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軟包装パッケージ編Flexible Packaging Edition

変革に挑戦する軟包装のトレンドTrends of Challenging Flexible packaging

Trends of Challenging Flexible packaging

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はじめに

 2015年のパラダイムシフト以来、産業界はサーキュラーエコノミーに向けて企業努力を行っている。包装産業においても同様の動きで、サーキュラーパッケージングの方向に進んでいる。SDGs対応を図りながら、新しい試みがなされている。中でもプラスチックを利用する軟包装は大きな曲がり角に来ている。包装設計の段階で、現在の内容物保護や使いやすさなどの機能性検討以外に、使用済みの包装材料の回収および再生再利用性について考慮しなければならなくなった。循環型ポリマー利用のコンセプトが先走り、まだ、どのような再生技術が適正か判断が難しい時であるが、前に進まざるを得ない状態である。

1. 脱石油素材の利用

 地球温暖化防止、地球資源の節約の面でプラスチック材料の節約、製造エネルギーの節約、使用済みは回収して原料として再利用する方向に向けて動き出している。

  • 1.1 軽量化・強度のあるフィルム
  • 1.1.1 腰・剛性のあるOPP
    東洋紡は、一般的なOPPフィルムの約1.7倍の腰の強さを持ち、厚みを20%薄くできる超高剛性OPPフィルム「パイレンEXTOP TM」を開発した。防曇タイプ、高耐熱タイプなどがあり、2022年秋より販売開始予定である。プラスチックの 使用量や、燃焼時の二酸化炭素排出量を削減することができる。
    https://www.toyobo.co.jp/news/2022/release_1353.html
     東レは、耐熱性OPPフィルムを開発した。120℃の高温環境でも使用可能なため、ボイルや低温レトルト用途に展開の可能性がある。
    https://www.toray.co.jp/news/details/20210317001590.html
  • 1.1.2 二軸延伸PBTフィルム
    興人フィルム&ケミカルズは、チューブラー法で二軸延伸PBTフィルムを開発している。優れた耐ピンホール性(特に屈曲疲労、耐摩耗性に優れている)、PETと同等の加工適性及び耐酸性がある。吸湿による寸法変化がなく、PETとONY双方の特長を併せ持つので包材の簡素化、軽量化が可能である。
    https://www.kohjin.co.jp/product/film/convert/boblet/
  • 1.2 Bio-based Filmsの利用
    サトウキビの搾りかす由来や木材由来のBio-PE, Bio-PPの利用は徐々に増えてきている。微増の傾向は続く。これも回収して原料として利用するようになる。
  • 1.3 フィルム利用から紙への変更
  • 1.3.1 味の素冷凍食品、家庭用冷凍食品「地鶏釜めし」のパッケージの一部に紙利用
    味の素グループは国内初の一部に紙を採用した冷凍食品を発売した。
    • ア)従来品比で約9.7%のプラ使用量の削減を見込んでいる。
    • イ)紙利用で竹皮モチーフのパッケージデザインを手触りからも感じられ“専門店品質の和ごはん”という製品コンセプトを一層強化させることにも成功。
    • ウ)パッケージの裏面にはプラ使用量の削減を、消費者に一目でわかりやすく伝えるために、同社コーポレートキャラクターの「あじペンECO」マークを表示。
  • 1.3.2 外装に紙を採用二次包装はフィルムでなくても紙で十分目的が果たせる場合は、紙に変える動きが強い(写真1)。
  • 1.4 Bio-basedのインキ、接着剤の利用脱石油の観点から、bio-based materials由来のインキ、接着剤が開発され徐々に採用事例が増えている。

2. 循環型パッケージに向けての前段階

 メカニカルリサイクル品を有効に使用する技術開発が進んでいる。

  • 2.1 メカニカルリサイクルの支援技術プラスチックの物性低下を防ぐ技術が福岡大学の八尾教授により提案されており、実用化に向けて開発が進んでいる。また日立製作所は品質がバラツク回収プラスチックの射出成形についてシステムを開発している。
  • 2.2 バイオナフサの利用 三井化学は、日本で初めてNeste社のバイオマスナフサを使用してISCC PLUS認証に基づきマスバランス方式でbio-PPなど各種プラスチック・化学品を製造。
    https://jp.mitsuichemicals.com/jp/release/2021/2021_1214.htm

3.循環型ポリマーの利用構築に向けて

 プラスチック利用の包装材料は基本的には使用後は回収して再び新しいプラスチックを製造するための原料として利用するようになる。循環型プラスチックの利用が当たり前の時代が到来する。

  • 3.1 ケミカルリサイクルの実証実験に向けて
    ケミカルリサイクルは容リ法が実施された20数年前から稼働しているが、現在はプラスチックを再び製造するための手法に注目が集まっている。軟包装は、フィルム、アルミ箔、紙がラミネートされており、どの包装仕様にどのケミカルリサイクルの手法が適しているかはまだ明確になっていない。今後実証実験を繰り返すことにより次第に明確になる。
  • A)熱分解油タイプ
    熱分解油を使用し石油由来のナフサを節約する動きがあり、マスバランス方式の考え方を利用して製造している。国内は準備中の段階である。
  • B)ガス化タイプ
    積水化学が久慈市に実証プラントを完成させ、家庭ごみや廃プラ、木くずを燃焼させたCOガスをLanzaTechの技術を使いエタノールにしプラスチックメーカーがプラスチックを製造する技術の実用化が期待されている。
  • C)超臨界タイプ
    Licellaの技術に基づくMura Technologyの技術を三菱ケミカルが技術導入し実用化に向け実証実験の準備に入っている
  • D)溶剤利用の剥離タイプ
    コンバーターで製造工程において発生したロス包材の脱インキを行い、再度フィルム原料として利用する動きがある。https://jp.mitsuichemicals.com/sites/default/files/media/document/2019/1911150.pdf
  • 3.2 容リ法に基づくプラスチック容器包装の回収について
    容リ法に基づきプラスチック製容器包装は回収されているが、食品などの中身の残渣が付着している場合は、家庭ごみとして排出され、その量は意外と多い。家庭ごみの助燃剤の役割をしているが、本来の循環型プラスチックに利用されるよう消費者の意識改革が必要である。
  • 3.3 プラスチック資源循環促進法に基づく回収について
    2022年4月1日から施行された。12品目が回収対象とされているが、収集方法は市区町村が決めることになっている。少しでも循環型プラスチックに回るよう運営されたいものである。
  • 3.4 循環型プラスチックの安全性について
    回収するプラスチック製容器包装は容リ法に基づき家庭から排出される。プラスチック資源循環促進法に基づく回収も家庭からであり、安全性は一応担保されていると判断できる。これら以外の廃プラスチックはその排出源が確認でき追跡できることが安全性確保の面で重要である。

4. 小ロット対応

 人々の嗜好、ニーズが多様となり均一な製品の需要が減り、商品の寿命も短くなり、製品の生産量も以前よりは少ない数量となってきている。グラビア印刷は、利益確保、オペレータ不足で現状維持は限界に近くなっている。代わってインクジェットデジタル印刷が普及し始め、製品化も増加している。後工程もノンソルおよび新しいラミネート方法が利用され始め、生産体制の変革が起ころうとしている。材料面では、水性インキやバイオ由来のインキ、接着剤も次第に使用されてきている(写真2)。

5. 機能性対応

 包装にとって機能性は重要であり、時代と共に注目される機能が変わってきている。最近はスマホで包装表面のQRコードを読み取り消費者に各種情報や遊びを提供する動きが出てきている。Connected Packageと称されており、海外でも普及してきている。また易開封は重要なテーマであり海洋プラスチックの原因とならないように切れ端が出ない開封技術も実用化されてきている。

6. AI、IoT、ロボット対応

 人手不足、熟練工不足で最先端技術利用が増えてきている。

  • 6.1 AI活用
    • ・ホタテを触った感覚から大体の重さを判断し、素早くパックに詰めているが作業経験を積んだベテランでなければ対応しづら い。新人作業員の育成に時間がかかるなど技術承継上の課題もあり、労働生産性の向上が進んでいない状況だったが、質量推 定用AIソリューション、AIセレクタを利用し課題を解決した。
      https://monoist.itmedia.co.jp/mn/articles/2202/16/news045.html
    • ・パッケージデザインにAIを導入。AIが商品のパッケージデザインを10秒で評価。商品開発の期間短縮を図れるほか、デザイン改良のヒントを得られるので好評。
      https://hp.package-ai.jp/
  • 6.2 ロボット利用
    英国のRecycleye社のシステムが注目されている。画像処理技術のRecycleye VisionとファナックのRecycleye Roboticsの組み合わせで英国、イタリア、ドイツ、フランスで稼働しており好評である。

まとめ

軟包装は変化する時代に対応して変化あるいは新製品・新技術を駆使してその役目を果たしている。CO₂発生量削減の面からも当面は包装資材の無駄を削減する方向に進む。その中でインクジェットデジタル印刷は時代の技術として着実に成長するだろう。

住本技術士事務所 技術士(経営工学)、
包装管理士 住本 充弘

Introduction

Since the paradigm shift in 2015, the industry has been striving toward a Circular Economy. The packaging industry also is moving in the same direction and moving in the direction of circular packaging. New attempts are being made while trying to respond to the SDGs. Now flexible packaging is at a turning point. At the stage of packaging design, in addition to the current consideration of functionality such as content protection and usability, it has become necessary to consider the recovery and reusability of used packaging materials. The concept of circular polymers, recycling-oriented polymer utilization, is ahead of the curve, and it is still difficult to judge what kind of recycling technology is appropriate, now we have no choice but to move forward.

1.Use of non-petroleum materials

In terms of preventing global warming and conserving global resources, many efforts are being made to save plastic materials and manufacturing energy, and collect used plastics for reuse as raw materials.

  • 1.1 Lightweight and strong films
  • 1.1.1 OPP with stiffness and rigidityToyobo has developed an ultra-high-rigidity OPP film, “PYLEN® EXTOP TM,” which has about 1.7 times as strong as the stiffness of general OPP film and can be 20% thinner. Anti-fog type, high heat-resistance type, etc. are scheduled to be on sale from the fall of 2022. It can reduce the amount of plastic and carbon dioxide emissions during combustion.
    https://www.toyobo.co.jp/news/2022/release_1353.html
    Toray has developed a heat-resistant OPP film. Since it can be used in a high-temperature environment of 120°C, it is possible to develop it for boiling pouches and low-temperature retort applications.
    https://www.toray.co.jp/news/details/20210317001590.html
  • 1.1.2 Biaxially oriented PBT filmKohjin Film & Chemicals can supply biaxially oriented PBT film produced by the tubular method. It has excellent pinhole-resistance (especially excellent resistance to bending fatigue and wear), equivalent suitability for producing laminate-films and acid resistance as PET. There is no dimensional change due to moisture absorption, and since it has the features of both PET and ONY, it is possible to simplify and reduce the weight of the packaging material.
    https://www.kohjin.co.jp/product/film/convert/boblet/
  • 1.2 Use of Bio-based FilmsThe use of Bio-PE and Bio-PP derived from sugarcane pomace and woods is gradually increasing. The trend of a slight increase continues. These will also be collected and used as raw materials.
  • 1.3 Change from films to papers
  • 1.3.1 Ajinomoto Frozen Foods uses paper for part of the packaging of home-use frozen food “Jidori Kamameshi”The Ajinomoto Group has released the first packed frozen food that partially uses paper in Japan.
    • (a) expect to reduce the amount of plastic by about 9.7% compared to conventional products.
    • (b) The bamboo skin motif package design can be felt by the touch because of the use of paper. It also succeeded in further strengthening the product concept of“specialty store-quality Japanese rice”.
    • (c) The corporate mascot “Aji Pen ECO” mark is displayed on the back of the package in order to inform consumers at a glance that the amount of plastic used has been reduced.
  • 1.3.2 Adoption of paper for secondary packageEven if the secondary package is not film, there is a strong movement to switch to paper if the purpose can be sufficiently achieved with paper. (photo1)
  • 1.4 Use of bio-based inks and adhesivesFrom the perspective of moving away from petroleum, inks and adhesives derived from bio-based materials have been developed, and their use is gradually increasing.

2. Preliminary step towards circular packaging

Technological development to effectively use mechanically recycled products is progressing.

  • 2.1 Support technology for mechanical recyclingProfessor Yao of Fukuoka University has developed a technology to prevent deterioration of the physical properties of plastics, and it is underway toward practical application. Hitachi has developed a system that can modify the conditions during injection molding even if the physical properties of the recovered plastic vary slightly.
  • 2.2 Use of bio-naphthaMitsui Chemicals is the first company in Japan to use Neste’s biomass naphtha to manufacture bio-PP and other plastics and chemicals using a mass balance method based on ISCC PLUS certification.
    https://jp.mitsuichemicals.com/jp/release/2021/2021_1214.htm

3.Toward the construction of utilization of circular polymers

Plastic packaging materials are basically collected after use and reused as raw materials for manufacturing new plastics. The time will come when the use of recyclable plastics will become a matter of course.

  • 3.1 Toward a demonstration experiment of chemical recyclingChemical recycling has been in operation for more than 20 years since the Containers and Packaging Recycling Law was implemented, but now attention is focused on methods for remanufacturing plastics. Flexible packaging is laminated with films, aluminum foils, and papers, and it is not yet clear which chemical recycling method is suitable for which packaging specification. It will become clearer by repeating demonstration experiments in the future.
  • A) Pyrolysis oil typeThere is a movement to save petroleum-derived naphtha by using pyrolysis oil, and the concept of mass balance method is used for manufacturing. The domestic market is in the preparation stage.
  • B) Gasification typeSekisui Chemical has completed a pilot plant in KUJI City, and it is expected that the technology will be put into practical use to produce ethanol by using LanzaTech’s technology to convert CO gas generated by burning household waste, waste plastics, and wood waste into plastics.
  • C) Supercritical typeMitsubishi Chemical has introduced Mura Technology’s technology based on Licella’s technology and is preparing for demonstration tests for practical application.
  • D) Delamination type by SolventThere is a movement of deinking from waste packaging materials generated in the manufacturing process of converters and reusing them as raw materials for films.
    https://jp.mitsuichemicals.com/sites/default/files/media/document/2019/191115_0.pdf
  • 3.2 Regarding the collection of plastic packaging based on the Containers and Packaging Recycling Law.Based on the Containers and Packaging Recycling Law, plastic containers and packages are collected, but if there is food or other body residue attached to it, these are contained in household waste, and the amount discharged as household waste is unexpectedly large due to research by The Japan Containers and Packaging Recycling Association. They act a role of combustion improver for household waste. We would like to devise ways to use plastics mixed in with household waste for the production of circular polymers.
  • 3.3 The collection of plastic resources based on the recycling promotion lawThe law was implemented on April 1st, 2022. 12 items will be collected, but the collection method will be decided by the local government. It is expected that waste plastic will be collected as much as possible using the recycling method based on new law.
  • 3.4 Regarding the safety of recycled plasticsCollected plastic containers and packages are disposed of from the household based on the recycling law. The collection based on the plastic resource recycling promotion law is also from the household, and it can be judged that its safety is guaranteed. Other than these waste plastics, it is important to check the source of the discharge and track it.

4. Small run production

People’s tastes and needs have become diverse, and the demand for uniform products has decreased, the life of products has become shorter, and the production volume of products has become smaller than before. In packages production process, Gravure printing is close to its limit because of the lack of profit and lack of operators. Instead of gravure printing, inkjet digital printing is starting to become popular, and applied products are also increasing. After the printing process, non-solvent lamination and new lamination methods are used, and the production system changes.

5. Functional packages

Functionality is important to packaging, and its features have changed with the times. Recently, there has been a movement to provide various information and entertainment to consumers by reading the QR code on the surface of the packaging with their smartphones. It’s called as connected package and it’s becoming more popular overseas. Also, easy open packaging is an important theme. A New package using a laser cut technology was developed, and the cut part is left in the package after opening. The cut part is not scattered, so it is possible to prevent marine plastic pollution. (Photo 2)

6. AI, IoT, Robot

The most advanced technologies such as AI, IoT, and robots are applied widely in the packaging industry due to a packaging shortage of human resources and a lack of skilled workers.

  • 6.1 AI
    ・In the case of the packaging of scallop, skilled workers judge the weight of the body by the feeling of touch, and pack it quickly. New workers cannot pack quickly such as skilled workers. It takes many times to train new workers and is difficult to inherit the technology.
    In order to the solve the problem, AI solutions for mass estimation, AI Selector is used.
    https://monoist.itmedia.co.jp/mn/articles/2202/16/news045.html
    ・Introduction of AI in package graphic design. AI evaluates product package graphic design in 10 seconds. In addition to shortening the product development period, we can get hints for graphic design improvement.
    https://hp.package-ai.jp/
  • 6.2 Robot The UK Recycleye company’s system is noted. It is a combination of Recycleye Vision’s image processing technology and FANUC’s Recycleye Robotics. It is operating in England, Italy, Germany, and France.

Summary

Flexible packaging acts its role by applying full use of changes or new products and new technologies in response to the changing times. From the standpoint of reducing CO2 emissions, the packaging industry is moving in the direction of reducing the waste of packaging materials. Among them, inkjet digital printing will grow steadily as a technology of the times.

Mitsuhiro Sugimoto,Professional Engineer
SUMIMOTO PACKAGING CONSULTANT OFFICE

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