожей. Лотки для вкладышей в бутылки, основания для поддонов, держатели для помады, подставки для духов, ящики для кистей, коробки для мыла и упаковки типа «кламшелл». Именно этот сектор стал движущей силой развития производства цветного и термоформованного волокна.

Продукты питания и напитки. Коробки и лотки для яиц, лотки для овощей и фруктов, контейнеры для пищевых продуктов, посуда из растительных волокон, кофейные капсулы, подставки для бутылок и винных бутылок.

Медицина. Одноразовые лотки для почек, рвотные тазы, судна, мочеприемники. Формованная целлюлоза уже на протяжении десятилетий используется для производства одноразовых медицинских изделий — это один из самых давних рынков сбыта данного материала.

Промышленность и розничная торговля. Угловые защитные накладки, подставки для рулонов, опорные вставки для полок, лотки для автомобильных деталей.

Рукоделие и сезонные изделия. Маски из целлюлозы, рождественские шары, фигурки животных, декоративные заготовки. Они хорошо поддаются декорированию поверхности и безопасны для самостоятельной отделки.

При выборе поставщика важен спектр его деятельности. Завод, специализирующийся только на одной категории продукции, использует единый подход к изготовлению инструментов и единую систему волокон. Завод, выпускающий вставные детали для электроники наряду с медицинскими тарелками и косметическими лотками, решает гораздо более широкий спектр геометрических задач, и этот опыт находит отражение в том, как он реагирует на нестандартные технические задания.

Что заменяет формованная целлюлоза?

Формованная целлюлоза заменяет пенопласт EVA, блистерную упаковку, вспененный полистирол, вакуумноформованные ПЭТ-лотки, гофрированные вкладыши и губчатую прокладку. Все эти материалы, за исключением гофрированного картона, производятся на основе нефти и сопряжены с проблемами утилизации, что и является основной причиной их замены. Каждая из этих замен сравнивается напрямую в формованная целлюлоза по сравнению с пластиком, EVA, пенопластом и блистером.

Что касается производительности, оптоволокно показывает себя лучше, чем о нем обычно думают.

В отличие от пенополистирола (EPS), гнезда из формованной целлюлозы подходят для обратной отправки в тех случаях, когда пенополистирол не подходит, и не подвержены воздействию экстремальных температур, которые приводят к хрупкости пенополистирола.

По сравнению с блистерной упаковкой и вакуумно-формованным ПЭТ, формованная целлюлоза обеспечивает лучшую амортизацию за счет контролируемой деформации волокон, в то время как жесткий пластик передает удары на продукт.

В отличие от гофрированных вставок, формованная целлюлоза позволяет сохранить сложную геометрию в виде единого цельного изделия, что избавляет от необходимости использовать несколько высеченных компонентов и затрат на сборку.

Компромиссы существуют, и делать вид, что это не так, никому не поможет. Прессованная целлюлоза не может обеспечить такие же допуски на размеры, как пластик, изготовленный методом литья под давлением. Из нее невозможно формировать подрезы. Она непрозрачна, поэтому не подходит для тех случаев, когда продукт должен быть виден сквозь упаковку. Кроме того, для нее требуется больший угол наклона, чем для пластика — обычно от 3 до 5 градусов на вертикальных стенках.

Что касается внутренней защитной упаковки, ограничения формованной целлюлозы практически не играют роли. А в случае упаковки, в которой продукт должен быть виден через окошко, пластик по-прежнему остается лучшим выбором.

Поддается ли упаковка из формованной целлюлозы вторичной переработке и компостированию?

Немедированная формованная целлюлоза подходит для обоих вариантов. Ее можно утилизировать в рамках стандартных систем сбора бумаги как смешанное волокно, а также компостировать в бытовых и промышленных системах, поскольку она представляет собой чистое растительное волокно без каких-либо добавок. Медированная или ламинированная целлюлоза не подходит ни для того, ни для другого, поскольку покрытие превращает изделие из одного материала в композитный материал.

Двойной путь утилизации является настоящим преимуществом. Чистая деталь подлежит вторичной переработке. Загрязнённая деталь, которая могла бы загрязнить поток вторичного сырья, вместо этого компостируется без ущерба для экологии. Очень немногие упаковочные материалы предлагают два реальных варианта утилизации по окончании срока службы.

Сертификация различается в зависимости от рынка и имеет значение для всех, кто делает публичные заявления. ASTM D6400 — это североамериканский стандарт, управление которым осуществляется через Сертификация BPI. Стандарт EN 13432 является европейским эквивалентом, сертифицированным организацией TÜV Austria по схеме «OK Compost». Требования стандарта D6400 конкретны: преобразование не менее 90% органического углерода в углекислый газ в течение 180 дней и прохождение не менее 90% материала через сито с ячейками 2 мм через 84 дня. Эти два стандарта технически схожи, но не взаимозаменяемы, и декларация, выданная в соответствии с одним из них, не удовлетворяет нормативным требованиям другого.

Линейка изделий из формованного волокна пищевого назначения компании BonitoPak имеет сертификаты BPI и OK Compost, а срок их биологического разложения составляет 90 дней.

При работе с любым поставщиком необходимо проверить две вещи. Во-первых, что сертификат распространяется на готовую продукцию, а не на сырье, поскольку сам производственный процесс влияет на компостируемость, а сертификат, выданный на уровне сырья, не действует в данном случае. Во-вторых, номер сертификата, который сертификационные органы присваивают каждому сертифицированному производителю и который можно проверить самостоятельно.

Заключение

Три важных момента, которые стоит запомнить.

Укажите тип, а не только материал. Если вы заказываете формованную целлюлозу, не уточнив, требуется ли влажное или сухое прессование, а также необходимое качество отделки, вам предложат самый дешёвый вариант, который вас разочарует.

Пусть производитель сам выберет материал. Сначала определитесь с вариантом отделки и целевым уровнем затрат. Все четыре распространенных материала демонстрируют одинаковые эксплуатационные характеристики при одинаковой толщине стенок, поэтому выбор багассы для транспортного лотка приведет к получению качества поверхности, которое в данном случае не будет использоваться.

Проектируйте с учетом технологического процесса, а не в обход его. Достаточный уклон, отсутствие подрезов, равномерная толщина стенок. Именно эти три правила определяют, будет ли деталь легко извлекаться из пресс-формы или же ее производство закончится неудачей.

Если вы заменяете вкладыш из пластика, ЭВА, пеноматериала или блистера, пришлите 3D-файл упаковываемого изделия вместе с информацией о годовом объеме производства и требованиях к отделке. Компания BonitoPak предоставит вам рекомендации по технологическому процессу, смету на изготовление пресс-форм и цену за единицу.

Часто задаваемые вопросы

Что именно представляет собой упаковка из формованной целлюлозы?

Упаковка из формованной целлюлозы представляет собой трехмерную защитную форму, получаемую путем взвешивания натуральных растительных волокон в воде, нанесения этой смеси на формовочную сетку под вакуумом, отжимания воды и сушки до тех пор, пока водородные связи между волокнами не зафиксируют форму. Ничего не добавляется: ни смолы, ни клея, ни пластика, поэтому готовое изделие можно без проблем отправить на переработку в бумажный поток или на компостную кучу. Этот материал имеет несколько взаимозаменяемых названий, включая «формованное волокно», «формованная целлюлоза», «целлюлозное формование» и «формованная бумажная масса», причем написание этих терминов различается на рынках Северной Америки и стран Британского Содружества. Отличительной особенностью данного процесса является то, что форма формирует деталь из жидкой суспензии, а не из расплавленного или твердого сырья, поэтому правила проектирования существенно отличаются от правил литья под давлением.

Какие существуют четыре типа упаковки из формованной целлюлозы?

В отрасли формованную целлюлозу подразделяют на термоформованную, полученную методом трансферного формования, толстостенную и переработанную, которые различаются по толщине стенок, способу формования и качеству поверхности. Термоформованные изделия — это продукция премиум-класса толщиной от 0,7 до 1,2 мм, производимая методом влажного прессования с отверждением в форме, при котором деталь высыхает внутри пресс-формы; они используются для изготовления лотков для косметики, вкладышей для телефонов и упаковки для винных бутылок. Изделия, изготовленные методом трансферного формования, имеют толщину от 1,5 до 3,0 мм, одну гладкую и одну шероховатую поверхность, сушатся после извлечения из формы и представляют собой основную категорию, включающую картонные лотки для яиц, упаковку для электроники, держатели для стаканов и медицинские одноразовые изделия. Толстостенные изделия имеют толщину от 2,5 до 6,0 мм и изготавливаются в одной форме для литья из суспензии с использованием картона и газетной массы в качестве защитных элементов по краям, а также для упаковки тяжелой бытовой техники; термин «обработанные» относится к любому типу изделий, прошедших вторичную обработку, такую как горячее прессование для печати или модифицированная суспензия для обеспечения масло- и водостойкости.

Какое волокно лучше выбрать для упаковки из формованной целлюлозы?

Все четыре распространенных вида волокон — багасса сахарного тростника, бамбук, древесная целлюлоза и переработанная бумага — демонстрируют схожие показатели прочности при одинаковой толщине стенок, поэтому выбор зависит скорее от качества поверхности, цветовых характеристик и стоимости, чем от конструктивных свойств. Багасса обеспечивает самую гладкую поверхность и лучше всего принимает краску, что делает её обычным выбором для упаковки косметики премиум-класса, в то время как целлюлоза из переработанной бумаги является самой дешёвой и даёт привычную серую отделку лотков, подходящую для массовых товаров. Практический совет заключается в том, чтобы не указывать тип волокна в первую очередь, а определить требуемое качество поверхности и целевой уровень затрат, а затем позволить производителю дать рекомендацию, поскольку покупатели, которые заказывают волокно премиум-класса для промышленных транспортных лотков, переплачивают за качество поверхности, которое в данном применении не используется. Бамбук предлагает наиболее убедительные аргументы в пользу экологичности, если это имеет значение для позиционирования вашего бренда.

Что может заменить упаковка из формованной целлюлозы?

Формованная целлюлоза напрямую заменяет пенопласт EVA, блистерную упаковку, вспененный полистирол, вакуумно-формованные ПЭТ-лотки, гофрированные вкладыши и губчатую прокладку — все эти материалы, за исключением гофрированного картона, производятся на основе нефти и сопряжены с проблемами утилизации. По сравнению с пенополистиролом (EPS) она компактно складывается для обратной отправки и выдерживает экстремальные температуры, при которых пенопласт становится хрупким, а по сравнению с жестким пластиком она обеспечивает лучшую амортизацию, поскольку волокно поглощает удары за счет контролируемой деформации, а не передает их. По сравнению с гофрированными вкладышами она позволяет сохранять сложную геометрию в виде единого целого, вместо того чтобы требовать множества высеченных компонентов и трудозатрат на сборку. Реальные ограничения заключаются в том, что она не может соответствовать допускам литья под давлением, не может формировать подрезы без дополнительных операций и является непрозрачной, поэтому для упаковки, в которой продукт должен быть виден через окошко, по-прежнему требуется пластик.

Какие правила проектирования применяются к деталям из формованной целлюлозы?

Существуют три правила, определяющие возможность фактического изготовления детали: значительные углы наклона, как правило, от 3 до 5 градусов на вертикальных стенках; отсутствие подрезов без дополнительных операций; а также одинаковая толщина стенок по всей детали. Причины этого носят физический, а не произвольный характер, поскольку во время формования волокна текут в направлении, в котором их тянет вакуум, а толстые участки высыхают медленнее, чем тонкие, и в результате деформируются. Острые внутренние углы приводят к истончению волокон и становятся точкой разрушения при испытании на падение, поэтому радиусы должны быть по возможности большими. Конструкторы, имеющие опыт работы в области литья под давлением, часто недооценивают требования к уклону и создают геометрию, которая не будет выходить из пресс-формы.

Действительно ли формованная целлюлоза подлежит вторичной переработке и компостированию?

Немелованная формованная целлюлоза подходит как для переработки в рамках стандартных систем сбора бумаги в виде смешанных волокон, так и для компостирования в бытовых и промышленных системах, поскольку представляет собой чистое растительное волокно без каких-либо добавок. Мелованная или ламинированная целлюлоза не подходит ни для того, ни для другого, поскольку любая пленка или покрытие превращают изделие из одного материала в композит, который не подходит ни для одного из этих способов переработки. Сертификация различается в зависимости от рынка: стандарт ASTM D6400 администрируется через BPI для Северной Америки, а стандарт EN 13432 сертифицируется как «OK Compost» организацией TÜV Austria для Европы, причем наличие сертификата по одному из этих стандартов не заменяет наличие сертификата по другому. При проверке поставщика убедитесь, что сертификация распространяется на готовую продукцию, а не на сырьё, и запросите номер сертификата, который сертификационные органы присваивают каждому производителю и который можно проверить независимо.