Mejora del valor del reciclaje: aplicación de extrusoras de doble husillo en la reutilización de materiales biodegradables

Introducción

A medida que aumenta la conciencia mundial sobre la protección del medio ambiente, los materiales biodegradables han ganado una atención generalizada como una forma eficaz de reducir las cargas ambientales. Estos materiales pueden descomponerse en condiciones naturales, lo que reduce la dependencia de los plásticos tradicionales y, por lo tanto, ayuda a aliviar la presión sobre los vertederos y reducir la contaminación plástica. Aunque los materiales biodegradables pueden descomponerse por completo en condiciones naturales adecuadas, considerando su largo tiempo y ciclo de degradación, junto con el alto costo de los plásticos de origen biológico, existe una perspectiva de mercado prometedora para el reciclaje de materiales biodegradables. En la cadena de reciclaje de materiales biodegradables, las extrusoras de doble tornillo desempeñan un papel clave al procesar de manera eficiente varios materiales biodegradables como el ácido poliláctico (PLA) y los plásticos a base de almidón a través del control preciso de la temperatura y la velocidad de corte, logrando un procesamiento y modificación efectivos. Las extrusoras de doble tornillo no solo son adecuadas para procesar nuevos materiales, sino que también muestran un gran potencial para mejorar la calidad de los materiales reciclados y ampliar el alcance de la reutilización.

Este artículo tiene como objetivo analizar la aplicación de extrusoras de doble husillo en el procesamiento y reutilización de materiales biodegradables reciclados, discutir sus ventajas y desafíos técnicos y proponer posibles estrategias de optimización. El artículo también discutirá el impacto ambiental y la viabilidad económica del procesamiento de materiales biodegradables utilizando extrusoras de doble husillo.

Fuentes principales

Las fuentes de materiales biodegradables reciclados son muy variadas y abarcan múltiples industrias y sectores de consumo. Los desechos agrícolas son una fuente importante, con una producción mundial que supera los mil millones de toneladas anuales. Estos desechos incluyen paja, salvado y residuos animales y vegetales, que pueden convertirse en plásticos biodegradables mediante métodos mecánicos o químicos.

Los envases de alimentos son otra fuente clave, especialmente con la creciente demanda de envases ecológicos en los supermercados y la industria de servicios alimentarios. Según datos de Plastics Europe, el consumo de plásticos biodegradables para envases de alimentos en Europa fue de aproximadamente 75.000 toneladas en 2019.

Tipos comunes

Los tipos de materiales biodegradables reciclados son diversos, incluyendo principalmente ácido poliláctico, plásticos a base de almidón y poliésteres biodegradables.

• El ácido poliláctico es un bioplástico elaborado a partir de recursos vegetales renovables, como el almidón de maíz y la caña de azúcar, mediante procesos de fermentación y polimerización. Tiene una excelente transparencia y procesabilidad y se utiliza ampliamente en los sectores de embalaje, textiles y medicina.
• Los plásticos a base de almidón se fabrican mezclando almidón natural con polímeros degradables como el alcohol polivinílico, cuya biodegradabilidad depende del contenido de almidón y se utilizan habitualmente para producir bolsas de compras y bolsas de basura.
• Los poliésteres biodegradables como los polihidroxialcanoatos tienen buenas propiedades mecánicas y biocompatibilidad, lo que los hace adecuados para la fabricación de bienes duraderos como filamentos de impresión 3D y equipos médicos.

Diversidad en combinaciones y mezclas de materiales

Debido a que los materiales biodegradables reciclados pueden proceder de distintos lotes de producción y entornos de uso, sus combinaciones y mezclas presentan una diversidad significativa. Esta diversidad se refleja en la forma física, la composición química y las tasas de degradación de los materiales. Por ejemplo, las variaciones en el peso molecular y la cristalinidad del PLA afectan sus propiedades mecánicas y su comportamiento de degradación. De manera similar, el tipo y el contenido de almidón en los plásticos a base de almidón pueden alterar el rendimiento del producto final.

En el proceso de producción de materiales biodegradables, la selección de equipos de peletización adecuados es crucial para garantizar la calidad y la eficiencia del producto. Especialmente para materiales como PLA y plásticos a base de almidón, Nanjing Granuwel Machinery Equipment Company recomienda utilizar sistemas de peletización bajo el agua y sistemas de peletización de filamentos con refrigeración por agua. Estos sistemas están diseñados específicamente para procesar materiales biodegradables sensibles a la temperatura y al cizallamiento, lo que garantiza que los materiales mantengan su biodegradabilidad y sus propiedades mecánicas durante el procesamiento.

Los sistemas de granulación bajo el agua son adecuados para la mayoría de las granulaciones de polímeros, especialmente para la granulación de gran volumen, micropartículas y granulación de materiales blandos, como PLA, TPU, EPS, etc. Constan de una bomba de fusión, un filtro, una válvula de arranque, un cabezal de troquel, un granulador bajo el agua, un sistema de circulación de agua y un sistema de deshidratación. Al cortar el plástico fundido bajo el agua, el sistema controla eficazmente la temperatura del proceso de granulación y evita la degradación del material debido a las altas temperaturas. Este sistema es especialmente adecuado para procesar materiales termosensibles como el PLA, lo que garantiza que las partículas cortadas tengan un tamaño uniforme y una buena forma, lo que facilita el procesamiento y la aplicación posteriores.

Los sistemas de granulación de hebras con refrigeración por agua incluyen principalmente un cabezal de troquelado de hebras, un canal de enfriamiento, un soplador, un granulador y una criba vibratoria. Este sistema tiene una estructura simple, es fácil de operar y mantener y no requiere altos niveles de habilidad por parte de los operadores, por lo que es adecuado para granular la mayoría de los materiales. El uso de refrigeración por agua para enfriar el plástico fundido antes del corte también puede controlar eficazmente la temperatura durante el proceso de granulación, lo que reduce el riesgo de degradación del material debido a la exposición a altas temperaturas. El sistema de hebras con refrigeración por agua es adecuado para procesar varios materiales biodegradables, incluidos los plásticos de origen biológico, ya que proporciona un entorno de enfriamiento y corte más suave, lo que protege la biodegradabilidad de los materiales.

Como proveedor clave de equipos para la producción de materiales biodegradables, Nanjing Granuwel Machinery Equipment Company ofrece sistemas de peletización subacuática y sistemas de peletización de filamentos con refrigeración por agua que no solo son tecnológicamente avanzados, sino también altamente eficientes y confiables. Estos sistemas están especialmente diseñados para materiales ecológicos, lo que garantiza que el proceso de producción no solo siga los estándares más altos, sino que también mantenga la biodegradabilidad crítica de los materiales. Son su opción ideal para la producción de materiales ecológicos.

En general, los sistemas de granulación subacuática y de granulación por refrigeración por agua ofrecen soluciones ideales para la producción eficiente y de alta calidad de materiales biodegradables. Estos sistemas no solo optimizan el proceso de producción, sino que también garantizan que los productos finales cumplan con los requisitos de rendimiento ambiental y funcional, lo que los convierte en equipos técnicos indispensables para producir materiales biodegradables.

Desafíos técnicos de las extrusoras de doble husillo Granuwel

1.Capacidad para procesar materiales reciclados de diferente calidad.

Debido a la inconsistencia en la distribución del peso molecular, el contenido de humedad y el contenido de aditivos de los materiales reciclados, nuestra extrusora de doble tornillo puede ajustar parámetros operativos como el perfil de temperatura, la velocidad del tornillo y la velocidad de corte para adaptarse a diversas características del material.

Para materiales reciclados con mayor contenido de humedad, las extrusoras de doble husillo Granuwel están equipadas con un sistema de secado eficaz o un tratamiento de presecado. Además, las extrusoras de doble husillo Granuwel pueden añadir una sección de ventilación por vacío en la zona de fusión del material, separando la humedad contenida en el material mediante vacío por presión negativa para evitar la fractura de la masa fundida y la formación de burbujas.

Impacto de las impurezas y contaminantes en la calidad de los equipos y productos

La inclusión de materiales no biodegradables no solo puede provocar desgaste en el husillo y la matriz, sino que también puede provocar un rendimiento desigual del producto. Por ejemplo, la inclusión de fragmentos de metal puede dañar el husillo, mientras que la inclusión de papel y otros materiales de celulosa puede afectar a las propiedades mecánicas del producto. Además, los contaminantes como los residuos de alimentos y la grasa pueden provocar que el producto tenga olor, decoloración o contaminación microbiana. Por lo tanto, las extrusoras de doble husillo de Granuwel están equipadas con sistemas de filtración eficaces y equipos de detección para garantizar la pureza del material y la calidad del producto.

2. Desafíos para la estabilidad del procesamiento debido a la inconsistencia del material

Debido a las diferencias entre lotes de materiales reciclados, como variaciones en el punto de fusión, la viscosidad y la estabilidad térmica, la extrusora debe funcionar en condiciones que cambian constantemente, lo que puede provocar interrupciones en la producción y una calidad inestable del producto. Para abordar este desafío, las extrusoras de doble husillo de Granuwel poseen una alta flexibilidad y sistemas de control precisos. El diseño modular de los elementos de doble husillo permite realizar ajustes en la combinación de husillos en cualquier momento. Por ejemplo, mediante el monitoreo en tiempo real de la temperatura y la presión de procesamiento y el ajuste oportuno de la configuración del husillo y la velocidad de corte, se puede mitigar hasta cierto punto el impacto de la inconsistencia del material.

Ajuste del diseño del tornillo y optimización de los parámetros de procesamiento

1. Ajuste adaptativo del diseño del tornillo

El ajuste adaptativo del diseño del tornillo, incluida la relación de aspecto y la configuración del elemento del tornillo, es clave para mejorar la eficiencia y la calidad del equipo que procesa materiales biodegradables reciclados. Una relación de aspecto mayor proporciona un tiempo de residencia más prolongado y una mayor área de corte, lo que beneficia la mezcla y la reacción completas de los materiales, pero también puede aumentar el consumo de energía y el riesgo de degradación del material. Por ejemplo, para los materiales reciclados que contienen componentes inestables, se puede elegir una relación de aspecto menor para reducir la descomposición térmica.

La configuración de los elementos de tornillo, incluida la disposición y proporción de los elementos de transporte, los elementos de corte y los elementos de mezcla, también debe ajustarse de acuerdo con las propiedades físicas del material. Por ejemplo, para materiales reciclados con alto contenido de humedad, se pueden utilizar más elementos de corte para promover la evaporación y el secado de la humedad.

Nanjing Granuwel Machinery Equipment es un fabricante profesional de extrusoras de doble husillo, con muchos ingenieros de diseño y de puesta en servicio de equipos con experiencia. Para diferentes necesidades de procesamiento de materiales, la empresa cuenta con una base de datos de husillos completa y puede diseñar de forma rápida y precisa estructuras de husillos adecuadas en función de las características del material del cliente. Granuwel Company también puede proporcionar a los clientes una plataforma de prueba, ofreciendo pruebas de materiales antes de realizar pedidos para ayudar a los clientes a elegir el equipo correcto y apropiado.

Optimización de parámetros de procesamiento

El ajuste preciso del control de temperatura, la velocidad de corte y el tiempo de residencia es crucial para garantizar la estabilidad y uniformidad del material durante la extrusión. Los parámetros de temperatura deben ajustarse de acuerdo con el punto de fusión y la estabilidad térmica del material para evitar el sobrecalentamiento o la plastificación insuficiente. Por ejemplo, la temperatura de procesamiento del PLA suele controlarse entre 170 y 20 °C para mantener la estabilidad de sus cadenas moleculares.

El control de la velocidad de corte afecta significativamente los efectos de mezcla y plastificación del material. Una velocidad de corte adecuada puede promover una mezcla uniforme de materiales, pero una velocidad de corte demasiado alta puede provocar la degradación del material. El ajuste del tiempo de residencia se relaciona con el tiempo de procesamiento del material en la extrusora; un tiempo de residencia demasiado largo puede provocar un consumo innecesario de energía y la degradación del material, mientras que un tiempo de residencia insuficiente puede provocar una plastificación incompleta del material.

2. Aplicación de tecnologías de pretratamiento y postratamiento

La aplicación de tecnologías de pretratamiento y postratamiento es igualmente importante para mejorar la eficiencia y la calidad de las extrusoras de doble husillo en el procesamiento de materiales biodegradables reciclados. Estas tecnologías incluyen limpieza, secado, clasificación, etc., destinadas a mejorar la pureza y la consistencia del material y reducir el impacto de las impurezas y los contaminantes en el proceso de procesamiento.

La limpieza y la clasificación pueden reducir la inclusión de materiales no biodegradables y fragmentos de metal y otras impurezas, lo que reduce el desgaste del equipo y los defectos del producto. El secado ayuda a controlar el contenido de humedad del material, evitando la fractura por fusión y la formación de burbujas. Por ejemplo, mediante el uso de tecnología de secado por infrarrojos o de secado con aire caliente, el contenido de humedad del PLA se puede reducir a menos de 0,5%, mejorando así su estabilidad y la calidad del producto durante la extrusión.

Impacto ambiental y consideraciones económicas

1. Beneficios ambientales del reciclaje de materiales biodegradables

El uso de materiales biodegradables reciclados tiene importantes beneficios ambientales, ya que reduce la contaminación ambiental y el consumo de recursos. Si tomamos como ejemplo el ácido poliláctico, al ser un plástico de origen biológico, sus emisiones de dióxido de carbono durante la producción son aproximadamente entre un 50 y un 80 % inferiores a las de los plásticos tradicionales derivados del petróleo. Además, los materiales biodegradables pueden descomponerse en condiciones naturales después de su eliminación, lo que reduce la dependencia de los vertederos y el riesgo de contaminación del suelo.

2. Función de las extrusoras de doble husillo en la mejora de la calidad del material reciclado

Las extrusoras de doble husillo desempeñan un papel fundamental en la mejora de la calidad de los materiales biodegradables reciclados. Mediante un control preciso de la temperatura, el ajuste de la velocidad de corte y la eficiencia de la mezcla, las extrusoras de doble husillo pueden mejorar el rendimiento del procesamiento y el rendimiento del producto final de los materiales reciclados. Por ejemplo, al secar y plastificar adecuadamente el PLA reciclado, su resistencia a la tracción se puede aumentar en 20-30%, ampliando así su rango de aplicación en el mercado de alta gama.

3. Análisis de costos de producción y beneficios económicos

Aunque el procesamiento y la aplicación de materiales biodegradables reciclados pueden requerir una mayor inversión inicial, a largo plazo, sus beneficios económicos son significativos. En primer lugar, el uso de materiales reciclados reduce la dependencia de los recursos en bruto, lo que reduce los costos de las materias primas. En segundo lugar, la alta eficiencia y versatilidad de las extrusoras de doble husillo hacen que el proceso de producción sea más flexible y económico. Por ejemplo, al ajustar la configuración del husillo y los parámetros de procesamiento, el mismo equipo puede procesar varios tipos de materiales reciclados, lo que reduce la inversión en equipos y los costos operativos.

Además, a medida que aumenta la demanda de productos ecológicos por parte de los consumidores, los productos fabricados con materiales biodegradables suelen tener precios de mercado más altos. Por ejemplo, el precio de las bolsas de plástico biodegradables suele ser entre 10 y 200 000 T más alto que el de las bolsas de plástico tradicionales, lo que proporciona mayores márgenes de beneficio a los fabricantes. Al mismo tiempo, el apoyo y los subsidios gubernamentales a los proyectos medioambientales también suponen incentivos económicos adicionales para las empresas.

Conclusión

Las extrusoras de doble husillo desempeñan un papel crucial en el procesamiento de materiales biodegradables reciclados. Mediante un control preciso de la temperatura, el ajuste de la velocidad de corte y la eficiencia de la mezcla, estos dispositivos pueden mejorar eficazmente el rendimiento de los materiales reciclados, haciéndolos más adecuados para aplicaciones de alta gama. La investigación futura y la innovación tecnológica seguirán centrándose en mejorar la eficiencia del procesamiento, la adaptación a las nuevas características de los materiales y la reducción de la huella ambiental durante la producción. Al aumentar el valor añadido de los materiales reciclados, se puede mejorar la competitividad de las empresas en el mercado, promoviendo el desarrollo de modelos comerciales sostenibles.