Переработанный пластик в настоящее время является распространенной темой в упаковке. Люди хотят сократить количество отходов. Закон требует от компаний вернуть старую упаковку. Бренд обещает использовать больше переработанных материалов. Поэтому производители проверяют, сколько перерабатываемого пластика они могут положить в машины. Сюда входят машины для производства пластиковых пакетов. Ответ прост: более десяти лет назад. Но это все еще далеко от многих целей.
Разрыв между большими обещаниями и возможностями машин заслуживает тщательного изучения. Переработанный пластик вызывает массу проблем. Они быстрее изнашивают машину. Они снижают качество вывода. Они изменяют стабильность процесса. Они подрывают консистенцию продукта. Понимание этих ограничений не означает, что мы не должны использовать переработанные материалы. Это означает, что нам нужно использовать их разумно.
1. Проблема загрязнения перед машиной
Любые полимеры собираются, сортируются, очищаются и гранулируются перед подачей в машины для производства пластиковых пакетов. Каждый шаг добавляет отличия, которых нет в новой смоле.
Полиэтилен, переработанный после-потребителем (PCR-PE) — ключевой ингредиент переработанных сумок для покупок. Но это редко бывает чистый тип. Он смешивает пленку LDPE, бутылки из полиэтилена высокой-плотности (HDPE), полипропиленовые крышки, бумажные этикетки, клей и небольшие пищевые комочки. Даже после очистки и сортировки механическая переработка не делает его таким чистым, как новые материалы.
Таким образом, на практике регенерированные частицы имеют разную степень:
- Влага: Если восстановленные частицы плохо высыхают, на пленке, полученной экструзией с раздувом, могут образоваться пузырьки, линии и дефекты поверхности. Когда новый ПЭНП поступает в экструдер, он обычно содержит менее 200 частей на миллион воды. Однако большее количество СИЗ будет переработано после использования, если они не будут высушены должным образом.
- Изделия, не-полиэтиленовые: полипропилен и другие полимеры могут стать слабым местом в пленке. Даже если они составляют менее 1% от общего веса, они могут привести к локальным слабостям. Эти пятна уменьшают воздействие падения дротика.
- Остатки цвета и чернил: Остатки краски и чернил из старой упаковки делают конечную пленку менее однородной по цвету. Мешки натуральных или светлых-цветов особенно сложно чистить при использовании большого количества переработанных материалов.
2. Реологическая изменчивость и ее влияние на стабильность экструзии.
Каждая машина для производства пластиковых пакетов для покупок, использующая пленку с раздувом, требует постоянного потока расплава из полимера в экструдер. Индекс текучести расплава (MFI) — это показатель того, насколько легко полимеры текут под определенным весом. Это наиболее важная настройка, обеспечивающая стабильность пузырьков и равномерную толщину пленки.
Новый ПЭНП обычно производится с узким диапазоном MFI, обычно 0,3-2,0 г/10 мин в зависимости от использования. Однако изменения MFI вторично переработанного полиэтилена обычно составляют ± 30–50% даже после однократного использования. Это связано с тем, что переработанный материал изготавливается из смеси смол разных производителей и разных марок.
Когда MFI изменяется во время работы, необходимо поддерживать такое же изменение выходной скорости, как и скорость шнека. Изменяется давление в зазоре матрицы. Изменение высоты линии замерзания. Все эти изменения влияют на толщину пленки. Ширина может оставаться в пределах ± 3 – 5% на стабильной линии необработанной смолы. Содержание воды в вторсырье составляет ± ± 10–15 % при плохой консистенции материала. Это напрямую влияет на прочность и качество запечатывания тканевого мешка.
Операторы пытаются решить эту проблему, увеличивая противодавление шнека или изменяя температуру формы. Однако существует предел того, насколько они могут корректироваться, когда корм существенно меняется от одной партии к другой.
3. Термическая деградация и снижение молекулярной массы.
Полиэтилен разлагается под воздействием тепла и кислорода при каждой обработке. Во время формирования первой мембраны полимер один раз нагревают. При механическом восстановлении их повторно нагревают во время грануляции. Переработанные частицы нагреваются трижды при поступлении в машину для производства пластиковых пакетов.
Каждый шаг нагрева приводит к разрыву цепи. Это означает, что длинные полимерные цепи могут распадаться на более короткие куски. Это снижает молекулярную массу. Это уменьшит прочность на разрыв и удлинение при разрушении. Каждая капля была разной. Многое зависит от стабилизаторов в исходной смоле. Но общий эффект измерим.
Исследования механически переработанного ПЭВД показывают, что прочность на разрыв снижается на 15–30% по сравнению с новыми материалами после двух-трех циклов переработки. Во многих случаях удлинение при разрушении уменьшается быстрее, чем прочность на растяжение.
Добавление антиоксидантных стабилизаторов в смесь может помочь уменьшить этот распад. Но они тратят больше. Им нужны точные суммы. В процессе была добавлена еще одна вещь для контроля.
4. Износ машины и частота технического обслуживания.
Загрязненные переработанные материалы изнашивают детали экструдера быстрее, чем новые материалы. Это отражается в следующем:
Абразивный износ отверток и стволов оружия: карбонат кальция на песке, осколках стекла и бумажных этикетках подобен наждачной бумаге на отвертках и стволах оружия. На новой линии смолы шпильки могут работать непрерывно в течение нескольких лет. При использовании грязных вторсырья время будет короче. Это зависит от того, насколько много грязи и насколько тверды шнеки и стволы.
Коррозионный износ галогенсодержащих загрязнений: при попадании ПВХ (при неполном отделении) он выделяет соляную кислоту при температурах обработки. Хлороводород разъедает сталь ствола и поверхности пресс-формы. Даже всего лишь 0,1–0,5% ПВХ.
Наросты на губах (Mold Lip Slobber): мелкие разрушенные молекулы и остатки в перерабатываемом материале, которые накапливаются на Mold Lip Lip. Это означает, что уборка прекращается. На новой линии по производству смолы стандартные мешки производятся и очищаются каждую смену. На линиях с большим количеством переработанных материалов и плохими стабилизаторами их необходимо очищать каждый час или чаще. Это напрямую сокращает время работы машины.
Эти проблемы с обслуживанием увеличивают стоимость килограмма продукции. Если принять во внимание общую стоимость использования переработанного контента, то этой стоимости зачастую недостаточно.
5. Пороги оптического и механического качества пленки.
Машины для изготовления пластиковых пакетов могут быть изготовлены из смеси новых и переработанных материалов. Но по мере увеличения количества переработанного материала качество становится все ниже и ниже. Исходя из отраслевого опыта, практический предел стандартной розничной упаковки составляет 30–50 % ПЦР. Кроме того, качество стало заметно снижаться, поскольку вторсырье является чистым и имеет устойчивый MFI.
Кроме того, ухудшаются некоторые показатели качества:
- Прочность при ударе при падении дротика (ASTM D1709): Это ключевой показатель прочности испытательного мешка для испытаний на безопасность. Из-за геля и более низкой молекулярной массы она уменьшается при увеличении количества ПЦР. Мешки могут порваться, если использовать их ниже установленного предела. Это может привести к жалобам клиентов и возможным юридическим проблемам.
- Мутность и прозрачность: переработанный полиэтилен почти всегда мутнее нового. Для пакетов, которые необходимо вынимать,-например, пакетов для продуктов, одежды или пакетов для вывоза товаров-высокий уровень PCR не отвечает спросу на продукцию.
- Стабильность прочности уплотнения: швы будут тоньше из-за грязи в области уплотнения. С увеличением ПЦР температурный диапазон термосварки становится все более узким. Это означает, что необходим более жесткий контроль температуры. Многие старые производители сумок не могут этого сделать.
6. Нормативные ограничения и ограничения по маркировке
Помимо физических ограничений, производителям, использующим машины для переработки пластиковых пакетов для покупок, придется столкнуться с изменением правил. Эти правила влияют на то, как они думают о конечном продукте.
В Соединенных Штатах «Зеленые руководства» Федеральной торговой комиссии (16 CFR, часть 260) устанавливают правила для экологических заявлений, включая маркировку «содержание вторичной переработки». Заявления должны быть подкреплены документальными доказательствами истинного процента ПЦР. Они также не могут приводить доводы в пользу большей экологической выгоды, чем можно доказать.
Ожидается, что в Европейском Союзе Европейская директива о зеленых претензиях (введенная в 2023 году и все еще находящаяся в разработке) введет более строгие правила сертификации для переработки претензий на содержание. Сюда входят проверки-третьих сторон. Производителям гибридных переработанных материалов необходимо будет документировать и отслеживать весь процесс до завода по переработке.
Это добавляет дополнительную офисную работу. Небольшие производители сумок,-которые составляют значительную долю производителей сумок в мире-, могут счесть это бремя слишком большим по сравнению с небольшим количеством переработанного материала, который у них фактически имеется.
7. Чего на самом деле требует значимый прогресс
Через машины для производства пластиковых пакетов можно перерабатывать больше переработанных материалов. Но это требует денег и работы над несколькими частями системы, а не только над самой машиной.
Контроль качества сырья: установите четкие правила для кормов (диапазон MFI, пределы влажности и пороговые значения загрязнения) и проверяйте каждую партию перед использованием. Без этого ремонт машин — это реакция, а не запланированная система.
Компатибилизаторы и пакеты стабилизаторов: специальные кондиционеры могут помочь уменьшить потерю прочности и уменьшить тепловые повреждения от переработанных материалов. Они продаются поставщиками, но требуют технического оборудования и стоят дороже.
Модернизация машины: шнеки для материалов, которые меняют толщину, улучшают контроль температуры и форму формы, могут увеличить фактический предел ПЦР. Старым машинам могут потребоваться новые детали, чтобы работать с уровнем переработки, значительно превышающим 30%.
Заключение
Ограничения на машины для производства пластиковых пакетов, использующие переработанные материалы, реальны и ясны: нестабильное сырье, неравномерные потоки расплава, более быстрый износ оборудования, более узкие диапазоны качества и новые правила. Ничто из этого не означает, что мы должны прекратить использовать перерабатываемые материалы. Они имеют в виду, что нам нужно подходить к этому с технической осторожностью, а не просто рассматривать процентные цели как маркетинговые рамки для проверки.
Производители, добившиеся реального прогресса, — это те, кто рассматривает переработанный материал как вопрос технологии производства материалов, а не просто вопрос покупки и обмена. Это означает инвестирование в правила использования материалов, отслеживание процессов и модернизацию оборудования по мере необходимости. ПЦР от 20% до 50% не является прямой линией. Но это можно сделать при наличии подходящей технической базы.
Ссылки:
- Фонд Эллен Макартур. Новая экономика пластмасс: переосмысление будущего пластмасс. 2016.
- Джайлз, Гарольд Ф., Вагнер, Джон Р., Маунт, Элдридж М. Экструзия: полное руководство и справочник по обработке. Издательство Уильяма Эндрю, 2005.
- Хоупвелл, Джефферсон, Дворжак, Роберт, Косиор, Эдвард. «Переработка пластмасс: проблемы и возможности». Философские труды Королевского общества B, том . 364, 2009 г.
- Уайт, Джеймс Л., Потенте, Хельмут. Винтовая экструзия: наука и технологии. Публикации Хансера Гарднера, 2003.
- АСТМ Интернешнл. ASTM D1709: Стандартные методы испытаний ударопрочности пластиковой пленки методом свободного-падающего дротика. Текущее издание.
- Федеральная торговая комиссия США. Руководства по использованию заявлений экологического маркетинга («Зеленые руководства»), 16 CFR, часть 260. Пересмотрено в 2012 г.
