Steigerung des Recyclingwerts: Einsatz von Doppelschneckenextrudern bei der Wiederverwendung biologisch abbaubarer Materialien

Einführung

Mit dem wachsenden weltweiten Bewusstsein für Umweltschutz gewinnen biologisch abbaubare Materialien als effektive Methode zur Reduzierung der Umweltbelastung zunehmend an Aufmerksamkeit. Diese Materialien können sich unter natürlichen Bedingungen zersetzen, wodurch die Abhängigkeit von herkömmlichen Kunststoffen verringert und so der Druck auf Mülldeponien verringert und die Plastikverschmutzung reduziert wird. Obwohl sich biologisch abbaubare Materialien unter geeigneten natürlichen Bedingungen vollständig zersetzen können, gibt es angesichts ihrer langen Abbauzeit und ihres langen Abbauzyklus sowie der hohen Kosten biobasierter Kunststoffe vielversprechende Marktaussichten für das Recycling biologisch abbaubarer Materialien. In der Recyclingkette biologisch abbaubarer Materialien spielen Doppelschneckenextruder eine Schlüsselrolle, indem sie verschiedene biologisch abbaubare Materialien wie Polymilchsäure (PLA) und stärkebasierte Kunststoffe durch präzise Kontrolle von Temperatur und Schergeschwindigkeit effizient verarbeiten und so eine effektive Verarbeitung und Modifizierung erreichen. Doppelschneckenextruder eignen sich nicht nur für die Verarbeitung neuer Materialien, sondern bieten auch großes Potenzial zur Verbesserung der Qualität recycelter Materialien und zur Erweiterung des Wiederverwendungsbereichs.

Ziel dieses Artikels ist es, die Anwendung von Doppelschneckenextrudern bei der Verarbeitung und Wiederverwendung von recycelten biologisch abbaubaren Materialien zu analysieren, ihre technischen Vorteile und Herausforderungen zu erörtern und mögliche Optimierungsstrategien vorzuschlagen. Der Artikel befasst sich außerdem mit den Umweltauswirkungen und der wirtschaftlichen Machbarkeit der Verarbeitung biologisch abbaubarer Materialien mit Doppelschneckenextrudern.

Hauptquellen

Die Quellen für recycelte biologisch abbaubare Materialien sind umfangreich und decken zahlreiche Branchen und Verbrauchersektoren ab. Eine wichtige Quelle sind landwirtschaftliche Abfälle, deren weltweite Produktion jährlich über 1 Milliarde Tonnen beträgt. Zu diesen Abfällen gehören Stroh, Kleie sowie tierische und pflanzliche Rückstände, die durch mechanische oder chemische Methoden in biologisch abbaubare Kunststoffe umgewandelt werden können.

Eine weitere wichtige Quelle sind Lebensmittelverpackungen, insbesondere angesichts der steigenden Nachfrage nach umweltfreundlichen Verpackungen in Supermärkten und der Lebensmittelindustrie. Nach Angaben von Plastics Europe betrug der Verbrauch biologisch abbaubarer Kunststoffe für Lebensmittelverpackungen in Europa im Jahr 2019 etwa 75.000 Tonnen.

Gängige Typen

Die Arten recycelter biologisch abbaubarer Materialien sind vielfältig und umfassen hauptsächlich Polymilchsäure, Kunststoffe auf Stärkebasis und biologisch abbaubare Polyester.

• Polymilchsäure ist ein Biokunststoff, der durch Fermentations- und Polymerisationsprozesse aus nachwachsenden Pflanzenstoffen wie Maisstärke und Zuckerrohr hergestellt wird. Er weist eine hervorragende Transparenz und Verarbeitbarkeit auf und wird häufig in den Bereichen Verpackung, Textilien und Medizin verwendet.
• Kunststoffe auf Stärkebasis werden durch Mischen natürlicher Stärke mit abbaubaren Polymeren wie Polyvinylalkohol hergestellt, wobei ihre biologische Abbaubarkeit vom Stärkegehalt abhängt. Sie werden häufig zur Herstellung von Einkaufstüten und Müllbeuteln verwendet.
• Biologisch abbaubare Polyester wie Polyhydroxyalkanoate verfügen über gute mechanische Eigenschaften und Biokompatibilität und eignen sich für die Herstellung langlebiger Güter wie 3D-Druckfilamente und medizinischer Geräte.

Vielfalt bei Materialkombinationen und -mischungen

Da recycelte biologisch abbaubare Materialien aus unterschiedlichen Produktionschargen und Einsatzumgebungen stammen können, weisen ihre Kombinationen und Mischungen eine erhebliche Vielfalt auf. Diese Vielfalt spiegelt sich in der physikalischen Form, der chemischen Zusammensetzung und den Abbauraten der Materialien wider. So wirken sich beispielsweise Schwankungen im Molekulargewicht und der Kristallinität von PLA auf dessen mechanische Eigenschaften und Abbauverhalten aus. Ebenso können Art und Gehalt der Stärke in stärkebasierten Kunststoffen die Leistung des Endprodukts verändern.

Im Produktionsprozess biologisch abbaubarer Materialien ist die Auswahl geeigneter Pelletiergeräte entscheidend für die Gewährleistung von Produktqualität und Effizienz. Insbesondere für Materialien wie PLA und stärkebasierte Kunststoffe empfiehlt die Nanjing Granuwel Machinery Equipment Company den Einsatz von Unterwasser-Pelletiersystemen und wassergekühlten Strangpelletiersystemen. Diese Systeme sind speziell für die Verarbeitung temperatur- und scherempfindlicher biologisch abbaubarer Materialien konzipiert und stellen sicher, dass die Materialien während der Verarbeitung ihre biologische Abbaubarkeit und ihre mechanischen Eigenschaften beibehalten.

Unterwasser-Pelletiersysteme eignen sich für die meisten Polymergranulationen, insbesondere für die Granulierung großer Mengen, Mikropartikel und die Granulierung weicher Materialien wie PLA, TPU, EPS usw. Sie bestehen aus einer Schmelzepumpe, einem Filter, einem Anfahrventil, einem Düsenkopf, einem Unterwassergranulator, einem Wasserzirkulationssystem und einem Entwässerungssystem. Durch das Schneiden von geschmolzenem Kunststoff unter Wasser kontrolliert das System effektiv die Temperatur des Granulierungsprozesses und verhindert Materialabbau durch hohe Temperaturen. Dieses System eignet sich besonders für die Verarbeitung thermisch empfindlicher Materialien wie PLA und stellt sicher, dass die geschnittenen Partikel eine gleichmäßige Größe und gute Form haben, was die nachfolgende Verarbeitung und Anwendung erleichtert.

Wassergekühlte Stranggranuliersysteme bestehen hauptsächlich aus einem Strangdüsenkopf, einer Kühlrinne, einem Gebläse, einem Granulator und einem Vibrationssieb. Dieses System ist einfach aufgebaut, leicht zu bedienen und zu warten und erfordert keine hohen Fähigkeiten der Bediener. Es eignet sich zum Pelletieren der meisten Materialien. Die Verwendung von Wasserkühlung zum Kühlen von geschmolzenem Kunststoff vor dem Schneiden kann auch die Temperatur während des Granulierungsprozesses effektiv steuern und das Risiko einer Materialzersetzung durch Einwirkung hoher Temperaturen verringern. Das wassergekühlte Strangsystem eignet sich zum Verarbeiten verschiedener biologisch abbaubarer Materialien, einschließlich biobasierter Kunststoffe, da es eine mildere Kühl- und Schneidumgebung bietet und so die biologische Abbaubarkeit der Materialien schützt.

Als wichtiger Anlagenlieferant für die Produktion biologisch abbaubarer Materialien bietet die Nanjing Granuwel Machinery Equipment Company Unterwasser-Pelletiersysteme und wassergekühlte Strangpelletierungssysteme an, die nicht nur technologisch fortschrittlich, sondern auch hocheffizient und zuverlässig sind. Diese Systeme sind speziell für umweltfreundliche Materialien konzipiert und stellen sicher, dass der Produktionsprozess nicht nur den höchsten Standards entspricht, sondern auch die kritische biologische Abbaubarkeit der Materialien gewährleistet. Sie sind Ihre ideale Wahl für die Produktion umweltfreundlicher Materialien.

Insgesamt bieten Unterwassergranulations- und wassergekühlte Stranggranulationssysteme ideale Lösungen für die effiziente und qualitativ hochwertige Produktion biologisch abbaubarer Materialien. Diese Systeme optimieren nicht nur den Produktionsprozess, sondern stellen auch sicher, dass die Endprodukte die Anforderungen an Umweltfreundlichkeit und Funktionalität erfüllen. Damit sind sie eine unverzichtbare technische Ausrüstung für die Herstellung biologisch abbaubarer Materialien.

Technische Herausforderungen der Granuwel Doppelschneckenextruder

1.Fähigkeit zur Verarbeitung von Recyclingmaterialien unterschiedlicher Qualität

Aufgrund der Inkonsistenz der Molekulargewichtsverteilung, des Feuchtigkeitsgehalts und des Additivgehalts von Recyclingmaterialien kann unser Doppelschneckenextruder Betriebsparameter wie Temperaturprofil, Schneckendrehzahl und Schergeschwindigkeit anpassen, um verschiedenen Materialeigenschaften gerecht zu werden.

Für Recyclingmaterialien mit höherem Feuchtigkeitsgehalt sind Granuwel-Doppelschneckenextruder mit einem effektiven Trocknungssystem oder einer Vortrocknungsbehandlung ausgestattet. Darüber hinaus können Granuwel-Doppelschneckenextruder einen Vakuumentlüftungsabschnitt in der Materialschmelzzone hinzufügen, der die im Material enthaltene Feuchtigkeit durch Unterdruckvakuum abtrennt, um Schmelzbrüche und Blasenbildung zu vermeiden.

Auswirkungen von Verunreinigungen und Schadstoffen auf die Geräte- und Produktqualität

Die Verwendung nicht biologisch abbaubarer Materialien kann nicht nur zu Verschleiß an Schnecke und Düse führen, sondern auch zu einer ungleichmäßigen Produktleistung. Beispielsweise kann die Verwendung von Metallfragmenten die Schnecke beschädigen, während die Verwendung von Papier und anderen Zellulosematerialien die mechanischen Eigenschaften des Produkts beeinträchtigen kann. Darüber hinaus können Verunreinigungen wie Speisereste und Fett dazu führen, dass das Produkt riecht, sich verfärbt oder mikrobiell verunreinigt. Daher sind die Doppelschneckenextruder von Granuwel mit wirksamen Filtersystemen und Erkennungsgeräten ausgestattet, um die Reinheit des Materials und die Qualität des Produkts sicherzustellen.

2. Herausforderungen an die Verarbeitungsstabilität aufgrund von Materialinkonsistenz

Aufgrund von Chargenunterschieden bei recycelten Materialien, wie z. B. Schwankungen bei Schmelzpunkt, Viskosität und thermischer Stabilität, muss der Extruder unter ständig wechselnden Bedingungen arbeiten, was zu Produktionsunterbrechungen und instabiler Produktqualität führen kann. Um dieser Herausforderung zu begegnen, verfügen die Doppelschneckenextruder von Granuwel über hohe Flexibilität und präzise Steuerungssysteme. Das modulare Design der Doppelschneckenelemente ermöglicht jederzeit Anpassungen der Schneckenkombination. Beispielsweise können durch Echtzeitüberwachung von Verarbeitungstemperatur und -druck und rechtzeitige Anpassung der Schneckenkonfiguration und Schergeschwindigkeit die Auswirkungen von Materialinkonsistenzen bis zu einem gewissen Grad gemildert werden.

Anpassung des Schneckendesigns und Optimierung der Prozessparameter

1.Adaptive Anpassung des Schraubendesigns

Die adaptive Anpassung des Schneckendesigns, einschließlich des Längen-/Durchmesserverhältnisses und der Schneckenelementkonfiguration, ist der Schlüssel zur Verbesserung der Effizienz und Qualität von Geräten zur Verarbeitung recycelter biologisch abbaubarer Materialien. Ein größeres Längen-/Durchmesserverhältnis sorgt für eine längere Verweilzeit und eine größere Scherfläche, was für die vollständige Mischung und Reaktion der Materialien von Vorteil ist, aber auch den Energieverbrauch und das Risiko einer Materialzersetzung erhöhen kann. Beispielsweise kann für recycelte Materialien mit instabilen Komponenten ein kleineres Längen-/Durchmesserverhältnis gewählt werden, um die thermische Zersetzung zu verringern.

Die Konfiguration der Schneckenelemente, einschließlich der Anordnung und des Anteils der Förderelemente, Scherelemente und Mischelemente, muss ebenfalls an die physikalischen Eigenschaften des Materials angepasst werden. Beispielsweise können bei Recyclingmaterialien mit hohem Feuchtigkeitsgehalt mehr Scherelemente verwendet werden, um die Verdunstung und Trocknung der Feuchtigkeit zu fördern.

Nanjing Granuwel Machinery Equipment ist ein professioneller Hersteller von Doppelschneckenextrudern mit vielen erfahrenen Konstrukteuren und Anlageninbetriebnahmeingenieuren. Für unterschiedliche Materialverarbeitungsanforderungen verfügt das Unternehmen über eine umfassende Schneckendatenbank und kann schnell und präzise geeignete Schneckenstrukturen basierend auf den Materialeigenschaften des Kunden entwerfen. Die Granuwel Company kann Kunden auch eine Testplattform zur Verfügung stellen und Materialtests vor der Auftragserteilung anbieten, um Kunden bei der Auswahl der richtigen und geeigneten Ausrüstung zu unterstützen.

Optimierung der Prozessparameter

Eine präzise Einstellung der Temperaturregelung, der Schergeschwindigkeit und der Verweilzeit ist entscheidend, um die Stabilität und Gleichmäßigkeit des Materials während der Extrusion sicherzustellen. Die Temperatureinstellungen müssen entsprechend dem Schmelzpunkt und der thermischen Stabilität des Materials angepasst werden, um eine Überhitzung oder unzureichende Plastifizierung zu vermeiden. Beispielsweise wird die Verarbeitungstemperatur von PLA normalerweise zwischen 170 und 20 °C geregelt, um die Stabilität seiner Molekülketten aufrechtzuerhalten.

Die Kontrolle der Schergeschwindigkeit beeinflusst die Misch- und Plastifizierungseffekte des Materials erheblich. Eine geeignete Schergeschwindigkeit kann eine gleichmäßige Mischung der Materialien fördern, eine zu hohe Schergeschwindigkeit kann jedoch zu einer Materialzersetzung führen. Die Anpassung der Verweilzeit bezieht sich auf die Verarbeitungszeit des Materials im Extruder; eine zu lange Verweilzeit kann zu unnötigem Energieverbrauch und Materialzersetzung führen, während eine unzureichende Verweilzeit zu einer unvollständigen Plastifizierung des Materials führen kann.

2.Anwendung von Vorbehandlungs- und Nachbehandlungstechnologien

Der Einsatz von Vor- und Nachbehandlungstechnologien ist ebenso wichtig, um die Effizienz und Qualität von Doppelschneckenextrudern bei der Verarbeitung recycelter biologisch abbaubarer Materialien zu verbessern. Diese Technologien umfassen Reinigung, Trocknung, Sortierung usw., um die Reinheit und Konsistenz des Materials zu verbessern und die Auswirkungen von Verunreinigungen und Schadstoffen auf den Verarbeitungsprozess zu verringern.

Durch Reinigen und Sortieren kann der Einschluss von nicht biologisch abbaubaren Materialien und Metallfragmenten sowie anderen Verunreinigungen reduziert werden, wodurch der Geräteverschleiß und Produktfehler verringert werden. Durch Trocknen wird der Feuchtigkeitsgehalt des Materials kontrolliert und Schmelzbrüche und Blasenbildung vermieden. Beispielsweise kann durch den Einsatz von Infrarot-Trocknungs- oder Heißlufttrocknungstechnologie der Feuchtigkeitsgehalt von PLA auf unter 0,5% gesenkt werden, wodurch seine Stabilität und Produktqualität während der Extrusion verbessert wird.

Umweltauswirkungen und wirtschaftliche Überlegungen

1. Umweltvorteile des Recyclings biologisch abbaubarer Materialien

Die Verwendung recycelter, biologisch abbaubarer Materialien hat erhebliche ökologische Vorteile, da sie die Umweltverschmutzung und den Ressourcenverbrauch verringert. Am Beispiel von Polymilchsäure, einem biobasierten Kunststoff, sind die Kohlendioxidemissionen während der Produktion etwa 50-80% niedriger als bei herkömmlichen Kunststoffen auf Erdölbasis. Darüber hinaus können biologisch abbaubare Materialien nach der Entsorgung unter natürlichen Bedingungen zersetzt werden, wodurch die Abhängigkeit von Mülldeponien und das Risiko einer Bodenverschmutzung verringert werden.

2. Rolle von Doppelschneckenextrudern bei der Verbesserung der Qualität von Recyclingmaterial

Doppelschneckenextruder spielen eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der Qualität recycelter biologisch abbaubarer Materialien. Durch präzise Temperaturregelung, Anpassung der Schergeschwindigkeit und Mischleistung können Doppelschneckenextruder die Verarbeitungsleistung und die Endproduktleistung recycelter Materialien verbessern. Beispielsweise kann durch richtiges Trocknen und Plastifizieren von recyceltem PLA dessen Zugfestigkeit um 20-30% erhöht und so sein Anwendungsbereich im High-End-Markt erweitert werden.

3.Produktionskosten- und Wirtschaftlichkeitsanalyse

Obwohl die Verarbeitung und Anwendung von recycelten biologisch abbaubaren Materialien möglicherweise höhere Anfangsinvestitionen erfordert, sind ihre wirtschaftlichen Vorteile auf lange Sicht erheblich. Erstens verringert die Verwendung von recycelten Materialien die Abhängigkeit von Rohstoffressourcen und senkt die Rohstoffkosten. Zweitens machen die hohe Effizienz und Vielseitigkeit von Doppelschneckenextrudern den Produktionsprozess flexibler und wirtschaftlicher. Durch Anpassen der Schneckenkonfiguration und der Verarbeitungsparameter kann beispielsweise dieselbe Anlage verschiedene Arten von recycelten Materialien verarbeiten, wodurch die Anlageninvestitionen und Betriebskosten gesenkt werden.

Da die Nachfrage der Verbraucher nach umweltfreundlichen Produkten steigt, erzielen Produkte aus biologisch abbaubaren Materialien häufig höhere Marktpreise. Beispielsweise ist der Preis für biologisch abbaubare Plastiktüten normalerweise 10-20% höher als der für herkömmliche Plastiktüten, was den Herstellern höhere Gewinnspannen bietet. Gleichzeitig bieten staatliche Unterstützung und Subventionen für Umweltprojekte zusätzliche wirtschaftliche Anreize für Unternehmen.

Abschluss

Doppelschneckenextruder spielen eine entscheidende Rolle bei der Verarbeitung recycelter, biologisch abbaubarer Materialien. Durch präzise Temperaturregelung, Anpassung der Schergeschwindigkeit und Mischleistung können diese Geräte die Leistung von recycelten Materialien effektiv verbessern und sie für High-End-Anwendungen besser geeignet machen. Zukünftige Forschung und technologische Innovation werden sich weiterhin auf die Verbesserung der Verarbeitungseffizienz, die Anpassung an neue Materialeigenschaften und die Reduzierung des ökologischen Fußabdrucks während der Produktion konzentrieren. Durch die Steigerung des Mehrwerts recycelter Materialien kann die Marktwettbewerbsfähigkeit der Unternehmen verbessert und die Entwicklung nachhaltiger Geschäftsmodelle gefördert werden.