อะไรคือข้อจำกัดในการใช้วัสดุรีไซเคิลในเครื่องทำถุงพลาสติก?

พลาสติกรีไซเคิลกลายเป็นหัวข้อทั่วไปในบรรจุภัณฑ์ ประชาชนต้องการลดขยะ กฎหมายกำหนดให้บริษัทต่างๆ นำบรรจุภัณฑ์เก่ากลับมา แบรนด์สัญญาว่าจะใช้วัสดุรีไซเคิลมากขึ้น ผู้ผลิตจึงกำลังทดสอบปริมาณพลาสติกรีไซเคิลที่สามารถใส่เข้าไปในเครื่องจักรได้ รวมถึงเครื่องผลิตถุงพลาสติกด้วย คำตอบนั้นง่าย: กว่าทศวรรษที่แล้ว แต่นั่นยังห่างไกลจากเป้าหมายหลายประการ

ช่องว่างระหว่างคำมั่นสัญญาที่ยิ่งใหญ่กับสิ่งที่เครื่องจักรสามารถทำได้สมควรได้รับการศึกษาอย่างรอบคอบ พลาสติกรีไซเคิลทำให้เกิดปัญหามากมาย พวกเขาทำให้เครื่องสึกหรอเร็วขึ้น พวกเขาลดคุณภาพผลผลิต พวกเขาเปลี่ยนความเสถียรของกระบวนการ พวกมันบ่อนทำลายความสอดคล้องของผลิตภัณฑ์ การทำความเข้าใจข้อจำกัดเหล่านี้ไม่ได้หมายความว่าเราไม่ควรใช้วัสดุรีไซเคิล นั่นหมายความว่าเราจำเป็นต้องใช้มันอย่างชาญฉลาด

1. ปัญหาการปนเปื้อนต้นน้ำของเครื่อง

โพลีเมอร์ใดๆ จะถูกรวบรวม คัดแยก ทำความสะอาด และบดเป็นเม็ดก่อนเข้าเครื่องผลิตถุงพลาสติก แต่ละขั้นตอนจะเพิ่มความแตกต่างที่ไม่พบในเรซินใหม่

โพสต์-โพลีเอทิลีนรีไซเคิลสำหรับผู้บริโภค (PCR-PE) เป็นส่วนประกอบสำคัญในถุงช้อปปิ้งรีไซเคิล แต่ไม่ค่อยเป็นชนิดที่สะอาด โดยผสมฟิล์ม LDPE, ขวดพลาสติกโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) -, ฝาโพลีโพรพีลีน, ฉลากกระดาษ, กาว และก้อนอาหารขนาดเล็ก แม้หลังจากการทำความสะอาดและคัดแยกแล้ว การรีไซเคิลด้วยเครื่องจักรไม่ได้ทำให้บริสุทธิ์เหมือนวัสดุใหม่

ดังนั้นในทางปฏิบัติ อนุภาคที่สร้างใหม่จะมีระดับที่แตกต่างกันของ:

• ความชื้น: หากอนุภาคที่นำกลับมาใช้ใหม่แห้งได้ไม่ดีนัก อาจเกิดฟองอากาศ เส้น และตำหนิบนพื้นผิวบนฟิล์มที่เป่าได้ เมื่อ LDPE ใหม่เข้าสู่เครื่องอัดรีด โดยปกติจะมีน้ำน้อยกว่า 200 ppm อย่างไรก็ตาม PPE จะถูกรีไซเคิลมากขึ้นหลังการบริโภค หากไม่ได้ทำให้แห้งอย่างเหมาะสม
• วัสดุที่ไม่ใช่-PE: โพลีโพรพีลีนและโพลีเมอร์อื่นๆ สามารถสร้างจุดอ่อนในภาพยนตร์ได้ แม้ว่าจะน้อยกว่า 1% ของน้ำหนักทั้งหมด แต่ก็สามารถนำไปสู่จุดอ่อนในท้องถิ่นได้ จุดเหล่านี้จะช่วยลดผลกระทบของการดรอปของลูกดอก
• สีและหมึกที่เหลืออยู่: เศษสีและหมึกจากบรรจุภัณฑ์เก่าทำให้ฟิล์มขั้นสุดท้ายมีสีสม่ำเสมอน้อยลง ถุงสีธรรมชาติหรือสีอ่อน-ทำความสะอาดได้ยากเป็นพิเศษเมื่อใช้วัสดุรีไซเคิลจำนวนมาก

2. ความแปรปรวนทางรีโอโลจีและผลกระทบต่อความเสถียรของการอัดขึ้นรูป

เครื่องจักรผลิตถุงพลาสติกทุกเครื่องที่ใช้ฟิล์มเป่าจะต้องมีการหลอมละลายจากโพลีเมอร์เข้าสู่เครื่องอัดรีดอย่างสม่ำเสมอ Melt Flow Index (MFI) คือการวัดว่าโพลีเมอร์ไหลได้ง่ายเพียงใดภายใต้น้ำหนักที่กำหนด การตั้งค่าที่สำคัญที่สุดคือการรักษาฟองอากาศให้คงที่และความหนาของฟิล์มสม่ำเสมอ

โดยปกติ LDPE ใหม่จะผลิตในช่วง MFI ที่แคบ โดยปกติจะเป็น 0.3-2.0 กรัม/10 นาที ขึ้นอยู่กับการใช้งาน อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลง MFI ของโพลีเอทิลีนรีไซเคิลหลังผู้บริโภคมักจะอยู่ที่ ± 30 – 50% แม้หลังจากใช้งานครั้งเดียว เนื่องจากวัสดุรีไซเคิลทำมาจากส่วนผสมของเรซินจากผู้ผลิตหลายรายที่มีเกรดต่างกัน

เมื่อ MFI เปลี่ยนแปลงระหว่างการทำงาน จำเป็นต้องรักษาการเปลี่ยนแปลงอัตราเอาท์พุตให้เท่ากับความเร็วของสกรู ความดันในช่องว่างแม่พิมพ์เปลี่ยนไป ความสูงของเส้นน้ำค้างแข็งเปลี่ยนแปลงความสูง การเปลี่ยนแปลงทั้งหมดนี้ส่งผลต่อความหนาของฟิล์ม ความกว้างอาจยังคงอยู่ ± 3 – 5% บนเส้นเรซินดิบที่มีความเสถียร ปริมาณน้ำของวัสดุรีไซเคิลคือ ± ± 10 – 15% โดยที่วัสดุมีความสม่ำเสมอต่ำ สิ่งนี้ส่งผลโดยตรงต่อความแข็งแรงและคุณภาพการซีลของถุงผ้า

ผู้ปฏิบัติงานพยายามแก้ไขปัญหานี้โดยเพิ่มแรงดันต้านสกรูกลับหรือเปลี่ยนอุณหภูมิแม่พิมพ์ อย่างไรก็ตาม มีการจำกัดจำนวนเงินที่สามารถปรับได้เมื่อฟีดเปลี่ยนแปลงอย่างมากจากชุดหนึ่งไปอีกชุดหนึ่ง

3. การย่อยสลายด้วยความร้อนและการลดน้ำหนักโมเลกุล

โพลีเอทิลีนสลายตัวจากความร้อนและออกซิเจนทุกครั้งที่ผ่านกระบวนการ ในระหว่างการสร้างเมมเบรนครั้งแรก โพลีเมอร์จะถูกให้ความร้อนหนึ่งครั้ง ในระหว่างการนำกลับคืนทางกล พวกเขาจะถูกทำให้ร้อนอีกครั้งในระหว่างการทำแกรนูล อนุภาคที่รีไซเคิลจะถูกให้ความร้อนสามครั้งเมื่อเข้าสู่เครื่องผลิตถุงพลาสติก

การทำความร้อนแต่ละขั้นจะทำให้โซ่ขาด ซึ่งหมายความว่าโซ่โพลีเมอร์ที่ยาวสามารถแตกออกเป็นชิ้นสั้นลงได้ สิ่งนี้จะช่วยลดน้ำหนักโมเลกุล ซึ่งจะช่วยลดความต้านทานแรงดึงและการยืดตัวระหว่างการแตกหัก แต่ละหยดมีความแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับสารเพิ่มความคงตัวในเรซินดั้งเดิมเป็นอย่างมาก แต่ผลโดยรวมสามารถวัดได้

การศึกษา LDPE ที่รีไซเคิลด้วยกลไกแสดงให้เห็นว่าความต้านทานแรงดึงลดลง 15–30% เมื่อเทียบกับวัสดุใหม่หลังจากผ่านกระบวนการซ้ำสองหรือสามรอบ ในหลายกรณี การยืดตัวของแตกหักจะลดลงเร็วกว่าความต้านทานแรงดึง

การเติมสารเพิ่มความคงตัวของสารต้านอนุมูลอิสระให้กับสารประกอบสามารถช่วยลดการสลายตัวนี้ได้ แต่พวกเขาใช้จ่ายมากขึ้น พวกเขาต้องการจำนวนเงินที่ถูกต้อง ในกระบวนการนี้ มีการเพิ่มสิ่งอื่นที่ต้องควบคุมเข้าไปอีก

4. การสึกหรอของเครื่องจักรและความถี่ในการบำรุงรักษา

วัสดุรีไซเคิลที่ปนเปื้อนจะทำให้ชิ้นส่วนของเครื่องอัดรีดสึกหรอเร็วกว่าวัสดุใหม่ สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นดังต่อไปนี้:

การสึกหรอจากการเสียดสีบนไขควงและกระบอกปืน: แคลเซียมคาร์บอเนตบนทราย เศษแก้ว และฉลากกระดาษก็เหมือนกับกระดาษทรายบนไขควงและกระบอกปืน สำหรับสายเรซินใหม่ กระดุมอาจทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหลายปี ด้วยวัสดุรีไซเคิลที่สกปรก เวลาจะสั้นลง ขึ้นอยู่กับปริมาณสิ่งสกปรกและความแข็งของสกรูและบาร์เรล

การสึกหรอจากการกัดกร่อนของสารปนเปื้อนฮาโลเจน: หาก PVC เข้าไป (เมื่อการแยกสารไม่สมบูรณ์) จะปล่อยกรดไฮโดรคลอริกออกมาที่อุณหภูมิในกระบวนการผลิต ไฮโดรเจนคลอไรด์โจมตีพื้นผิวถังเหล็กและแม่พิมพ์ แม้แต่พีวีซีเพียง 0.1–0.5%

การสะสมของริมฝีปาก (Mold Lip Slobber): โมเลกุลที่แตกหักและสารตกค้างขนาดเล็กในวัสดุรีไซเคิลที่สะสมอยู่บนริมฝีปากของแม่พิมพ์ นั่นหมายถึงการหยุดทำความสะอาดมากขึ้น ในสายการผลิตเรซินใหม่ มีการผลิตถุงมาตรฐานและทำความสะอาดทุกกะ สำหรับสายการผลิตที่มีวัสดุรีไซเคิลจำนวนมากและสารเพิ่มความคงตัวไม่ดี จำเป็นต้องทำความสะอาดทุกชั่วโมงหรือมากกว่านั้น ซึ่งจะช่วยลดเวลาการทำงานของเครื่องโดยตรง

ปัญหาการบำรุงรักษาเหล่านี้ทำให้ต้นทุนต่อกิโลกรัมของผลผลิตเพิ่มขึ้น เมื่อพิจารณาต้นทุนรวมของการใช้วัสดุรีไซเคิล ต้นทุนนี้มักจะไม่เพียงพอ

5. เกณฑ์คุณภาพแสงและกลไกของฟิล์ม

เครื่องผลิตถุงพลาสติกสามารถทำจากวัสดุใหม่และวัสดุรีไซเคิลผสมกัน แต่เมื่อปริมาณวัสดุรีไซเคิลเพิ่มขึ้น คุณภาพก็จะลดลงเรื่อยๆ จากประสบการณ์ในอุตสาหกรรม ขีดจำกัดในทางปฏิบัติของถุงขายปลีกมาตรฐานคือ PCR 30–50% นอกจากนี้ คุณภาพเริ่มลดลงอย่างเห็นได้ชัด ตราบใดที่วัสดุรีไซเคิลสะอาดและมี MFI คงที่

นอกจากนั้น ตัวชี้วัดคุณภาพหลายตัวยังแย่ลง:

• ความแข็งแกร่งของแรงกระแทกจากการตกของ Dart (ASTM D1709): นี่คือความแข็งแกร่งของถุงทดสอบความปลอดภัยที่สำคัญ เนื่องจากเจลและน้ำหนักโมเลกุลลดลงจึงลดลงเมื่อมี PCR มากขึ้น กระเป๋าอาจแตกหักได้หากใช้ต่ำกว่าขีดจำกัด ซึ่งอาจนำไปสู่การร้องเรียนจากลูกค้าและปัญหาทางกฎหมายที่อาจเกิดขึ้นได้
• หมอกและความชัดเจน: PE รีไซเคิลมักจะขุ่นกว่าของใหม่เกือบตลอดเวลา สำหรับถุงที่ต้องถอดออก-เช่นถุงผลิตผล ถุงใส่เสื้อผ้า หรือถุงเก็บสำหรับถอด- PCR สูงไม่ตรงกับความต้องการของผลิตภัณฑ์
• ความสม่ำเสมอของความแข็งแรงในการซีล: ตะเข็บจะบางลงเนื่องจากมีสิ่งสกปรกในบริเวณซีล ด้วยการเพิ่มขึ้นของ PCR ช่วงอุณหภูมิของซีลความร้อนจะแคบลงเรื่อย ๆ ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องมีการควบคุมอุณหภูมิที่เข้มงวดมากขึ้น ผู้ผลิตกระเป๋าเก่าๆ จำนวนมากไม่สามารถทำได้

6. ข้อจำกัดด้านกฎระเบียบและการติดฉลาก

นอกเหนือจากข้อจำกัดทางกายภาพแล้ว ผู้ผลิตที่ใช้เครื่องผลิตถุงพลาสติกเพื่อรีไซเคิลวัสดุจะต้องรับมือกับกฎที่เปลี่ยนแปลงไป กฎเหล่านี้มีอิทธิพลต่อวิธีคิดเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

ในสหรัฐอเมริกา Green Guides ของ FTC (16 CFR ส่วนที่ 260) ได้กำหนดกฎเกณฑ์สำหรับการกล่าวอ้างด้านสิ่งแวดล้อม รวมถึงฉลาก "เนื้อหารีไซเคิล" การเรียกร้องจะต้องได้รับการสนับสนุนจากหลักฐานเอกสารของเปอร์เซ็นต์ PCR ที่แท้จริง พวกเขาไม่สามารถโต้เถียงเรื่องผลประโยชน์ด้านสิ่งแวดล้อมที่ยิ่งใหญ่เกินกว่าที่จะพิสูจน์ได้

ในสหภาพยุโรป European Green Claims Directive (เริ่มใช้ในปี 2023 และยังอยู่ระหว่างการพัฒนา) คาดว่าจะแนะนำกฎการรับรองที่เข้มงวดมากขึ้นสำหรับการอ้างสิทธิ์ในเนื้อหารีไซเคิล ซึ่งรวมถึง-การตรวจสอบโดยบุคคลที่สาม ผู้ผลิตวัสดุรีไซเคิลแบบไฮบริดจะต้องจัดทำเอกสารและติดตามกระบวนการทั้งหมดไปยังโรงงานรีไซเคิล

นี่เป็นการเพิ่มงานในสำนักงานเพิ่มเติม ผู้ผลิตกระเป๋ารายเล็ก-ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนใหญ่ของผู้ผลิตกระเป๋าทั่วโลก-อาจพบว่ามีภาระมากเกินไปเมื่อเทียบกับปริมาณขยะรีไซเคิลที่มีอยู่จริงที่มีอยู่จริง

7. จริงๆ แล้วจำเป็นต้องมีความก้าวหน้าที่มีความหมายอะไร

เป็นไปได้ที่จะนำวัสดุรีไซเคิลมาใช้มากขึ้นผ่านเครื่องผลิตถุงพลาสติก แต่ต้องใช้เงินและทำงานในหลายส่วนของระบบ ไม่ใช่แค่ตัวเครื่องจักรเท่านั้น

การควบคุมคุณภาพวัตถุดิบ: สร้างกฎเกณฑ์ที่ชัดเจนสำหรับอาหารสัตว์ (ช่วง MFI ขีดจำกัดความชื้น และเกณฑ์สิ่งสกปรก) และทดสอบแต่ละชุดก่อนใช้งาน หากปราศจากสิ่งนั้น การซ่อมแซมเครื่องจักรถือเป็นปฏิกิริยา ไม่ใช่ระบบที่วางแผนไว้

สารปรับสภาพเข้ากันได้และแพ็คเกจสารเพิ่มความคงตัว: สารปรับสภาพแบบพิเศษสามารถช่วยลดการสูญเสียความแข็งแรงและลดความเสียหายจากความร้อนจากวัสดุรีไซเคิล ซัพพลายเออร์จำหน่ายสิ่งเหล่านี้ แต่ต้องใช้อุปกรณ์ทางเทคนิคและมีราคาแพงกว่า

การอัพเกรดเครื่องจักร: สกรูสำหรับวัสดุที่เปลี่ยนความหนา ปรับปรุงการควบคุมอุณหภูมิ และปรับปรุงรูปร่างของแม่พิมพ์สามารถเพิ่มขีดจำกัด PCR ที่แท้จริงได้ เครื่องจักรเก่าอาจต้องการชิ้นส่วนใหม่เพื่อทำงานในระดับที่รีไซเคิลได้มากกว่า 30%

บทสรุป

ข้อจำกัดเกี่ยวกับเครื่องทำถุงพลาสติกที่ใช้วัสดุรีไซเคิลนั้นมีอยู่จริงและชัดเจน: วัตถุดิบที่ไม่สอดคล้องกัน การไหลที่ไม่สม่ำเสมอ การสึกหรอของเครื่องจักรเร็วขึ้น ช่วงคุณภาพที่แคบลง และการสร้างกฎเกณฑ์ใหม่ ไม่ได้หมายความว่าเราควรหยุดใช้วัสดุรีไซเคิล ความหมายคือเราจำเป็นต้องเข้าใกล้ด้วยความระมัดระวังทางเทคนิค แทนที่จะมองว่าเปอร์เซ็นต์เป้าหมายเป็นกล่องทางการตลาดที่ต้องตรวจสอบ

ผู้ผลิตที่มีความก้าวหน้าอย่างแท้จริงคือผู้ผลิตที่มองว่าวัสดุรีไซเคิลเป็นเรื่องของวิศวกรรมวัสดุ ไม่ใช่แค่เรื่องการซื้อและการแลกเปลี่ยนเท่านั้น นั่นหมายถึงการลงทุนในกฎเกณฑ์ด้านวัสดุ การติดตามกระบวนการ และการอัพเกรดเครื่องจักรตามความจำเป็น PCR จาก 20% ถึง 50% ไม่ใช่เส้นตรง แต่สามารถทำได้โดยมีพื้นฐานทางเทคนิคที่เหมาะสม

อ้างอิง:

• มูลนิธิเอลเลน แมคอาเธอร์ เศรษฐกิจพลาสติกแบบใหม่: การคิดใหม่เกี่ยวกับอนาคตของพลาสติก. 2016.
• Giles, Harold F., Wagner, John R., Mount, Eldridge M. Extrusion: คู่มือและคู่มือการประมวลผลขั้นสุดท้าย สำนักพิมพ์วิลเลียม แอนดรูว์, 2548
• โฮปเวลล์, เจฟเฟอร์สัน, ดโวรัก, โรเบิร์ต, โคซิเออร์, เอ็ดเวิร์ด "การรีไซเคิลพลาสติก: ความท้าทายและโอกาส" ธุรกรรมเชิงปรัชญาของ Royal Society B, เล่ม. 364, 2009
• ไวท์, เจมส์ แอล., โพเทนเต้, เฮลมุท. การอัดรีดสกรู: วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี สิ่งพิมพ์ของ Hanser Gardner, 2003
• ASTM อินเตอร์เนชั่นแนล ASTM D1709: วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับการต้านทานแรงกระแทกของฟิล์มพลาสติกโดยวิธี Free- Falling Dart ฉบับปัจจุบัน
• คณะกรรมาธิการการค้าของรัฐบาลกลางสหรัฐ คำแนะนำสำหรับการใช้คำกล่าวอ้างการตลาดด้านสิ่งแวดล้อม (Green Guides), 16 CFR ส่วนที่ 260 แก้ไขปี 2012