Genbrugsplast er nu et almindeligt emne i emballage. Folk ønsker at reducere spild. Loven pålægger virksomheder at tage gammel emballage tilbage. Mærket lover at bruge flere genbrugsmaterialer. Så producenterne tester, hvor meget genanvendeligt plastik de kan putte i maskiner. Dette inkluderer plastikposemaskiner. Svaret er enkelt: for mere end ti år siden. Men det er stadig langt fra mange af målene.
Gabet mellem store løfter og hvad maskiner kan gøre fortjener omhyggelig undersøgelse. Genbrugsplast giver mange problemer. De slider hurtigere ned på maskinen. De reducerer outputkvaliteten. De ændrer processens stabilitet. De underminerer produktkonsistensen. At forstå disse begrænsninger betyder ikke, at vi ikke bør bruge genbrugsmaterialer. Det betyder, at vi skal bruge dem på en smart måde.
1. Forureningsproblemet opstrøms for maskinen
Eventuelle polymerer opsamles, sorteres, renses og granuleres før de kommer ind i plastik indkøbsposemaskiner. Hvert trin tilføjer en forskel, der ikke findes i ny harpiks.
Post-genanvendt polyethylen (PCR-PE) er en nøgleingrediens i genanvendte indkøbsposer. Men det er sjældent en ren type. Den blander LDPE-film, høj- polyethylenflasker (HDPE), polypropylenhætter, papiretiketter, lim og små madklumper. Selv efter rengøring og sortering gør mekanisk genbrug det ikke så rent som nye materialer.
I praksis har regenererede partikler således forskellige grader af:
- Fugt: Hvis de genvundne partikler ikke tørrer godt, kan der dannes bobler, linjer og overfladefejl på den blæste film. Når nyt LDPE kommer ind i ekstruderen, indeholder det normalt mindre end 200 ppm vand. Dog vil flere personlige værnemidler blive genanvendt efter indtagelse, hvis de ikke tørres ordentligt.
- Ikke-PE-genstande: Polypropylen og andre forskellige polymerer kan skabe et svagt punkt i filmen. Selvom de er mindre end 1 % af den samlede vægt, kan de føre til lokale svagheder. Disse pletter reducerer påvirkningen af pildråben.
- Rester af farve og blæk: Rester af maling og blæk fra gammel emballage gør den endelige film mindre ensartet i farven. Naturlige eller lyse-farvede poser er især vanskelige at rengøre, når der bruges store mængder genbrugsmaterialer.
2. Rheologisk variation og hvad det gør for ekstruderingsstabiliteten
Hver plastindkøbsposemaskine, der bruger blæst film, kræver en konstant strøm af smelte fra polymeren ind i ekstruderen. Melt Flow Index (MFI) er et mål for, hvor let polymerer flyder under en bestemt vægt. Det er den vigtigste indstilling for at holde bobler stabile og filmtykkelse ensartet.
Nyt LDPE fremstilles normalt i et snævert MFI-område, normalt 0,3-2,0 g/10 min. afhængigt af brug. Men MFI-ændringerne for post-consumer genanvendt polyethylen er normalt ± 30 – 50 %, selv efter engangsbrug. Dette skyldes, at genbrugsmaterialet er lavet af en blanding af harpiks fra forskellige producenter med forskellige kvaliteter.
Når MFI ændres under drift, er det nødvendigt at bibeholde den samme udgangshastighedsændring som skruehastigheden. Trykket i matricegabet ændres. frostlinje højde højdeændringer. Alle disse ændringer påvirker filmtykkelsen. Bredden kan forblive ± 3 – 5 % på stabil råharpikslinje. Vandindholdet i genanvendelige materialer er ± ± 10 – 15 % med dårlig materialekonsistens. Dette påvirker direkte styrken og forseglingskvaliteten af stofposen.
Operatører forsøger at løse dette problem ved at øge skruens modtryk eller ændre formtemperaturen. Der er dog en grænse for, hvor meget de kan justere, når foderet ændrer sig markant fra det ene parti til det andet.
3. Termisk nedbrydning og molekylvægtsreduktion
Polyethylen nedbrydes fra varme og ilt, hver gang det behandles. Under den første membrandannelse opvarmes polymeren én gang. Under mekanisk genvinding genopvarmes de under granulering. De genanvendte partikler opvarmes tre gange, når de kommer ind i plastikposemaskinen.
Hvert trin i opvarmningen får kæden til at knække. Det betyder, at lange polymerkæder kan brydes i kortere stykker. Dette sænker molekylvægten. Dette vil reducere trækstyrke og forlængelse under brud. Hver dråbe var anderledes. Meget afhænger af stabilisatorerne i den originale harpiks. Men den samlede effekt er målbar.
Undersøgelser af mekanisk genanvendt LDPE viser, at trækstyrken falder med 15-30 % sammenlignet med nye materialer efter to eller tre oparbejdningscyklusser. I mange tilfælde falder brudforlængelsen hurtigere end trækstyrken.
Tilføjelse af antioxidantstabilisatorer til forbindelsen kan hjælpe med at reducere denne nedbrydning. Men de bruger mere. De har brug for nøjagtige mængder. I processen blev der tilføjet en anden ting at kontrollere.
4. Maskinslid og vedligeholdelseshyppighed
Kontaminerede genbrugsmaterialer slider ekstruderdele hurtigere end nye materialer. Dette afspejles i følgende:
Slibende slid på skruetrækkere og pistolløb: Calciumkarbonat på sand, glasfragmenter og papiretiketter er som sandpapir på skruetrækkere og pistolløb. På en ny harpikslinje kan tappene arbejde kontinuerligt i flere år. Med snavsede genanvendelige materialer bliver tiden kortere. Det afhænger af hvor meget snavs og hvor hårde skruer og tønder er.
Korrosionsslid af halogenerede forurenende stoffer: Hvis PVC trænger ind (når adskillelsen er ufuldstændig), frigiver det saltsyre ved forarbejdningstemperaturer. Hydrogenchlorid angriber tøndestål og formoverflader. Selv kun 0,1-0,5 % PVC.
læbeopbygning (Mold Lip Slobber): Små ødelagte molekyler og rester i genanvendeligt materiale, der samler sig på en Mold Lip. Det betyder flere rengøringsstop. På en ny harpikslinje produceres og rengøres standardposer hvert skift. På strækninger med masser af genbrugsmaterialer og dårlige stabilisatorer skal de rengøres hver time eller mere. Dette reducerer direkte maskinens køretid.
Disse vedligeholdelsesproblemer øger omkostningerne pr. kilogram output. Når man overvejer de samlede omkostninger ved at bruge genbrugsindhold, er disse omkostninger ofte utilstrækkelige.
5. Filmoptiske og mekaniske kvalitetstærskler
Plastposemaskiner kan laves af en blanding af nye og genbrugsmaterialer. Men efterhånden som mængden af genbrugsmateriale stiger, bliver kvaliteten lavere og lavere. Fra brancheerfaring er den praktiske grænse for en standard detailtaske 30-50 % PCR. Derudover begyndte kvaliteten at falde markant, så længe de genbrugsmaterialer er rene og har en stabil MFI.
Ud over det bliver flere kvalitetsindikatorer værre:
- Dart Drop Impact Strength (ASTM D1709): Dette er en vigtig sikkerhedstestposestyrke. På grund af gelen og lavere molekylvægt falder den med mere PCR. Tasker kan gå i stykker, hvis de bruges under grænsen. Dette kan føre til kundeklager og mulige juridiske problemer.
- Uklarhed og klarhed: Genanvendt PE er næsten altid mere mudret end nyt. For poser, der skal fjernes-såsom produktposer, tøjposer eller flytteposer,-opfylder høj PCR ikke produktefterspørgslen.
- Konsistens af tætningsstyrke: Sømme bliver tyndere på grund af snavs i tætningsområdet. Med stigningen i PCR bliver temperaturområdet for termisk tætning mere og mere snævert. Det betyder, at der er behov for strammere temperaturkontrol. Det kan mange gamle taskemagere ikke.
6. Lovmæssige og mærkningsmæssige begrænsninger
Ud over fysiske restriktioner vil producenter, der bruger plastik-indkøbsposemaskiner til at genbruge materialer, skulle forholde sig til ændrede regler. Disse regler påvirker, hvordan de tænker om det endelige produkt.
I USA opstiller FTC's Green Guides (16 CFR Part 260) regler for miljøpåstande, herunder etiketter med "genbrugsindhold". Påstande skal understøttes af dokumentation for den sande PCR-procent. De kan heller ikke argumentere for større miljøfordele, end der kan bevises.
I EU forventes det europæiske direktiv om grønne krav (indført i 2023 og stadig under udvikling) at indføre strengere certificeringsregler for påstande om genanvendelse af indhold. Dette omfatter tredjepartsinspektioner.- Producenter af hybride genbrugsmaterialer skal dokumentere og spore hele processen til genbrugsanlægget.
Dette tilføjer ekstra kontorarbejde. Mindre taskeproducenter-som tegner sig for en stor del af verdens taskeproducenter-kan finde byrden for stor sammenlignet med den lille mængde genbrugsindhold, de rent faktisk har til rådighed.
7. Hvilke meningsfulde fremskridt faktisk kræver
Det er muligt at køre flere genbrugsmaterialer gennem plastik-indkøbsposemaskiner. Men det kræver penge og arbejde i flere dele af systemet, ikke kun selve maskinen.
Fødevarekvalitetskontrol: Etabler klare regler for foder (MFI-område, fugtgrænser og snavstærskler) og test hver batch før brug. Uden det er maskinrettelser en reaktion, ikke et planlagt system.
Kompatibilisatorer og stabilisatorpakker: Specielle conditionere kan hjælpe med at reducere styrketab og reducere varmeskader fra genbrugsmaterialer. Disse sælges af leverandører, men kræver teknisk udstyr og er dyrere.
Maskinopgraderinger: Skruer til materialer, der ændrer tykkelse, forbedrer temperaturkontrol og forbedrer formen, kan øge den faktiske PCR-grænse. Gamle maskiner kan have brug for nye dele for at arbejde på niveauer langt over 30 % genanvendt.
Konklusion
Begrænsningerne for plastikposemaskiner, der anvender genbrugsmaterialer, er reelle og klare: uensartede råmaterialer, ujævne smeltestrømme, hurtigere maskinslid, snævrere kvalitetsområder og nye regler. Intet af dette betyder, at vi skal stoppe med at bruge genanvendelige materialer. Det, de mener, er, at vi er nødt til at gribe det an med teknisk forsigtighed i stedet for blot at behandle procentmål som marketingfelter, der skal kontrolleres.
De producenter, der gør reelle fremskridt, er dem, der ser genbrugsindhold som et spørgsmål om materialeteknik, ikke kun et spørgsmål om at købe og bytte. Det betyder investering i materialeregler, sporing af processer og opgradering af maskiner efter behov. PCR fra 20 % til 50 % er ikke en ret linje. Men det kan lade sig gøre med det rigtige tekniske grundlag.
Referencer:
- 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. "Genbrug af plastik: Udfordringer og muligheder." Philosophical Transactions of the Royal Society B, bind . 364, 2009.
- White, James L., Potente, Helmut. Skrueekstrudering: Videnskab og teknologi. Hanser Gardner Publications, 2003.
- ASTM International. ASTM D1709: Standardtestmetoder for slagfasthed af plastfilm ved frifaldende pilmetoden. Nuværende udgave.
- US Federal Trade Commission. Guides for the Use of Environmental Marketing Claims (Green Guides), 16 CFR Part 260. Revideret 2012.
