Recycelte Kunststoffe sind mittlerweile ein häufiges Thema bei Verpackungen. Die Menschen wollen Abfall reduzieren. Das Gesetz verpflichtet Unternehmen zur Rücknahme von Altverpackungen. Die Marke verspricht, mehr recycelte Materialien zu verwenden. Daher testen Hersteller, wie viel recycelbares Plastik sie in Maschinen stecken können. Dazu gehören auch Plastiktütenmaschinen. Die Antwort ist einfach: vor mehr als einem Jahrzehnt. Von vielen Zielen ist das aber noch weit entfernt.
Die Kluft zwischen großen Versprechen und dem, was Maschinen leisten können, verdient eine sorgfältige Untersuchung. Recycelte Kunststoffe verursachen viele Probleme. Sie verschleißen die Maschine schneller. Sie verringern die Ausgabequalität. Sie verändern die Stabilität des Prozesses. Sie beeinträchtigen die Produktkonsistenz. Das Verständnis dieser Einschränkungen bedeutet nicht, dass wir keine recycelten Materialien verwenden sollten. Das bedeutet, dass wir sie intelligent nutzen müssen.
1. Das Kontaminationsproblem vor der Maschine
Alle Polymere werden gesammelt, sortiert, gereinigt und granuliert, bevor sie in die Plastiktütenmaschinen gelangen. Jeder Schritt fügt einen Unterschied hinzu, der bei neuem Harz nicht zu finden ist.
Post-recyceltes Polyethylen (PCR-PE) ist ein wichtiger Bestandteil recycelter Einkaufstaschen. Aber es ist selten ein sauberer Typ. Es mischt LDPE-Folie, Flaschen aus hochdichtem Polyethylen (HDPE), Polypropylenverschlüsse, Papieretiketten, Kleber und kleine Lebensmittelklumpen. Auch nach der Reinigung und Sortierung ist es durch mechanisches Recycling nicht so rein wie Neuware.
Daher weisen regenerierte Partikel in der Praxis unterschiedliche Grade an:
- Feuchtigkeit: Wenn die zurückgewonnenen Partikel nicht gut trocknen, können sich Blasen, Linien und Oberflächenfehler auf der Blasfolie bilden. Wenn neues LDPE in den Extruder gelangt, enthält es normalerweise weniger als 200 ppm Wasser. Allerdings wird nach dem Verbrauch mehr PSA recycelt, wenn sie nicht ordnungsgemäß getrocknet wird.
- Nicht-PE-Artikel: Polypropylen und andere unterschiedliche Polymere können eine Schwachstelle in der Folie verursachen. Auch wenn sie weniger als 1 % des Gesamtgewichts ausmachen, können sie zu lokalen Schwachstellen führen. Diese Stellen reduzieren die Auswirkungen des Dart-Tropfens.
- Farb- und Tintenreste: Farb- und Tintenreste von alten Verpackungen führen dazu, dass die endgültige Folie eine weniger gleichmäßige Farbe hat. Natürliche oder helle -Taschen sind besonders schwer zu reinigen, wenn große Mengen recycelter Materialien verwendet werden.
2. Rheologische Variabilität und ihre Auswirkung auf die Extrusionsstabilität
Jede Plastiktütenmaschine, die Blasfolie verwendet, erfordert einen stetigen Schmelzefluss vom Polymer in den Extruder. Der Schmelzflussindex (MFI) ist ein Maß dafür, wie leicht Polymere unter einem bestimmten Gewicht fließen. Dies ist die wichtigste Einstellung, um die Blasenstabilität und die gleichmäßige Filmdicke zu gewährleisten.
Neues LDPE wird normalerweise in einem engen MFI-Bereich hergestellt, normalerweise 0,3-2,0 g/10 Min., abhängig von der Verwendung. Allerdings betragen die MFI-Änderungen von recyceltem Post-Consumer-Polyethylen in der Regel ± 30 – 50 %, selbst nach einmaligem Gebrauch. Dies liegt daran, dass das recycelte Material aus einer Mischung von Harzen verschiedener Hersteller mit unterschiedlichen Qualitäten besteht.
Wenn sich der MFI während des Betriebs ändert, ist es notwendig, die gleiche Änderung der Ausstoßrate wie die Schneckengeschwindigkeit beizubehalten. Der Druck im Düsenspalt verändert sich. Höhe der Frostlinie Höhe ändert sich. Alle diese Änderungen wirken sich auf die Filmdicke aus. Die Breite kann bei stabiler Rohharzlinie ± 3 – 5 % betragen. Der Wassergehalt von Wertstoffen beträgt ± ± 10 – 15 % bei schlechter Materialkonsistenz. Dies wirkt sich direkt auf die Festigkeit und Versiegelungsqualität des Stoffbeutels aus.
Betreiber versuchen, dieses Problem zu lösen, indem sie den Gegendruck der Schnecke erhöhen oder die Formtemperatur ändern. Es gibt jedoch eine Grenze für die Anpassungsmöglichkeiten, wenn sich das Futter von einer Charge zur nächsten erheblich ändert.
3. Thermischer Abbau und Molekulargewichtsreduzierung
Polyethylen zersetzt sich bei jeder Verarbeitung durch Hitze und Sauerstoff. Bei der ersten Membranbildung wird das Polymer einmal erhitzt. Bei der mechanischen Rückgewinnung werden sie beim Granulieren erneut erhitzt. Die recycelten Partikel werden beim Eintritt in die Plastiktütenmaschine dreimal erhitzt.
Jeder Erhitzungsschritt führt zum Bruch der Kette. Dies bedeutet, dass lange Polymerketten in kürzere Stücke zerfallen können. Dadurch sinkt das Molekulargewicht. Dies verringert die Zugfestigkeit und Dehnung beim Bruch. Jeder Tropfen war anders. Viel hängt von den Stabilisatoren im Originalharz ab. Aber der Gesamteffekt ist messbar.
Untersuchungen an mechanisch recyceltem LDPE zeigen, dass die Zugfestigkeit im Vergleich zu neuen Materialien nach zwei bis drei Wiederaufbereitungszyklen um 15–30 % abnimmt. In vielen Fällen nimmt die Bruchdehnung schneller ab als die Zugfestigkeit.
Die Zugabe von antioxidativen Stabilisatoren zur Verbindung kann dazu beitragen, diesen Abbau zu reduzieren. Aber sie geben mehr aus. Sie benötigen genaue Mengen. Dabei kam noch eine weitere zu kontrollierende Sache hinzu.
4. Maschinenverschleiß und Wartungshäufigkeit
Kontaminierte Recyclingmaterialien verschleißen Extruderteile schneller als neue Materialien. Dies spiegelt sich im Folgenden wider:
Abrasiver Verschleiß an Schraubenziehern und Waffenläufen: Kalziumkarbonat auf Sand, Glassplittern und Papieretiketten wirkt wie Schleifpapier auf Schraubenziehern und Waffenläufen. Bei einer neuen Harzlinie können die Bolzen mehrere Jahre ununterbrochen arbeiten. Bei verschmutzten Wertstoffen verkürzt sich die Zeit. Es kommt darauf an, wie viel Schmutz und wie hart die Schnecken und Zylinder sind.
Korrosionsverschleiß von halogenierten Verunreinigungen: Wenn PVC eindringt (bei unvollständiger Abtrennung), setzt es bei Verarbeitungstemperaturen Salzsäure frei. Chlorwasserstoff greift Fassstahl und Formoberflächen an. Sogar nur 0,1–0,5 % PVC.
Lippenablagerungen (Mold Lip Slobber): Kleine gebrochene Moleküle und Rückstände in wiederverwertbarem Material, die sich auf einer Mold Lip ansammeln. Das bedeutet mehr Reinigungsstopps. Auf einer neuen Harzlinie werden jede Schicht Standardbeutel produziert und gereinigt. Bei Linien mit vielen recycelten Materialien und schlechten Stabilisatoren müssen sie jede Stunde oder länger gereinigt werden. Dies reduziert direkt die Laufzeit der Maschine.
Diese Wartungsprobleme erhöhen die Kosten pro Kilogramm Output. Wenn man die Gesamtkosten für die Verwendung recycelter Inhalte berücksichtigt, sind diese Kosten oft unzureichend.
5. Optische und mechanische Qualitätsschwellenwerte für Filme
Plastiktütenmaschinen können aus einer Mischung aus neuen und recycelten Materialien hergestellt werden. Doch mit steigender Menge an recyceltem Material sinkt die Qualität immer weiter. Aus Branchenerfahrungen liegt der praktische Grenzwert einer Standard-Einzelhandelstüte bei 30–50 % PCR. Darüber hinaus begann die Qualität deutlich zu sinken, solange die recycelten Materialien sauber sind und einen konstanten MFI aufweisen.
Darüber hinaus verschlechtern sich mehrere Qualitätsindikatoren:
- Dart Drop Impact Strength (ASTM D1709): Dies ist eine wichtige Sicherheitstestbeutelfestigkeit. Aufgrund des Gels und des geringeren Molekulargewichts nimmt es mit zunehmender PCR ab. Beutel können zerbrechen, wenn sie unterhalb des Grenzwerts verwendet werden. Dies kann zu Kundenbeschwerden und möglichen rechtlichen Problemen führen.
- Trübung und Klarheit: Recyceltes PE ist fast immer schlammiger als neues. Bei Beuteln, die entfernt werden müssen-z. B. Obst- und Gemüsebeutel, Kleidersäcke oder Umzugsbeutel-, deckt ein hoher PCR-Wert die Produktnachfrage nicht ab.
- Gleichbleibende Siegelfestigkeit: Durch Schmutz im Siegelbereich werden die Nähte dünner. Mit zunehmender PCR wird der Temperaturbereich der thermischen Versiegelung immer enger. Dies bedeutet, dass eine strengere Temperaturkontrolle erforderlich ist. Viele alte Taschenmacher können das nicht.
6. Regulierungs- und Kennzeichnungsbeschränkungen
Zusätzlich zu den physischen Einschränkungen müssen sich Hersteller, die Plastiktütenmaschinen zum Recycling von Materialien verwenden, mit sich ändernden Vorschriften auseinandersetzen. Diese Regeln beeinflussen, wie sie über das Endprodukt denken.
In den Vereinigten Staaten legen die Green Guides (16 CFR Part 260) der FTC Regeln für Umweltaussagen fest, einschließlich der Kennzeichnung „Recyclinginhalt“. Ansprüche müssen durch einen dokumentarischen Nachweis des tatsächlichen PCR-Prozentsatzes untermauert werden. Sie können auch nicht für größere Umweltvorteile argumentieren, als nachgewiesen werden können.
In der Europäischen Union wird erwartet, dass die europäische Green-Claims-Richtlinie (die 2023 eingeführt wurde und sich noch in der Entwicklung befindet) strengere Zertifizierungsregeln für Angaben zum Recyclinggehalt einführen wird. Hierzu zählen auch Inspektionen durch Dritte-. Hersteller hybrider Recyclingmaterialien müssen den gesamten Prozess bis zur Recyclinganlage dokumentieren und verfolgen.
Dadurch entsteht zusätzlicher Büroaufwand. Kleinere Taschenhersteller -die einen großen Teil der weltweiten Taschenhersteller ausmachen- empfinden die Belastung im Vergleich zu der geringen Menge an recyceltem Inhalt, die ihnen tatsächlich zur Verfügung steht, möglicherweise als zu groß.
7. Was sinnvoller Fortschritt tatsächlich erfordert
Es ist möglich, mehr recycelte Materialien durch Plastiktütenmaschinen zu verarbeiten. Aber es erfordert Geld und Arbeit in mehreren Teilen des Systems, nicht nur in der Maschine selbst.
Kontrolle der Rohstoffqualität: Legen Sie klare Regeln für Futtermittel fest (MFI-Bereich, Feuchtigkeitsgrenzwerte und Schmutzschwellenwerte) und testen Sie jede Charge vor der Verwendung. Ohne dies sind maschinelle Korrekturen eine Reaktion und kein geplantes System.
Kompatibilisatoren und Stabilisatorpakete: Spezielle Konditionierer können dazu beitragen, den Festigkeitsverlust zu reduzieren und Hitzeschäden durch recycelte Materialien zu reduzieren. Diese werden von Zulieferern vertrieben, erfordern jedoch technische Ausrüstung und sind teurer.
Maschinen-Upgrades: Schnecken für Materialien, die ihre Dicke ändern, die Temperaturkontrolle verbessern und die Formform verbessern, können den tatsächlichen PCR-Grenzwert erhöhen. Alte Maschinen benötigen möglicherweise neue Teile, um mit einem Recyclinganteil von weit über 30 % zu funktionieren.
Abschluss
Die Einschränkungen bei Plastiktütenmaschinen, die recycelte Materialien verwenden, sind real und klar: inkonsistente Rohstoffe, ungleichmäßige Schmelzflüsse, schnellerer Maschinenverschleiß, engere Qualitätsbereiche und neue Vorschriften. Das alles bedeutet nicht, dass wir auf die Verwendung recycelbarer Materialien verzichten sollten. Damit meinen sie, dass wir mit technischer Vorsicht an die Sache herangehen müssen, anstatt Prozentziele nur als Marketing-Kästchen zu betrachten, die es anzukreuzen gilt.
Die Hersteller, die echte Fortschritte machen, sind diejenigen, die den recycelten Anteil als eine Frage der Materialentwicklung und nicht nur als eine Frage des Kaufens und Tauschens betrachten. Das bedeutet, in Materialregeln zu investieren, Prozesse zu verfolgen und Maschinen nach Bedarf aufzurüsten. Die PCR von 20 % auf 50 % ist keine gerade Linie. Aber mit der richtigen technischen Grundlage ist es machbar.
Referenzen:
- Ellen MacArthur-Stiftung. Die neue Kunststoffwirtschaft: Die Zukunft von Kunststoffen neu denken. 2016.
- Giles, Harold F., Wagner, John R., Mount, Eldridge M. Extrusion: Der endgültige Verarbeitungsleitfaden und das Handbuch. William Andrew Publishing, 2005.
- Hopewell, Jefferson, Dvorak, Robert, Kosior, Edward. „Kunststoffrecycling: Herausforderungen und Chancen.“ Philosophical Transactions of the Royal Society B, Bd.. 364, 2009.
- White, James L., Potente, Helmut. Schneckenextrusion: Wissenschaft und Technologie. Hanser Gardner Publications, 2003.
- ASTM International. ASTM D1709: Standardtestmethoden für die Schlagfestigkeit von Kunststofffolien nach der Methode des freien Fallens. Aktuelle Ausgabe.
- US-Bundeshandelskommission. Leitfäden für die Verwendung von Umweltmarketingaussagen (Green Guides), 16 CFR Part 260. Überarbeitet 2012.
