Кто изготовил первую в мире пластиковую бутылку. Творческий проект "новая жизнь пластиковой бутылки"

Как приятно в жаркий день открыть бутылку с холодным напитком! Неважно каким, лишь бы утолить жажду. Кто-то любит Колу, кто-то пиво, кто-то обычный лимонад. Напитки в бутылках из стекла настолько привычны, что мало кто задается вопросами об истории стеклянной бутылки.

Первая стеклянная бутылка датирована 1370 г. до РХ. Ее нашли археологи при раскопках египетской Тель-Амарны. Этот сосуд был цилиндрической формы с узким горлышком. Ученые определили технологию изготовления первых стеклянных бутылок – это метод формовки кварцевого песка с последующим обжигом. Эти бутылки были дорогими и редкими.

Развитие технологии бутылки пришлось на I век до РХ. В Финикии была найдена первая бутылка, изготовленная путем выдувания расплавленного стекла. Найденные позже образчики показали, что тогда существовали стандарты для изготовления бутылок. Эти стандарты касались объема и формы. Римские бутылки имели четкий стандарт и клеймились имперским клеймом. Скорее всего, империя держала монополию на производство бутылок.

Методом выдувания стекла для массового производства бутылок пользовались очень долго. Финикийцы, римляне, европейцы после крестовых походов – так распространялось по миру производство бутылок. Двадцать веков понадобилось человечеству, чтобы додуматься до серийного производства этой посуды в автоматическом режиме. Сейчас выпускают несколько видов бутылок для вин, коньяков, напитков. Существуют международные стандарты для медицинских бутылок.
Все современное производство дешевой посуды стало возможным благодаря изобретению бутылочного автомата американским изобретателем Михаэлем Оуэнсом. Он придумал автомат, который подавал расплавленное стекло через 6 рукавов. Расплавленное стекло нагнеталось в форму с помощью вакуумного насоса. На свое изобретение Оуэнс получил патент в 1903 г. через пять лет патент Оуэнса оказался в собственности союза фабрикантов Германии, чтобы похоронить массовое производство бутылок навеки. Немецкие фабриканты не хотели терять баснословных прибылей от кустарного стеклодувного производства. Их затея провалилась.

Многие предприятия стали делать свои вакуумные автоматы и производить бутылки для напитков в больших масштабах. Потребность в большом количестве появилась с изобретением металлических крышек для бутылок, позволяющих надолго консервировать напитки под большим давлением.

С этими изобретениями, бутылочного автомата и металлических крышек, бутылка на целое столетие прочно обосновалась на прилавках магазинов и в наших холодильниках. Конечно, стеклянная тара немного сдала позиции с введением в обиход пищевого пластика. Но закат автоматического производства бутылок мы с вами не увидим еще долго. Возможно, что это будет при наших потомках.

Много лет назад человечество придумало вино. Люди сразу же по достоинству оценили этот напиток и научились заготавливать его впрок. Но для хранения и перевозки вина потребовались сосуды. Вначале использовали емкости естественного происхождения – желудки животных, бурдюки (кожаные мешки из цельной шкуры животного). Чуть позже начали делать деревянные, глиняные и металлические сосуды, в которых и хранили вино. И, конечно же, для того чтобы оно не расплескалось, эти емкости необходимо было чем-то закрывать. В качестве первых пробок выступали обыкновенные деревяшки. Их подгоняли под нужный размер и закупоривали горлышко. Древнегреческие амфоры тоже закрывали деревяшками. Со временем люди заметили, что плотно закупоренное вино хранится значительно дольше и улучшает при этом свои вкусовые качества.

Древнегреческие мифы повествуют нам о том, что бог торговли и прибыли Гермес обладал умением отлично закупоривать сосуды. Возможно, поэтому древние греки сумели наладить торговлю этим напитком, получая при этом хороший доход.

Первые пробки изготавливались из мягкой древесины, поскольку ее было легче строгать и придавать пробке нужную форму и размер. Конечно же, такие пробки не закрывали сосуд герметично. Кроме того, они быстро впитывали в себя влагу, увеличиваясь в размерах, из-за чего трескалось горлышко кувшина. Чтобы этого избежать, верхнюю часть пробки заливали смолой. Это защищало ее от разбухания и к тому же обеспечивало герметичность.

Со временем финикийцы и римляне стали использовать для изготовления пробок кору дуба. Знаменитый французский монах Пьер Периньон, в честь которого позже была названа не менее известная марка шампанского, неоднократно экспериментировал с различными способами закупорки вина. Универсальной считалась пробка в форме конуса, так как она подходила практически под любой размер сосуда с вином. К тому же такую пробку было достаточно легко извлечь.

В начале XVII века начали изготавливать стеклянные бутылки, которые можно было достаточно плотно закрыть с помощью пробки. Современную форму цилиндра пробка приобрела, когда был изобретен штопор. С этого времени при закупоривании вина пробки вгоняли по самое горлышко бутылки. Этот способ был признан наилучшим, к тому же уже не возникало проблем с тем, как извлечь пробку из горлышка бутылки.

Начиная с XIX века, пробку начали производить в промышленных масштабах. Материалом служила и по сей день осталась кора пробкового дуба. Родиной этого растения считается юго-западная часть Европы, однако, из-за пробки его начали выращивать во многих странах Средиземноморья.

На первый взгляд процесс производства пробки достаточно прост, но это не так. На самом деле существует множество тонкостей и нюансов. Для того чтобы желудь превратился в дуб, с которого можно было срезать кору, необходимо как минимум пятнадцать лет. Прибавьте к этому еще девять лет, так как первый срез использовать нельзя, а следующий нарастет как раз за этот промежуток времени. Известно, что дуб - долговечное растение, живущее около 170-200 лет. Однако за это время с него можно срезать кору только шестнадцать раз.

Изучая историю появления пластиковой бутылки, мы узнали, что пластиковая бутылка впервые появилась на рынке США в 1970 году почти 40 лет назад. На территории России пластиковые бутылки получили популярность после прихода на рынок безалкогольных напитков западных корпораций «Кока-Кола» и ПепсиКо.

Первый завод по производству лимонада в пластиковых бутылках в СССР открыла компания «ПепсиКо» в 1974 году в Новороссийске. Первая пластиковая бутылка весила 135 граммов. Сейчас она весит 69 граммов. В современном мире уже никого не удивляет вид пластиковой бутылки. Такие бутылки, как правило, имеют больший объём по сравнению со стеклянными, и более безопасны за счёт упругости.

В наше время пластиковые бутылки используют не только производители газированных напитков и пива, но и косметические и парфюмерные фабрики. Производство пластиковых бутылок (баклажек) из этого полимера впервые были создано в 1977 г. для газированных напитков специалистами американской Du Pont Company. Сейчас в баклажки емкостью от 0,2 до 5-6 л во всем мире разливается растительное масло, минеральная и обычная питьевая вода, пиво, слабоалкогольные коктейли, молочные продукты.

Бытует мнение, что именно за ПЭТ-тарой будущее: этим она обязана основным своим преимуществам:

во-первых небольшой вес пластиковой тары (5-литровая бутылка весит 95 гр),

во-вторых пластиковая баклажка достаточно прочная (случайно уронив бутылку с жидкостью вы не разобъете ее в отличие от стеклянной тары, к тому же пэт тара выдерживает статическую вертикальную нагрузку не менее 60 кг),

в третьих пэт тара экологична, т.е химически инертна, не выделяет вредных веществ, в четвертых пластиковую посуду можно полностью переработать, и после переработки получить вторичное сырье. И еще, производство ПЭТ-тары значительно дешевле производства стеклянных бутылок и алюминиевых банок.

Исходным материалом при производстве пластиковых бутылок являются пэт преформы, из которых после предварительного разогрева изготавливаются пластиковые бутылки путем растягивания и выдувания. Пэт преформы, в свою очередь, изготавливаются методом прессформирования из гранулированного полимера-полиэтилентерефталата. Цвет и прозрачность будущей бутылки закладываются при изготовлении преформы из гранул.

Производство ПЭТ-тары в Казахстане начало активно развиваться только в последние годы. Основными потребителями пластиковых упаковок стали производители растительного масла, которые практически 100% своей продукции разливают в такую тару. А вот рост производства всем известных коричневых пластиковых бутылок большой емкости (до 2,25 л) спровоцировали пивовары. Свою долю в рост производства бутылок вложили производители минералки и питьевой воды.

1.3 Экологические проблемы, связанные с пластиковыми бутылками

Наши родители помнят то время, когда даже в нашем селе стеклянные бутылки собирали и сдавали в магазины в обмен на какой-либо продуктовый товар и эти бутылки увозили на переработку и изготовление новых бутылок. А теперь? И сейчас есть пункты приёма стеклотары, но почему то мало кто этим занимается. Поэтому стеклянные и пластиковые бутылки засоряют наши улицы! И не только!

Скопления пластиковых бутылок на планете уже образуют настоящие плавающие материки в океанах. Ученые бьют тревогу: в Тихом океане скопились гигантские залежи мусора. Это в основном пластик и нефтепродукты. Находятся они где-то между Японией и западным побережьем США. По примерным подсчетам, этот «пластиковый остров» весит 100 млн. тонн. Причем в основном он представляет собой некую смесь полуразложившейся пластмассы, которую не видно ни с воздуха, ни со спутника.

По данным Всемирного фонда дикой природы, эти скопления мусора представляют большую угрозу для живых организмов. Согласно мнению японского ученого Кацухико Сайдо, при разложении пластмасса выделяет токсичные вещества, способные вызвать серьезнейшие гормональные нарушения, как у животных, так и у человека.

Этим угроза со стороны пластиковой тары для экологии Земли не ограничивается. На производство пластиковых бутылок в одних только США уходит около 18 миллионов баррелей нефти в год. Люди уже устали от пластикового мусора, который они сами же и создают. Создание пластиковой упаковки решило множество проблем, но и породило не меньшее их количество. Мусор, который оставляли в местах отдыха наши отцы, уже давно превратился в пыль, а наши пластиковые бутылки увидят даже наши праправнуки, потому что они «вечные».

Сколько же времени хранится мусор?

Очень часто гуляя по берегу реки, озера или в лесу люди с горечью встречают мусор. Встречают, огорчаются, но оставляют лежать его на том же месте, с мыслью: «Ничего, дождиком размоет, сгниёт, в общем, куда-то денется. Водой унесёт». Но мы глубоко ошибаемся… Каждый вид мусора имеет свой срок разложения. Так пластиковая бутылка имеет срок разложения 100 лет- это целый век.

ИСТОРИЯ

В качестве сырья для производства ПЭТ бутылок используется полиэтилентерефталат (ПЭТ) .
Впервые полиэтилентерефталат был получен в 1941 году специалистами "British Calico Printers" (Англия) в виде синтетического волокна. Авторские права на использование нового материала были приобретены компаниями "DuPont" и "ICI", в свою очередь продававшими лицензии на использование волокна из полиэтилентерефталата многим другим компаниям.
До середины 60-х ПЭТ использовали для создания текстильных волокон, после стали использовать для изготовления упаковочной пленки, а в начале 70-х годов в компании "DuPont" на свет появилась первая ПЭТ-бутылка ("DuPont" хотела получить пластиковую тару, которая смогла бы составить конкуренцию стеклу при изготовлении емкостей для розлива газированных и спокойных напитков).
На сегодняшний день изготовление пищевой тары является наиболее существенной областью применения ПЭТ гранулята. Пионерами в деле создания первых промышленных аппаратов по выдуву выступили компании "Sidel" (Франция) и "Krupp Corpoplast" (Германия).*

* Преобразована в "SIG Corpoplast GmbH", входит в группу компаний "SIG Beverages".

СВОЙСТВА ПЭТ-ТАРЫ

Преимущества ПЭТ многочисленны. Обычная пол-литровая ПЭТ-бутылка весит около 28 г, в то время как стандартная бутылка того же объема, сделанная из стекла, может весить около 350 г. ПЭТ абсолютно прозрачен, бутылка, изгтовленная из этого материала, выглядит чистой, привлекательной, естественная прозрачность материала делает его идеальным для розлива газированной воды. Кроме того, ПЭТ можно окрасить, например, в зеленый или коричневый цвет, для того, чтобы внешний вид продукции максимально соответствовал запросам потребителей. Использование пластиковых бутылок помогает устранить такой неприятный эффект, как бой тары при транспортировке, свойственный стеклотаре, при этом ПЭТ, как и стекло, прекрасно (и полностью) перерабатывается. В целом, в настоящее время ПЭТ-упаковка с ее безграничным инновационным потенциалом и широкими возможностями в смысле дизайна рассматривается, скорее, не как конкурент стеклотаре, а как материал, способный открыть совершенно новые рынки и породить абсолютно новые потребительские приоритеты.

Существенными недостатками ПЭТ-тары является ее относительно низкие барьерные свойства. Она пропускает в бутылку ультрафиолетовые лучи и кислород, а наружу - углекислоту, что ухудшает качество и сокращает срок хранения пива. Это связано с тем, что высокомолекулярная структура полиэтилентерефталата не является препятствием для газов, имеющих небольшие размеры молекул относительно цепочек полимера. Максимальный срок хранения пива в ПЭТ называется разный, во многом он зависит от региона, в котором производится розлив.

Так, по немецким стандартам, пиво в ПЭТе становится негодным для употребления уже через две недели, по нашим - может храниться три-четыре месяца. Однако все эксперты сходятся в одном: максимальное повышение степени газо- и светонепроницаемости пластиковой бутылки, а соответственно, срока хранения пива, является насущной проблемой. Особенно активно работают над решением этой задачи компании "Sidel", "SIG Corpoplast" и "Sipa".

Основными, наиболее перспективными направлениями признаны (в хронологическом порядке): использование многослойной технологии , изготовление бутылок из альтернативных пластиков , внесение в ПЭТ специальных "барьерных" добавок и напыление "барьерных" слоев из другого материала . Кроме этого, ведутся работы по оптимизация формы бутылки для достижения наилучшего соотношения поверхности и объема.

Многослойная бутылка
Многослойная технология на сегодня является, пожалуй, наиболее распространенной и надежной, так как успела пройти апробацию временем. Произведенная по этой технологии бутылка напоминает слоеный пирог: между пленочными слоями полиэтилентерефталата находится слой (или слои) специального полимера, препятствующего проникновению газа и ультрафиолетовых лучей (пассивный барьер) или поглощающего кислород (активный барьер). Наружный и внутренний слои бутылки обычно изготавливают из чистого ПЭТа. В зависимости от количества внутренних "барьерных" прослоек общее количество пленочных слоев колеблется от трех до пяти. Наиболее существенным недостатком многослойной тары является более высокая (относительно обычной однослойной) цена - оборудование для производства многослойной ПЭТ-бутылки стоит, в среднем, вдвое дороже обычного. Многослойную ПЭТ-бутылку используют для розлива своих брэндов такие известные компании, как "Budweiser", "Carlsberg", "Grolsch", "Holsten", "Miller" и другие.

Еще одним недостатком является то, что применение многослойной технологии производства ПЭТ-бутылки ограничивает возможность ее вторичной переработки. В то же время трехслойная технология применяется в Германии, Швейцарии, Швеции, Австралии и Новой Зеландии для утилизации вторичного ПЭТа: он помещается между пленочными слоями нового полиэтилентерефталата. Барьерные свойства такой бутылки ничуть не улучшаются, но с экологической точки зрения такой ход может быть оправдан.

Пассивный барьер
Наиболее "популярной" на сегодняшний день является технически наиболее простая трехслойная ПЭТ-бутылка, в которой между двумя слоями полиэтилентерефталата расположен слой нейлона (чаще всего Nylon MXD6). Преимуществами нейлона являются неплохие барьерные свойства, высокая прозрачность, низкая стоимость. Еще лучшими барьерными свойствами обладают этиленвинилакоголь - ЭВОН (EVON) и этиленвинилацетат - ЭВА (EVA). Но у EVA есть заметный недостаток: от влажности он теряет свои защитные качества. Срок годности пива в многослойной ПЭТ-бутылке с использованием этих защитных слоев увеличивается от четырех до шести раз.

Активный барьер
В качестве сугубо активного барьера сегодня можно назвать сополиэфир-кислородопоглотитель "Amosorb". Большинство компаний предпочитают работать над созданием комбинированных вариантов барьерных слоев, не только поглощающих кислород, но и не пропускающих углекислый газ. Среди наиболее известных материалов - "Aegis", "Amazon", "Bind-Ox", "DarEVAL", "Oxbar", "SurShield". По словам специалистов, стоимость ПЭТ-бутылки с активным барьеров практически на порядок выше аналогичной однослойной тары.

Напыление барьерного слоя
Напыление слоя с повышенными барьерными свойствами является очень дорогостоящим процессом. Для его проведения необходимо добавочно закупать специальное оборудование, в том числе вакуумные машины стоимостью от 1 до 1,5 миллиона Евро.

Но пока эти технологии ввиду их крайней дороговизны не получили широкого распространения. Напыление может быть как внутренним, так и наружным. Внутреннее напыление создается при помощи так называемой "плазменной технологии". По этой методе ПЭТ-бутылку наполняют специальной газовой смесью, после чего воздействуют на нее мощным микроволновым импульсом. В результате этого газовая смесь на ничтожный период времени переходит в состояние плазмы, после чего оседает тончайшим слоем на стенках бутылки. Наиболее известными являются углеродные смеси смеси "Actis", "DLC", а также смеси "Glaskin", "VPP". Кроме этого используется технология напыления на внутреннюю поверхность бутылки кварцевого стекла (технологии фирм "SIG Corpoplast" и "HiCoTec"). Для наружного напыления ПЭТ-бутылка помещается в специальную камеру с газовой смесью, которая осаждается на внешней поверхности тары. Для этого используются спреи "Bairocade", "SprayCoat", "Sealica".

Внесение барьерных добавок
В большинстве своем в качестве добавок используются те же барьерные материалы, которые применяются при изготовлении многослойной тары. Это является наиболее недорогим путем повышения барьерных свойств ПЭТ-бутылки. Чаще всего к полиэтилентерефталату добавляется "Amosorb" (в качестве кислородопоглотителя), нейлон и полиэтиленнафталат (ПЭН). Но тут возникает дилемма: чем большее количество добавок внесено в ПЭТ, тем выше барьерные свойства бутылки и тем дороже она стоит. К тому же большое количество добавок приводит к помутнению ПЭТа. Золотой серединой при использовании ПЭНа в качестве добавки является величина в 8-10%.

Альтернативные материалы
Основным альтернативным материалом для изготовления пластиковой пивной бутылки пока остается полиэтиленнафталат. ПЭН имеет высокие барьерные и термоустойчивые свойства (на порядок выше, чем у ПЭТа), что продлевает срок годности пива и позволяет пастеризовать его. В то же время цена на этот полимер все еще остается довольно высокой (относительно полиэтилентерефталата), что ограничивает его широкое применение. Исключением являются страны, в которых правительство стимулирует использование пивоварами многоразовой пластиковой тары.

В Европе около 40% от общего количества тары, используемой при розливе пива, занимает многоразовая ПЭН-бутылка. От одноразовой ее, прежде всего, отличает более тяжелый вес - около 100 граммов. Использоваться такая бутылка может до 40 раз. При каждом розливе на бутылку наносится специальная отметка, благодаря чему ведется учет "оборотов" тары. После нанесения последней отметки бутылка идет на общую утилизацию. В европейском регионе в многоразовую ПЭН-бутылку разливаются бренды "Carlsberg" и "Tuborg".

ПРОИЗВОДСТВО ПЭТ-БУТЫЛОК

Расширение использования ПЭТ-тары как ориентированной на инновации и обращенной в будущее продукции идет нога в ногу с разработкой и внедрением в производство оборудования для изготовления пластиковых бутылок и розлива в них. Оборудования, оснащенного такими функциями и возможностями, как полностью автоматизированные контроль и отбраковка, задание и изменение всех операционных параметров для каждой бутылки или ее содержимого, сенсорный контроль в режиме реального времени и техническая поддержка со стороны производителя оборудования, осуществляемая через Интернет.

Одно из основных преимуществ ПЭТ-тары - это та простота, с которой производитель напитков может смонтировать линию по изготовлению ПЭТ-тары прямо на своем предприятии, а такой путь существенно удешевляет тару и, соответственно, весьма привлекателен для производителей пива и напитков. С полностью автоматизированной линии по выпуску бутылок последние поступают непосредственно на линию розлива. Таким образом, не требуется дополнительных затрат и площадей для складирования и транспортировки, а производитель получает возможность самостоятельно определять параметры тары (стандартный объем обычно - от 0,5 до 3 л) и разрабатывать ее дизайн. Поскольку ПЭТ-бутылки очень легки и не бьются, им не требуются ящики. Их вполне достаточно упаковать в полиэтиленовую пленку с картонным поддоном или даже без него. Этот фактор ведет к дальнейшей экономии на упаковочных материалах, очистке тары (ящиков), транспортировке и т.д. Размеры ПЭТ-бутылок постоянно увеличиваются. Бутылки, предназначенные для воды и растительного масла, в наши дни зачастую достигают емкости 10 или даже 20 л.

Преформы
ПЭТ-бутылки производятся с помощью процесса, известного как формовка внутренним надуванием (injection stretch blow moulding, ISBM) . Процесс этот стал объектом многочисленных корректировок и улучшений и, таким образом, в настоящее время он прекрасно изучен, понятен и хорошо контролируем.

ISBM - это двуступенчатый процесс , включающий изготовление "матрицы", то есть преформы , с виду напоминающей тонкую стеклянную пробирку (фаза 1). Затем преформа размягчается путем нагревания и с помощью внутреннего наддува воздуха из нее изготовляется полноразмерная бутылка (фаза 2). Горлышку бутылки окончательный вид придается еще на стадии изготовления преформы. Собственно, в дальнейшем выдувается только тулово бутылки. Особенность всех ПЭТ-бутылок - кольцо на горлышке. Оно находится на горлышке преформы, располагаясь несколько ниже резьбы. Оно позволяет механически захватывать и перемещать преформу к месту окончательного выдува, а также облегчает транспортировку готовой бутылки.

Преформы изготавливаются с помощью многоячеечного оборудования, способного за один цикл выдува изготавливать до 144 преформ. Производство преформ - это, собственно, совершенно особая область, причем на качество преформы и ее способность превратиться в полноценную ПЭТ-бутылку влияют многочисленные специфические факторы. Однако число производителей, предлагающих стандартные преформы, готовые для производства из них стандартной бутылки, очень велико. На рынке представлены разновидности преформ с различным размером горлышка. Наибольшей популярностью у производителей напитков пользуются бутылки с размером горлышка 28 мм (имеется в виду внешний диаметр, включая резьбу - Ред.), впрочем, выпускаются и образцы с большим размером горлышка или с горлышком, предназначенным для укупорки кронен-пробкой. Вес материала преформы определяется в основном конечной емкостью готовой бутылки, которая будет изготовлена из данной преформы, а также толщиной стенок бутылки. Уже в течение нескольких лет производятся цветные преформы, в основном коричневые, зеленые и голубые. Производители красителей и добавок в наши дни предлагают весьма широкий спектр цветов, причем красители специально разработаны для ПЭТ.

Для изготовления ПЭТ-тары имеется два типа оборудования, а именно однофазное и двухфазное . В однофазном процессе преформа изготавливается из гранул полиэтилентерефталата в той же машине, в которой в дальнейшем из нее выдувается готовая бутылка. Собственно говоря, в таком случае обе фазы изготовления бутылки совмещаются в одном оборудовании, так что преформы зачастую поступают на конечный выдув еще теплыми.

В двухфазном процессе преформа изготавливается на одной машине и лишь затем транспортируется для выдува бутылки на другую, отвечающую за вторую ступень процесса, или помещается на склад, где и хранится, пока не будет востребована. Это иногда имеет смысл, поскольку преформа занимает места примерно в 12 раз меньше, чем готовая бутылка, а кроме того, необходимо учитывать, что одна и та же преформа может быть использована для производства разных бутылок. Поскольку вторая стадия двухфазного процесса значительно короче первой, то в таком варианте возможно добиться очень высокой производительности оборудования, выпускающего конечную продукцию, если только соответствующих преформ будет в достатке. Обычно одна машина производит 1200-1400 бутылок в час.
Производительность оборудования зависит от числа выдувных ячеек в той или иной машине, а также от времени рабочего цикла, которое в свою очередь определяется толщиной стенок преформы и временем ее остывания.

Производитель напитков, решивший остановиться на двухфазном процессе изготовления ПЭТ-бутылок, может и производить преформы самостоятельно, и покупать их на стороне. Второй вариант придает производителю большую гибкость на начальной стадии производства, а также избавляет его от необходимости контолировать качество сырья, следить за тем, достаточно ли оно сухое и, соответственно, пригодно ли для применения. Кроме того, в дальнейшем он может наладить и собственное производство преформ, если такая необходимость возникнет. Покупка преформ также позволяет варьировать их типы, вес и т.п. без дополнительных затрат времени и средств на замену недешевых ячеек для выдува. Производитель напитков может выбрать преформу для производства бутылки, наиболее подходящей для его продукции, будь то прозрачная ПЭТ-бутылка емкостью 2 л для минеральной воды, окрашенная в коричневый цвет преформа для пол-литровой пивной бутылки или более тяжелая - для оборотной бутылки для розлива газированных напитков. Смена продукции облегчается - фактор, который с учетом значительных объемов производства становится весьма существенных для многих производителей напитков.

Широкий выбор предлагаемых на рынке преформ решительно упрощает задачу выбора тары для небольших компаний - производителей напитков. Они с легкостью могут приобрести требующиеся им преформы из ПЭТ, ПЭН или композитного материала. Предлагаются также многослойные преформы с внутренним слоем из нейлона или другого высокопрочного материала, служащего для того, чтобы повысить потребительские свойства бутылки. Возможно даже включить в состав преформы слой вторичного полиэтилентерефталата, не входящий в непосредственный контакт с содержимым бутылки, что иногда делается для сокращения расходов на сырье. Конечные свойства той или иной преформы диктуются многообразными и многочисленными факторами, отражающими как процесс производства, так и дальнейшую судьбу заполненной бутылке на рынке. Эти факторы включают в себя не только размер и содержимое бутылки, но и способ розлива (горячий розлив и т.д.), тип укупорки горлышка соответствующего диаметра (который может быть куда больше стандартных 28 мм, например, у широкогорлых ПЭТ-бутылок - до 60 мм) и способ складирования, зависящий от условия функционирования конечной продукции на потребительском рынке той или иной страны, а также от структуры дистрибьюторской сети. Наладил ли производитель напитков выпуск собственных преформ, будь то однофазный или двухфазный способ, или приобретает их на стороне, следующим шагом для него станет изготовление, то есть выдув, ПЭТ-бутылки как таковой.

Выдув ПЭТ-бутылки
Внутренний дизайн и производительность оборудования значительно варьируют в зависимости от производителя, однако основные принципы его работы остаются неизменными. Выбор того или иного оборудования диктуется необходимым и объемами продукции, компоновкой оборудования на уже существующем предприятии и, разумеется, ценой.

Самый простой вариант - это загружаемые вручную машины, в которых нагреватель преформ и блок выдува фактически представляют собой отдельные части. Такого рода оборудование предназначено для производителей напитков с очень небольшими объемами выпуска продукции, поскольку довольно дешевы, но обладают достаточной производительностью, которая, как правило, составляет у машин такого типа 1000-1200 бутылок в час у агрегата с двумя ячейками для выдува 1-литровых бутылок. Особенности производства могут потребовать и оборудования, представляющего собой автоматизированную линию. В таком случае с одного ее конца формы автоматически загружаются в машину, а с другого - выходят готовые бутылки, которые опять-таки автоматически подаются непосредственно на линию розлива. Обычно в агрегатах с такой конфигурацией нагреватель преформ выполняется в форме скобы, вертикальной или горизонтальной, что делается в целях экономии пространства. Ротационные машины состоят из постоянно движущегося колеса, проводящего преформы через секцию нагрева, откуда они, после соответствующего уравнивания температуры, поступают на выдув. Здесь преформы загружаются в свободные ячейки, когда те проходят мимо транспортировщика, проходят стадию выдува, а бутылки переправляются дальше, когда карусель повернется на 360". Теперь ячейка готова принять новую преформу.

Стадии изготовления ПЭТ-бутылки

Высокоскоростная ротационная машина
Для того, чтобы более глубоко исследовать три вышеозначенные стадии выдува бутылки, обратимся к современной ротационной машине для изготовления ПЭТ-бутылок. Ротационные машины обладают преимуществом экономии производственных площадей благодаря своей компактности. Преформы могут загружаться с той же стороны, откуда выходят готовые бутылки, а три остальных стороны машины остаются свободными для доступа и осмотра. Существуют и машины, в которые преформы подаются непосредственно напротив того места, откуда выходят бутылки: такое оборудование предназначено для включения его в цепочку автоматических производственных линий. Возможность расположить ротационную секцию нагрева выше секции выдува и таким образом использовать ресурс высоты, сэкономив площадь, также говорит в пользу компактного внешнего дизайна такого рода оборудования.

Краткий обзор процесса
В обычной высокоскоростной ротационной SBM-машине преформы из основного загрузочного бункера с помощью подъемника поступают в распределитель, в котором они автоматически принимают положение, необходимое для их поступления в систему, а затем по спиральному подъемнику поднимаются наверх. Подающая спираль правильно располагает преформы и переправляет их в основное рабочее отделение машины, где они поступают на подающее зубчатое колесо. Каждая преформа захватывается за кольцо на горлышке специальными цапфами и в перевернутом положении подается на карусель нагрева, которая проносит их сквозь камеру нагрева. Там они приобретают температуру, которая делает их достаточно мягкими для дальнейшего выдува полноразмерной бутылки. Внутри камеры нагрева преформы постоянно вращаются вокруг своей оси, для того, чтобы нагрев был равномерным. По выходе из камеры нагрева разогретые преформы в течение определенного времени оставляются для уравнивания температуры, а затем подаются в открытые формы для выдува бутылок. Формы эти располагаются рядом с камерой нагрева или под ней. Как только форма закрывается, преформа немедленно вытягивается и предварительно надувается. Растягивание выполняется механически с помощью специального растягивающего стержня, который вставляется в горлышко будущей бутылки и опускается вниз, в сторону ее дна. В результате этого размягченная преформа удлиняется. Глубина хода стержня регулируется механически и зависит от размера и формы будущей бутылки. Затем в течение секунды продолжается фаза выдува, проходящая при очень высоком давлении, в ходе которой бутылка приобретает свою окончательную форму. Растягивающий стержень вынимается, бутылка охлаждается, после чего форма открывается и выпускает готовую бутылку.

Нагрев
Перед тем, как преформы подаются в секцию нагрева, они еще на подающей спирали проходят проверку автоматической станции контроля качества. Проверяются горлышко, в дальнейшем предназначенное для укупорки крышкой, и поперечное сечение преформы. На этой стадии отбраковываются преформы с дефектным горлышком или продемонстрировавшие недостаточную овальность. В процессе нагрева в типичной SBM-машине преформы, надетые на специальные стержни, следуют через инфракрасную камеру нагрева, в которой приобретают температуру, необходимую для растягивания и выдува. Преформы последовательно проходят через ряд нагревательных блоков, состоящих из инфракрасных нагревателей с рефлекторными пластинами, предотвращающих нагрев определенных участков преформы. Это особенно важно, поскольку, несмотря на то, что нагревается вся преформа кроме горлышка, в процессе выдува требуется, чтобы различные зоны преформы имели разную температуру. Только в таком случае бутылка получится такой, как запланировано. Размер и форма выдуваемой бутылки являются факторами, определяющими так называемый температурный профиль, то есть температурный режим для отдельных участков преформы в процессе ее превращения в бутылку. Производители оборудования должны обеспечивать достаточную гибкость установок температурного режима с тем, чтобы на выходе обеспечивалось наилучшее качество бутылки. Для варьирования температурного профиля каждый нагревательный блок, входящий в состав нагревательной камеры, оснащен девятью отдельными расположенными вертикально друг над другом нагревательными элементами, которые нагревают различные участки преформы. Степень их нагрева регулируется независимо друг от друга с контрольной панели, что позволяет оператору не только задавать тот или иной температурный профиль, но и также постепенно, с прохождением преформы по зоне нагрева, повышать температуру. Участок преформы, прилегающий к горлышку, зачастую требует для нагревало требуемой температуры больше тепла, чем прочие участки. Таким образом, элементы, "ответственные" за эту зону, должны быть мощнее и многочисленнее. Уже полностью сформованное на стадии изготовления преформы горлышко защищается от нагрева экраном с водяным охлаждением. Число нагревательных блоков и скорость прохождения преформы через камеру нагрева зависит от количества выдувных форм в машине и от веса нагреваемых преформ. Поскольку ПЭТ плохо проводит тепло, необходимо охлаждать внешнюю поверхность преформы, когда она находится между нагревательными блоками камеры нагрева. В противном случае поверхность перегрелась бы, что может привести к нежелательной кристаллизации. Это промежуточное охлаждение осуществляется с помощью воздушных насосов, расположенных между каждыми нагревательными блоками. Таким образом, с одной стороны, преформа постепенно подвергается нагреванию, а с другой, ее поверхность постоянно охлаждается.

Уравновешивание
После нагрева для коррекции температурного профиля преформы проходят особую стадию обработки, направленную на уравновешивание температуры (эквилибрацию). Эквилибрация, в сущности, означает распределение температуры ПЭТ в прямой зависимости от толщины стенок. Этот важный этап, который должен быть тщательно просчитан. Если период эквилибрации слишком короток, стенки бутылки получатся неравномерными по толщине. Если период слишком затянется, тщательно выверенный температурный профиль будет нарушен, и в таком случае слишком много тепла поступит в зону горлышка, вызывая деформацию последнего при последующей обработке. Выдув бутылки осуществляется при температуре около 110°С.

Выдув и вытягивание
Разогретые преформы затем поступают по наклонному подающему колесу в секцию выдува, которая в нашем случае расположена непосредственно под секцией нагрева. Подающее устройство следит за тем, чтобы преформы были правильно расположены относительно форм, в которые они поступают с большой скоростью. Время, необходимое для разогрева преформы, значительно большее, чем то, что требуется для вытягивания и выдува. Это ведет к тому, что в нагревательной камере преформ всегда больше, чем в формах, поэтому колесный транспортировщик является необходимым приспособлением в высокоскоростной SBM-машине.

"Классическая" форма для ПЭТ-бутылки
Состоит из трех частей: двух боковых стенок, открывающихся в вертикальной плоскости, и базы, двигающейся вверх и вниз. Как только преформа занимает соответствующее положение, форма закрывается. Подвижная база (дно) двигается вверх, а стенки замыкаются вокруг нее. Все это происходит одновременно: три составные части соединяются накрепко. В то же самое время растягивающий стержень начинает свое движение вниз. Поскольку он занимает положение, необходимое для начала растяжения преформы, в тот момент, когда форма захлопывается, рабочий цикл занимает меньше времени и потери тепла сокращаются. Преформа растягивается в вертикальной плоскости и предварительно выдувается под давлением в 25 бар. Бутылка на этой стадии выдувается до 80-90% своего полного размера. Поскольку очень важно не повредить горлышко, машины снабжены специальными насадками, через которые подается воздух. Они выполнены в форме колокола и предохраняют горлышко и прилегающую к нему часть от повреждений. Затем подается высокое (40 бар) давление, и на этой стадии бутылка приобретает свою окончательную форму. Прижимаясь к холодным стенкам формы, бутылка охлаждается, становится достаточно жесткой и, таким образом, уже готова немедленно покинуть форму, когда та откроется. Во избежание искривления стенок давление внутри бутылки стабилизируется до открытия формы.

"Отдых"
После охлаждения и во время хранения ПЭТ-бутылки немного сжимаются, поэтому машина контролирует степень охлаждения бутылки путем подогрева формы. Это делается для того, чтобы материал "отдыхал" и бутылки в дальнейшем сжимались менее интенсивно. Это позволяет свести к минимуму разницу в размерах между бутылками, выпущенными в разное время, что имеет значение при розливе: различие в размерах наполняемых бутылок может вызвать непредвиденные затруднения в работе разливочного оборудования. В машинах, где такая функция предусмотрена, транспортировщик форм изолируется для сохранения энергии. SBM-машины выпускаются в многочисленных разновидностях, в том числе и с ротационным механизмом, имеют от 6 до 24 форм для выдува бутылок и выпускают на каждую форму в среднем 1 200 бутылок в час. Максимальная производительность машины с 24 формами - 33 600 бутылок в час. Производительность, само собой, зависит от размера выдуваемой бутылки, поскольку на изготовление большей бутылки требуется больше времени. Обычная SBM-машина способна производить бутылки емкостью от 0,25 л до 2,5-3 л без дополнительного переоборудования.

Быстрая смена форм
В машине, которую мы выбрали в качестве примера, как и в большинстве SBM-машин, используются стандартные трехчастные формы, которые монтируются на транспортировщик форм и могут быть быстро заменены другими, предназначенные для выпуска других бутылок. Вытягивающий стержень контролируется с помощью шаблона, и глубина его хода легко изменяется в зависимости от глубины формы. По подсчетам, SBM-машина с 10 формами может быть переналажена на выпуск другой разновидности бутылки в течение 30 минут тремя техниками. В течение этого времени проводится смена всех необходимых настроек. Даже если предполагается выпускать совершенно иную бутылку с другой формой горлышка, переналадка не займет больше часа.

Контроль
Работа всех важнейших элементов как описанной выше ротационной машины, так и "линейной" машины, таких, как отделение выдува, нагревательное колесо, транспортер преформ и механизм, подающий нагретые преформы из нагревательной камеры в отделение для выдува бутылок, должна быть четко синхронизирована с помощью единой системы контроля. Необходимо также, чтобы каждый из этих элементов мог быть снят независимо от других для обслуживания и переналадки. Этот механизм особенно важен для ротационных машин. Управление машиной производится с помощью сенсорной панели. В современных машинах, как правило, установочные параметры для разных типов бутылки хранятся в памяти и могут быть немедленно активизированы простым нажатием кнопки. Естественно, в процессе эксплуатации оборудование немного разлаживается, но параметры нагрева и выдува автоматически приводятся в нормальный режим. Система контроля постоянно следит за работой машины, сигнализируя оператору о любых сбоях. Удаление бракованных преформ также осуществляется автоматически, причем проводится без остановки машины. Если вследствие удаления преформы форма остается пустой, давление в нее не подается, как и в том случае, когда форма закрылась неправильно. Сенсорная контрольная система может быть электронными средствами защищена от доступа посторонних.

Транспортировочные линии для бутылок
Итак, бутылка изготовлена и, таким образом, готова к дальнейшему использованию - розливу. ПЭТ-бутылки очень легки и поэтому, не будучи заполненными содержимым, неустойчивы. Естественно, это свойство было принято во внимание производителями оборудования при проектировке линий, подающих порожнюю тару на розлив. Легкий вес бутылок позволяет переносить их при розливе за кольцо на горлышке, что минимизирует необходимость корректировки оборудования, поскольку высота налива может быть просчитана от горлышка бутылки до хомута на горлышке, а это расстояние остается неизменным на всех бутылках данной партии. Кроме того, пустые бутылки можно перемещать не только с помощью обычных транспортировочных линий, но и с помощью воздуха. В последнем случае неустойчивость бутылки не создает проблем. Пустые бутылки перемещаются по рельсам с низким трением, будучи "поддерживаемы" воздушным потоком за кольцо на горлышке. Рельсы имеют такую форму, что воздух может проходить вдоль них. Струя воздуха приподнимает кольцо на горлышке легкой ПЭТ-бутылки и задает транспортируемой таре необходимое направление. Преимуществом этого метода транспортировки является то, что бутылка не входит в контакт с боковинами транспортировочной ленты. Сегодня такой метод транспортировки применяется на большей части выпускаемого и эксплуатируемого оборудования.

ПЕРЕРАБОТКА ПЭТ-БУТЫЛОК

В Европе вторичная переработка ПЭТ-бутылок поставлена на государственную основу. Для стран СНГ утилизация использованной ПЭТ-тары является экологической проблемой. Хотя ПЭТ-бутылка является экологически чистой, при сжигании полиэтилентерефталат выделяет большое количество канцерогенов. Более безопасным и намного более выгодным выходом является переработка использованной ПЭТ-тары. В Англии на сегодняшний день перерабатывается 70% ПЭТ-бутылок, в Германии - 80-85%, в Швеции - 90-95% (это самый высокий показатель в Европе). Принцип государственного регулирования переработки ПЭТ-тары состоит в том, что ее производители платят специальный налог, в который заложена стоимость будущей переработки. Из этих денег государство финансирует утилизацию. Постройка одного завода по утилизации может обойтись до?50 миллионов. Процесс переработки включает в себя механическую утилизацию (дробление) и химическую утилизацию (размельченные части разлагаются на свои составные части). Каждый из полученных компонентов проходит стадию очистки. Завершает процесс получения вторичного ПЭТа гранулирование. Полученный гранулят имеет более низкую вязкость, чем первичный, то есть качество его уже более низкое. Такой ПЭТ-гранулят находит применение в различных областях - при производстве преформ допускается добавление до 5-10 % вторичного сырья, также из него получается неплохое сырье для текстильной промышленности, изготовления черепицы, европоддонов, ваты. Из вторичного ПЭТа, после добавки в него стекловолокна, производят абразивные круги для шлифования и полировки. Компания "Ford" отливает крышки моторов для грузовых автомобилей, а "Toyota" - панели, бамперы, двери для автомобилей из полимерных композиций, содержащих переработанный ПЭТ.

На постсоветской территории ПЭТ-бутылка в массовом порядке не утилизируется. Пока делались только отдельные попытки выпускать из вторичного ПЭТа тротуарную плитку и были разработаны (но не воплощены в жизнь) технологии по производству из переработанного полиэтилентерефталата различных утеплителей и строительных материалов.

По материалам журнала "Пивное дело" и "Промышленной энциклопедии"