Resirkulert plast er nå et vanlig tema i emballasje. Folk ønsker å redusere avfallet. Loven pålegger bedrifter å ta tilbake gammel emballasje. Merket lover å bruke mer resirkulerte materialer. Så produsenter tester hvor mye resirkulerbar plast de kan putte i maskiner. Dette inkluderer plastposemaskiner. Svaret er enkelt: for mer enn ti år siden. Men det er fortsatt langt fra mange av målene.
Gapet mellom stort løfte og hva maskiner kan gjøre, fortjener nøye studier. Resirkulert plast skaper mange problemer. De sliter ned maskinen raskere. De reduserer utskriftskvaliteten. De endrer stabiliteten i prosessen. De undergraver produktkonsistensen. Å forstå disse restriksjonene betyr ikke at vi ikke bør bruke resirkulerte materialer. Det betyr at vi må bruke dem på en smart måte.
1. Forurensningsproblemet oppstrøms for maskinen
Eventuelle polymerer samles opp, sorteres, renses og granuleres før de kommer inn i plastposemaskiner. Hvert trinn legger til en forskjell som ikke finnes i ny harpiks.
Post-resirkulert polyetylen (PCR-PE) er en nøkkelingrediens i resirkulerte handleposer. Men det er sjelden en ren type. Den blander LDPE-film, høy-polyetylenflasker (HDPE), polypropylenkorker, papiretiketter, lim og små matklumper. Selv etter rengjøring og sortering, gjør mekanisk resirkulering det ikke så rent som nye materialer.
I praksis har således regenererte partikler varierende grad av:
- Fuktighet: Hvis de gjenvunnede partiklene ikke tørker godt, kan det dannes bobler, linjer og overflatefeil på den blåste filmen. Når ny LDPE kommer inn i ekstruderen, inneholder den vanligvis mindre enn 200 ppm vann. Men mer PPE vil bli resirkulert etter forbruk hvis det ikke tørkes skikkelig.
- Ikke-PE-artikler: Polypropylen og andre forskjellige polymerer kan skape et svakt punkt i filmen. Selv om de er mindre enn 1 % av totalvekten, kan de føre til lokale svakheter. Disse flekkene reduserer virkningen av dartdråpen.
- Rester av farge og blekk: Rester av maling og blekk fra gammel emballasje gjør den endelige filmen mindre jevn i fargen. Naturlige eller lyse-fargede poser er spesielt vanskelige å rengjøre når du bruker store mengder resirkulerte materialer.
2. Reologisk variasjon og hva det gjør med ekstruderingsstabiliteten
Hver plastposemaskin som bruker blåst film krever en jevn strøm av smelte fra polymeren inn i ekstruderen. Melt Flow Index (MFI) er et mål på hvor lett polymerer flyter under en viss vekt. Det er den viktigste innstillingen for å holde bobler stabile og jevn filmtykkelse.
Ny LDPE produseres vanligvis i et smalt MFI-område, vanligvis 0,3-2,0 g/10 min avhengig av bruk. Imidlertid er MFI-endringene for resirkulert polyetylen etter forbruk vanligvis ± 30 – 50 % selv etter engangsbruk. Dette er fordi det resirkulerte materialet er laget av en blanding av harpiks fra forskjellige produsenter med forskjellige kvaliteter.
Når MFI endres under drift, er det nødvendig å opprettholde samme utgangshastighetsendring som skruhastigheten. Trykket i dysegapet endres. frostlinje høydendringer. Alle disse endringene påvirker filmtykkelsen. Bredden kan forbli ± 3 – 5 % på stabil råharpikslinje. Vanninnholdet i resirkulerbare materialer er ± ± 10 – 15 % med dårlig materialkonsistens. Dette påvirker direkte styrken og forseglingskvaliteten til tøyposen.
Operatører prøver å løse dette problemet ved å øke skruens mottrykk eller endre formtemperaturen. Det er imidlertid en grense for hvor mye de kan justere når fôret endres betydelig fra en batch til den neste.
3. Termisk nedbrytning og molekylvektsreduksjon
Polyetylen brytes ned fra varme og oksygen hver gang det behandles. Under den første membrandannelsen varmes polymeren opp én gang. Under mekanisk gjenvinning blir de gjenoppvarmet under granulering. De resirkulerte partiklene varmes opp tre ganger når de kommer inn i plastposemaskinen.
Hvert trinn i oppvarmingen får kjeden til å bryte. Dette betyr at lange polymerkjeder kan brytes i kortere biter. Dette reduserer molekylvekten. Dette vil redusere strekkfasthet og forlengelse ved brudd. Hver dråpe var forskjellig. Mye avhenger av stabilisatorene i den originale harpiksen. Men den samlede effekten er målbar.
Studier av mekanisk resirkulert LDPE viser at strekkfastheten reduseres med 15–30 % sammenlignet med nye materialer etter to eller tre reprosesseringssykluser. I mange tilfeller avtar bruddforlengelsen raskere enn strekkfastheten.
Tilsetning av antioksidantstabilisatorer til forbindelsen kan bidra til å redusere denne nedbrytningen. Men de bruker mer. De trenger nøyaktige mengder. I prosessen ble det lagt til en annen ting å kontrollere.
4. Maskinslitasje og vedlikeholdsfrekvens
Kontaminerte resirkulerte materialer sliter ekstruderdeler raskere enn nye materialer. Dette gjenspeiles i følgende:
Slipende slitasje på skrutrekkere og pistolløp: kalsiumkarbonat på sand, glassbiter og papiretiketter er som sandpapir på skrutrekkere og pistolløp. På en ny harpikslinje kan stenderne fungere kontinuerlig i flere år. Med skitne resirkulerbare materialer blir tiden kortere. Det kommer an på hvor mye smuss og hvor harde skruene og fatene er.
Korrosjonsslitasje av halogenerte forurensninger: Hvis PVC kommer inn (når separasjonen er ufullstendig), frigjør det saltsyre ved prosesstemperaturer. Hydrogenklorid angriper tønnestål og muggoverflater. Selv bare 0,1–0,5 % PVC.
leppeoppbygging (Mold Lip Slobber): Små ødelagte molekyler og rester i resirkulerbart materiale som samler seg på en Mold Lip. Det betyr flere rengjøringsstopp. På en ny harpikslinje produseres og rengjøres standardposer hvert skift. På linjer med mye resirkulert materiale og dårlige stabilisatorer, må de rengjøres hver time eller mer. Dette reduserer maskinens driftstid direkte.
Disse vedlikeholdsproblemene øker kostnadene per kilogram produksjon. Når man vurderer totalkostnaden ved bruk av resirkulert innhold, er denne kostnaden ofte utilstrekkelig.
5. Filmoptiske og mekaniske kvalitetsterskler
Plastposemaskiner kan lages av en blanding av nye og resirkulerte materialer. Men etter hvert som mengden resirkulert materiale øker, blir kvaliteten lavere og lavere. Fra bransjeerfaring er den praktiske grensen for en standard pose 30–50 % PCR. I tillegg begynte kvaliteten å synke markant, så lenge de resirkulerte materialene er rene og har jevn MFI.
Utover det blir flere kvalitetsindikatorer verre:
- Dart Drop Impact Strength (ASTM D1709): Dette er en viktig sikkerhetstestposestyrke. På grunn av gelen og lavere molekylvekt avtar den med mer PCR. Poser kan gå i stykker hvis de brukes under grensen. Dette kan føre til kundeklager og mulige juridiske problemer.
- Uklarhet og klarhet: Resirkulert PE er nesten alltid gjørmete enn nytt. For poser som må fjernes-som produksjonsposer, klesposer eller vesker for flytting,-dekker ikke høy PCR produktetterspørselen.
- Konsistens av tetningsstyrke: Sømmer vil bli tynnere på grunn av smuss i tetningsområdet. Med økningen av PCR blir temperaturområdet til termisk tetning stadig smalere. Dette betyr at det er behov for strengere temperaturkontroll. Mange gamle bagmakere kan ikke gjøre det.
6. Regulerings- og merkebegrensninger
I tillegg til fysiske restriksjoner, vil produsenter som bruker plastposemaskiner for å resirkulere materialer, måtte forholde seg til endrede regler. Disse reglene påvirker hvordan de tenker om sluttproduktet.
I USA fastsetter FTCs Green Guides (16 CFR Part 260) regler for miljøpåstander, inkludert «resirkuleringsinnhold»-etiketter. Påstander må støttes av dokumentasjon på den sanne PCR-prosenten. De kan heller ikke argumentere for større miljøgevinster enn det som kan bevises.
I EU forventes det europeiske direktivet om grønne krav (introdusert i 2023 og fortsatt under utvikling) å innføre strengere sertifiseringsregler for påstander om gjenvinningsinnhold. Dette inkluderer tredjeparts-inspeksjon. Produsenter av hybride resirkulerte materialer må dokumentere og spore hele prosessen til gjenvinningsanlegget.
Dette legger til ekstra kontorarbeid. Mindre veskeprodusenter-som står for en stor andel av verdens veskeprodusenter-kan finne byrden for stor sammenlignet med den lille mengden resirkulert innhold de faktisk har tilgjengelig.
7. Hva meningsfull fremgang faktisk krever
Det er mulig å kjøre mer resirkulert materiale gjennom handleposemaskiner i plast. Men det krever penger og arbeid i flere deler av systemet, ikke bare selve maskinen.
Råstoffkvalitetskontroll: Etabler klare regler for fôr (MFI-område, fuktighetsgrenser og skittterskler) og test hver batch før bruk. Uten det er maskinfikser en reaksjon, ikke et planlagt system.
Kompatibilisatorer og stabilisatorpakker: Spesielle balsamere kan bidra til å redusere styrketap og redusere varmeskader fra resirkulerte materialer. Disse selges av leverandører, men krever teknisk utstyr og er dyrere.
Maskinoppgraderinger: Skruer for materialer som endrer tykkelse, forbedrer temperaturkontroll og forbedrer formen kan øke den faktiske PCR-grensen. Gamle maskiner kan trenge nye deler for å fungere på nivåer godt over 30 % resirkulert.
Konklusjon
Restriksjonene for plastposemaskiner som bruker resirkulerte materialer er reelle og klare: inkonsekvente råmaterialer, ujevne smeltestrømmer, raskere maskinslitasje, smalere kvalitetsområder og ny regelverk. Ingenting av dette betyr at vi bør slutte å bruke resirkulerbare materialer. Det de mener er at vi må nærme oss det med teknisk forsiktighet, i stedet for bare å behandle prosentmål som markedsføringsbokser for å sjekke.
Produsentene som gjør reelle fremskritt er de som ser på resirkulert innhold som et spørsmål om materialteknikk, ikke bare et spørsmål om å kjøpe og bytte. Det betyr å investere i materialregler, spore prosesser og oppgradere maskiner etter behov. PCR fra 20 % til 50 % er ikke en rett linje. Men det kan gjøres med riktig teknisk grunnlag.
Referanser:
- Ellen MacArthur Foundation. The New Plastics Economy: Rethinking the Future of Plastics. 2016.
- Giles, Harold F., Wagner, John R., Mount, Eldridge M. Extrusion: The Definitive Processing Guide and Handbook. William Andrew Publishing, 2005.
- Hopewell, Jefferson, Dvorak, Robert, Kosior, Edward. "Resirkulering av plast: Utfordringer og muligheter." Philosophical Transactions of the Royal Society B, Vol . 364, 2009.
- White, James L., Potente, Helmut. Skrueekstrudering: Vitenskap og teknologi. Hanser Gardner Publications, 2003.
- ASTM International. ASTM D1709: Standard Test Methods for Impact Resistance of Plastic Film by the Free-Falling Dart Method. Gjeldende utgave.
- USAs føderale handelskommisjon. Guides for the Use of Environmental Marketing Claims (Green Guides), 16 CFR Part 260. Revided 2012.
