Una nuova era nel PET Design?
SACMI esplora l’opportunità del tappo in PET

Al convegno AMI – Plastic Closures Innovations la relazione di SACMI con la presentazione dell’analisi comparata e del nuovo prototipo di tappo per acqua 29mm in PET realizzato e testato su linea pilota Allo stato dell’arte delle tecnologie, è possibile realizzare un tappo in PET per il confezionamento delle bevande? Conviene sostituirlo all’HDPE (poliolefine) e a quali condizioni? Le caratteristiche prestazionali e funzionali sono sovrapponibili? Ma soprattutto. Questa possibilità potrebbe rappresentare un reale vantaggio dal punto di vista della sostenibilità economica (TCO) e ambientale?
A tutte queste domande risponde SACMI che, il 20 maggio scorso, è intervenuta al convegno AMI – Plastic Closures Innovation di Malaga, in Spagna, con la relazione “A new era in PET design? SACMI’s perspective on PET beverage caps”.

SACMI ha presentato alla platea di Malaga un tappo da 29 mm per acqua, realizzato in PET. La scelta dello standard non è casuale, si tratta infatti della imboccatura più diffusa al mondo per questo tipo di bevanda.
Il tappo presenta flap segmentati e incernierati alla base della banda, per agevolarne l’applicazione; filetto segmentato, per facilitarne lo stampaggio e l’apertura, riducendo la coppia di rimozione; plug a ogiva per garantire la tenuta.
Il tappo, realizzato su pressa CCM in un tempo-ciclo di 2,7 secondi, si presenta perfettamente trasparente e, a temperatura ambiente, le sue prestazioni risultano comparabili a quelle di un tappo in HDPE. Anche le successive fasi del processo come taglio e piega, a livello sperimentale presentano buona stabilità e ripetibilità.

Il tappo è un elemento fondamentale dell’imballaggio, primo punto di interazione tra il consumatore e l’imballaggio stesso. Dal tappo, inoltre, dipende la tenuta e quindi la sicurezza e freschezza del prodotto.
Dal punto di vista delle proprietà chimico-fisiche le poliolefine si confermano un materiale particolarmente adatto per questo tipo di applicazione. Oggi tutti i tappi per bevande sono realizzati in poliolefine, in particolare HDPE, e questo avviene in modo molto efficiente sotto il profilo sia economico, sia ambientale. Negli ultimi due decenni, infatti, i principali driver hanno riguardato la riduzione del consumo di resine vergini (oltre il 50% in meno di peso complessivo tra tappo e relativa imboccatura) e di energia.

Più di recente, in alcuni mercati sta partendo la filiera del riciclo cap2cap.
Dal punto di vista del riciclo, il processo di separazione dell’HDPE, con cui è realizzato il tappo, dal PET, con cui è realizzata la bottiglia, è relativamente semplice ed economico: macinando il materiale l’HDPE si separa dal PET per galleggiamento, ed entrambi i materiali possono quindi essere recuperati e riutilizzati.

Da un punto di vista produttivo occorre valutare che il PET potrebbe richiedere un tempo ciclo superiore di oltre il 70% rispetto allo stampaggio dell’HDPE, e che a parità di condizioni, il peso del tappo potrebbe aumentare rispetto a quello realizzato in poliolefine.
Dunque, perché passare al PET? In questo modo, si realizzerebbe un imballaggio monomateriale, aumentando la resa in PET del processo di riciclo. Inoltre, il tappo in PET risulta trasparente, quindi “bello” sotto il profilo estetico.

Rispetto all’HDPE, il PET presenta caratteristiche sfidanti: tra le principali, la struttura amorfa e la sua igroscopicità, la cui combinazione comporta la tendenza del materiale a cedere sotto sforzo (nonostante, sulla carta, le proprietà meccaniche del PET siano teoricamente migliori).
Una comparazione dettagliata tra le proprietà dei due materiali aiuta ad individuare la “finestra di processo”, relative differenze e gli impatti sui costi.

• Il PET ha una densità circa il 40% maggiore rispetto all’HDPE;
• la temperatura di processo del PET è significativamente più alta (>270 °C) di quella dell’HDPE (<200 °C);
• il PET cristallizza molto più lentamente rispetto all’HDPE; la fase di transizione vetrosa è molto vicina alla temperatura di lavoro del tappo.

La temperatura di fusione più elevata del PET rispetto all’HDPE comporta necessariamente un maggiore dispendio di energia per fondere il materiale e successivamente raffreddarlo, per riportarlo ad una temperatura che ne consenta l’estrazione dallo stampo.
La produzione del tappo in PET richiede un tempo ciclo superiore anche del 70% rispetto all’analogo in HDPE (a causa delle temperature più alte, del processo di cristallizzazione lento, della minore diffusività termica del PET) e richiede stampi specifici a causa di proprietà differenti (ritiri, modulo elastico).

Le prestazioni sono comparabili a quelle del tappo in HDPE, con due avvertenze:

• il PET risulta molto sensibile alle alte temperature, da considerare nelle fasi di logistica e stoccaggio del prodotto finito;
• il tappo in PET pesa circa il 20% in più dell’analogo in HDPE a parità di prestazioni richieste: la maggiore resistenza “teorica” del PET va infatti raffrontata all’alto indice di assorbimento di umidità/acqua che, in base alle misurazioni effettuate, può ridurre le proprietà meccaniche del tappo anche fino al 60%. Anche la riduzione dello spessore della parete (c.a. 0,4 mm nelle capsule in HDPE) si scontra con limiti tecnologici in fase di stampaggio, come le tolleranze meccaniche, stress induced cristalization, ecc.

Lo studio e design del nuovo tappo in PET rispetta gli standard internazionali dal punto di vista delle prestazioni richieste al tappo. Inoltre, il processo individuato da SACMI evita l’aggiunta di additivi e coloranti che potrebbero ostacolare il successivo riciclo: il PET utilizzato è quindi un normale PET o rPET per bottiglie.
Rispetto alle tecnologie di produzione e applicazione del tappo, SACMI ha scelto di non introdurre nessun apparato speciale per la tappatura, testandone la produzione sulla propria gamma di presse a compressione CCM, continuous compression moulding. Si è inoltre optato per il taglio e piega in linea, così come il controllo qualità.
L’intero processo è stato testato su linea pilota composta unità di umidificazione, estrusore, unità di stampaggio a compressione opportunamente adattata, linea di taglio e piega, controllo qualità con sistemi CVS.

Riduzione dei tempi ciclo, alta cavitazione. Sono i driver del mercato cui SACMI ha risposto presentando di recente la nuova pressa CCM64MD.
Straordinaria per prestazioni, la macchina può produrre fino a 2.850 capsule al minuto (171mila capsule l’ora) in HDPE con soli 64 stampi in un tempo ciclo di appena 1,35 secondi. Tutto questo a fronte di ingombri ridotti del 50% e consumi specifici ridotti del 15% rispetto alla generazione precedente, attestandosi su un valore di 0,43 kWh per chilogrammo di HDPE trasformato.
In questo contesto, una possibile transizione del mercato dall’HDPE al PET dovrebbe tenere conto dei diversi aspetti: performance comparabili (con un occhio alle temperature di stoccaggio, trasporto etc), TCO più elevati, LCA da effettuare caso per caso in base alle condizioni ambientali, produttive, etc. Il Laboratorio SACMI è a disposizione dei clienti per realizzare early adopter personalizzati.