מהן המגבלות על שימוש בחומרים ממוחזרים במכונת שקיות פלסטיק?

פלסטיק ממוחזר הוא כיום נושא נפוץ באריזות. אנשים רוצים להפחית בזבוז. החוק מחייב חברות לקחת חזרה אריזות ישנות. המותג מבטיח להשתמש יותר בחומרים ממוחזרים. אז היצרנים בודקים כמה פלסטיק ניתן למחזור הם יכולים להכניס למכונות. זה כולל מכונות שקיות פלסטיק. התשובה פשוטה: לפני יותר מעשור. אבל זה עדיין חסר הרבה מהיעדים.

הפער בין ההבטחה הגדולה לבין מה שמכונות יכולות לעשות ראוי למחקר מדוקדק. פלסטיק ממוחזר גורם להרבה בעיות. הם שוחקים את המכונה מהר יותר. הם מפחיתים את איכות הפלט. הם משנים את יציבות התהליך. הם מערערים את עקביות המוצר. הבנת ההגבלות הללו לא אומר שאנחנו לא צריכים להשתמש בחומרים ממוחזרים. זה אומר שאנחנו צריכים להשתמש בהם בצורה חכמה.

1. בעיית הזיהום במעלה המכונה

כל הפולימרים נאספים, ממוינים, מנוקים ומגרגרים לפני הכניסה למכונות שקיות פלסטיק. כל שלב מוסיף הבדל שלא נמצא בשרף חדש.

פוליאתילן ממוחזר לאחר-צרכן (PCR-PE) הוא מרכיב מפתח בשקיות קניות ממוחזרים. אבל זה רק לעתים רחוקות סוג נקי. הוא מערבב סרט LDPE, בקבוקי פוליאתילן בצפיפות- גבוהה (HDPE), פקקי פוליפרופילן, תוויות נייר, דבק וגושי מזון קטנים. גם לאחר ניקוי ומיון, מיחזור מכני אינו הופך אותו לטהור כמו חומרים חדשים.

לפיכך, בפועל, לחלקיקים מתחדשים יש דרגות שונות של:

• לחות: אם החלקיקים המתאוששים אינם מתייבשים היטב, עלולים להיווצר בועות, קווים ופגמים על פני השטח על הסרט המנופח. כאשר LDPE חדש נכנס למכבש, הוא מכיל בדרך כלל פחות מ-200 ppm מים. עם זאת, יותר PPE ימוחזר לאחר הצריכה אם הוא לא ייבוש כראוי.
• פריטים שאינם -PE: פוליפרופילן ופולימרים שונים אחרים יכולים ליצור נקודת תורפה בסרט. גם אם הם פחות מ-1% מהמשקל הכולל, הם יכולים להוביל לחולשות מקומיות. כתמים אלו מפחיתים את ההשפעה של טיפת החצים.
• שאריות צבע ודיו: שאריות צבע ודיו מאריזות ישנות הופכות את הסרט הסופי לפחות אחיד בצבע. שקיות טבעיות או בהירות-מתקשות במיוחד לניקוי כאשר משתמשים בכמויות גדולות של חומרים ממוחזרים.

2. שונות ריאולוגית ומה זה עושה ליציבות שחול

כל מכונת שקיות פלסטיק המשתמשת בניילון מנופח דורשת זרימה קבועה של נמס מהפולימר לתוך המכבש. אינדקס זרימת נמס (MFI) הוא מדד למידת הקלות של פולימרים זורמים מתחת למשקל מסוים. זוהי ההגדרה החשובה ביותר לשמור על יציבות בועות ועובי הסרט אחיד.

LDPE חדש מיוצר בדרך כלל בטווח MFI צר, בדרך כלל 0.3-2.0 גרם/10 דקות בהתאם לשימוש. עם זאת, השינויים ב-MFI של פוליאתילן ממוחזר לאחר הצרכן הם בדרך כלל ± 30 - 50% גם לאחר שימוש חד פעמי. הסיבה לכך היא שהחומר הממוחזר עשוי מתערובת של שרף מיצרנים שונים בדרגות שונות.

כאשר MFI משתנה במהלך הפעולה, יש צורך לשמור על אותו שינוי בקצב הפלט כמו מהירות הבורג. הלחץ במרווח הקוביות משתנה. גובה קו הכפור משתנה בגובה. כל השינויים הללו משפיעים על עובי הסרט. רוחב עשוי להישאר ± 3 - 5% על קו שרף גולמי יציב. תכולת המים של חומרים ניתנים למיחזור היא ± ± 10 - 15% עם עקביות חומר ירודה. זה משפיע ישירות על החוזק ואיכות האיטום של שקית הבד.

מפעילים מנסים לפתור בעיה זו על ידי הגברת לחץ הבורג האחורי או שינוי טמפרטורת העובש. עם זאת, יש גבול לכמה הם יכולים להתאים כאשר ההזנה משתנה באופן משמעותי מאצווה אחת לאחרת.

3. פירוק תרמי והפחתת משקל מולקולרי

פוליאתילן מתפרק מחום וחמצן בכל פעם שהוא מעובד. במהלך היווצרות הממברנה הראשונה, הפולימר מחומם פעם אחת. במהלך התאוששות מכנית, הם מחוממים מחדש במהלך הגרנולציה. החלקיקים הממוחזרים מחוממים שלוש פעמים כשהם נכנסים למכונת שקיות הפלסטיק.

כל שלב של חימום גורם לשרשרת להישבר. המשמעות היא ששרשרות פולימר ארוכות יכולות להישבר לחתיכות קצרות יותר. זה מוריד את המשקל המולקולרי. זה יפחית את חוזק המתיחה וההתארכות במהלך השבר. כל טיפה הייתה שונה. הרבה תלוי במייצבים בשרף המקורי. אבל ההשפעה הכוללת ניתנת למדידה.

מחקרים של LDPE ממוחזר מכני מראים כי חוזק המתיחה יורד ב-15-30% בהשוואה לחומרים חדשים לאחר שניים או שלושה מחזורי עיבוד מחדש. במקרים רבים, התארכות השבר פוחתת מהר יותר מחוזק המתיחה.

הוספת מייצבים נוגדי חמצון לתרכובת יכולה לסייע בהפחתת פירוק זה. אבל הם מוציאים יותר. הם צריכים כמויות מדויקות. בתהליך נוסף דבר נוסף לשליטה.

4. תדירות בלאי ותחזוקה של המכונה

חומרים ממוחזרים מזוהמים לובשים חלקי אקסטרודר מהר יותר מחומרים חדשים. זה בא לידי ביטוי בדברים הבאים:

בלאי שוחק על מברגים וחביות רובים: סידן פחמתי על חול, שברי זכוכית ותוויות נייר הוא כמו נייר זכוכית על מברגים וחביות אקדח. בקו שרף חדש, החתיכים עשויים לעבוד ברציפות במשך מספר שנים. עם חומרים מלוכלכים הניתנים למחזור, הזמן יהיה קצר יותר. זה תלוי כמה לכלוך וכמה קשים הברגים והחביות.

בלאי קורוזיה של מזהמים הלוגנים: אם נכנס PVC (כאשר ההפרדה אינה שלמה), הוא משחרר חומצה הידרוכלורית בטמפרטורות עיבוד. מימן כלורי תוקף פלדת חבית ומשטחי עובש. אפילו רק 0.1-0.5% PVC.

הצטברות שפתיים (Mold Lip Slobber): מולקולות קטנות שבורות ושאריות בחומר שניתן למחזור המצטברות על שפת עובש. זה אומר יותר עצירות ניקוי. בקו שרף חדש, שקיות סטנדרטיות מיוצרות ומנקות בכל משמרת. בקווים עם הרבה חומרים ממוחזרים ומייצבים גרועים, יש לנקות אותם כל שעה או יותר. זה מקטין ישירות את זמן הריצה של המכונה.

בעיות תחזוקה אלו מעלות את העלות לק"ג תפוקה. כאשר בוחנים את העלות הכוללת של שימוש בתוכן ממוחזר, עלות זו לרוב אינה מספקת.

5. ספי איכות אופטיים ומכניים של סרטים

ניתן לייצר מכונות שקיות פלסטיק משילוב של חומרים חדשים וממוחזרים. אבל ככל שכמות החומר הממוחזר עולה, האיכות יורדת יותר ויותר. מניסיון בתעשייה, המגבלה המעשית של תיק קמעונאי סטנדרטי היא 30-50% PCR. בנוסף, האיכות החלה לרדת בצורה ניכרת, כל עוד החומרים הממוחזרים נקיים ובעלי MFI יציב.

מעבר לכך, מספר מדדי איכות מחמירים:

• חוזק אימפקט של נפילת חצים (ASTM D1709): זהו חוזק תיק מבחן בטיחות מרכזי. בגלל הג'ל ומשקל מולקולרי נמוך יותר, הוא יורד עם יותר PCR. תיקים עלולים להישבר אם משתמשים בהם מתחת לגבול. זה יכול להוביל לתלונות לקוחות ולבעיות משפטיות אפשריות.
• אובך ובהירות: PE ממוחזר הוא כמעט תמיד בוצי יותר מאשר חדש. עבור תיקים שיש להסירם-כגון תיקי תוצרת, שקיות לבוש או תיקים בחנות להסרה- PCR גבוה אינו עונה על הביקוש למוצר.
• עקביות חוזק האיטום: התפרים יהיו דקים יותר בגלל הלכלוך באזור האיטום. עם העלייה ב-PCR, טווח הטמפרטורות של האיטום התרמי נהיה יותר ויותר צר. המשמעות היא שיש צורך בבקרת טמפרטורה הדוקה יותר. הרבה יצרני תיקים ותיקים לא יכולים לעשות את זה.

6. אילוצי רגולציה ותיוג

בנוסף להגבלות פיזיות, יצרנים המשתמשים במכונות שקיות פלסטיק למיחזור חומרים יצטרכו להתמודד עם כללים משתנים. כללים אלה משפיעים על האופן שבו הם חושבים על המוצר הסופי.

בארצות הברית, המדריכים הירוקים של ה-FTC (16 CFR Part 260) מגדירים כללים לתביעות סביבתיות, כולל תוויות "מיחזור תוכן". תביעות חייבות להיות מגובות בראיות תיעודיות לגבי אחוז ה-PCR האמיתי. הם גם לא יכולים לטעון ליתרונות סביבתיים גדולים יותר ממה שניתן להוכיח.

באיחוד האירופי, ההנחיה האירופית לתביעות ירוקות (שהושקה בשנת 2023 ועדיין בפיתוח) צפויה להכניס כללי אישור מחמירים יותר לתביעות תכולת מיחזור. זה כולל בדיקות של-צד שלישי. יצרנים של חומרים ממוחזרים היברידיים יצטרכו לתעד ולעקוב אחר כל התהליך למפעל המיחזור.

זה מוסיף עבודה משרדית נוספת. יצרני תיקים קטנים יותר-המהווים חלק גדול מיצרני התיקים בעולם- עשויים למצוא את העומס גדול מדי בהשוואה לכמות הקטנה של תוכן ממוחזר שיש להם בפועל.

7. מה בעצם דורשת התקדמות משמעותית

אפשר להפעיל יותר חומרים ממוחזרים דרך מכונות שקיות פלסטיק. אבל זה דורש כסף ועבודה בכמה חלקים של המערכת, לא רק במכונה עצמה.

בקרת איכות חומר הזנה: קבע כללים ברורים להזנה (טווח MFI, מגבלות לחות וספי לכלוך) ובדוק כל אצווה לפני השימוש. בלי זה, תיקוני מכונה הם תגובה, לא מערכת מתוכננת.

חומרי תאימות ואריזות מייצבים: מרככים מיוחדים יכולים לעזור להפחית את אובדן החוזק ולהפחית נזקי חום מחומרים ממוחזרים. אלה נמכרים על ידי ספקים אך דורשים ציוד טכני והם יקרים יותר.

שדרוגי מכונה: ברגים לחומרים המשנים עובי, משפרים את בקרת הטמפרטורה ומשפרים את צורת העובש יכולים להגדיל את מגבלת ה-PCR בפועל. מכונות ישנות עשויות להזדקק לחלקים חדשים כדי לעבוד ברמות הרבה מעל 30% ממוחזרים.

מַסְקָנָה

ההגבלות על מכונות שקיות פלסטיק המשתמשות בחומרים ממוחזרים הן אמיתיות וברורות: חומרי גלם לא עקביים, זרימות התכה לא אחידות, בלאי מהיר יותר של מכונות, טווחי איכות צרים יותר וקביעת כללים חדשים. כל זה לא אומר שעלינו להפסיק להשתמש בחומרים הניתנים למחזור. מה שהם מתכוונים הוא שעלינו לגשת לזה בזהירות טכנית, במקום להתייחס רק ליעדי אחוזים כאל תיבות שיווק שצריך לבדוק.

היצרנים שמתקדמים ממש הם אלו שרואים בתוכן ממוחזר עניין של הנדסת חומרים, לא רק עניין של קנייה והחלפה. זה אומר השקעה בחוקי חומרים, מעקב אחר תהליכים ושדרוג מכונות לפי הצורך. PCR מ-20% ל-50% אינו קו ישר. אבל זה יכול להיעשות עם הבסיס הטכני הנכון.

הפניות:

• קרן אלן מקארתור. כלכלת הפלסטיק החדשה: חשיבה מחדש על עתיד הפלסטיק. 2016.
• Giles, Harold F., Wagner, John R., Mount, Eldridge M. Extrusion: The Definitive Processing Guide and Manual. הוצאת ויליאם אנדרו, 2005.
• הופוול, ג'פרסון, דבוראק, רוברט, קוסיור, אדוארד. "מיחזור פלסטיק: אתגרים והזדמנויות." עסקאות פילוסופיות של החברה המלכותית ב', כרך . 364, 2009.
• ווייט, ג'יימס ל., פוטנטה, הלמוט. שחול בורג: מדע וטכנולוגיה. פרסומי הנסר גרדנר, 2003.
• ASTM הבינלאומי. ASTM D1709: שיטות בדיקה סטנדרטיות לעמידות בפני פגיעות של סרט פלסטיק בשיטת Free-Falling Dart. מהדורה נוכחית.
• נציבות הסחר הפדרלית של ארה"ב. מדריכים לשימוש בתביעות שיווק סביבתיות (Green Guides), 16 CFR Part 260. מתוקן 2012.