ProPack

Тази древна асирийска рецепта за производство на стъкло не е изгу­била своята актуалност и днес. Ос­новните съставки за направата на стъкло на практика са идентични с използваните преди 3 хиляди години. Голяма част от съвременното стък­ло се състои предимно от аморфен силициев диоксид (кварцов пясък), калциев карбонат (варовик) и натри­ев или калиев карбонат (съставки на растителната пепел). Една от малко­то разлики е, че тъй като калиевият карбонат прави стъклото водораз­творимо, се добавя и трети компо­нент, като например вар (калциев оксид), която възстановява устойчи­востта му във водна среда.

В чистата си форма стъклото е прозрачен, относително здрав, твърд, по същество инертен и биологически неактивен материал, кой­то може да бъде оформен в много гладка непропусклива повърхност. По­ради тези си качества стъклото се използва в множество сфери на живо­та и индустрията, включително и за опаковане. Добавянето на нови със­тавки и промяната на температур­ните характеристики води до изме­нение в качествата на стъклото (би­строта, чупливост, твърдост и пр.) в зависимост от приложението му. Така например металните добавки в изходната смес на стъклото могат да му придадат различен цвят и от­тенък в цялата цветова гама. Едно от най-ценените качества на обик­новеното стъкло обаче е, че то е прозрачно за видимата светлина от микровълновия спектър. Стъкло­то може да бъде произведено толко­ва чисто, че стотици километри от него остават прозрачни за видима­та светлина и инфрачервените въл­ни. Това свойство е изключително по­лезно за пренос на големи количества кодирана информация в кабелите с оптични влакна.

Съществуват два основни типа стъкло — т.нар. плоско стъкло, кое­то се използва за направата на про­зорци, и стъклото за производство на опаковки. Различията между тях се коренят в използваните матери­али и най-вече в различната темпе­ратура на топене. Стъклото намира широко приложение в науката и про­мишлеността. Така например в лабо­раториите, извършващи изследвания в областта на химията, биологията, физиката и др., голяма част от лабо­раторните съдове и обзавеждане са стъклени. За тази цел обикновено се използва т.нар. боросиликатно стък­ло поради неговата значителна здра­вина и нисък коефициент на топлин­но разширение, позволяващи по-го­ляма точност на измерванията при експерименти с нагряване и охлажда­не. За приложенията с особено високи изисквания се използва изключително здравото кварцово стъкло, въпреки че е неподатливо на обработка.

Произход и история на стъклото

Стъклото като материал не съ­ществува в природата във вида, в който се използва от човека. Една от версиите за изнамирането на изкуст­веното стъкло е, че обсидианът (вул­канично стъкло) и тектитите (дреб­ни парчета стъкло, за които учените предполагат, че са се образували при сблъсъци на метеорити със Земята) са тласнали човека към създаването на изкуствените им аналози. Археоло­гически проучвания обаче сочат, че областите на разпространение на ес­тественото и на първото изкустве­но стъкло не съвпадат, което навеж­да на мисълта, че вероятно първото стъкло е получено случайно във вид на стъклена глазура върху керамични съ­дове в процеса на изпичането им пре­ди около 5500 години. По онова време производството на стъкло е ограни­чено в поречието на р. Нил и в Месо­потамия, където са намерени мънис­та, декоративни предмети и съдове с ритуално предназначение от непро­зрачно цветно стъкло. Мънисто със зеленикав цвят и капковидна форма, открито в гробница в Тива и съхраня­вано в Британския музей, е най-ста­рият известен до момента стъклен предмет. Първите истински стъкле­ни съдове са правени чрез примитив­ната технология на навиване на раз­топена стъклена нишка около сърце от мокра смес от пясък и глина, ко­ято била поставяна в края на пръч­ка. По този начин египтяните създа­вали малки съдове, които използвали за чаши и за съхраняване на козмети­ка. Стъкларското изкуство в Египет преживява първия си разцвет около 1500 г. пр.н.е., когато става възмож­но да се достигат и поддържат тем­ператури от над 1000°C. Най-ста­рият намерен стъклен съд от този период е чашата на Тутмос III (1450 г. пр.н.е.), съхранявана в музея в Мюн­хен. Първото запазено ръководство за производство на стъкло е от биб­лиотеката на асирийския цар Ашур­банипал (669–626 г. пр.н.е). В онези ве­кове вавилонците усъвършенстват стъклообработването с откриване­то на издувната технология. По вре­ме на римския период в стъклообра­ботването (I–V век) тази технология е усъвършенствана до такава сте­пен, че е останала почти непромене­на и до днес. Издувният метод прави възможно изготвянето на първите прозрачни тънкостенни съдове с раз­нообразна форма, отличаващи се с богата орнаментна украса и сложен дизайн. Върху съдовете майсторите пресъздават митологични сюжети, силуети на животни, човешки глави и пр. Подобно на част от днешните стъклени опаковки съдовете от оно­ва време притежават характерен зе­леникав оттенък, дължащ се на же­лезните примеси в пясъка, използван за производството им. След упадъка на Рим център на стъкларската про­мишленост става империята наслед­ник — Византия.

В периода на Късното среднове­ковие и Ренесанса Венецианската ре­публика се очертава като безспорен лидер в стъкларската индустрия. Ве­нецианските стъклари изнамират множество нови техники за обра­ботка на стъкло и градът-държава развива печеливша експортна тър­говия със съдове за хранене, огледа­ла и други луксозни вещи. Венециан­ското стъкло е високоценено между X и XIV век, тъй като през този пе­риод венецианците успяват да запа­зят в тайна т.нар. „коронен процес“ за производство на стъкло. През XIII век венецианските владетели дори организират стъкларството по за­конодателен път във вид на държа­вен монопол. Постепенно обаче някои венециански стъклари се преселват в други части на Европа и стъклар­ството се разпространява заедно с тях. Коронният процес се използва до средата на XIX век. При него около 4 кг разтопено стъкло се въртят на края на прът, докато се изравнят в диск с диаметър около 1,50 м, след ко­ето дискът се нарязва на панели. Кра­ят на XVII век бележи нов скок в разви­тието на стъкларската технология. По това време стъкларите в Бохе­мия изобретяват новото съвърше­но прозрачно и бляскаво калиево-ва­ровиково стъкло, наречено бохемски кристал, което е много по-пригодно за гравиране от венецианското.

По време на индустриалната ре­волюция стъкларското производство също бележи значителен напредък. В началото на XIX век се създават тех­нологии, които позволяват масови­зиране на производството, и това слага край на използването на издув­ния метод в зараждащата се стък­лена опаковъчна промишленост. Изо­бретяването на стъкларската преса през 1827 г. позволява масовото про­изводство на евтини стъклени изде­лия. През 1897 г. Франк Бал представя първата в света полуавтоматична машина за производство на бутилки. В началото на XX век Уилям Бленко из­обретява цилиндричния метод, а по същото време Фридрих Сименс пред­ставя в Дрезден първата ванна пещ, която измества използваните дото­гава тиглови пещи и позволява про­изводството на огромни количества разтопено стъкло. Революция в стък­ларската индустрия прави Майкъл Оуен, който през 1903 г. пуска в упо­треба първите напълно автоматич­ни машини за производство на шише­та и буркани. С появата на машини­те с независими секции (IS machines) през 1925 г. производството на стък­лен амбалаж се масовизира. Използва­ната и до днес технология позволя­ва едновременното производство на множество бутилки от една топил­на пещ.

Модерните фабрики за стъкле­ни опаковки

Днес производството на стъкло е една високотехнологична дейност. Модерните фабрики са способни да произведат по 700 стъклени изделия в минута, използвани за опаковане на различни продукти.

В най-широк смисъл днешното технологично производство е разде­лено на 3 нива — бункер за шихта, то­пъл и студен завършек. В бункера за шихта се смесват суровите мате­риали в подходящите пропорции, пре­ди да попаднат в топилните. Горещи­ят завършек е процедура, включваща различните системи на продуктова­та линия — топилните, пещите за за­каляване на стъклото и машините за оформяне на стъклените опаков­ки. Студеният завършек е свързан с качествения контрол върху готовия продукт и неговото опаковане.

Процесът на производство започ­ва в топилните пещи (тиглови или ванни), в които изходните материали се изливат при строго контролирана скорост и се нагряват до 1575°C в за­висимост от вида на пещта и струк­турата на стъклото. Понастоящем се използват два основни метода при оформянето на стъклените съдо­ве — двойно издувен (blow-blow) и пре­сово издувен (press-blow). И в двата случая поток от разтопено стъкло в неговата пластична температура (1050–1200°C) се изрязва със специ­ални ножове, за да образува цилиндър от меко горещо стъкло. И двата про­цеса стартират с падането на тази стъклена маса под влияние на собст­вената ù тежест и пренасочването ù чрез специални улеи към празните калъпи. Тук е мястото, на което два­та метода се различават един от друг. В единия случай, попадайки в ка­лъпа, стъклото се издува отдолу, съз­давайки първоначален контейнер, до­като в другия то се формира в опре­делена форма чрез метално бутало на мястото на калъпа. Впоследствие така оформените парчета меко стъкло минават през втори калъп, в който чрез издувния метод (с комп­ресиран въздух) придобиват крайна­та форма на стъкления съд.

Най-широко използваната подред­ба формовъчна машина е спомената­та вече машина с индивидуални секции (IS machine). В зависимост от желано­то количество произведени стъклени съдове тази машина може да разпола­га с 5 до 20 идентични самостоятел­ни и независими една от друга секции. Самите секции могат да произвеж­дат едновременно до четири съда в зависимост от модификацията си.

Закаляване на стъклото

При изстиване стъклото се охлаж­да и втвърдява. Бързото и неравно­мерно изстиване може да предизвика пропукване, причинено от напрежени­ето между бързо изстиващата по­върхност и топлата вътрешност. Затова се налага готовите стъкле­ни съдове да бъдат поставени в на­грята среда, която да позволи равно­мерното им изстиване. За тази цел се използват специални охладитени пещи, които загряват стъклото до около 580°C и след това го охлаждат постепенно и равномерно в зависи­мост от състава и дебелината му за период от 20 до 6000 минути.

След процеса на формоване част от стъклените контейнери (основно тези, които са предвидени за алкохол­ни напитки) подлежат на допълнител­на обработка за подобряване на хи­мическата устойчивост от вътреш­ната страна на бутилката. Това обикновено става чрез инжектира­не на гореща газова смес, съдържаща сяра или флуор. На този етап стък­лените съдове обикновено се сдоби­ват с два вида покритие, което по­лучават непосредствено преди и след попадането си в охладителните пещи. Първото покритие се състои от много тънък слой калаен оксид, а в някои случаи титаниев тетрахлорид и органични титанати. Чрез него по­върхността на стъклото става по-възприемчива към адхезиви по време на студения завършек. Вторият слой (обикновено полиетиленов восък) се поставя, за да служи за промазване на бутилката и предотвратява нежела­ното одраскване и слепване на съдо­вете по време на придвижването им по поточната линия.

Етикетиране и опаковане

Днес съществуват и процеси на вто­рична обработка, като етикетира­нето върху стъкло, които могат да бъдат извършени чрез множество различни етикетиращи технологии. В това отношение много интересен е процесът по етикетиране на кера­мичния слой. Това е ситопечатен про­цес на нанасяне на боя за керамика, която впоследствие се изпича. При­мер за тази технология е оригинал­ната стъклена бутилка на Coca Cola, както и бутилките на водка Absolut. Стъклените съдове се опаковат по множество различни начини. Най-раз­пространени в Европа са палетите с 1000 до 4000 стъклени съда, опако­вани от автоматични палетизиращи системи.

Рециклиране и многократна упо­треба на стъклените опаковки

Съвременните технологии позволя­ват на производителите на стък­ло да произвеждат съдове с една и съща здравина, като в процеса се из­ползват по-малко суровини за смет­ка на т.нар. леки добавки. Въпреки това стъклото все още е тежко и чу­пливо — два фактора, които препят­стват по-широкото му приложение като опаковъчен материал. Можем да разделим стъклените съдове на такива с еднократна и такива с мно­гократна употреба. Бутилките, кои­то се предвижда да бъдат връщани и измивани за повторно пълнене, тряб­ва да бъдат по-здрави, отколкото бу­тилките, които са предназначени за рециклиране. В производството на първия вид обаче се влагат повече су­ровини. Този тип бутилки са по-тежки и за тяхното транспортиране се из­ползва повече гориво. Общият баланс на използваните суровини за бутилки­те за многократна употреба в срав­нение с този на бутилките за едно­кратна употреба е по-благоприятен с всяко следващо връщане и употре­ба. Процесът има и своите негати­ви. Когато опаковка за многократна употреба се изхвърли след еднократ­но използване, се изразходват мно­го повече суровини, отколкото биха били необходими за еднократно из­ползваните съдове. Част от произво­дителите са се насочили към схема­та за опаковане в стъклени опаковки със специфичен дизайн. Това изисква създаване на схема за събиране и пов­торно пълнене единствено със съ­щия продукт.

Стъклените съдове за много­кратна употреба премахват необ­ходимостта от производството на нови опаковки, но все пак тук оста­ват разходите за нови етикети, ка­пачки, за събиране, транспортира­не, измиване и следващо напълване. Най-силно въздействие върху приро­дата оказват събирането и транс­портирането на стъклените опаков­ки, следвано от големите разходи на вода и почистващи препарати, необ­ходими за спазване на строгите хиги­енни изисквания. Все пак многократ­ната употреба е процес, при който се пестят значителни количества су­ровини и енергия. Направените анали­зи сочат, че многократната употре­ба на стъклени опаковки е значител­но по-добро решение за опазване на околната среда, отколкото депони­рането им. Основните причини, по­ради които стъклените продукти би трябвало да се рециклират, са:

• Ограничаване на въздействие­то върху околната среда при до­бива на суровини. Рециклирането на стъкло е затворена кръгова система, която не създава допъл­нителни отпадъци или вторични продукти.
• Икономия на суровини и складово пространство.
• Пестене на енергия при произ­водствения процес. Стъклените трошки се топят при по-ниски температури, отколкото суро­вите материали. Така разходите за енергия спадат с 2–3% за все­ки 10% рециклирано стъкло в про­цеса на производство. Спестена­та от една рециклирана стъклена бутилка енергия е достатъчна за захранването на крушка с мощ­ност 60 вата за часове, компю­тър за половин час или телевизор за 20 минути.
• Значително се намаляват и коли­чествата отделени в атмосфера­та газове — основно въглероден диоксид, серен диоксид, азотни ок­сиди и др.

По отношение разхода на гори­во — всеки тон стъклени трошки, вне­сени в пещта, икономисва 20% енер­гия. Пещите за стъкло могат да при­емат различни количества стъклени трошки във всеки един момент, дос­тигайки до над 80%. Използването на отпадъчно стъкло намалява с 20% за­мърсяването на въздуха с азотни оки­си, прах и въглероден диоксид, а от­падъците от добив на суровини за производство на стъкло — с до 80%. Разходът на прясна вода при произ­водството също спада наполовина.

През последните десетилетия количествата рециклирано стък­ло непрекъснато нарастват. Вече съществуват технологии, при кои­то използваните опаковки се разде­лят по цвят преди влагането им в краен продукт. Ако събраното стък­ло се използва за преработване, то трябва да бъде колкото е възможно по-малко замърсено и правилно сор­тирано. В много страни има дисба­ланс между цвета на произведеното ново стъкло и на събраното старо, който се дължи на вноса на огромни количества бира, вино и концентра­ти в цветни стъклени бутилки. Ста­тистиката сочи, че средно над 60% от стъклените трошки са от цвет­но стъкло, а повече от 70% от ново­то производство е прозрачно. За да бъде годно за рециклиране, от стък­лото трябва да се отделят всички замърсявания — метални, неметални, порцелан и др. Стандартът на нем­ските производители на стъклен ам­балаж например изисква в един тон отпадъчно стъкло, предназначено за рециклиране, да няма повече от 50 г керамика, камъни и порцелан, 5 г ме­тали, 0,5 кг органични и 100 г синте­тични материали. Новите техноло­гии за сортиране на изхвърленото стъкло дават възможност за почти пълно отделяне на страничните при­меси (метали, пластмаси, порцелан и др.). В Европейската общност е зале­гнал т.нар. „принцип на предотвратя­ването“, който постановява намаля­ване до минимум на теглото и обема на опаковките с цел да се предотвра­ти нарастването на количеството изхвърлени отпадъци. Принципът е актуален и за стъклото, за производ­ството на което се изисква минимал­но количество използвани материали, без това да се отрази на здравината на опаковките и възможността за рециклирането им.

За да може стъклото да се използ­ва отново в производството и да бъ­дат намалени разходите по допълни­телното му сортиране, е необходи­мо то да бъде разделяно правилно от крайните потребители. В пове­чето европейски държави е въведе­на система за разделното му съби­ране, която позволява получаване на качествен краен продукт без стра­нични примеси. Тъй като разделянето на стъклото се извършва още в дома­кинствата, е важно в обществото да се създаде позитивна нагласа по отношение рециклирането на този материал. На теория стъклените опаковки могат да се рециклират на­пълно и неограничено, като при това удовлетворяват максимално високи­те санитарно-хигиенни изисквания за някои хранителни продукти като детските храни. Поради тези си без­спорни качества стъклото е един­ственият материал, получил висока­та оценка Grass (Generally Recognized as Safe) по скалата на американска­та администрация за храните и ле­карства, а Европейската асоциация за амбалажно стъкло (FEVE) изтъква, че стъклото е най-щадящият околна­та среда опаковъчен материал. Да­нните сочат, че през 2008 г. са били рециклирани 25,5 милиарда стъклени опаковки, което е средно 65% за 27 страни членки на Европейския съюз. Статистиката се основава на поч­ти 11,5 милиона тона стъкло, събра­но в рамките на ЕС, като в това чис­ло влизат Турция, Швейцария и Нор­вегия. Сред първенците са Белгия и Швеция, чиито нива на рециклиране доближават 100% на пуснатите на пазара стъклените бутилки и бурка­ни. Добри постижения в тази насока показват Австрия, Дания, Финландия и Испания. По традиция страните от Източна Европа изостават зна­чително, като най-напреднали в про­цеса на рециклиране са Чехия и Сло­вакия. От FEVE отчитат, че все по­вече европейци имат необходимото екологично съзнание и отделят стък­лото от другите отпадъци, с което неимоверно подпомагат цялата сис­тема на рециклиране.

Депозитната система в Европа

През 2003 г. немското законодател­ство въвежда задължителна депо­зитна схема за определен вид напит­ки като минерална вода, бира и др. В Швеция за голяма част от пусна­тите на пазара опаковки от стък­ло е въведена депозитна схема, ко­ято стимулира потребителите да връщат празните опаковки. В дру­ги държави също са правени опити за въвеждане на депозит за бутил­ките с цел насърчаване на тяхното връщане, като тази инициатива има различни резултати. Специалисти­те смятат, че депозитите следва да бъдат достатъчно високи, за да стимулират връщането на бутилки­те, но това от своя страна влияе отрицателно върху крайната цена на продукта. Тук обаче е възможно да се получи и обратният икономически ефект — клиентите да започнат да купуват алтернативни изделия в опа­ковки, за които изобщо няма въведен депозит.

В българското законодателство са създадени облекчения за тези, кои­то желаят да въведат депозитна или друга схема за многократна упо­треба на опаковки, като опаковките за многократна употреба се считат пуснати на пазара само веднъж, неза­висимо от броя употреби. Възможно е една стъклена бутилка за мляко, сок или бира да се използва до 50 пъти, но на практика броят на обръщенията е по-малък. За момента големите ве­риги магазини избягват схемите за многократна употреба поради фа­кта, че празните бутилки заемат зна­чително място в складовите поме­щения или в самата търговска площ. Много от домакинствата не връ­щат обратно използваните бутилки, въпреки че средностатистически­ят потребител пазарува всяка сед­мица от едно и също място и лесно би могъл да върне празните опаковки. В България системата за депозит на стъклени бутилки от бира функциони­ра сравнително добре. Наблюдава се обаче негативната тенденция голя­ма част от другите бутилки и стък­лени опаковки да попадат в общия по­ток на битовите отпадъци.

Новите екотехнологии

Американски компании вече прилагат на практика иновационни технологии, позволяващи покриване на прозрачни бутилки със специален цветен слой, който се стопява при рециклиране­то на бутилката. Ако всички стъкле­ни опаковки бяха произведени от про­зрачно стъкло и след това оцветени по тази технология вместо сега из­ползваните оцветители, нямаше да има ограничения за количеството стъклени трошки, които да се прера­ботват в нови бутилки. По този на­чин би отпаднала необходимостта потребителите да сортират бутил­ките по цвят, както и рискът от не­правилно сортиране на различните стъкла. Тази технология все още е в ранен етап на развитие и, както по­вечето нови технологии, е доста скъ­па. Подобни технологични решения обаче биха променили бъдещето на рециклирането на стъкло. Други ино­вационни екопроекти са свързани с използването на нискокачествено на­трошено стъкло като заместител на материали в строителството. Тази идея е щадяща околната среда и спестява значителни количества ре­сурси и енергия за добиване на тра­диционните строителни материали.

Промените в начина на мислене на маркетолози и дизайнери на стък­лени опаковки също могат да окажат значително влияние върху околната среда. Стандартизирането на въз­можно най-много опаковки ще спомог­не за увеличаване на многократната употреба и намаляване количество­то образувани отпадъци. От дру­га страна, използването на систе­ми, основаващи се на широката упо­треба на стандартизирани бутилки, би могло да има обратен ефект като ограничаване на развитието и заба­вяне на иновациите. Както при пове­чето проблеми, свързани с опазване­то на околната среда, едностранно решение на проблема със стъклени­те отпадъци е трудно постижимо. Необходима е комбинация от подхо­ди, отговарящи на специфичните по­требности на тази индустрия.