Återvunnen plast är nu ett vanligt ämne inom förpackningar. Människor vill minska avfallet. Lagen kräver att företag tar tillbaka gamla förpackningar. Varumärket lovar att använda mer återvunnet material. Så tillverkare testar hur mycket återvinningsbar plast de kan stoppa i maskiner. Detta inkluderar plastpåsmaskiner. Svaret är enkelt: för mer än ett decennium sedan. Men det är fortfarande långt borta från många av målen.
Gapet mellan stort löfte och vad maskiner kan göra förtjänar noggrann studie. Återvunnen plast orsakar många problem. De sliter ner maskinen snabbare. De minskar utskriftskvaliteten. De förändrar processens stabilitet. De undergräver produktens konsistens. Att förstå dessa restriktioner betyder inte att vi inte ska använda återvunnet material. Det betyder att vi måste använda dem på ett smart sätt.
1. Kontamineringsproblemet uppströms om maskinen
Eventuella polymerer samlas in, sorteras, rengörs och granuleras innan de går in i plastpåsmaskiner. Varje steg lägger till en skillnad som inte finns i nytt harts.
Post-återvunnen polyeten (PCR-PE) är en nyckelingrediens i återvunna shoppingkassar. Men det är sällan en ren typ. Den blandar LDPE-film, flaskor av hög-polyeten (HDPE), polypropenkapsyler, pappersetiketter, lim och små matklumpar. Även efter rengöring och sortering gör mekanisk återvinning det inte lika rent som nya material.
Således har regenererade partiklar i praktiken olika grader av:
- Fukt: Om de återvunna partiklarna inte torkar bra kan bubblor, linjer och ytfel bildas på den blåsta filmen. När ny LDPE kommer in i extrudern innehåller den vanligtvis mindre än 200 ppm vatten. Men mer PPE kommer att återvinnas efter konsumtion om den inte torkas ordentligt.
- Icke-PE-artiklar: Polypropen och andra olika polymerer kan skapa en svag punkt i filmen. Även om de är mindre än 1 % av den totala vikten kan de leda till lokala svagheter. Dessa fläckar minskar inverkan av pilen.
- Rester av färg och bläck: Rester av färg och bläck från gamla förpackningar gör den slutliga filmen mindre enhetlig i färgen. Naturliga eller ljusa-påsar är särskilt svåra att rengöra när man använder stora mängder återvunnet material.
2. Reologisk variation och vad det gör för strängsprutningsstabiliteten
Varje plastpåsmaskin som använder blåst film kräver ett jämnt flöde av smälta från polymeren in i extrudern. Melt Flow Index (MFI) är ett mått på hur lätt polymerer flyter under en viss vikt. Det är den viktigaste inställningen för att hålla bubblorna stabila och filmtjockleken enhetlig.
Ny LDPE tillverkas vanligtvis i ett smalt MFI-intervall, vanligtvis 0,3-2,0 g/10 min beroende på användning. MFI-förändringarna av återvunnen polyeten efter konsument är dock vanligtvis ± 30 – 50 % även efter engångsanvändning. Det beror på att det återvunna materialet är tillverkat av en blandning av harts från olika tillverkare med olika kvaliteter.
När MFI ändras under drift är det nödvändigt att bibehålla samma effektförändring som skruvhastigheten. Trycket i munstycksgapet ändras. frostlinjens höjdhöjd ändras. Alla dessa förändringar påverkar filmtjockleken. Bredden kan förbli ± 3 – 5 % på stabil råhartslinje. Vattenhalten i återvinningsbart material är ± ± 10 – 15 % med dålig materialkonsistens. Detta påverkar direkt styrkan och tätningskvaliteten på tygpåsen.
Operatörer försöker lösa detta problem genom att öka skruvens mottryck eller ändra formtemperaturen. Det finns dock en gräns för hur mycket de kan justera när fodret ändras markant från en batch till nästa.
3. Termisk nedbrytning och molekylviktsreduktion
Polyeten sönderdelas från värme och syre varje gång det bearbetas. Under den första membranbildningen värms polymeren en gång. Under mekanisk återvinning värms de upp igen under granuleringen. De återvunna partiklarna värms upp tre gånger när de kommer in i plastpåsmaskinen.
Varje steg i uppvärmningen gör att kedjan brister. Detta innebär att långa polymerkedjor kan gå sönder i kortare bitar. Detta sänker molekylvikten. Detta kommer att minska draghållfastheten och töjningen under brott. Varje droppe var annorlunda. Mycket beror på stabilisatorerna i originalplasten. Men den totala effekten är mätbar.
Studier av mekaniskt återvunnen LDPE visar att draghållfastheten minskar med 15–30 % jämfört med nya material efter två eller tre upparbetningscykler. I många fall minskar brotttöjningen snabbare än draghållfastheten.
Att lägga till antioxidantstabilisatorer till föreningen kan bidra till att minska denna nedbrytning. Men de spenderar mer. De behöver exakta belopp. I processen tillkom ytterligare en sak att kontrollera.
4. Maskinslitage och underhållsfrekvens
Förorenat återvunnet material sliter extruderdelar snabbare än nya material. Detta återspeglas i följande:
Slitande slitage på skruvmejslar och vapenpipor: kalciumkarbonat på sand, glasfragment och pappersetiketter är som sandpapper på skruvmejslar och vapenpipor. På en ny hartslinje kan dubbarna arbeta kontinuerligt i flera år. Med smutsiga återvinningsbara material blir tiden kortare. Det beror på hur mycket smuts och hur hårda skruvarna och faten är.
Korrosionsnötning av halogenerade föroreningar: Om PVC kommer in (när separationen är ofullständig) frigör den saltsyra vid bearbetningstemperaturer. Klorväte angriper fatstål och formytor. Även bara 0,1–0,5 % PVC.
läppuppbyggnad (Mold Lip Slobber): Små trasiga molekyler och rester i återvinningsbart material som samlas på en Mold Lip. Det innebär fler städstopp. På en ny hartslinje produceras och rengörs standardpåsar varje skift. På linjer med mycket återvunnet material och dåliga stabilisatorer måste de rengöras varje timme eller mer. Detta minskar direkt maskinens gångtid.
Dessa underhållsproblem ökar kostnaden per kilogram produktion. När man överväger den totala kostnaden för att använda återvunnet innehåll är denna kostnad ofta otillräcklig.
5. Trösklar för filmoptiska och mekaniska kvalitet
Plastpåsmaskiner kan tillverkas av en blandning av nya och återvunna material. Men i takt med att mängden återvunnet material ökar blir kvaliteten lägre och lägre. Från branscherfarenhet är den praktiska gränsen för en standardpåse 30–50 % PCR. Dessutom började kvaliteten sjunka markant, så länge det återvunna materialet är rent och har stadigt MFI.
Utöver det blir flera kvalitetsindikatorer sämre:
- Dart Drop Impact Strength (ASTM D1709): Detta är en viktig säkerhetstestpåsstyrka. På grund av gelén och lägre molekylvikt minskar den med mer PCR. Påsar kan gå sönder om de används under gränsen. Detta kan leda till kundklagomål och eventuella juridiska problem.
- Dis och klarhet: Återvunnen PE är nästan alltid lerigare än ny. För påsar som måste tas bort-som väskor, plaggpåsar eller flyttbutikspåsar-möter inte hög PCR produktefterfrågan.
- Konsistens av tätningshållfasthet: Sömmarna blir tunnare på grund av smuts i tätningsområdet. Med ökningen av PCR blir temperaturintervallet för termisk tätning allt smalare. Detta innebär att det krävs en strängare temperaturkontroll. Många gamla påsmakare kan inte göra det.
6. Reglerande och märkningsbegränsningar
Förutom fysiska restriktioner kommer tillverkare som använder plastpåsmaskiner för att återvinna material att behöva hantera ändrade regler. Dessa regler påverkar hur de tänker om slutprodukten.
I USA anger FTC:s Green Guides (16 CFR Part 260) regler för miljöpåståenden, inklusive etiketter för "återvinningsinnehåll". Påståenden måste stödjas av dokumentbevis på den verkliga PCR-procenten. De kan inte heller argumentera för större miljövinster än vad som kan bevisas.
Inom EU förväntas det europeiska direktivet om gröna påståenden (infört 2023 och fortfarande under utveckling) införa strängare certifieringsregler för påståenden om återvinningsinnehåll. Detta inkluderar inspektioner från tredje-part. Tillverkare av återvunnet hybridmaterial kommer att behöva dokumentera och spåra hela processen till återvinningsanläggningen.
Detta tillför extra kontorsarbete. Mindre påstillverkare-som står för en stor andel av världens påstillverkare-kan tycka att bördan är för stor jämfört med den lilla mängd återvunnet innehåll de faktiskt har tillgängligt.
7. Vilka meningsfulla framsteg som faktiskt kräver
Det är möjligt att köra mer återvunnet material genom plastpåsmaskiner. Men det krävs pengar och arbete i flera delar av systemet, inte bara själva maskinen.
Kvalitetskontroll av råmaterial: Upprätta tydliga regler för foder (MFI-intervall, fuktgränser och smutströsklar) och testa varje batch före användning. Utan det är maskinfixar en reaktion, inte ett planerat system.
Kompatibilisatorer och stabilisatorpaket: Speciella balsam kan hjälpa till att minska styrka och minska värmeskador från återvunnet material. Dessa säljs av leverantörer men kräver teknisk utrustning och är dyrare.
Maskinuppgraderingar: Skruvar för material som ändrar tjocklek, förbättrar temperaturkontroll och förbättrar formen kan öka den faktiska PCR-gränsen. Gamla maskiner kan behöva nya delar för att fungera på nivåer långt över 30 % återvunnet.
Slutsats
Restriktionerna för plastpåsmaskiner som använder återvunnet material är verkliga och tydliga: inkonsekventa råmaterial, ojämna smältflöden, snabbare maskinslitage, snävare kvalitetsintervall och nya regler. Inget av detta betyder att vi ska sluta använda återvinningsbart material. Vad de menar är att vi måste närma oss det med teknisk försiktighet, snarare än att bara behandla procentuella mål som marknadsföringsrutor att kontrollera.
De tillverkare som gör verkliga framsteg är de som ser återvunnet innehåll som en fråga om materialteknik, inte bara en fråga om att köpa och byta. Det innebär att investera i materialregler, spåra processer och uppgradera maskiner efter behov. PCR från 20 % till 50 % är inte en rak linje. Men det kan göras med rätt teknisk grund.
Referenser:
- 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. "Plaståtervinning: utmaningar och möjligheter." Philosophical Transactions of the Royal Society B, Vol . 364, 2009.
- White, James L., Potente, Helmut. Skruvextrudering: vetenskap och teknik. Hanser Gardner Publications, 2003.
- ASTM International. ASTM D1709: Standardtestmetoder för slagtålighet för plastfilm med Free{2}}Falling Dart-metoden. Aktuell upplaga.
- USA:s federala handelskommission. Guides for the Use of Environmental Marketing Claims (Green Guides), 16 CFR Part 260. Reviderad 2012.
