La plastica riciclata è ormai un argomento comune nel settore degli imballaggi. Le persone vogliono ridurre gli sprechi. La legge impone alle aziende di riprendere i vecchi imballaggi. Il marchio promette di utilizzare più materiali riciclati. Pertanto i produttori stanno testando la quantità di plastica riciclabile che possono inserire nelle macchine. Ciò include le macchine per sacchetti di plastica. La risposta è semplice: più di dieci anni fa. Ma questo è ancora ben lontano da molti degli obiettivi.
Il divario tra le grandi promesse e ciò che le macchine possono fare merita uno studio attento. La plastica riciclata causa molti problemi. Usurano la macchina più velocemente. Riducono la qualità dell'output. Cambiano la stabilità del processo. Minano la consistenza del prodotto. Comprendere queste restrizioni non significa che non dovremmo utilizzare materiali riciclati. Ciò significa che dobbiamo usarli in modo intelligente.
1. Il problema della contaminazione a monte della macchina
Tutti i polimeri vengono raccolti, selezionati, puliti e granulati prima di entrare nelle macchine per sacchetti della spesa in plastica. Ogni passaggio aggiunge una differenza non riscontrabile nella nuova resina.
Il polietilene riciclato post-consumo (PCR-PE) è un ingrediente chiave nelle borse della spesa riciclate. Ma raramente è un tipo pulito. Mescola film LDPE, bottiglie di polietilene ad alta-densità (HDPE), tappi di polipropilene, etichette di carta, colla e piccoli grumi di cibo. Anche dopo la pulizia e la cernita, il riciclaggio meccanico non lo rende puro come i materiali nuovi.
Pertanto, in pratica, le particelle rigenerate presentano diversi gradi di:
- Umidità: Se le particelle recuperate non si asciugano bene, sul film soffiato possono formarsi bolle, righe e difetti superficiali. Quando il nuovo LDPE entra nell'estrusore, solitamente contiene meno di 200 ppm di acqua. Tuttavia, una maggiore quantità di DPI verrà riciclata dopo il consumo se non vengono asciugati correttamente.
- Articoli non-PE: il polipropilene e altri polimeri diversi possono creare un punto debole nella pellicola. Anche se rappresentano meno dell'1% del peso totale, possono portare a debolezze locali. Questi punti riducono l'impatto della caduta del dardo.
- Colore e inchiostro residui: i resti di vernice e inchiostro di vecchi imballaggi rendono il colore della pellicola finale meno uniforme. Le borse naturali o di colore-chiaro sono particolarmente difficili da pulire quando si utilizzano grandi quantità di materiali riciclati.
2. Variabilità reologica e effetti sulla stabilità dell'estrusione
Ogni macchina per sacchetti della spesa in plastica che utilizza film soffiato richiede un flusso costante di materiale fuso dal polimero all'estrusore. Il Melt Flow Index (MFI) è una misura della facilità con cui i polimeri scorrono sotto un certo peso. È l'impostazione più importante per mantenere le bolle stabili e lo spessore del film uniforme.
Il nuovo LDPE viene solitamente prodotto in un intervallo MFI ristretto, solitamente 0,3-2,0 g/10 min a seconda dell'uso. Tuttavia, le variazioni dell’MFI del polietilene riciclato post-consumo sono generalmente pari a ± 30 – 50% anche dopo il monouso. Questo perché il materiale riciclato è costituito da un mix di resina di diversi produttori con qualità diverse.
Quando l'MFI cambia durante il funzionamento, è necessario mantenere la stessa variazione della velocità di uscita della velocità della vite. La pressione nell'interstizio dello stampo cambia. L'altezza della linea del gelo cambia. Tutti questi cambiamenti influenzano lo spessore del film. La larghezza può rimanere ± 3 – 5% sulla linea stabile della resina grezza. Il contenuto di acqua dei materiali riciclabili è ± ± 10 – 15% con scarsa consistenza del materiale. Ciò influisce direttamente sulla resistenza e sulla qualità della tenuta del sacchetto di stoffa.
Gli operatori cercano di risolvere questo problema aumentando la contropressione della vite o modificando la temperatura dello stampo. Tuttavia, esiste un limite a quanto possono apportare modifiche quando il feed cambia in modo significativo da un lotto a quello successivo.
3. Degradazione termica e riduzione del peso molecolare
Il polietilene si decompone a causa del calore e dell'ossigeno ogni volta che viene lavorato. Durante la prima formazione della membrana, il polimero viene riscaldato una volta. Durante il recupero meccanico vengono riscaldati nuovamente durante la granulazione. Le particelle riciclate vengono riscaldate tre volte quando entrano nella macchina per sacchetti di plastica.
Ogni fase di riscaldamento provoca la rottura della catena. Ciò significa che le lunghe catene polimeriche possono rompersi in pezzi più corti. Ciò riduce il peso molecolare. Ciò ridurrà la resistenza alla trazione e l'allungamento durante la frattura. Ogni goccia era diversa. Molto dipende dagli stabilizzanti presenti nella resina originale. Ma l’effetto complessivo è misurabile.
Gli studi sull'LDPE riciclato meccanicamente mostrano che la resistenza alla trazione diminuisce del 15-30% rispetto ai nuovi materiali dopo due o tre cicli di ritrattamento. In molti casi, l’allungamento della frattura diminuisce più velocemente della resistenza alla trazione.
L'aggiunta di stabilizzanti antiossidanti al composto può aiutare a ridurre questa degradazione. Ma spendono di più. Hanno bisogno di importi precisi. Nel processo è stata aggiunta un'altra cosa da controllare.
4. Usura della macchina e frequenza di manutenzione
I materiali riciclati contaminati usurano le parti dell'estrusore più velocemente dei nuovi materiali. Ciò si riflette in quanto segue:
Usura abrasiva su cacciaviti e canne di fucile: il carbonato di calcio sulla sabbia, sui frammenti di vetro e sulle etichette di carta è come la carta vetrata sui cacciaviti e sulle canne di fucile. Su una nuova linea di resina, i perni possono funzionare ininterrottamente per diversi anni. Con materiali riciclabili sporchi i tempi saranno più brevi. Dipende da quanto sporco e da quanto sono dure le viti e i cilindri.
Usura per corrosione di contaminanti alogenati: se il PVC entra (quando la separazione è incompleta), rilascia acido cloridrico alle temperature di lavorazione. Il cloruro di idrogeno attacca l'acciaio dei cilindri e le superfici degli stampi. Anche solo lo 0,1–0,5% di PVC.
accumulo del labbro (Mold Lip Slobber): Piccole molecole rotte e residui in materiale riciclabile che si accumulano su un Mould Lip. Ciò significa più interruzioni per la pulizia. Su una nuova linea di resinatura, i sacchetti standard vengono prodotti e puliti ad ogni turno. Sulle linee con molti materiali riciclati e scarsi stabilizzanti, è necessario pulirli ogni ora o più. Ciò riduce direttamente il tempo di funzionamento della macchina.
Questi problemi di manutenzione aumentano il costo per chilogrammo di produzione. Se si considera il costo totale dell’utilizzo del contenuto riciclato, questo costo è spesso insufficiente.
5. Soglie di qualità ottica e meccanica della pellicola
Le macchine per sacchetti di plastica possono essere realizzate con un mix di materiali nuovi e riciclati. Ma man mano che la quantità di materiale riciclato aumenta, la qualità diminuisce sempre di più. Dall’esperienza del settore, il limite pratico di un sacchetto standard per la vendita al dettaglio è pari al 30–50% di PCR. Inoltre, la qualità ha cominciato a diminuire notevolmente, purché i materiali riciclati siano puliti e abbiano un MFI costante.
Oltre a ciò, diversi indicatori di qualità peggiorano:
- Resistenza all'impatto della caduta del dardo (ASTM D1709): questa è una forza chiave per testare la sicurezza della borsa. A causa del gel e del peso molecolare inferiore, diminuisce con una maggiore PCR. I sacchetti potrebbero rompersi se utilizzati al di sotto del limite. Ciò può portare a reclami da parte dei clienti e possibili problemi legali.
- Opacità e chiarezza: il PE riciclato è quasi sempre più fangoso di quello nuovo. Per le borse che devono essere rimosse-come borse per prodotti agricoli, borse per abiti o borse per traslochi-un PCR elevato non soddisfa la domanda del prodotto.
- Coerenza della resistenza della sigillatura: le cuciture saranno più sottili a causa dello sporco nell'area della sigillatura. Con l'aumento della PCR, l'intervallo di temperatura della sigillatura termica diventa sempre più ristretto. Ciò significa che è necessario un controllo più rigoroso della temperatura. Molti vecchi produttori di borse non possono farlo.
6. Vincoli normativi ed etichettatura
Oltre alle restrizioni fisiche, i produttori che utilizzano macchine per sacchetti di plastica per riciclare i materiali dovranno fare i conti con il cambiamento delle regole. Queste regole influenzano il modo in cui pensano al prodotto finale.
Negli Stati Uniti, le Guide Verdi della FTC (16 CFR Parte 260) stabiliscono le regole per le dichiarazioni ambientali, comprese le etichette "contenuto di riciclaggio". Le dichiarazioni devono essere supportate da prove documentali della reale percentuale di PCR. Né possono sostenere vantaggi ambientali maggiori di quelli che possono essere dimostrati.
Nell’Unione Europea, si prevede che la Direttiva Europea Green Claims (introdotta nel 2023 e ancora in fase di sviluppo) introdurrà regole di certificazione più rigorose per le dichiarazioni sui contenuti di riciclo. Ciò include le ispezioni di terze parti-. I produttori di materiali riciclati ibridi dovranno documentare e tracciare l’intero processo fino all’impianto di riciclaggio.
Ciò aggiunge ulteriore lavoro d'ufficio. I produttori di borse più piccoli-che rappresentano un'ampia percentuale dei produttori di borse a livello mondiale-potrebbero ritenere che l'onere sia troppo grande rispetto alla piccola quantità di contenuto riciclato che hanno effettivamente a disposizione.
7. Cosa richiede effettivamente un progresso significativo
È possibile gestire più materiali riciclati attraverso le macchine per sacchetti della spesa in plastica. Ma ci vogliono soldi e lavoro in diverse parti del sistema, non solo nella macchina stessa.
Controllo della qualità delle materie prime: stabilire regole chiare per i mangimi (intervallo MFI, limiti di umidità e soglie di sporco) e testare ogni lotto prima dell'uso. Senza di ciò, le riparazioni meccaniche sono una reazione, non un sistema pianificato.
Compatibilizzanti e pacchetti stabilizzanti: condizionatori speciali possono aiutare a ridurre la perdita di resistenza e i danni dovuti al calore derivanti dai materiali riciclati. Questi sono venduti dai fornitori ma richiedono attrezzature tecniche e sono più costosi.
Aggiornamenti della macchina: le viti per materiali che cambiano spessore, migliorano il controllo della temperatura e migliorano la forma dello stampo possono aumentare il limite effettivo della PCR. Le vecchie macchine potrebbero aver bisogno di nuove parti per funzionare a livelli ben superiori al 30% di materiale riciclato.
Conclusione
Le restrizioni sulle macchine per sacchetti di plastica che utilizzano materiali riciclati sono reali e chiare: materie prime incoerenti, flussi di fusione irregolari, usura più rapida delle macchine, gamme di qualità più ristrette e nuove normative. Niente di tutto ciò significa che dovremmo smettere di usare materiali riciclabili. Ciò che intendono dire è che dobbiamo affrontare la questione con cautela tecnica, piuttosto che considerare gli obiettivi percentuali semplicemente come caselle di marketing da controllare.
I produttori che stanno facendo veri progressi sono quelli che vedono il contenuto riciclato come una questione di ingegneria dei materiali, non solo una questione di acquisto e scambio. Ciò significa investire in norme sui materiali, tracciare i processi e aggiornare le macchine secondo necessità. La PCR dal 20% al 50% non è una linea retta. Ma è possibile farlo con le giuste basi tecniche.
Riferimenti:
- Fondazione Ellen MacArthur. La nuova economia della plastica: ripensare il futuro della plastica. 2016.
- Giles, Harold F., Wagner, John R., Mount, Eldridge M. Estrusione: guida e manuale per la lavorazione definitiva. Pubblicazione di William Andrew, 2005.
- Hopewell, Jefferson, Dvorak, Robert, Kosior, Edward. "Riciclaggio della plastica: sfide e opportunità". Transazioni filosofiche della Royal Society B, Vol. 364, 2009.
- White, James L., Potente, Helmut. Estrusione a vite: scienza e tecnologia. Pubblicazioni di Hanser Gardner, 2003.
- ASTM Internazionale. ASTM D1709: Metodi di prova standard per la resistenza agli urti della pellicola plastica mediante il metodo del dardo a caduta libera. Edizione attuale.
- Commissione federale per il commercio degli Stati Uniti. Guide per l'uso delle dichiarazioni di marketing ambientale (guide verdi), 16 CFR parte 260. Revisione del 2012.
