Gerecycleerde kunststoffen zijn tegenwoordig een veelvoorkomend onderwerp in verpakkingen. Mensen willen afval verminderen. De wet verplicht bedrijven om oude verpakkingen terug te nemen. Het merk belooft meer gerecyclede materialen te gebruiken. Daarom testen fabrikanten hoeveel recyclebaar plastic ze in machines kunnen stoppen. Dit omvat machines voor plastic zakken. Het antwoord is simpel: meer dan tien jaar geleden. Maar dat is nog ver verwijderd van veel van de doelstellingen.
De kloof tussen grote beloften en wat machines kunnen doen, verdient zorgvuldig onderzoek. Gerecycleerde kunststoffen veroorzaken veel problemen. Ze verslijten de machine sneller. Ze verminderen de uitvoerkwaliteit. Ze veranderen de stabiliteit van het proces. Ze ondermijnen de consistentie van het product. Het begrijpen van deze beperkingen betekent niet dat we geen gerecyclede materialen mogen gebruiken. Dat betekent dat we ze op een slimme manier moeten gebruiken.
1. Het vervuilingsprobleem stroomopwaarts van de machine
Eventuele polymeren worden verzameld, gesorteerd, gereinigd en gegranuleerd voordat ze in de automaten voor plastic boodschappentassen terechtkomen. Elke stap voegt een verschil toe dat niet wordt gevonden in nieuwe hars.
Post-gerecycled polyethyleen (PCR-PE) is een belangrijk ingrediënt in gerecyclede boodschappentassen. Maar het is zelden een schoon type. Het mengt LDPE-film, flessen van hoge{4}}polyethyleen (HDPE), polypropyleen doppen, papieren etiketten, lijm en kleine voedselklontjes. Zelfs na reiniging en sortering maakt mechanische recycling het niet zo puur als nieuwe materialen.
In de praktijk hebben geregenereerde deeltjes dus verschillende graden van:
- Vocht: Als de teruggewonnen deeltjes niet goed drogen, kunnen er belletjes, lijnen en oppervlaktefouten op de geblazen film ontstaan. Wanneer nieuw LDPE de extruder binnenkomt, bevat het doorgaans minder dan 200 ppm water. Er zullen echter meer persoonlijke beschermingsmiddelen na consumptie worden gerecycled als deze niet goed worden gedroogd.
- Niet-PE-artikelen: polypropyleen en andere verschillende polymeren kunnen een zwakke plek in de film veroorzaken. Zelfs als ze minder dan 1% van het totale gewicht uitmaken, kunnen ze tot lokale zwakheden leiden. Deze plekken verminderen de impact van de dartdrop.
- Kleur- en inktresten: Restanten van verf en inkt uit oude verpakkingen zorgen ervoor dat de uiteindelijke film minder uniform van kleur is. Natuurlijke of licht-gekleurde tassen zijn vooral moeilijk schoon te maken als er grote hoeveelheden gerecyclede materialen worden gebruikt.
2. Reologische variabiliteit en wat dit doet met de extrusiestabiliteit
Elke machine voor plastic boodschappentassen die blaasfolie gebruikt, vereist een gestage stroom smelt van het polymeer naar de extruder. Melt Flow Index (MFI) is een maatstaf voor hoe gemakkelijk polymeren vloeien onder een bepaald gewicht. Het is de belangrijkste instelling om de belletjes stabiel te houden en de filmdikte uniform te houden.
Nieuwe LDPE wordt doorgaans vervaardigd binnen een smal MFI-bereik, meestal 0,3-2,0 g/10min, afhankelijk van het gebruik. De MFI-veranderingen van post-consumer gerecycled polyethyleen bedragen echter gewoonlijk ± 30 – 50%, zelfs na eenmalig gebruik. Dit komt omdat het gerecyclede materiaal is gemaakt van een mix van hars van verschillende fabrikanten met verschillende kwaliteiten.
Wanneer MFI tijdens bedrijf verandert, is het noodzakelijk om dezelfde verandering in de uitgangssnelheid te handhaven als de schroefsnelheid. De druk in de matrijsspleet verandert. vorstlijnhoogte hoogteveranderingen. Al deze veranderingen hebben invloed op de filmdikte. De breedte mag ± 3 – 5% blijven op een stabiele ruwe harslijn. Het watergehalte van recyclebare materialen bedraagt ± ± 10 – 15% met een slechte materiaalconsistentie. Dit heeft rechtstreeks invloed op de sterkte en afdichtingskwaliteit van de stoffen zak.
Operators proberen dit probleem op te lossen door de tegendruk van de schroef te verhogen of de matrijstemperatuur te veranderen. Er is echter een limiet aan de mate waarin ze kunnen aanpassen wanneer het voer aanzienlijk verandert van de ene partij naar de andere.
3. Thermische afbraak en reductie van het molecuulgewicht
Polyethyleen ontleedt elke keer dat het wordt verwerkt door hitte en zuurstof. Tijdens de eerste membraanvorming wordt het polymeer één keer verwarmd. Tijdens mechanische terugwinning worden ze tijdens het granuleren opnieuw verwarmd. De gerecyclede deeltjes worden drie keer verwarmd als ze de plastic zakkenmachine binnenkomen.
Elke verwarmingsstap zorgt ervoor dat de ketting breekt. Dit betekent dat lange polymeerketens in kortere stukken kunnen breken. Dit verlaagt het molecuulgewicht. Dit vermindert de treksterkte en rek tijdens breuk. Elke druppel was anders. Veel hangt af van de stabilisatoren in de originele hars. Maar het totale effect is meetbaar.
Uit onderzoek naar mechanisch gerecycled LDPE blijkt dat de treksterkte na twee of drie herverwerkingscycli met 15-30% afneemt in vergelijking met nieuwe materialen. In veel gevallen neemt de breukrek sneller af dan de treksterkte.
Het toevoegen van antioxidantstabilisatoren aan de verbinding kan deze afbraak helpen verminderen. Maar ze geven meer uit. Ze hebben nauwkeurige hoeveelheden nodig. Tijdens het proces werd er nog iets toegevoegd om te controleren.
4. Machineslijtage en onderhoudsfrequentie
Verontreinigde gerecyclede materialen slijten extruderonderdelen sneller dan nieuwe materialen. Dit komt tot uiting in het volgende:
Schurende slijtage op schroevendraaiers en geweerlopen: calciumcarbonaat op zand, glasscherven en papieren etiketten is als schuurpapier op schroevendraaiers en geweerlopen. Op een nieuwe harslijn kunnen de noppen meerdere jaren continu werken. Bij vuile, recyclebare materialen zal de tijd korter zijn. Het hangt af van hoeveel vuil en hoe hard de schroeven en tonnen zijn.
Corrosieslijtage van gehalogeneerde verontreinigingen: Als PVC binnendringt (wanneer de scheiding onvolledig is), komt er zoutzuur vrij bij verwerkingstemperaturen. Waterstofchloride tast vatstaal en schimmeloppervlakken aan. Zelfs maar 0,1–0,5% PVC.
lipopbouw (Mold Lip Slobber): kleine gebroken moleculen en resten in recyclebaar materiaal die zich ophopen op een Mold Lip. Dat betekent meer schoonmaakstops. Op een nieuwe harslijn worden iedere ploegendienst standaardzakken geproduceerd en gereinigd. Lijnen met veel gerecyclede materialen en slechte stabilisatoren moeten elk uur of vaker worden schoongemaakt. Hierdoor wordt de looptijd van de machine direct verkort.
Deze onderhoudsproblemen verhogen de kosten per kilogram output. Als we kijken naar de totale kosten van het gebruik van gerecyclede inhoud, zijn deze kosten vaak onvoldoende.
5. Grenswaarden voor optische en mechanische kwaliteit van films
Machines voor plastic zakken kunnen worden gemaakt van een mix van nieuwe en gerecyclede materialen. Maar naarmate de hoeveelheid gerecycled materiaal toeneemt, wordt de kwaliteit steeds lager. Uit ervaring in de sector blijkt dat de praktische limiet van een standaard winkeltas 30-50% PCR is. Bovendien begon de kwaliteit aanzienlijk achteruit te gaan, zolang de gerecycleerde materialen maar schoon zijn en een stabiele MFI hebben.
Daarnaast worden verschillende kwaliteitsindicatoren slechter:
- Dart Drop Impact Strength (ASTM D1709): Dit is een belangrijke sterkte van de veiligheidstestzak. Vanwege de gel en het lagere molecuulgewicht neemt het af bij meer PCR. Zakken kunnen breken als ze onder de limiet worden gebruikt. Dit kan leiden tot klachten van klanten en mogelijke juridische problemen.
- Waas en helderheid: Gerecycled PE is bijna altijd modderiger dan nieuw. Voor tassen die moeten worden verwijderd-zoals tassen voor producten, kledingtassen of tassen voor verwijderingsopslag-voldoet een hoge PCR niet aan de productvraag.
- Consistentie van de afdichtingssterkte: Naden zullen dunner zijn als gevolg van vuil in het afdichtingsgebied. Met de toename van PCR wordt het temperatuurbereik van thermische afdichting steeds smaller. Dit betekent dat er een strengere temperatuurcontrole nodig is. Veel oude tassenmakers kunnen dat niet.
6. Regelgeving en etiketteringsbeperkingen
Naast fysieke beperkingen zullen fabrikanten die plastic boodschappentassenmachines gebruiken om materialen te recyclen, te maken krijgen met veranderende regels. Deze regels beïnvloeden hoe zij over het eindproduct denken.
In de Verenigde Staten stellen de Green Guides (16 CFR Part 260) van de FTC regels vast voor milieuclaims, inclusief labels voor "recycling content". Claims moeten worden ondersteund door schriftelijk bewijs van het werkelijke PCR-percentage. Ook kunnen zij niet pleiten voor grotere milieuvoordelen dan bewezen kunnen worden.
In de Europese Unie wordt verwacht dat de Europese Green Claims-richtlijn (geïntroduceerd in 2023 en nog in ontwikkeling) strengere certificeringsregels zal introduceren voor claims over recyclinginhoud. Dit omvat inspecties door derden-. Fabrikanten van hybride gerecyclede materialen zullen het hele proces tot aan de recyclingfabriek moeten documenteren en volgen.
Dit levert extra kantoorwerk op. Kleinere tassenfabrikanten-die een groot deel van de tassenfabrikanten in de wereld uitmaken-vinden de last misschien te groot vergeleken met de kleine hoeveelheid gerecyclede inhoud die ze feitelijk beschikbaar hebben.
7. Wat zinvolle vooruitgang eigenlijk vereist
Het is mogelijk om meer gerecyclede materialen door machines voor plastic boodschappentassen te laten lopen. Maar het kost geld en werk in verschillende delen van het systeem, niet alleen in de machine zelf.
Kwaliteitscontrole van grondstoffen: Stel duidelijke regels op voor voer (MFI-bereik, vochtlimieten en vuildrempels) en test elke batch vóór gebruik. Zonder dat zijn machinereparaties een reactie en geen gepland systeem.
Compatibilisatoren en stabilisatorpakketten: Speciale conditioners kunnen het sterkteverlies helpen verminderen en de hitteschade door gerecyclede materialen verminderen. Deze worden verkocht door leveranciers, maar vereisen technische apparatuur en zijn duurder.
Machine-upgrades: Schroeven voor materialen die van dikte veranderen, de temperatuurcontrole verbeteren en de vorm van de mal verbeteren, kunnen de werkelijke PCR-limiet verhogen. Oude machines hebben mogelijk nieuwe onderdelen nodig om te kunnen functioneren op een niveau dat ruim boven de 30% gerecycled is.
Conclusie
De beperkingen op machines voor plastic zakken die gerecyclede materialen gebruiken zijn reëel en duidelijk: inconsistente grondstoffen, ongelijkmatige smeltstromen, snellere machineslijtage, smallere kwaliteitsbereiken en nieuwe regels. Dit alles betekent niet dat we moeten stoppen met het gebruik van recyclebare materialen. Wat ze bedoelen is dat we het met technische voorzichtigheid moeten benaderen, in plaats van procentuele doelstellingen alleen maar te behandelen als marketingboxen die we moeten controleren.
De fabrikanten die echte vooruitgang boeken, zijn degenen die gerecycleerde inhoud zien als een kwestie van materiaaltechniek, en niet alleen maar een kwestie van kopen en ruilen. Dat betekent investeren in materiaalregels, het volgen van processen en het upgraden van machines indien nodig. PCR van 20% naar 50% is geen rechte lijn. Maar met de juiste technische basis kan het wel.
Referenties:
- Ellen MacArthur-stichting. De nieuwe kunststofeconomie: een heroverweging van de toekomst van kunststoffen. 2016.
- Giles, Harold F., Wagner, John R., Mount, Eldridge M. Extrusie: de definitieve verwerkingsgids en handboek. William Andrew Publishing, 2005.
- Hopewell, Jefferson, Dvorak, Robert, Kosior, Edward. "Kunststofrecycling: uitdagingen en kansen." Filosofische transacties van de Royal Society B, Vol. 364, 2009.
- White, James L., Potente, Helmut. Schroefextrusie: wetenschap en technologie. Hanser Gardner-publicaties, 2003.
- ASTM Internationaal. ASTM D1709: standaardtestmethoden voor de slagvastheid van plastic folie volgens de vrije-Falling Dart-methode. Huidige editie.
- Amerikaanse Federale Handelscommissie. Gidsen voor het gebruik van milieumarketingclaims (groene gidsen), 16 CFR deel 260. Herzien in 2012.
