أصبح البلاستيك المعاد تدويره الآن موضوعًا شائعًا في مجال التعبئة والتغليف. الناس يريدون تقليل النفايات. ويلزم القانون الشركات باستعادة العبوات القديمة. تعد العلامة التجارية باستخدام المزيد من المواد المعاد تدويرها. لذا يقوم المصنعون باختبار كمية البلاستيك القابل لإعادة التدوير الذي يمكنهم وضعه في الآلات. وهذا يشمل آلات الأكياس البلاستيكية. الجواب بسيط: منذ أكثر من عقد من الزمن. ولكن هذا لا يزال أقل بكثير من العديد من الأهداف.
إن الفجوة بين الوعود الكبيرة وما يمكن أن تفعله الآلات تستحق دراسة متأنية. البلاستيك المعاد تدويره يسبب الكثير من المشاكل. إنهم يرتدون الآلة بشكل أسرع. أنها تقلل من جودة الإخراج. يغيرون استقرار العملية. أنها تقوض اتساق المنتج. إن فهم هذه القيود لا يعني أنه لا ينبغي لنا استخدام المواد المعاد تدويرها. وهذا يعني أننا بحاجة إلى استخدامها بطريقة ذكية.
1. مشكلة التلوث في الجزء العلوي من الجهاز
يتم جمع أي بوليمرات وفرزها وتنظيفها وتحبيبها قبل دخولها إلى ماكينات أكياس التسوق البلاستيكية. تضيف كل خطوة فرقًا غير موجود في الراتنج الجديد.
يعد البولي إيثيلين المعاد تدويره بعد الاستهلاك (PCR-PE) مكونًا رئيسيًا في أكياس التسوق المعاد تدويرها. ولكن نادرا ما يكون من النوع النظيف. فهو يجمع بين أفلام LDPE وزجاجات البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) وأغطية البولي بروبيلين والملصقات الورقية والغراء وكتل الطعام الصغيرة. وحتى بعد التنظيف والفرز، فإن إعادة التدوير الميكانيكية لا تجعلها نقية مثل المواد الجديدة.
وهكذا، من الناحية العملية، فإن الجسيمات المجددة لها درجات متفاوتة من:
- الرطوبة: إذا لم تجف الجسيمات المستردة جيدًا، يمكن أن تتشكل فقاعات وخطوط وعيوب سطحية على الفيلم المنفوخ. عندما يدخل LDPE جديد إلى الطارد، فإنه عادةً ما يحتوي على أقل من 200 جزء في المليون من الماء. ومع ذلك، سيتم إعادة تدوير المزيد من معدات الوقاية الشخصية بعد الاستهلاك إذا لم يتم تجفيفها بشكل صحيح.
- العناصر غير-PE: يمكن أن يؤدي مادة البولي بروبيلين والبوليمرات المختلفة الأخرى إلى إنشاء نقطة ضعف في الفيلم. حتى لو كانت أقل من 1% من الوزن الإجمالي، فإنها يمكن أن تؤدي إلى ضعف موضعي. تقلل هذه البقع من تأثير سقوط السهام.
- بقايا اللون والحبر: بقايا الطلاء والحبر من العبوات القديمة تجعل الفيلم النهائي أقل تجانسًا في اللون. يصعب تنظيف الأكياس ذات الألوان الطبيعية أو الفاتحة-بشكل خاص عند استخدام كميات كبيرة من المواد المعاد تدويرها.
2. التقلب الريولوجي وما يفعله لاستقرار البثق
تتطلب كل آلة لأكياس التسوق البلاستيكية التي تستخدم الفيلم المنفوخ تدفقًا ثابتًا من الذوبان من البوليمر إلى الطارد. مؤشر تدفق الذوبان (MFI) هو مقياس لمدى سهولة تدفق البوليمرات تحت وزن معين. إنه الإعداد الأكثر أهمية للحفاظ على ثبات الفقاعات وتوحيد سماكة الفيلم.
يتم تصنيع البولي إيثيلين منخفض الكثافة الجديد عادةً في نطاق ضيق لمؤسسات التمويل الأصغر، عادةً 0.3-2.0 جم/10 دقيقة حسب الاستخدام. ومع ذلك، فإن التغيرات التي تحدثها مؤسسات التمويل الأصغر في البولي إيثيلين المعاد تدويره بعد الاستهلاك تتراوح عادة بين ± 30 - 50% حتى بعد الاستخدام مرة واحدة. وذلك لأن المواد المعاد تدويرها مصنوعة من مزيج من الراتنجات من شركات مصنعة مختلفة بدرجات مختلفة.
عندما تتغير MFI أثناء التشغيل، فمن الضروري الحفاظ على نفس تغيير معدل الإخراج مثل سرعة المسمار. يتغير الضغط في فجوة القالب. يتغير ارتفاع ارتفاع خط الصقيع. كل هذه التغييرات تؤثر على سمك الفيلم. قد يظل العرض ± 3 - 5٪ على خط الراتنج الخام المستقر. يتراوح محتوى الماء في المواد القابلة لإعادة التدوير بين ± ± 10 – 15% مع ضعف تماسك المواد. يؤثر هذا بشكل مباشر على قوة وجودة ختم كيس القماش.
يحاول المشغلون حل هذه المشكلة عن طريق زيادة الضغط الخلفي للبرغي أو تغيير درجة حرارة القالب. ومع ذلك، هناك حد لمدى قدرتهم على التعديل عندما تتغير التغذية بشكل كبير من دفعة إلى أخرى.
3. التحلل الحراري وتخفيض الوزن الجزيئي
يتحلل البولي إيثيلين من الحرارة والأكسجين في كل مرة تتم معالجتها. أثناء تكوين الغشاء الأول، يتم تسخين البوليمر مرة واحدة. أثناء الاسترداد الميكانيكي، يتم إعادة تسخينها أثناء التحبيب. يتم تسخين الجزيئات المعاد تدويرها ثلاث مرات عند دخولها إلى آلة الأكياس البلاستيكية.
تؤدي كل خطوة من خطوات التسخين إلى كسر السلسلة. وهذا يعني أن سلاسل البوليمر الطويلة يمكن أن تتكسر إلى قطع أقصر. وهذا يقلل من الوزن الجزيئي. سيؤدي ذلك إلى تقليل قوة الشد والاستطالة أثناء الكسر. وكانت كل قطرة مختلفة. يعتمد الكثير على المثبتات الموجودة في الراتينج الأصلي. لكن التأثير الإجمالي قابل للقياس.
تظهر دراسات البولي إيثيلين منخفض الكثافة المعاد تدويره ميكانيكيًا أن قوة الشد تنخفض بنسبة 15-30% مقارنة بالمواد الجديدة بعد دورتين أو ثلاث دورات إعادة معالجة. في كثير من الحالات، تنخفض استطالة الكسر بشكل أسرع من قوة الشد.
يمكن أن تساعد إضافة مثبتات مضادة للأكسدة إلى المركب في تقليل هذا الانهيار. لكنهم ينفقون أكثر. إنهم بحاجة إلى كميات دقيقة. وفي هذه العملية، تمت إضافة شيء آخر للتحكم فيه.
4. تآكل الماكينة وتكرار صيانتها
تؤدي المواد الملوثة المعاد تدويرها إلى تآكل أجزاء الطارد بشكل أسرع من المواد الجديدة. وينعكس ذلك في ما يلي:
التآكل الكاشطة للمفكات وبراميل البنادق: كربونات الكالسيوم على الرمل وشظايا الزجاج والملصقات الورقية تشبه ورق الصنفرة على المفكات وبراميل البنادق. على خط الراتنج الجديد، قد تعمل المسامير بشكل مستمر لعدة سنوات. مع المواد القابلة لإعادة التدوير القذرة، سيكون الوقت أقصر. يعتمد ذلك على كمية الأوساخ ومدى صلابة البراغي والبراميل.
تآكل الملوثات المهلجنة: إذا دخل PVC (عندما يكون الفصل غير كامل)، فإنه يطلق حمض الهيدروكلوريك في درجات حرارة المعالجة. يهاجم كلوريد الهيدروجين أسطح البراميل الفولاذية والعفنية. حتى 0.1-0.5% فقط من PVC.
تراكم الشفاه (Mold Lip Slobber): جزيئات صغيرة مكسورة وبقايا في مادة قابلة لإعادة التدوير تتراكم على الشفاه العفنة. وهذا يعني توقف المزيد من التنظيف. في خط الراتنج الجديد، يتم إنتاج الأكياس القياسية وتنظيفها في كل وردية عمل. في الخطوط التي تحتوي على الكثير من المواد المعاد تدويرها والمثبتات الضعيفة، يجب تنظيفها كل ساعة أو أكثر. وهذا يقلل بشكل مباشر من وقت تشغيل الآلة.
تؤدي مشاكل الصيانة هذه إلى زيادة التكلفة لكل كيلوغرام من الإنتاج. عند النظر في التكلفة الإجمالية لاستخدام المحتوى المعاد تدويره، غالبًا ما تكون هذه التكلفة غير كافية.
5. عتبات الجودة البصرية والميكانيكية للفيلم
يمكن تصنيع آلات الأكياس البلاستيكية من مزيج من المواد الجديدة والمعاد تدويرها. ولكن مع زيادة كمية المواد المعاد تدويرها، تنخفض الجودة أكثر فأكثر. ومن خلال الخبرة الصناعية، فإن الحد العملي لحقيبة البيع بالتجزئة القياسية هو 30-50% من تفاعل البوليميراز المتسلسل. بالإضافة إلى ذلك، بدأت الجودة في الانخفاض بشكل ملحوظ، طالما أن المواد المعاد تدويرها نظيفة ولها مؤسسات تمويل أصغر ثابتة.
علاوة على ذلك، فإن العديد من مؤشرات الجودة تزداد سوءًا:
- قوة تأثير سقوط السهام (ASTM D1709): هذه هي قوة حقيبة اختبار السلامة الرئيسية. بسبب الجل والوزن الجزيئي المنخفض، فإنه يتناقص مع زيادة تفاعل البوليميراز المتسلسل. قد تنكسر الأكياس إذا تم استخدامها أقل من الحد المسموح به. يمكن أن يؤدي هذا إلى شكاوى العملاء ومشاكل قانونية محتملة.
- الضبابية والوضوح: دائمًا ما يكون البولي إيثيلين المعاد تدويره أكثر غموضًا من الجديد. بالنسبة للحقائب التي يلزم إزالتها-مثل أكياس الإنتاج أو أكياس الملابس أو أكياس متجر الإزالة-لا يفي ارتفاع تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) بالطلب على المنتج.
- اتساق قوة الختم: ستكون اللحامات أرق بسبب الأوساخ الموجودة في منطقة الختم. مع زيادة PCR، يصبح نطاق درجة حرارة الختم الحراري أكثر ضيقًا. وهذا يعني أن هناك حاجة إلى تحكم أكثر صرامة في درجة الحرارة. الكثير من صانعي الحقائب القدامى لا يستطيعون فعل ذلك.
6. القيود التنظيمية ووضع العلامات
بالإضافة إلى القيود المادية، سيتعين على الشركات المصنعة التي تستخدم آلات أكياس التسوق البلاستيكية لإعادة تدوير المواد التعامل مع القواعد المتغيرة. تؤثر هذه القواعد على طريقة تفكيرهم في المنتج النهائي.
في الولايات المتحدة، تحدد الأدلة الخضراء للجنة التجارة الفيدرالية (16 CFR الجزء 260) قواعد المطالبات البيئية، بما في ذلك ملصقات "محتوى إعادة التدوير". يجب أن تكون المطالبات مدعومة بأدلة موثقة لنسبة PCR الحقيقية. ولا يمكنهم أن يطالبوا بفوائد بيئية أكبر مما يمكن إثباته.
في الاتحاد الأوروبي، من المتوقع أن يقدم التوجيه الأوروبي للمطالبات الخضراء (الذي تم تقديمه في عام 2023 وما زال قيد التطوير) قواعد اعتماد أكثر صرامة لمطالبات محتوى إعادة التدوير. يتضمن ذلك عمليات التفتيش التي يقوم بها -طرف ثالث. سيحتاج مصنعو المواد الهجينة المعاد تدويرها إلى توثيق وتتبع العملية برمتها إلى مصنع إعادة التدوير.
وهذا يضيف المزيد من العمل المكتبي. قد يجد صانعو الأكياس الصغيرة-والذين يمثلون نسبة كبيرة من صانعي الأكياس في العالم-العبء كبيرًا جدًا مقارنة بالكمية الصغيرة من المحتوى المعاد تدويره والمتوفر لديهم بالفعل.
7. ما الذي يتطلبه التقدم الهادف فعليًا؟
من الممكن تشغيل المزيد من المواد المعاد تدويرها من خلال آلات أكياس التسوق البلاستيكية. لكن الأمر يتطلب المال والعمل في عدة أجزاء من النظام، وليس فقط الآلة نفسها.
مراقبة جودة المواد الأولية: وضع قواعد واضحة للأعلاف (نطاق مؤسسات التمويل الأصغر، وحدود الرطوبة، وعتبات الأوساخ) واختبار كل دفعة قبل الاستخدام. وبدون ذلك، تكون إصلاحات الآلة بمثابة رد فعل، وليس نظامًا مخططًا.
حزم المتوافقة والمثبتات: يمكن أن تساعد المكيفات الخاصة في تقليل فقدان القوة وتقليل أضرار الحرارة الناتجة عن المواد المعاد تدويرها. يتم بيعها من قبل الموردين ولكنها تتطلب معدات تقنية وأكثر تكلفة.
ترقيات الماكينة: يمكن أن تؤدي براغي المواد التي تغير سمكها، وتحسن التحكم في درجة الحرارة، وتحسن شكل القالب إلى زيادة حد PCR الفعلي. قد تحتاج الآلات القديمة إلى أجزاء جديدة لتعمل بمستويات أعلى بكثير من 30% من المواد المعاد تدويرها.
خاتمة
إن القيود المفروضة على آلات الأكياس البلاستيكية التي تستخدم المواد المعاد تدويرها حقيقية وواضحة: مواد خام غير متناسقة، وتدفقات ذوبان غير متساوية، وتآكل أسرع للآلة، ونطاقات جودة أضيق، ووضع قواعد جديدة. لا شيء من هذا يعني أننا يجب أن نتوقف عن استخدام المواد القابلة لإعادة التدوير. ما يقصدونه هو أننا بحاجة إلى التعامل مع الأمر بحذر تقني، بدلاً من مجرد التعامل مع أهداف النسبة المئوية كمربعات تسويقية يجب التحقق منها.
الشركات المصنعة التي تحقق تقدمًا حقيقيًا هي تلك التي تنظر إلى المحتوى المعاد تدويره على أنه مسألة هندسة مواد، وليس مجرد مسألة شراء ومبادلة. وهذا يعني الاستثمار في قواعد المواد وعمليات التتبع وترقية الآلات حسب الحاجة. PCR من 20% إلى 50% ليس خطًا مستقيمًا. ولكن يمكن القيام بذلك باستخدام الأساس التقني الصحيح.
مراجع:
- مؤسسة إلين ماك آرثر. اقتصاد البلاستيك الجديد: إعادة التفكير في مستقبل البلاستيك. 2016.
- جايلز، هارولد إف، فاغنر، جون آر، ماونت، إلدريدج إم. النتوء: دليل المعالجة النهائي والكتيب. وليام أندرو للنشر، 2005.
- هوبويل، جيفرسون، دفوراك، روبرت، كوسيور، إدوارد. "إعادة تدوير البلاستيك: التحديات والفرص." المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية ب، المجلد . 364، 2009.
- وايت، جيمس إل، بوتينتي، هيلموت. بثق المسمار: العلوم والتكنولوجيا. منشورات هانسر جاردنر، 2003.
- ASTM الدولية. ASTM D1709: طرق الاختبار القياسية لمقاومة تأثير الفيلم البلاستيكي بطريقة -سقوط السهم الحر. الطبعة الحالية.
- لجنة التجارة الفيدرالية الأمريكية. أدلة استخدام مطالبات التسويق البيئي (الأدلة الخضراء)، 16 CFR الجزء 260. تمت المراجعة في عام 2012.
