محدودیت های استفاده از مواد بازیافتی در ماشین کیسه های پلاستیکی چیست؟

پلاستیک های بازیافتی در حال حاضر یک موضوع رایج در بسته بندی است. مردم می خواهند زباله ها را کاهش دهند. این قانون شرکت ها را ملزم می کند بسته بندی های قدیمی را پس بگیرند. این برند وعده استفاده از مواد بازیافتی بیشتری را داده است. بنابراین سازندگان در حال آزمایش هستند که چقدر پلاستیک قابل بازیافت را می توانند در ماشین ها قرار دهند. این شامل ماشین آلات کیسه های پلاستیکی می شود. پاسخ ساده است: بیش از یک دهه پیش. اما این هنوز با بسیاری از اهداف فاصله دارد.

شکاف بین وعده های بزرگ و آنچه ماشین ها می توانند انجام دهند، شایسته مطالعه دقیق است. پلاستیک های بازیافتی مشکلات زیادی ایجاد می کنند. آنها دستگاه را سریعتر فرسوده می کنند. کیفیت خروجی را کاهش می دهند. آنها ثبات فرآیند را تغییر می دهند. آنها قوام محصول را تضعیف می کنند. درک این محدودیت ها به این معنی نیست که ما نباید از مواد بازیافتی استفاده کنیم. این بدان معناست که ما باید از آنها به روشی هوشمندانه استفاده کنیم.

1. مشکل آلودگی بالادست ماشین

هر پلیمری قبل از ورود به دستگاه های کیسه های پلاستیکی جمع آوری، دسته بندی، تمیز و دانه بندی می شود. هر مرحله تفاوتی را اضافه می کند که در رزین جدید یافت نمی شود.

پلی اتیلن بازیافتی پست{0}}مصرف کننده (PCR-PE) یک عنصر کلیدی در کیسه های خرید بازیافتی است. اما به ندرت یک نوع تمیز است. فیلم LDPE، بطری‌های پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE)، درپوش‌های پلی‌پروپیلن، برچسب‌های کاغذی، چسب و توده‌های کوچک مواد غذایی را با هم مخلوط می‌کند. حتی پس از تمیز کردن و مرتب سازی، بازیافت مکانیکی آن را به اندازه مواد جدید خالص نمی کند.

بنابراین، در عمل، ذرات بازسازی شده درجات مختلفی دارند:

• رطوبت: اگر ذرات بازیافت شده به خوبی خشک نشوند، حباب ها، خطوط و معایب سطحی روی فیلم دمیده ایجاد می شود. هنگامی که New LDPE وارد اکسترودر می شود، معمولاً کمتر از 200 ppm آب دارد. با این حال، اگر به درستی خشک نشود، PPE بیشتری پس از مصرف بازیافت می شود.
• موارد غیر PE: پلی پروپیلن و سایر پلیمرهای مختلف می توانند نقطه ضعیفی در فیلم ایجاد کنند. حتی اگر کمتر از 1 درصد وزن کل باشند، می توانند منجر به ضعف های موضعی شوند. این لکه ها تاثیر ریزش دارت را کاهش می دهند.
• رنگ و جوهر باقی مانده: بقایای رنگ و جوهر بسته بندی های قدیمی باعث می شود که رنگ فیلم نهایی کمتر یکنواخت شود. تمیز کردن کیسه‌های{1}}دارای رنگ طبیعی یا روشن هنگام استفاده از مقادیر زیادی مواد بازیافتی دشوار است.

2. تغییرپذیری رئولوژیکی و کاری که برای پایداری اکستروژن انجام می دهد

هر دستگاه کیسه خرید پلاستیکی که از فیلم دمیده استفاده می کند، نیاز به جریان مداوم مذاب از پلیمر به داخل اکسترودر دارد. شاخص جریان مذاب (MFI) معیاری است که نشان می دهد پلیمرها چگونه به راحتی زیر یک وزن خاص جریان می یابند. این مهم ترین تنظیم برای ثابت نگه داشتن حباب ها و یکنواخت ضخامت فیلم است.

LDPE جدید معمولاً در محدوده باریک MFI تولید می شود، معمولاً 0.3-2.0 گرم در 10 دقیقه بسته به استفاده. با این حال، تغییرات MFI پلی اتیلن بازیافتی پس از مصرف معمولاً 30-50٪ حتی پس از یک بار استفاده است. این به این دلیل است که مواد بازیافتی از مخلوطی از رزین از تولید کنندگان مختلف با درجه های مختلف ساخته شده است.

هنگامی که MFI در حین کار تغییر می کند، لازم است تغییر نرخ خروجی مشابه سرعت پیچ حفظ شود. فشار در شکاف قالب تغییر می کند. ارتفاع خط یخبندان تغییر می کند. همه این تغییرات بر ضخامت فیلم تأثیر می گذارد. عرض ممکن است در خط رزین خام پایدار 3-5% باقی بماند. محتوای آب مواد بازیافتی ± 10 تا 15 درصد با قوام مواد ضعیف است. این به طور مستقیم بر استحکام و کیفیت مهر و موم کیسه پارچه ای تأثیر می گذارد.

اپراتورها سعی می کنند این مشکل را با افزایش فشار برگشت پیچ یا تغییر دمای قالب حل کنند. با این حال، زمانی که خوراک به طور قابل توجهی از یک دسته به دسته دیگر تغییر می کند، محدودیتی برای تنظیم میزان آن وجود دارد.

3. تخریب حرارتی و کاهش وزن مولکولی

پلی اتیلن هر بار که فرآوری می شود از گرما و اکسیژن تجزیه می شود. در طی اولین تشکیل غشا، پلیمر یک بار گرم می شود. در طی بازیابی مکانیکی، آنها در حین دانه بندی دوباره گرم می شوند. ذرات بازیافتی با ورود به دستگاه کیسه پلاستیکی سه بار گرم می شوند.

هر مرحله از گرم کردن باعث پاره شدن زنجیره می شود. این بدان معناست که زنجیره های پلیمری بلند می توانند به قطعات کوتاه تری بشکنند. این باعث کاهش وزن مولکولی می شود. این باعث کاهش استحکام کششی و ازدیاد طول در هنگام شکست می شود. هر قطره متفاوت بود. خیلی به تثبیت کننده های موجود در رزین اصلی بستگی دارد. اما اثر کلی قابل اندازه گیری است.

مطالعات LDPE بازیافت شده مکانیکی نشان می دهد که استحکام کششی 15 تا 30 درصد در مقایسه با مواد جدید پس از دو یا سه چرخه پردازش مجدد کاهش می یابد. در بسیاری از موارد، ازدیاد طول شکست سریعتر از استحکام کششی کاهش می یابد.

افزودن تثبیت کننده های آنتی اکسیدانی به ترکیب می تواند به کاهش این تجزیه کمک کند. اما آنها بیشتر خرج می کنند. آنها به مقادیر دقیق نیاز دارند. در این فرآیند، چیز دیگری برای کنترل اضافه شد.

4. فرکانس سایش و تعمیر و نگهداری ماشین

مواد بازیافتی آلوده، قطعات اکسترودر را سریعتر از مواد جدید سایش می کنند. این در موارد زیر منعکس شده است:

سایش ساینده روی پیچ گوشتی ها و لوله های تفنگ: کربنات کلسیم روی ماسه، قطعات شیشه و برچسب های کاغذ مانند کاغذ سنباده روی پیچ گوشتی ها و لوله های تفنگ است. در یک خط رزین جدید، ناودانی ها ممکن است چندین سال به طور مداوم کار کنند. با مواد قابل بازیافت کثیف، زمان کوتاه‌تر خواهد بود. بستگی به میزان کثیفی و سختی پیچ ها و بشکه ها دارد.

سایش خوردگی آلاینده های هالوژنه: اگر PVC وارد شود (زمانی که جداسازی ناقص باشد)، در دمای فرآوری اسید هیدروکلریک آزاد می کند. کلرید هیدروژن به فولاد بشکه و سطوح قالب حمله می کند. حتی فقط 0.1-0.5٪ PVC.

تجمع لب (Mold Lip Slobber): مولکول های کوچک شکسته و باقی مانده در مواد قابل بازیافت که روی لب قالب جمع می شوند. این بدان معناست که تمیز کردن بیشتر متوقف می شود. در یک خط رزین جدید، کیسه های استاندارد تولید و در هر شیفت تمیز می شوند. در خطوط با مواد بازیافتی زیاد و تثبیت کننده های ضعیف، هر ساعت یا بیشتر باید تمیز شوند. این به طور مستقیم زمان کار دستگاه را کاهش می دهد.

این مشکلات تعمیر و نگهداری هزینه هر کیلوگرم خروجی را افزایش می دهد. هنگام در نظر گرفتن کل هزینه استفاده از محتوای بازیافتی، این هزینه اغلب ناکافی است.

5. آستانه کیفیت نوری و مکانیکی فیلم

ماشین های کیسه های پلاستیکی را می توان از ترکیبی از مواد جدید و بازیافتی ساخت. اما با افزایش مقدار مواد بازیافتی، کیفیت پایین‌تر و پایین‌تر می‌رود. از تجربه صنعت، محدودیت عملی یک کیسه خرده فروشی استاندارد 30-50٪ PCR است. علاوه بر این، تا زمانی که مواد بازیافتی تمیز و دارای MFI ثابت باشند، کیفیت به طور قابل توجهی کاهش یافت.

فراتر از آن، چندین شاخص کیفیت بدتر می شوند:

• مقاومت ضربه ای دارت (ASTM D1709): این مقاومت کیسه تست ایمنی کلیدی است. به دلیل ژل و وزن مولکولی کمتر، با PCR بیشتر کاهش می یابد. در صورت استفاده کمتر از حد مجاز، کیسه ها ممکن است بشکنند. این می تواند منجر به شکایات مشتریان و مشکلات قانونی احتمالی شود.
• مه و شفافیت: پلی اتیلن بازیافتی تقریباً همیشه گل آلودتر از جدید است. برای کیسه‌هایی که باید برداشته شوند-مانند کیسه‌های تولید، کیسه‌های پوشاک یا کیسه‌های فروشگاهی{2}}PCR بالا تقاضای محصول را برآورده نمی‌کند.
• ثبات استحکام آب بندی: درزها به دلیل کثیفی در ناحیه مهر و موم نازک تر می شوند. با افزایش PCR، محدوده دمایی سیل حرارتی بیشتر و باریکتر می شود. این بدان معنی است که کنترل دما سخت تر مورد نیاز است. بسیاری از کیسه سازهای قدیمی نمی توانند این کار را انجام دهند.

6. محدودیت های تنظیمی و برچسب گذاری

علاوه بر محدودیت‌های فیزیکی، تولیدکنندگانی که از ماشین‌های کیسه‌های خرید پلاستیکی برای بازیافت مواد استفاده می‌کنند، باید با قوانین در حال تغییر نیز دست و پنجه نرم کنند. این قوانین بر نحوه تفکر آنها در مورد محصول نهایی تأثیر می گذارد.

در ایالات متحده، راهنماهای سبز FTC (16 CFR قسمت 260) قوانینی را برای ادعاهای زیست محیطی، از جمله برچسب های "محتوای بازیافت" تعیین می کند. ادعاها باید با شواهد مستند از درصد واقعی PCR پشتیبانی شوند. آنها همچنین نمی توانند برای مزایای زیست محیطی بزرگتر از آنچه قابل اثبات باشد استدلال کنند.

در اتحادیه اروپا، دستورالعمل ادعاهای سبز اروپا (که در سال 2023 معرفی شد و هنوز در حال توسعه است) انتظار می‌رود قوانین صدور گواهینامه سخت‌گیرانه‌تری را برای ادعاهای بازیافت محتوا معرفی کند. این شامل{2}}بازرسی های شخص ثالث می شود. تولیدکنندگان مواد بازیافتی هیبریدی باید کل فرآیند را تا کارخانه بازیافت مستندسازی و پیگیری کنند.

این کار اداری اضافی را اضافه می کند. کیسه‌سازان کوچک‌تر-که بخش بزرگی از کیسه‌سازان جهان را تشکیل می‌دهند{2}}ممکن است در مقایسه با مقدار کمی از محتوای بازیافتی که واقعاً در دسترس دارند، بار سنگین‌تری داشته باشند.

7. پیشرفت معنادار در واقع به چه چیزی نیاز دارد

این امکان وجود دارد که مواد بازیافتی بیشتری را از طریق دستگاه های کیسه های خرید پلاستیکی اجرا کنید. اما در چندین بخش از سیستم، نه فقط خود ماشین، پول و کار می خواهد.

کنترل کیفیت مواد اولیه: قوانین واضحی برای خوراک (محدوده MFI، محدودیت رطوبت و آستانه آلودگی) ایجاد کنید و هر دسته را قبل از استفاده آزمایش کنید. بدون آن، تعمیرات ماشین یک واکنش است، نه یک سیستم برنامه ریزی شده.

بسته های سازگار و تثبیت کننده: نرم کننده های مخصوص می توانند به کاهش اتلاف استحکام و کاهش آسیب حرارتی ناشی از مواد بازیافتی کمک کنند. اینها توسط تامین کنندگان فروخته می شوند اما به تجهیزات فنی نیاز دارند و گرانتر هستند.

ارتقاء ماشین: پیچ های موادی که ضخامت را تغییر می دهند، کنترل دما را بهبود می بخشند و شکل قالب را بهبود می بخشند می توانند حد واقعی PCR را افزایش دهند. ماشین‌های قدیمی ممکن است به قطعات جدید برای کار در سطوح بالای 30 درصد بازیافت نیاز داشته باشند.

نتیجه گیری

محدودیت‌های موجود در ماشین‌های کیسه‌های پلاستیکی که از مواد بازیافتی استفاده می‌کنند واقعی و واضح هستند: مواد خام ناسازگار، جریان‌های مذاب ناهموار، سایش سریع‌تر ماشین‌ها، محدوده کیفیت باریک‌تر و قوانین جدید. هیچ کدام از اینها به این معنی نیست که ما باید استفاده از مواد قابل بازیافت را متوقف کنیم. منظور آنها این است که ما باید با احتیاط فنی به آن بپردازیم، نه اینکه اهداف درصدی را فقط به عنوان جعبه های بازاریابی برای بررسی در نظر بگیریم.

تولیدکنندگانی که در حال پیشرفت واقعی هستند، آنهایی هستند که محتوای بازیافتی را به عنوان یک موضوع مهندسی مواد می بینند، نه فقط خرید و مبادله. این به معنای سرمایه گذاری در قوانین مواد، ردیابی فرآیندها و ارتقاء ماشین آلات در صورت نیاز است. PCR از 20% تا 50% یک خط مستقیم نیست. اما می توان با پایه های فنی مناسب این کار را انجام داد.

مراجع:

• بنیاد الن مک آرتور اقتصاد جدید پلاستیک: بازاندیشی در مورد آینده پلاستیک. 2016.
• Giles, Harold F., Wagner, John R., Mount, Eldridge M. Extrusion: The Definitive Processing Guide and Handbook. انتشارات ویلیام اندرو، 2005.
• هوپول، جفرسون، دووراک، رابرت، کوسیور، ادوارد. بازیافت پلاستیک: چالش ها و فرصت ها. معاملات فلسفی انجمن سلطنتی B، جلد{2}}، 2009.
• وایت، جیمز ال.، پوتنته، هلموت. اکستروژن پیچ: علم و فناوری. انتشارات هانسر گاردنر، 2003.
• ASTM International. ASTM D1709: روش‌های تست استاندارد برای مقاومت در برابر ضربه فیلم پلاستیکی با استفاده از روش دارت سقوط آزاد-. نسخه فعلی.
• کمیسیون تجارت فدرال ایالات متحده راهنمای استفاده از ادعاهای بازاریابی محیطی (راهنماهای سبز)، 16 CFR قسمت 260. بازبینی شده در سال 2012.