Михаил Кувшинов, директор по развитию компании «Нисса Центрум».
Стартап на миллиард
В прошлой статье («Флексо Плюс» № 6-20, с. 38–42) мы обсуждали цифровую картонную коробку. Сегодня речь пойдет о варианте развития в цифровую гибкую упаковку. А миллиардным стартапом стала органи- зованная тремя единомышленниками компания ePac (США), начавшая с чистого листа в 2016 г. бизнес по производству цифровой гибкой упаковки и ставшая транснациональной корпорацией и лидером создан- ного ею огромного рынка (рис. 1).
Гибкая упаковка и экология
Во времена моей юности гибкой упаковки не было вообще. Майонез продавали в стеклянных банках, молоко — в стеклянных бутылках, сыпучие товары отпускали вразвес в сворачиваемые на месте кульки, жидкие — в тару клиента (помните, мама сказала: деньги на дне бидона). Хлеб обходился без упаковки вообще. Ближайшим аналогом современной гибкой упаковки были бумажные пакеты с крупой (рис. 2).
Заметьте, эти варианты мало того что экологичные, такая упаковка еще и предельно дешевая! И что, кто- то наблюдает тенденции возвращения к проверенной практике? Так что разговоры о все более дешевой упаковке — это разговоры. А по факту упаковка год за годом занимает все более значимую долю в стоимости товара. Нередко — бόльшую, чем сам полезный товар. Потому что она нужна и покупателю, и производителю, и продавцу. Да, стеклянная банка — возвратная. Но и затраты средств и выбросы CO2 на ее оборот и логистику слишком велики. Конечно, экологическая нагрузка при производстве пластиковой упаковки велика, даже если она оказывается суммарно ниже, чем нагрузка при использовании какого-то другого вида упаковки. Но это как раз задача с видимым путем решения. Появился четкий запрос — в ответ на него один за другим производители полимерных материалов предлагают решения для устойчивого развития индустрии гибкой упаковки. Цифровой же вариант экологически еще более привлекателен, так как нет печатных форм, химии и энергозатрат на их обработку, а главное, процент отходов сведен к минимуму. Так что цифровая гибкая упаковка имеет очень хорошие перспективы не только с экономической, но и с экологической точки зрения. Конечно, в своей области.
Через пропасть в два прыжка
Производство этикетки с использованием узкорулонных печатных машин оказалось кардинально более живучим бизнесом по сравнению с малоформатной коммерческой листовой печатью. Отечественный бизнес малоформатной печати в коммерческом сегменте начинал в ранние послесоветские годы очень резво, с дупликаторов, через одно-двухкрасочные офсетные машины к полноцветному малоформатному офсету. Но затем был буквально разорван в клочья. Средние и большие тиражи ушли на офсет большего формата, малые забрала тяжелая цифровая печатная техника, которая вскоре столкнулась с жесточайшей конкуренцией со стороны быстро дешевеющих цифровых печатных устройств легкого, а затем и офисного класса. Огромная доля того, что раньше было хлебом типографий, превратилась во внутриофисную печать. А вот выглядевшая Золушкой-замарашкой узкорулонная печать этикетки не только выжила, но расцвела и стала достаточно крупным сегментом полиграфии. Успех узкого рулона как бизнеса обеспечен с технологической точки зрения достаточно высоким барьером против вторжения. Со стороны длинных тиражей средне- и широкорулонные печатные машины не составили, как в листовой печати, убийственной конкуренции узкому рулону. Просто на рынке не так много тиражей этикеток настолько длинных, чтобы оправдать большие подготовительно-заключительные затраты в широком рулоне. И в среднем, и в широком рулоне печатают в основном гибкую упаковку. С атакой цифровых технологий в область малых тиражей получилось еще лучше. Да, узкорулонные ЦПМ сегодня активно используются для печати этикетки. Да, их поставки в штуках уже превосходят поставки флексомашин, в том числе и в России. Но если это и проблема, то лишь для производителей, а не для типографий. Типографиям за счет гибридной модели — и цифра и флексо — напротив, удалось в массе стать еще эффективнее и устойчивее. Не пасть под натиском цифровых технологий, как малоформатные офсетные типографии, а использовать цифру на благо своего бизнеса. Вырасти в условиях пандемии, особенно в цифровом сегменте. Но в бизнесе, как в футболе — не атакуешь ты, атакуют тебя. И наоборот: не атакуют тебя — атакуешь ты. Узкорулонный бизнес накопил уникальные цифровые компетенции и на их базе начинает экспансию в соседние сегменты. В прошлой статье мы рассматривали возможности в области цифрового производства складной картонной коробки. Но, конечно, наиболее близкий узкорулонщикам сегмент и естественная цель — это упаковка гибкая. Конечно, ее малотиражный сегмент, причем не только в цифре — малые в понятиях широкого рулона тиражи в реальности велики. Но и этикетка технологически все же отличается от гибкой упаковки, и малотиражная цифровая гибкая упаковка — бизнес не простой. Такие организационные и технологические особенности есть в печати рулонного материала, ламинации — собственно, в изготовлении пакетов. Начнем с точки зрения ламинации. По-первых, потому что именно совместная пионерская разработка HP и Karlville под названием HP Indigo Pack Ready Lamination, отмеченная в 2018 г. наградой InterTech Technology Award, и дала старт практическому производству цифровой упаковки. Во-вторых, и важнее, потому что именно в этой области прямо сейчас происходят очень серьезные изменения — технология развивается как никогда стремительно.
Зачем гибкой упаковке ламинация?
Этикетка наносится на первичный контейнер — стеклянный, полимерный, картонный. Поэтому обычно может обходиться без дополнительной защиты. В крайнем случае можно использовать лак. Гибкая упаковка — сама первичный контейнер. Во многих случаях — для полужидких пищевых, химических и технических продуктов, которые могут взаимодействовать с краской — кетчуп, шампунь, машинное масло и тысячи других вариантов. Международные требования по безопасности к первичной упаковке пищевых продуктов кардинально жестче, чем для этикетки и вторичной упаковки. В частности, практически все используемые в полиграфии краски непригодны для прямого контакта с пищей. Исключения — очень специальные краски, например на основе свекольного сока. В каких-то случаях, вроде упаковки машинного масла, задача проще, но промышленное решение должно быть как можно универсальнее, и именно ламинация обеспечивает инкапсуляцию краски и возможность использовать такую упаковку везде. Вариантов технологий немного. Лак на водной основе обычно не обеспечивает достаточных барьерных свойств, УФ-лаки непригодны для первичной пищевой упаковки и зачастую также уступают ламинации по барьерным свойствам. Достаточно перспективная технология — EB-лаки, с отверждением электронным лучом. Они свободны от фотоинициаторов, химически активных веществ, неуместных в контакте с пищевыми продуктами. Но ЕВ-оборудование пока очень дорого. Остается ламинация.
Виды ламинации
Здесь автор дает слово «Капитану Очевидность» и предлагает специалистам сразу перейти к следующей главе. А эта глава — упрощенное изложение для новичков в деле производства гибкой упаковки. В традиционном аналоговом процессе изготовления гибкой упаковки применяется несколько различных технологий ламинации. По определению ламинация — это совмещение и склейка двух (или более) твердых пленок. Она отличается от коэкструзии, при которой обе (или большее число) пленок-слоев параллельно формируются из жидкого расплава, и от лакирования, при котором один из слоев формируется из жидкости, отверждаемой каким-то способом. Коэкструзия — важнейшая технология в производстве гибкой упаковки, но так как между слоями полимера нам нужно что-то напечатать, именно здесь не подходит. Лакирование кратко упоминалось выше. Шансы на будущее есть у варианта с отверждением электронным лучом, ЕВ. Но EB-оборудование на сегодня очень дорого. Использоваться в ламинации могут практически любые твердые пленки — разнообразные полимеры, в том числе многослойные композиты, алюминиевая фольга и композиты с ее использованием, бумага и проч. Поэтому ламинацию классифицируют по виду используемого клея — на сольвентную, бессольвентную и термальную. Вместо термина «клей» часто применяют синоним — «адгезив».
Сольвентная ламинация использует раствор клея. Растворитель, он же сольвент, может быть органическим, в Европе чаще используется этилацетат, в США — диоксолан. Хотя используются также толуол, метилэтилкетон и др. Важным вариантом является использование в качестве растворителя воды. Иногда такой вариант выделяют в отдельный вид — WB, water based-ламинацию. В процессе ламинации сольвент должен быть удален из клеевого слоя. В «сухом» варианте клей наносится на одну из пленок, высушивается, затем пленки соединяются. При использовании в качестве одного из слоев пористого материала, например бумаги, возможно использование «мокрого» способа. В любом случае для удаления растворителя в составе ламинатора используются мощные, чаще многостадийные газовые сушки, а также достаточно долгая, многие дни, выдержка материала после ламинации в камерах с контролируемым температурным профилем. Сольвентный ламинатор — огромная машина, предназначенная для очень длинных тиражей (рис. 3). Упаковка, в которой применена сольвентная ламинация, при соблюдении технологии и применении подходящих компонентов может быть использована даже в самых ответственных приложениях, таких как ретортная упаковка. То есть упаковка, проходящая стерилизацию вместе с содержимым в автоклавах при повышенных давлении и температуре.
Бессольвентная ламинация получила распространение где-то с 80-х гг. XX века как более дешевая альтернатива сольвентной в результате разработки клеев, не содержащих растворителей и, соответственно, не требующих сушки. За прошедшие десятилетия стала преобладающим вариантом ламинации, хорошо проработанным технологически. Хотя и не удостоилась собственного термина для названия, удовлетворившись отрицанием использования сольвента. Клей в бессольвентной ламинации наносится на пленку в жидком виде и отверждается уже после ламинации. Чаще используются двухкомпонентные (смола и отвердитель) клеи, смешиваемые в специальном узле бессольвентного ламинатора. Однако существуют и однокомпонентные. После ламинации рулон пленки, в зависимости от используемого клея, должен быть выдержан как минимум несколько часов до любых операций, таких как подрезка краев. И обычно несколько суток до возможности наполнения упаковки содержимым. Полностью процесс отверждения клея может занять и пару недель. У бессольвентной ламинации, как и у сольвентной, множество параметров, их четкое соблюдение напрямую сказывается на качестве готовой продукции. Среди важнейших — контроль натяжения пленок, толщина и равномерность нанесения клеевого слоя. Параметры зависят от используемых материалов, ошибки при их выборе в худшем случае могут проявиться только на этапе заполнения упаковки содержимым и стать таким образом крайне дорогостоящими. Таким образом, бессольвентная ламинация как процесс критически зависит от квалификации технолога и оператора. Бессольвентный ламинатор — гораздо более компактная машина по сравнению с сольвентным. Из-за отсутствия мощных сушек не требует подключения к газу и т. п. Однако, как и сольвентный, он предназначен для постоянной работы с промышленной нагрузкой. Сколь-нибудь длительная остановка и последующий запуск ламинатора требуют долгих и дорогостоящих обслуживающих операций. Клей поставляется в крупной таре — характерна упаковка по 200 кг, хотя доступна и по 20 кг.
Термальная ламинация лучше всего знакома непрофессионалам. Если в сольвентной и бессольвентной используются самые разнообразные пленки, то в термальной на одну из пленок должен быть заранее, еще при ее производстве, нанесен слой твердого адгезива, активируемого температурой и давлением. Очевидно, что выбор таких пленок гораздо уже, чем не несущих клеевой слой. Кроме того, такая пленка несколько дороже суммы бессольвентного клея и простой пленки. Наконец, скорость термальной ламинации гораздо ниже сольвентной и бессольвентной. Конечно, у термальной ламинации есть и преимущества. Крайняя простота технологии и щадящие требования к оператору. Немедленная готовность продукта к дальнейшей обработке и использованию. Минимальные затраты на запуск-останов. Относительно скромные требования к оборудованию. В результате термальная ламинация была известна многие десятилетия, но применялась в основном для ламинации полимерных пленок на бумагу, в том числе в пределе — в кустарных условиях, вплоть до использования бытового утюга. Применение же ее в промышленных масштабах для ламинации полимерных пленок между собой ограничивалось также невысоким уровнем сцепления, достигаемым при применении распространенных тогда термальных пленок для ламинации.
Pack Ready Lamination
В 2014 г. компания HP начала производство среднерулонной ЦПМ HP Indigo 20000, сформировавшей рынок цифровой гибкой упаковки, позволившей в последующие годы создать многомиллиардные бизнесы и ставшей одной из самых популярных машин производителя. Но о печати — чуть позже. Внедрение цифровой печати в любой отрасли традиционно стартует с обеспечения экономической эффективности производства множества малых тиражей и высокой скорости выхода продукта на рынок — сегодня в печати, завтра на прилавке. Однако все три имевшиеся на тот момент технологии ламинации не удовлетворяли требованиям цифровой печати. И HP, в строгом соответствии с собственным слоганом keep reinventing, снова переизобрела действительность. В тесном взаимодействии с Karlville, ведущим американским производителем оборудования для гибкой упаковки, обработки пленок и производства термоусадочной этикетки, была создана технология HP Indigo Pack Ready Lamination, вскоре удостоенная Intertech Award 2018.
Технология состоит из двух взаимосвязанных компонентов. Во-первых, термального адгезива, наносимого при производстве пленки на полимерную основу и обеспечивающего очень высокую адгезию при ламинации. И во-вторых, промышленного рулонного ламинатора Karlville T-800, способного ламинировать пленки на основу, запечатанную на HP Indigo 20000. Однако, пожалуй, важнейшим компонентом успеха технологии стала не техническая, а лицензионная часть. Традиционно подобные разработки обеспечиваются непробиваемой патентной защитой и если и лицензируются, то достаточно дорого и очень выборочно. HP избрала иную тактику, создав возможность производить материалы для HP Indigo Pack Ready Lamination практически всем серьезным мировым производителям полимерных пленок. В результате они стали достаточно широко доступны.
Ламинатор Karlville T-800 (рис. 4) стал важным компонентом «Цифровой Фабрики Пакетов», продемонстрированной впервые на Labelexpo 2017 и вызвавшей волну инсталляций. Решение оказалось четко заточенным именно для цифровых требований малых тиражей и высокой скорости выхода на рынок. Pack Ready Lamination крайне проста в использовании, не требует технологической экспертизы и высокой квалификации оператора. Позволяет изготовить рулон любой длины. Ламинатор T-800 быстро запускается и может быть в любой момент остановлен без необходимости очистки емкостей для клея, валов и пр. Подрезка краев и при необходимости резка в ручьи не просто возможны немедленно после ламинации — эти операции доступны в составе самого ламинатора, что немыслимо при сольвентной или бессольвентной технологии. Готовый рулон можно немедленно отправить в пакетоделательную машину, а пакеты тут же наполнять содержимым. Цифровая печать гибкой упаковки пошла в массы.
Делай раз, делай два
Тем временем бизнес ePac быстро набирал обороты. Стартап, построивший свой бизнес исключительно на цифровой печати гибкой упаковки, стал крупной американской, а вскоре и транснациональной компанией. Она стремительно развивалась, открывая производство в одном штате за другим. Спрос оказался очень велик — ePac сначала установила в каждом производстве вторую HP Indigo 20000, позже HP Indigo 25K, а затем во многих и третью. Затем началась экспансия в Европу и Азию. Была достигнута высокая и, что важнее, постоянная нагрузка на операции ламинирования, что позволило ePac экономически эффективно использовать не термальную, а бессольвентную ламинацию, заметно выиграв по сравнению с термальной технологией ламинации в стоимости расходных материалов и в разы — в производительности. Более высокая технологическая сложность не стала препятствием для уже накопившей ключевые компетенции компании. Увеличение на сутки-двое времени исполнения заказов по сравнению с термальным вариантом оказалось приемлемым для рынка, привыкшего к времени ожидания готовой аналоговой гибкой упаковки в многие недели.
К сожалению, для компаний, лишь входящих в бизнес цифрового производства гибкой упаковки, достижение загрузки, подобной ePac, возможно далеко не сразу. То есть на начальном этапе выгоднее использовать термальную ламинацию, а набрав объемы производства — бессольвентную. В 2020 г. компания Karlville предложила решение этой проблемы, разработав и выпустив на рынок первый в мире комбинированный термально-бессольвентный ламинатор Karlville LM-SFT800 (рис. 5). Он может работать как термальный Pack Ready ламинатор, обеспечивая немедленную готовность рулона к дальнейшей обработке, возможность быстрого выхода готового упакованного продукта на рынок, реализуя исключительно простую в использовании технологию. То есть открывает дорогу на рынок цифровой гибкой упаковки предприятиям, еще не наработавшим большую клиентскую базу и технологические компетенции. Например производителям этикетки. А также Karlville LM-SFT800 может работать как бессольвентный ламинатор, использующий фирменную технологию Karlville для измерения толщины клеевого слоя в реальном времени с использованием инфракрасного многоволнового датчика.
В бессольвентном режиме Karlville LM-SFT800 обеспечивает прирост скорости ламинации — 400 м/мин, по сравнению со 100 м/мин в термальном режиме, широчайший выбор пленок и клея, открывает возможность производства собственных пре-ламинатов по экономическим и технологическим соображениям. И при этом стоит денег, занимает места и требует обслуживания как один ламинатор, а не как два.
Промежуточный итог
Таково современное состояние дел в области ламинации при производстве цифровой гибкой упаковки. Активно используются и термальная, и бессольвентная технологии, каждая из которых имеет свои преимущества. Причем термальный вариант на практике используется как со специально разработанными ламинаторами Pack Ready, так и в более простых случаях, с ламинаторами третьих фирм. Конечно, и термальная, и бессольвентная технологии совместимы не только с цифровой печатью на HP Indigo, но и с флексографией — все же в России более актуально использование гибридной модели бизнеса в этом сегменте. С другой стороны, струйная УФ-печать несовместима ни с одной из этих технологий по причине значительного рельефа, образуемого струйными УФ-красками. В этом основная причина того, что ни один из множества производителей ЦПМ для струйной УФ-печати этикетки не рекомендует применение своих решений в области гибкой упаковки.