Tworzywa sztuczne pochodzące z recyklingu są obecnie powszechnym tematem w opakowaniach. Ludzie chcą ograniczać ilość odpadów. Prawo nakłada na firmy obowiązek odbierania starych opakowań. Marka obiecuje wykorzystywać więcej materiałów pochodzących z recyklingu. Dlatego producenci testują, ile plastiku nadającego się do recyklingu mogą umieścić w maszynach. Obejmuje to maszyny do toreb plastikowych. Odpowiedź jest prosta: ponad dekadę temu. Ale to wciąż daleko od wielu celów.
Rozbieżność między wielką obietnicą a możliwościami maszyn zasługuje na dokładne zbadanie. Tworzywa sztuczne pochodzące z recyklingu powodują wiele problemów. Szybciej niszczą maszynę. Obniżają jakość wydruku. Zmieniają stabilność procesu. Podważają konsystencję produktu. Zrozumienie tych ograniczeń nie oznacza, że nie powinniśmy używać materiałów pochodzących z recyklingu. Oznacza to, że musimy z nich korzystać w mądry sposób.
1. Problem zanieczyszczenia przed maszyną
Wszelkie polimery są zbierane, sortowane, czyszczone i granulowane przed wprowadzeniem do maszyn z plastikowymi torbami na zakupy. Każdy krok dodaje różnicę, której nie można znaleźć w nowej żywicy.
Polietylen pochodzący z-konsumenckiego recyklingu (PCR-PE) to kluczowy składnik toreb na zakupy pochodzących z recyklingu. Ale rzadko jest to typ czysty. Miesza folię LDPE,-butelki z polietylenu o dużej gęstości (HDPE), polipropylenowe nakrętki, etykiety papierowe, klej i małe kawałki żywności. Nawet po oczyszczeniu i sortowaniu recykling mechaniczny nie czyni go tak czystym jak nowe materiały.
Zatem w praktyce zregenerowane cząstki mają różny stopień:
- Wilgoć: Jeśli odzyskane cząstki nie wyschną dobrze, na rozdmuchiwanej folii mogą tworzyć się pęcherzyki, linie i wady powierzchniowe. Kiedy nowy LDPE wchodzi do wytłaczarki, zwykle zawiera mniej niż 200 ppm wody. Jednakże więcej ŚOI zostanie poddanych recyklingowi po zużyciu, jeśli nie zostaną odpowiednio wysuszone.
- Elementy inne niż-PE: polipropylen i inne polimery mogą powodować powstawanie słabych punktów w folii. Nawet jeśli stanowią mniej niż 1% całkowitej masy, mogą prowadzić do lokalnych słabości. Te miejsca zmniejszają siłę upadku strzałki.
- Pozostałości koloru i tuszu: Pozostałości farby i tuszu ze starych opakowań powodują, że kolor końcowej folii jest mniej jednolity. Torby w kolorze naturalnym lub w jasnym-kolorze są szczególnie trudne do czyszczenia, gdy wykorzystuje się duże ilości materiałów pochodzących z recyklingu.
2. Zmienność reologiczna i jej wpływ na stabilność wytłaczania
Każda maszyna do produkcji plastikowych toreb na zakupy, w której wykorzystuje się folię rozdmuchiwaną, wymaga stałego przepływu stopionego polimeru do wytłaczarki. Wskaźnik szybkości płynięcia (MFI) jest miarą łatwości płynięcia polimerów pod określonym ciężarem. Jest to najważniejsze ustawienie, które zapewnia stabilność pęcherzyków i jednolitą grubość powłoki.
Nowy LDPE jest zwykle produkowany w wąskim zakresie MIF, zwykle 0,3-2,0 g/10 min, w zależności od zastosowania. Jednakże zmiany MIF polietylenu pochodzącego z recyklingu poużytkowego wynoszą zwykle ± 30 – 50% nawet po jednorazowym użyciu. Dzieje się tak dlatego, że materiał poddany recyklingowi jest wykonany z mieszanki żywic różnych producentów i różnej jakości.
Gdy MFI zmienia się podczas pracy, konieczne jest utrzymanie tej samej zmiany wydajności, co prędkość ślimaka. Zmienia się ciśnienie w szczelinie matrycy. zmiany wysokości linii szronu. Wszystkie te zmiany wpływają na grubość powłoki. Szerokość może pozostać ± 3 – 5% na stabilnej linii surowej żywicy. Zawartość wody w surowcach wtórnych wynosi ± ± 10 – 15% przy słabej konsystencji materiału. Ma to bezpośredni wpływ na wytrzymałość i jakość uszczelnienia torby materiałowej.
Operatorzy próbują rozwiązać ten problem, zwiększając przeciwciśnienie ślimaka lub zmieniając temperaturę formy. Istnieje jednak ograniczenie zakresu, w jakim mogą się one dostosować, gdy pasza zmienia się znacząco z jednej partii na drugą.
3. Degradacja termiczna i redukcja masy cząsteczkowej
Polietylen rozkłada się pod wpływem ciepła i tlenu przy każdym przetwarzaniu. Podczas pierwszego tworzenia membrany polimer jest jednokrotnie podgrzewany. Podczas odzysku mechanicznego są one ponownie podgrzewane podczas granulacji. Odzyskane cząstki są podgrzewane trzykrotnie, gdy wchodzą do maszyny do toreb plastikowych.
Każdy etap nagrzewania powoduje zerwanie łańcucha. Oznacza to, że długie łańcuchy polimerowe mogą rozpaść się na krótsze kawałki. Obniża to masę cząsteczkową. Zmniejszy to wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie podczas pękania. Każda kropla była inna. Wiele zależy od stabilizatorów zawartych w oryginalnej żywicy. Ale ogólny efekt jest mierzalny.
Badania LDPE poddanego recyklingowi mechanicznemu pokazują, że wytrzymałość na rozciąganie spada o 15–30% w porównaniu z nowymi materiałami po dwóch lub trzech cyklach ponownego przetwarzania. W wielu przypadkach wydłużenie przy pękaniu zmniejsza się szybciej niż wytrzymałość na rozciąganie.
Dodanie stabilizatorów przeciwutleniających do związku może pomóc w zmniejszeniu tego rozkładu. Ale wydają więcej. Potrzebują dokładnych kwot. W trakcie dodano kolejną rzecz do kontrolowania.
4. Zużycie maszyny i częstotliwość konserwacji
Zanieczyszczone materiały pochodzące z recyklingu zużywają części wytłaczarki szybciej niż nowe materiały. Znajduje to odzwierciedlenie w następujących kwestiach:
Zużycie ścierne śrubokrętów i luf broni: węglan wapnia na piasku, fragmentach szkła i etykietach papierowych działa jak papier ścierny na śrubokrętach i lufach broni. Na nowej linii żywicy kołki mogą pracować nieprzerwanie przez kilka lat. W przypadku brudnych materiałów nadających się do recyklingu czas będzie krótszy. Zależy to od stopnia zabrudzenia i twardości śrub i luf.
Zużycie korozyjne zanieczyszczeń halogenowych: Jeśli PCW przedostanie się do wnętrza (kiedy separacja nie jest całkowita), w temperaturach przetwarzania uwalnia kwas solny. Chlorowodór atakuje stal beczki i powierzchnie formy. Nawet tylko 0,1–0,5% PVC.
gromadzenie się warg (Śluz wargowy pleśni): Małe rozbite cząsteczki i pozostałości w materiale nadającym się do recyklingu, które gromadzą się na wargach pleśni. Oznacza to więcej przystanków na sprzątanie. Na nowej linii do żywic produkowane i czyszczone są standardowe torby na każdej zmianie. Na liniach z dużą ilością materiałów pochodzących z recyklingu i słabymi stabilizatorami należy je czyścić co godzinę lub częściej. To bezpośrednio skraca czas pracy maszyny.
Te problemy konserwacyjne zwiększają koszt na kilogram produkcji. Biorąc pod uwagę całkowity koszt wykorzystania materiałów pochodzących z recyklingu, koszt ten jest często niewystarczający.
5. Progi jakości optycznej i mechanicznej folii
Maszyny do toreb plastikowych mogą być wykonane z mieszanki materiałów nowych i pochodzących z recyklingu. Jednak wraz ze wzrostem ilości materiału pochodzącego z recyklingu jakość staje się coraz niższa. Z doświadczenia branżowego wynika, że praktyczny limit standardowej torby do sprzedaży detalicznej wynosi 30–50% PCR. Ponadto jakość zaczęła wyraźnie spadać, o ile materiały pochodzące z recyklingu są czyste i charakteryzują się stałym MIF.
Poza tym kilka wskaźników jakości ulega pogorszeniu:
- Wytrzymałość na uderzenie dartem (ASTM D1709): Jest to kluczowa wytrzymałość worka testowego. Ze względu na żel i niższą masę cząsteczkową zmniejsza się wraz z większą ilością PCR. Worki mogą pęknąć, jeśli będą używane poniżej limitu. Może to prowadzić do skarg klientów i ewentualnych problemów prawnych.
- Zamglenie i przejrzystość: PE z recyklingu jest prawie zawsze bardziej zabłocony niż nowy. W przypadku toreb, które należy usunąć,-takich jak torby na produkty spożywcze, torby na odzież lub torby do przeprowadzek,-wysoka reakcja PCR nie zaspokaja zapotrzebowania na produkt.
- Stała siła zgrzewania: Szwy będą cieńsze z powodu zabrudzeń w obszarze zgrzewania. Wraz ze wzrostem PCR zakres temperatur uszczelnienia termicznego staje się coraz węższy. Oznacza to, że konieczna jest ściślejsza kontrola temperatury. Wielu starych producentów toreb nie może tego zrobić.
6. Ograniczenia regulacyjne i dotyczące etykietowania
Oprócz ograniczeń fizycznych producenci korzystający z maszyn do recyklingu plastikowych toreb na zakupy będą musieli stawić czoła zmieniającym się przepisom. Zasady te wpływają na to, jak myślą o produkcie końcowym.
W Stanach Zjednoczonych Zielone wytyczne FTC (16 CFR część 260) określają zasady dotyczące twierdzeń ekologicznych, w tym etykiet „zawartość do recyklingu”. Twierdzenia muszą być poparte dokumentacją potwierdzającą prawdziwy procent PCR. Nie mogą też opowiadać się za większymi korzyściami dla środowiska, niż można udowodnić.
Oczekuje się, że w Unii Europejskiej europejska dyrektywa w sprawie zielonych roszczeń (wprowadzona w 2023 r. i wciąż opracowywana) wprowadzi bardziej rygorystyczne zasady certyfikacji w przypadku twierdzeń dotyczących treści pochodzących z recyklingu. Obejmuje to inspekcje-stron zewnętrznych. Producenci hybrydowych materiałów pochodzących z recyklingu będą musieli dokumentować i śledzić cały proces aż do zakładu recyklingu.
To dodaje dodatkowej pracy biurowej. Mniejsi producenci toreb,-którzy stanowią dużą część światowych producentów toreb,-mogą uznać to obciążenie za zbyt duże w porównaniu z niewielką ilością materiałów pochodzących z recyklingu, którymi faktycznie dysponują.
7. Czego właściwie wymaga znaczący postęp
W maszynach do produkcji plastikowych toreb na zakupy można przepuścić więcej materiałów pochodzących z recyklingu. Wymaga to jednak pieniędzy i pracy w kilku częściach systemu, a nie tylko w samej maszynie.
Kontrola jakości surowca: Ustal jasne zasady dotyczące paszy (zakres MFI, limity wilgotności i progi zabrudzenia) i przetestuj każdą partię przed użyciem. Bez tego naprawy maszyn będą reakcją, a nie planowanym systemem.
Kompatybilizatory i pakiety stabilizatorów: Specjalne kondycjonery mogą pomóc w zmniejszeniu utraty wytrzymałości i zmniejszeniu uszkodzeń cieplnych powodowanych przez materiały pochodzące z recyklingu. Są one sprzedawane przez dostawców, ale wymagają wyposażenia technicznego i są droższe.
Ulepszenia maszyny: Śruby do materiałów, które zmieniają grubość, poprawiają kontrolę temperatury i poprawiają kształt formy, mogą zwiększyć rzeczywisty limit PCR. Stare maszyny mogą wymagać nowych części, aby móc pracować na poziomie znacznie przekraczającym 30% recyklingu.
Wniosek
Ograniczenia nałożone na maszyny do produkcji torebek plastikowych wykorzystujące materiały pochodzące z recyklingu są realne i jasne: niespójne surowce, nierówny przepływ stopu, szybsze zużycie maszyn, węższe zakresy jakości i nowe przepisy. Nie oznacza to jednak, że powinniśmy przestać używać materiałów nadających się do recyklingu. Oznacza to, że musimy podejść do tego z techniczną ostrożnością, a nie traktować cele procentowe jedynie jako pola marketingowe do sprawdzenia.
Producenci, którzy robią prawdziwy postęp, to ci, którzy postrzegają materiały pochodzące z recyklingu jako kwestię inżynierii materiałowej, a nie tylko kwestię zakupu i wymiany. Oznacza to inwestowanie w zasady dotyczące materiałów, śledzenie procesów i modernizację maszyn w razie potrzeby. PCR od 20% do 50% nie jest linią prostą. Można to jednak zrobić, mając odpowiednie podstawy techniczne.
Referencje:
- Fundacja Ellen MacArthur. Nowa gospodarka tworzywami sztucznymi: nowe podejście do przyszłości tworzyw sztucznych. 2016.
- Giles, Harold F., Wagner, John R., Mount, Eldridge M. Extrusion: Przewodnik i podręcznik dotyczący ostatecznego przetwarzania. Wydawnictwo Williama Andrew, 2005.
- Hopewell, Jefferson, Dvorak, Robert, Kosior, Edward. „Recykling tworzyw sztucznych: wyzwania i możliwości”. Transakcje filozoficzne Towarzystwa Królewskiego B, tom. 364, 2009.
- White, James L., Potente, Helmut. Wytłaczanie ślimakowe: nauka i technologia. Publikacje Hansera Gardnera, 2003.
- Międzynarodowy ASTM. ASTM D1709: Standardowe metody badania odporności folii z tworzywa sztucznego na uderzenia metodą-swobodnej spadającej strzałki. Aktualne wydanie.
- Federalna Komisja Handlu USA. Wytyczne dotyczące stosowania oświadczeń marketingowych dotyczących ochrony środowiska (zielone przewodniki), 16 CFR część 260. Wersja poprawiona w 2012 r.
