재활용 가치 향상: 생분해성 재료 재사용에 트윈 스크류 압출기 적용

소개

환경 보호에 대한 세계적 인식이 깊어짐에 따라 생분해성 재료는 환경 부담을 줄이는 효과적인 방법으로 널리 주목을 받고 있습니다. 이러한 재료는 자연 조건에서 분해되어 기존 플라스틱에 대한 의존도를 줄이고 매립지에 대한 압력을 완화하고 플라스틱 오염을 줄이는 데 도움이 됩니다. 생분해성 재료는 적절한 자연 조건에서 완전히 분해될 수 있지만 긴 분해 시간과 주기, 바이오 기반 플라스틱의 높은 비용을 고려할 때 생분해성 재료 재활용에 대한 유망한 시장 전망이 있습니다. 생분해성 재료의 재활용 체인에서 이축 압출기는 온도와 전단 속도를 정밀하게 제어하여 폴리락트산(PLA) 및 전분 기반 플라스틱과 같은 다양한 생분해성 재료를 효율적으로 처리하여 효과적인 처리 및 수정을 달성함으로써 핵심적인 역할을 합니다. 이축 압출기는 새로운 재료를 처리하는 데 적합할 뿐만 아니라 재활용 재료의 품질을 개선하고 재사용 범위를 확장하는 데 큰 잠재력을 보여줍니다.

이 논문은 재활용 생분해성 재료의 가공 및 재사용에 있어서 트윈 스크류 압출기의 적용을 분석하고, 그 기술적 이점과 과제를 논의하며, 가능한 최적화 전략을 제안하는 것을 목표로 합니다. 또한 이 논문은 트윈 스크류 압출기를 사용하여 생분해성 재료를 가공하는 것의 환경적 영향과 경제적 타당성에 대해서도 논의할 것입니다.

주요 소스

재활용 생분해성 재료의 공급원은 광범위하여 여러 산업과 소비자 부문을 망라합니다. 농업 폐기물은 중요한 공급원 중 하나이며, 전 세계적으로 매년 10억 톤을 초과하여 생산됩니다. 이 폐기물에는 짚, 밀기울, 동식물 잔여물이 포함되며, 기계적 또는 화학적 방법을 통해 생분해성 플라스틱으로 전환할 수 있습니다.

식품 포장은 또 다른 주요 공급원이며, 특히 슈퍼마켓과 식품 서비스 산업에서 친환경 포장에 대한 수요가 증가하고 있습니다. Plastics Europe의 데이터에 따르면, 2019년 유럽에서 식품 포장용 생분해성 플라스틱 소비량은 약 75,000톤이었습니다.

일반적인 유형

재활용되는 생분해성 재료의 종류는 다양하며, 주로 폴리락트산, 전분 기반 플라스틱, 생분해성 폴리에스터 등이 있습니다.

• 폴리락틱산은 옥수수 전분, 사탕수수와 같은 재생 가능한 식물 자원을 발효 및 중합 공정을 통해 만든 바이오플라스틱입니다. 투명성과 가공성이 뛰어나 포장, 섬유 및 의료 분야에서 널리 사용됩니다.
• 전분 기반 플라스틱은 천연 전분과 폴리비닐알코올과 같은 분해성 폴리머를 혼합하여 만들며, 생분해성은 전분 함량에 따라 달라지며, 일반적으로 쇼핑백과 쓰레기봉투를 생산하는 데 사용됩니다.
• 폴리하이드록시알카노에이트와 같은 생분해성 폴리에스터는 우수한 기계적 특성과 생체적합성을 갖고 있어 3D 프린팅 필라멘트 및 의료 장비와 같은 내구성 있는 제품을 제조하는 데 적합합니다.

재료 조합 및 혼합물의 다양성

재활용 생분해성 재료가 다양한 생산 배치와 사용 환경에서 나올 수 있는 잠재력으로 인해, 그 조합과 혼합물은 상당한 다양성을 보입니다. 이 다양성은 재료의 물리적 형태, 화학적 구성 및 분해 속도에 반영됩니다. 예를 들어, PLA의 분자량과 결정성의 변화는 기계적 특성과 분해 거동에 영향을 미칩니다. 마찬가지로, 전분 기반 플라스틱의 전분 유형과 함량은 최종 제품의 성능을 변경할 수 있습니다.

생분해성 재료의 생산 공정에서 적절한 펠릿화 장비를 선택하는 것은 제품 품질과 효율성을 보장하는 데 매우 중요합니다. 특히 PLA 및 전분 기반 플라스틱과 같은 재료의 경우 Nanjing Granuwel Machinery Equipment Company는 수중 펠릿화 시스템과 수냉 스트랜드 펠릿화 시스템을 사용할 것을 권장합니다. 이러한 시스템은 온도 및 전단에 민감한 생분해성 재료를 처리하도록 특별히 설계되어 처리 중에 재료가 생분해성과 기계적 특성을 유지하도록 합니다.

수중 펠릿화 시스템은 대부분의 폴리머 과립화, 특히 PLA, TPU, EPS 등과 같은 대용량 과립화, 미립자 및 연성 재료 과립화에 적합합니다. 이 시스템은 용융 펌프, 필터, 시동 밸브, 다이 헤드, 수중 과립화기, 물 순환 시스템 및 탈수 시스템으로 구성됩니다. 용융 플라스틱을 수중에서 절단함으로써 이 시스템은 과립화 공정의 온도를 효과적으로 제어하고 고온으로 인한 재료 열화를 방지합니다. 이 시스템은 PLA와 같은 열에 민감한 재료를 처리하는 데 특히 적합하여 절단된 입자가 균일한 크기와 양호한 모양을 유지하여 후속 처리 및 적용을 용이하게 합니다.

수냉 스트랜드 펠릿화 시스템은 주로 스트랜드 다이 헤드, 냉각 트로프, 블로워, 과립화기 및 진동 스크린을 포함합니다. 이 시스템은 구조가 간단하고 작동 및 유지 관리가 쉽고 작업자의 높은 기술 수준이 필요하지 않아 대부분의 재료 펠릿화에 적합합니다. 절단 전에 용융 플라스틱을 냉각하기 위해 수냉을 사용하면 과립화 공정 중 온도를 효과적으로 제어하여 고온에 노출되어 재료가 분해될 위험을 줄일 수도 있습니다. 수냉 스트랜드 시스템은 생물 기반 플라스틱을 포함한 다양한 생분해성 재료를 처리하는 데 적합하며, 재료의 생분해성을 보호하여 더 온화한 냉각 및 절단 환경을 제공합니다.

생분해성 재료 생산을 위한 핵심 장비 공급업체인 Nanjing Granuwel Machinery Equipment Company는 기술적으로 진보되었을 뿐만 아니라 매우 효율적이고 신뢰할 수 있는 수중 펠릿화 시스템과 수냉 스트랜드 펠릿화 시스템을 제공합니다. 이러한 시스템은 친환경 재료를 위해 특별히 설계되어 생산 공정이 가장 높은 표준을 따를 뿐만 아니라 재료의 중요한 생분해성을 유지합니다. 친환경 재료 생산을 위한 이상적인 선택입니다.

전반적으로 수중 과립화 및 수냉 스트랜드 과립화 시스템은 생분해성 재료의 효율적이고 고품질 생산을 위한 이상적인 솔루션을 제공합니다. 이러한 시스템은 생산 공정을 최적화할 뿐만 아니라 최종 제품이 환경 및 기능적 성능 요구 사항을 충족하도록 보장하여 생분해성 재료를 생산하는 데 없어서는 안 될 기술 장비입니다.

Granuwel 트윈 스크류 압출기의 기술적 과제

1. 다양한 품질의 재활용 재료를 처리할 수 있는 능력

재활용 소재의 분자량 분포, 수분 함량, 첨가제 함량이 일관되지 않기 때문에 당사의 이중 스크류 압출기는 온도 프로파일, 스크류 속도, 전단 속도와 같은 작동 매개변수를 조정하여 다양한 소재 특성에 맞게 조절할 수 있습니다.

수분 함량이 높은 재활용 재료의 경우 Granuwel 트윈 스크류 압출기에는 효과적인 건조 시스템 또는 사전 건조 처리가 장착되어 있습니다. 또한 Granuwel 트윈 스크류 압출기는 재료 용융 구역에 진공 배출 섹션을 추가하여 음압 진공을 통해 재료에 포함된 수분을 분리하여 용융 균열 및 거품 형성을 방지할 수 있습니다.

불순물 및 오염물질이 장비 및 제품 품질에 미치는 영향

비생분해성 재료를 포함하면 스크류와 다이가 마모될 뿐만 아니라 제품 성능이 고르지 않을 수 있습니다. 예를 들어, 금속 파편이 포함되면 스크류가 손상될 수 있고, 종이 및 기타 셀룰로스 재료가 포함되면 제품의 기계적 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 식품 잔여물 및 기름과 같은 오염 물질로 인해 제품에 냄새, 변색 또는 미생물 오염이 발생할 수 있습니다. 따라서 Granuwel 트윈 스크류 압출기에는 효과적인 여과 시스템과 감지 장비가 장착되어 재료의 순도와 제품의 품질을 보장합니다.

2. 재료의 불일치로 인한 가공 안정성의 과제

재활용 재료의 배치 간 차이(예: 녹는점, 점도, 열 안정성의 변화)로 인해 압출기는 끊임없이 변화하는 조건에서 작동해야 하며, 이는 생산 중단 및 불안정한 제품 품질로 이어질 수 있습니다. 이러한 과제를 해결하기 위해 Granuwel 이중 스크류 압출기는 높은 유연성과 정밀한 제어 시스템을 갖추고 있습니다. 이중 스크류 요소의 모듈식 설계로 언제든지 스크류 조합을 조정할 수 있습니다. 예를 들어, 처리 온도와 압력을 실시간으로 모니터링하고 스크류 구성과 전단 속도를 적시에 조정함으로써 재료 불일치의 영향을 어느 정도 완화할 수 있습니다.

스크류 설계 조정 및 가공 매개변수 최적화

1.나사 설계의 적응적 조정

종횡비와 스크류 요소 구성을 포함한 스크류 설계의 적응적 조정은 재활용 생분해성 재료를 처리하는 장비의 효율성과 품질을 개선하는 데 중요합니다. 종횡비가 클수록 체류 시간이 길어지고 전단 면적이 커져 재료의 완전한 혼합과 반응에 유익하지만 에너지 소비와 재료 분해 위험이 증가할 수도 있습니다. 예를 들어, 불안정한 구성 요소가 포함된 재활용 재료의 경우 열 분해를 줄이기 위해 더 작은 종횡비를 선택할 수 있습니다.

운반 요소, 전단 요소, 혼합 요소의 배열 및 비율을 포함한 스크류 요소 구성도 재료의 물리적 특성에 따라 조정해야 합니다. 예를 들어, 수분 함량이 높은 재활용 재료의 경우, 더 많은 전단 요소를 사용하여 수분의 증발과 건조를 촉진할 수 있습니다.

난징 Granuwel Machinery Equipment는 많은 숙련된 설계 엔지니어와 장비 시운전 엔지니어를 보유한 트윈 스크류 압출기의 전문 제조업체입니다. 다양한 소재 처리 요구 사항에 대해 회사는 포괄적인 스크류 데이터베이스를 보유하고 있으며 고객 소재 특성에 따라 적합한 스크류 구조를 빠르고 정확하게 설계할 수 있습니다. Granuwel Company는 또한 고객에게 시험 플랫폼을 제공하여 주문하기 전에 소재 테스트를 제공하여 고객이 올바르고 적절한 장비를 선택할 수 있도록 도울 수 있습니다.

처리 매개변수의 최적화

온도 제어, 전단 속도 및 체류 시간의 정확한 조정은 압출 중 재료 안정성과 균일성을 보장하는 데 중요합니다. 온도 설정은 과열이나 불충분한 가소화를 방지하기 위해 재료의 녹는점과 열 안정성에 따라 조정해야 합니다. 예를 들어 PLA의 가공 온도는 일반적으로 분자 사슬의 안정성을 유지하기 위해 170-20°C 사이에서 제어됩니다.

전단 속도의 제어는 재료의 혼합 및 가소화 효과에 상당한 영향을 미칩니다. 적절한 전단 속도는 재료의 균일한 혼합을 촉진할 수 있지만, 너무 높은 전단 속도는 재료의 열화를 초래할 수 있습니다. 체류 시간 조정은 압출기에서 재료의 처리 시간과 관련이 있습니다. 너무 긴 체류 시간은 불필요한 에너지 소비 및 재료 열화를 초래할 수 있고, 불충분한 체류 시간은 재료의 불완전한 가소화를 초래할 수 있습니다.

2. 전처리 및 후처리 기술의 적용

전처리 및 후처리 기술의 적용은 재활용 생분해성 재료를 처리하는 트윈 스크류 압출기의 효율성과 품질을 개선하는 데 똑같이 중요합니다. 이러한 기술에는 재료 순도와 일관성을 향상시키고 가공 공정에 대한 불순물과 오염 물질의 영향을 줄이는 것을 목표로 하는 세척, 건조, 분류 등이 포함됩니다.

세척 및 분류는 비생분해성 재료와 금속 조각 및 기타 불순물의 포함을 줄여 장비 마모 및 제품 결함을 줄일 수 있습니다. 건조는 재료의 수분 함량을 제어하여 용융 균열 및 거품 형성을 방지하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 적외선 건조 또는 열풍 건조 기술을 사용하면 PLA의 수분 함량을 0.5% 이하로 줄여 압출 중 안정성과 제품 품질을 개선할 수 있습니다.

환경 영향 및 경제적 고려 사항

1. 생분해성 재료 재활용의 환경적 이점

재활용 생분해성 소재를 사용하면 환경 오염과 자원 소비를 줄이는 데 상당한 환경적 이점이 있습니다. 예를 들어, 생물 기반 플라스틱인 폴리락트산의 경우 생산 중 이산화탄소 배출량이 기존 석유 기반 플라스틱보다 약 50-80% 낮습니다. 게다가 생분해성 소재는 폐기 후 자연 조건에서 분해될 수 있어 매립지에 대한 의존도와 토양 오염 위험을 줄일 수 있습니다.

2. 재활용 재료 품질 개선에 있어서 트윈 스크류 압출기의 역할

트윈 스크류 압출기는 재활용 생분해성 재료의 품질을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. 트윈 스크류 압출기는 정밀한 온도 제어, 전단 속도 조정 및 혼합 효율성을 통해 재활용 재료의 가공 성능과 최종 제품 성능을 개선할 수 있습니다. 예를 들어 재활용 PLA를 적절히 건조하고 가소화하면 인장 강도를 20-30%까지 증가시켜 하이엔드 시장에서 적용 범위를 확장할 수 있습니다.

3. 생산 비용 및 경제적 이익 분석

재활용 생분해성 재료의 가공 및 적용에는 초기 투자 비용이 더 많이 들 수 있지만 장기적으로는 경제적 이점이 상당합니다. 첫째, 재활용 재료를 사용하면 원자재에 대한 의존도가 낮아져 원자재 비용이 낮아집니다. 둘째, 이중 스크류 압출기의 높은 효율성과 다재다능함은 생산 공정을 보다 유연하고 경제적으로 만듭니다. 예를 들어, 스크류 구성과 가공 매개변수를 조정하면 동일한 장비로 다양한 유형의 재활용 재료를 처리하여 장비 투자와 운영 비용을 줄일 수 있습니다.

게다가 친환경 제품에 대한 소비자 수요가 증가함에 따라 생분해성 소재로 만든 제품은 종종 더 높은 시장 가격을 책정합니다. 예를 들어, 생분해성 비닐 봉지의 가격은 일반적으로 기존 비닐 봉지보다 10-20% 더 높아 제조업체에 더 높은 이익 마진을 제공합니다. 동시에 환경 프로젝트에 대한 정부 지원 및 보조금도 기업에 추가적인 경제적 인센티브를 제공합니다.

결론

트윈 스크류 압출기는 재활용 생분해성 재료의 가공에 중요한 역할을 합니다. 정밀한 온도 제어, 전단 속도 조정 및 혼합 효율성을 통해 이러한 장치는 재활용 재료의 성능을 효과적으로 향상시켜 하이엔드 응용 분야에 더 적합하게 만들 수 있습니다. 향후 연구 및 기술 혁신은 가공 효율성을 개선하고, 새로운 재료 특성에 적응하고, 생산 중 환경 발자국을 줄이는 데 계속 집중할 것입니다. 재활용 재료의 부가가치를 높여 기업의 시장 경쟁력을 강화하고 지속 가능한 비즈니스 모델의 개발을 촉진할 수 있습니다.