Foam PP untuk Meningkatkan Keberlanjutan dan Biaya

Busa PP membuat terobosan dalam otomotif dan pengemasan untuk meningkatkan bobot ringan dan keberlanjutan. (Foto:Avient)

Pembusaan polipropilena telah mendapatkan daya tarik yang signifikan selama beberapa tahun terakhir, dimulai dengan busa PP yang diekstrusi dan semakin digabungkan dengan busa injeksi dan cetakan tiup. Pasar utama adalah otomotif dan pengemasan, diikuti oleh bangunan dan konstruksi, produk konsumen dan barang industri. Kinerja biaya merupakan insentif utama, terutama selama beberapa tahun terakhir dimana harga PP domestik melebihi harga global karena kendala pasokan di tengah permintaan yang kuat. Namun, faktor yang lebih penting dalam peningkatan permintaan untuk foamed PP adalah memenuhi inisiatif dan mandat keberlanjutan dengan hanya menggunakan lebih sedikit resin dan dengan menyediakan alternatif untuk PS dan EPS, yang terkadang dianggap kurang “ramah lingkungan”.

Ringan di otomotif mendapatkan traksi lebih jauh dengan fokus industri pada kendaraan listrik (EV) dan diharapkan berkontribusi pada pertumbuhan PP berbusa. Begitu pula untuk pengemasan, didorong oleh inisiatif keberlanjutan. Prospek pertumbuhan busa yang memungkinkan adalah kemajuan teknologi terkini dalam pembusaan fisik dan kimia—dan terkadang kombinasi keduanya. Misalnya, Trexel, pemimpin dalam pencetakan busa fisik dengan proses injeksi gas langsung MuCell telah melakukan peningkatan lebih lanjut pada teknologinya dalam tiga tahun terakhir yang memungkinkan pencetakan dinding tipis ke tingkat yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan.

Demikian pula, iD Additives, Avient dan Trexel adalah di antara pemasok bahan pembusa kimia (CFA) yang telah memperkenalkan formulasi yang menghasilkan busa mikroseluler dengan ukuran sel yang sangat kecil, distribusi yang seragam dan estetika yang sangat baik. Selain itu, pemasok resin PP seperti SABIC dan Asahi Kasei Plastics telah memperkenalkan grade dengan kekuatan leleh yang unggul, khususnya untuk struktur busa PP yang diekstrusi atau dicetak, serta senyawa yang diperkuat khusus yang cocok untuk pembusaan. Sumber di pemasok resin PP terkemuka lainnya, Borealis, mencatat bahwa perusahaan berkomitmen untuk mendukung pengembangan lebih lanjut dari pasar busa ekstrusi melalui produk HMS-PP Daploy (Kekuatan Meleleh Tinggi) dan dengan menawarkan solusi busa PP. Perusahaan ini merupakan pionir dalam membawa PP berkekuatan leleh tinggi ke hasil komersial, yang secara khusus ditujukan untuk mengembangkan pasar busa PP.

Sebuah studi tahun 2018 dari firma riset pasar Markets &Markets memproyeksikan pasar busa PP ekstrusi global tumbuh hampir 7% setiap tahun hingga 2023. Sumber di bisnis Busa &Ringan global SABIC mencatat bahwa PP kekuatan ultra-meleleh mereka dikembangkan untuk mendukung ekstrusi proses dalam otomotif, konstruksi, dan pengemasan, tetapi mereka melihat peluang dalam aplikasi cetakan injeksi dan pukulan baru di mana bobot yang ringan dan keberlanjutan sangat penting.

“Undang-undang baru untuk pengemasan juga merupakan pendorong pertumbuhan utama untuk menggantikan solusi saat ini dengan busa berbasis PP,” catat satu sumber. Craig Sibol, manajer produk untuk bisnis aditif Avient, mengatakan perusahaannya melihat pertumbuhan PP busa dalam dua digit yang rendah, tetapi terutama dalam cetakan injeksi. “Masalah pasokan PP lebih memengaruhi aplikasi ekstrusi berbusa di sektor-sektor seperti bangunan dan konstruksi, sehingga pertumbuhan di sana terhambat.”

Todd Glogovsky, eksekutif v.p. penjualan dan teknologi di Asahi Kasei Plastics Amerika Utara, mengatakan sebagai berikut:“Pembusaan dan pelapisan tipis terus dievaluasi untuk meningkatkan biaya, bobot, dan efisiensi siklus produksi. Pelanggan akan selalu mengevaluasi semua opsi untuk mengurangi berat. Opsi ringan terus ditinjau satu sama lain, dan opsi dengan dampak terbesar pada penghematan biaya dan peningkatan kinerja akan dipilih.”

Catatan Nick Sotos, presiden iD Additives, “Tahun ini, ketika harga PP mulai melonjak, kami mulai mendapatkan permintaan sampel agen pembusa kami. Ada begitu banyak aktivitas sehingga kami memutuskan untuk melakukan obrolan Zoom yang disebut 'Busa atau Isi' untuk memberi tahu orang-orang tentang cara membantu mengurangi kenaikan biaya resin. Itu kembali ke saat saya memulai iD Additives dan mempekerjakan Ron Bishop, yang memberi tahu saya bahwa ada dua cara untuk memotong biaya:'Anda dapat membuat busa atau mengisinya.'”

Presiden Trexel Brian Bechard berkomentar bahwa perusahaannya belum melihat bukti signifikan dari kenaikan harga PP yang mendorong pembuat cetakan menjadi berbusa, karena dengan MuCell, dan pada tingkat yang lebih rendah dengan CFA, dibutuhkan waktu dan komitmen yang cukup besar untuk mewujudkan kesuksesan komersial dalam memproduksi bagian berbusa. . “Bagian yang sudah dicetak padat perlu dikualifikasi ulang saat berbusa. Seringkali ini memerlukan beberapa penyesuaian desain bagian untuk mendapatkan sifat fisik untuk memenuhi persyaratan, ”kata Bechard. “Dengan MuCell, ada juga pengadaan atau modifikasi peralatan. Ini cenderung bukan perbaikan yang jelas untuk fluktuasi harga resin jangka pendek. Sekarang, jika harga resin naik dan konsensus umum adalah bahwa mereka akan terus naik, maka ekonomi pembusaan menjadi lebih menarik, dan tentu saja ini akan mendorong lebih banyak pelanggan kepada kami.”

Operator panel instrumen pemenang penghargaan SPE Automotive dibuat dengan Stamax PP kaca panjang SABIC dan proses pembusaan dengan teknologi core-back untuk mengurangi bobot sebesar 15%.

Tren Otomotif

Sumber di bisnis otomotif global SABIC mencatat bahwa senyawa PP berbusa telah digunakan dalam otomotif selama hampir dua dekade untuk mengurangi berat bagian, baik dari pembusaan itu sendiri maupun dari kemampuan untuk membuat bagian yang lebih tipis. Sebagai pemain aktif di bidang ini, SABIC memenangkan Penghargaan Inovasi Otomotif SPE pada tahun 2017 untuk pembawa panel instrumen (IP) Mini Countryman 2017, yang menggunakan senyawa Stamax PP kaca panjang SABIC dan proses pembusaan dengan teknologi core-back untuk potong berat sekitar 15% vs. bagian yang tidak berbusa.

Tetapi sampai baru-baru ini, aplikasi PP berbusa dibatasi terutama untuk aplikasi struktural dan tidak terlihat karena kualitas permukaan yang buruk, menurut tim SABIC. Permintaan akan suku cadang interior yang ringan dan estetis, ditambah minat yang kuat untuk mengurangi waktu siklus, penggunaan material, dan biaya, memicu upaya untuk mengembangkan bahan busa PP generasi berikutnya dengan permukaan akhir berkualitas lebih tinggi. Ringan pada komponen estetika interior otomotif adalah bagian dari megatren untuk mengurangi konsumsi bahan bakar dan emisi.

Salah satu sumber SABIC Automotive mengatakan, “Peningkatan tajam dalam produksi kendaraan listrik berkontribusi pada tren ini, karena bobot EV terkait dengan efisiensi dan jangkauan. Senyawa PP berbusa dapat memberikan kontribusi penting dan dapat membantu mencapai aplikasi dengan kepadatan lebih rendah yaitu 8% hingga 10% lebih ringan. Selain itu, aliran PP berbusa yang lebih tinggi dapat memungkinkan bagian yang lebih tipis dan kebebasan desain yang lebih besar yang dapat menurunkan bobot lebih banyak lagi.” SABIC memperkirakan bahwa faktor-faktor ini secara bersama-sama berpotensi mengurangi berat komponen sebesar 20% hingga 25% vs. komponen yang tidak berbusa.

Dalam beberapa tahun terakhir, SABIC telah berfokus pada produksi portofolio senyawa PP berbusa yang dapat berkontribusi pada penghematan berat sambil memberikan estetika permukaan yang sangat baik. Salah satu peningkatan utama adalah meminimalkan goresan dan cacat permukaan, dan yang kedua adalah kemungkinan menghindari tanda tenggelam, bahkan di bagian dinding tipis. Biasanya, bagian interior dirancang dengan dinding setebal 3 mm, bukan untuk tujuan struktural atau kekakuan, tetapi karena dinding yang lebih tebal mengurangi kemungkinan tenggelam. Busa menciptakan tekanan internal yang cukup di dalam bagian yang dicetak untuk mengimbangi penyusutan yang berlebihan dan mengurangi bekas wastafel. Menurut tim SABIC Automotive, desain dan pemrosesan yang dioptimalkan adalah kunci untuk mengekstraksi nilai penuh bahan busa PP, termasuk pengurangan berat maksimum. Langkah mereka selanjutnya adalah lebih meningkatkan estetika teknologi untuk digunakan dalam aplikasi eksterior.

Setelah pengalaman industri yang signifikan dengan pembusaan MuCell dari PP yang diisi untuk suku cadang otomotif seperti IP, panel pintu dan rumah/penutup bawah, Trexel's Bechard mengatakan sekarang ada peningkatan aktivitas dalam pembusaan tidak terisi PP untuk otomotif dan kemasan. Suku cadang otomotif yang terlihat interior adalah salah satu pasar di mana TecoCell CFA Trexel telah diakui untuk menghasilkan permukaan akhir yang sangat baik melalui pembusaan kimia. “Kami memiliki beberapa suku cadang interior mobil kelas-A yang terlihat yang akan segera komersial menggunakan TecoCell, karena CFA ini cukup unik dalam kemampuannya untuk memberikan permukaan akhir kelas-A.”

Meskipun PP berbusa telah digunakan terutama di non-Kelas-A, area nonstruktural seperti komponen underhood seperti alas baterai dan penutup, Glogovsky mengatakan Asahi Kasei Plastics bertujuan untuk memperluas ke aplikasi semi-struktural. Contoh potensial di masa depan adalah konsol lantai, katanya. Beberapa aplikasi yang ada termasuk kantong peta, headliner, dan beberapa bagian trim interior yang lebih rendah.”

Sumber di Borealis menunjukkan bahwa seluruh jajaran Daploy HMS-PP adalah bahan bercabang rantai panjang yang menggabungkan kekuatan leleh tinggi dan ekstensibilitas dalam fase leleh. Selain itu, bahan-bahan ini dapat dicampur dengan berbagai tingkat ekstrusi PP standar dan bahan berbasis poliolefin lainnya. Dengan demikian, mereka menawarkan kesempatan untuk secara luas menyesuaikan sifat busa untuk memenuhi permintaan khusus aplikasi penggunaan akhir di otomotif serta pengemasan, dan bangunan dan konstruksi.

Sibol dari Avient mencatat bahwa potensi otomotif untuk busa PP terus menjadi kuat karena fokus pada bobot yang ringan, dan terlebih lagi sekarang standar CAFE menjadi agenda pemerintah AS saat ini. Segmen transportasi di luar otomotif juga tumbuh dengan baik. Sebagian besar penggunaan PP berbusa yang menjadi fokus Avient adalah dalam pencetakan injeksi, seperti komponen otomotif besar dan aplikasi pengemasan tertentu. Namun, CFA-nya digunakan baik sebagai bahan ringan dalam cetakan injeksi dan sebagai bahan inti dalam ekstrusi dengan injeksi gas langsung, untuk menciptakan struktur busa yang lebih halus.

Area pertumbuhan kedua yang ditargetkan Trexel untuk PP tidak terisi adalah aplikasi pengemasan dinding tipis, karena MuCell meningkatkan kemampuan material untuk mengalir dengan bebas dan mengisi bagian yang lebih tipis yang dicetak pada mesin press dengan ukuran yang sama.

Pertumbuhan dalam Kemasan

Area pertumbuhan kedua yang ditargetkan Trexel untuk tidak terisi PP adalah aplikasi pengemasan berdinding tipis seperti wadah, cangkir, mangkuk, tutup, dan cerat. Bechard berkata, “Dengan MuCell, kami meningkatkan kemampuan material untuk mengalir dengan bebas, dan ini memungkinkan bagian yang lebih tipis untuk dicetak pada peralatan dengan ukuran yang sama. Kami bekerja sama dengan beberapa pemilik merek dan pembuat kemasan besar untuk membawa produk komersial ke pasar menggunakan teknologi ini.” Dia mencatat bahwa di Chinaplas terbaru, pembuat mesin injeksi China Yizumi (induk dari Yizumi HPM di AS) menggunakan MuCell untuk membentuk mangkuk yang mencapai pengurangan berat 5%, tekanan injeksi 15% lebih rendah, dan pengurangan tonase penjepit 20% vs. .cetakan padat. Hasil serupa dicapai dengan wadah mentega di acara K terakhir.

Sumber di bisnis Busa &Ringan SABIC, melihat peningkatan permintaan untuk PP berbusa dalam kotak dan palet E-commerce yang dapat dikembalikan, kemasan makanan, dan kemasan pelindung. SABIC meluncurkan material PP-UMS (ultra-melt-strength) pada akhir 2017. Sumber tim mengatakan, “Mengembangkan pasar dan aplikasi membutuhkan waktu. Terutama di industri pembusaan, yang bisa sangat konservatif. Pertumbuhan telah terjadi sejak saat itu, tetapi pasti didorong pada tahun 2020 dan masih berlanjut pada tahun 2021.”

Sotos dari iD Additives mengatakan pasar PP berbusa besar untuk perusahaannya adalah kemasan industri seperti gaylords dan palet.

Glogovsky Asahi Kasei melihat potensi untuk ekspansi ke pasar pengemasan, khususnya untuk dunnage karena dindingnya yang tebal, menyisakan ruang untuk peningkatan waktu siklus. “Untuk part dengan bagian yang tebal, proses pencetakannya sangat lama karena waktu pendinginan yang dibutuhkan untuk menghilangkan panas. Dengan berbusa, waktu pendinginan akan lebih singkat karena massa material akan berkurang. Ini dapat menghemat dari 5% hingga 35% dari waktu siklus.”

Sumber Borealis mencatat bahwa resin Daploy HMS-PP dan campurannya tidak terikat silang. Ini berarti bahwa busa PP ekstrusi yang dihasilkan sepenuhnya dapat didaur ulang, faktor yang semakin penting dalam kemasan dan segmen industri lainnya dari industri plastik.

iD Additives Ron Bishop (r.) dan teknisi cetakan memeriksa busa yang dibuat dengan CFA Sel Halus Mikro baru.

Bangunan/Konstruksi dan Aplikasi Lainnya

Sotos melihat kayu plastik sebagai kandidat yang jelas untuk busa PP, tetapi perusahaannya juga telah mengerjakan beberapa bagian untuk atap dan aplikasi terkait lainnya, seperti kotak perkakas dan level untuk konstruksi.

Busa struktural dan komponen bangunan pra-fabrikasi seperti insulasi untuk rumah, pipa, dan lapisan bawah lantai, adalah aplikasi yang dilakukan oleh tim Busa &Ringan SABIC. Glogovsky Asahi Kasei tidak melihat bobot sebagai pendorong penting di pasar ini, selain karena hal itu memengaruhi biaya pengiriman. “Jika aplikasi diperluas ke pasar bangunan dan konstruksi, alasannya kemungkinan besar adalah untuk pengurangan biaya akibat penggunaan material dan waktu siklus yang lebih rendah.”

Sementara itu, Glogovsky memandang aplikasi konsumen dan perawatan kesehatan sebagai kemungkinan untuk busa PP berdasarkan kasus per kasus, tergantung pada kemungkinan peningkatan waktu siklus. Bechard mencatat bahwa Trexel bekerja sama dengan perusahaan produk rumah tangga besar yang sedang menjajaki penggunaan CFA TecoCell perusahaan untuk mengurangi biaya dan konsumsi resin di seluruh lini produknya. Dan ID Additives telah bekerja sama dengan beberapa perusahaan di bidang consumer goods seperti gantungan plastik busa PP. Dan aplikasi khusus seperti alas kaki dikutip oleh tim Busa &Ringan SABIC.

Termylene Asahi Kasei yang diperkuat kaca pendek, PP yang digabungkan secara kimia telah digunakan dalam modul sunroof berbusa untuk menggantikan kaca panjang/PP tanpa busa. (Foto:SPE Otomotif)perkuatan PP.

Kemajuan Terbaru

Tim otomotif SABIC akan meluncurkan portofolio baru senyawa PP berbusa untuk aplikasi interior mobil yang estetis pada awal 2022. Tiga senyawa awal dikatakan menunjukkan peningkatan permukaan akhir untuk suku cadang tersebut.

Asahi Kasei telah mengembangkan bahan untuk pembusaan yang memberikan kosmetik yang lebih baik dan ringan. Teknologi ini termasuk kaca pendek yang diperkuat dengan Thermylene, PP yang digabungkan secara kimia, yang telah digunakan dalam modul sunroof berbusa, di mana ia mampu menggantikan PP kaca panjang tanpa busa yang lebih mahal, dan telah disebut-sebut menyediakan kosmetik yang baik.

Sotos dari iD Additives mengatakan peluncuran Micro Fine Cell CFAs telah menjadi pengubah permainan bagi perusahaan karena memungkinkannya untuk menargetkan aplikasi dinding yang lebih tipis.

Dalam nada yang sama, di NPE2018, Trexel meluncurkan sistem gas MuCell P-Series yang dirancang khusus untuk solusi pengemasan dinding tipis siklus cepat. Menurut Bechard, “Sejak itu, kami telah sangat meningkatkan fleksibilitas kami dalam menerapkan MuCell dengan menawarkan dosis ujung sekrup, di mana kami mengelola pemasukan dan pencampuran gas di area yang lebih pendek, yang memungkinkan kami untuk melengkapi sekrup standar dengan ujung sekrup khusus untuk dosis gas. Ini sangat penting untuk aplikasi pengemasan di mana keluaran adalah yang terpenting, karena desain ini tidak membatasi keluaran plastik seperti desain sekrup tradisional kami.”

Trexel juga baru-baru ini melengkapi unit takaran berbasis satelitnya dengan rangkaian booster gas sentral yang kuat dan berbiaya rendah, yang memberikan opsi implementasi yang fleksibel dan murah kepada pembuat cetakan yang akan menjalankan beberapa mesin menggunakan MuCell.

Menurut Sibol, portofolio Avient yang diperluas dari CFA cair dan padat serta dukungan pengujian dapat membantu pelanggan yang ingin memperluas batas ringan sambil mempertahankan sifat mekanik, terutama untuk suku cadang teknis. “Ukuran sel yang lebih kecil dan kemampuan untuk memanipulasi estetika permukaan adalah penting, tetapi kami juga dapat memanipulasi sifat permukaan. Kami telah mengembangkan teknologi yang memungkinkan cat dan/atau stiker stiker tanpa korona atau perawatan permukaan lainnya. Studi pelanggan menunjukkan bahwa kami juga dapat meningkatkan efisiensi. Misalnya, kadang-kadang, CFA cair yang dipompa ke mesin cetak lebih masuk akal berdasarkan operasi dan investasi yang diperlukan untuk menerapkan CFA padat.”

Tim Busa &Ringan SABIC memuji PP-UMS-nya sebagai PP berbusa kekuatan leleh tinggi generasi berikutnya. Dengan kekuatan leleh lebih dari 65 cN, telah terbukti menghasilkan kemampuan berbusa yang baik, terutama jika diperlukan rasio ekspansi yang tinggi. Ini diterapkan secara komersial pada otomotif, pengemasan (termasuk wadah makanan sebagai alternatif EPS), dan bangunan/konstruksi.

PP-UMS SABIC dapat memproduksi wadah makanan berbusa yang dapat menggantikan EPS.