Extruders voor het maken van composteerbare en biologisch afbreekbare kunststoffen

In deze blogpost leggen wij, Granuwel, als professionele fabrikant gespecialiseerd in R&D en productie van industriële extruders, u uit wat composteerbare en biologisch afbreekbare plastic extruders zijn, hoe ze werken en wat hun praktische betekenis is voor de bescherming van het milieu.

Conventioneel plastic heeft minstens 200 jaar nodig om volledig op natuurlijke wijze te ontbinden, en in sommige gevallen kan het wel 500 tot 1000 jaar duren. Tegenwoordig moet er nog steeds een ongelooflijke hoeveelheid plastic worden afgebroken, wat een grote bedreiging voor het milieu is geworden. Het afbreekproces van composteerbare en biologisch afbreekbare kunststoffen kan veel korter zijn, zoals enkele maanden als de omstandigheden geschikt zijn. Het lijdt geen twijfel dat het omzetten van conventioneel plastic in composteerbare en biologisch afbreekbare kunststoffen een milieuvriendelijke en duurzame oplossing is.

Dan rijst de vraag: hoe maken we composteerbare en biologisch afbreekbare kunststoffen?

Hoe maak je composteerbare en biologisch afbreekbare kunststoffen?

Voordat we dieper op dit onderwerp ingaan, leggen we eerst kort het verschil uit tussen composteerbaar en biologisch afbreekbaar plastic.

Verschil tussen composteerbare en biologisch afbreekbare kunststoffen

Normaal gesproken zijn alle composteerbare kunststoffen biologisch afbreekbaar, maar niet alle biologisch afbreekbare kunststoffen zijn composteerbaar.

Composteerbare plastic zakken

Biologisch afbreekbaar plastic servies

Biologisch afbreekbare kunststoffen kunnen door micro-organismen onder natuurlijke omstandigheden worden afgebroken en uiteindelijk worden omgezet in natuurlijke stoffen zoals koolstofdioxide, water en organische meststoffen. Composteerbare kunststoffen vereisen echter specifieke omgevingsomstandigheden (zoals voldoende zuurstof, warme temperatuur en vochtigheid) om binnen een bepaalde tijd volledig te ontbinden en om te zetten in niet-giftige organische stoffen. Bovendien laten composteerbare kunststoffen geen schadelijke resten achter na ontbinding, terwijl biologisch afbreekbare kunststoffen in sommige gevallen kunnen ontbinden in giftige resten zoals microplastics. Daarom worden composteerbare kunststoffen gezien als een milieuvriendelijkere optie omdat ze het milieu niet schaden tijdens het ontbindingsproces.

De productieprocessen van composteerbare en biologisch afbreekbare kunststoffen

De productieprocessen van composteerbare en biologisch afbreekbare kunststoffen zijn in principe hetzelfde. Het verschil zit vooral in de grondstoffen en additieven die ze gebruiken.

Materiaalkeuze

Meestal zijn de volgende materialen vereist: basisharsen, additieven, pigmenten, vulstoffen, hulpstoffen, compatibilisatoren en afbraakbevorderaars.

Hier zijn enkele veelgebruikte materialen:

Basisharsen: PLA (polymelkzuur), PHA (polyhydroxyalkanoaten), PCL (polycaprolacton), PBS (polybutyleensuccinaat) en andere biogebaseerde of biocompatibele polymeren.

Additieven: Weekmakers, antioxidanten, stabilisatoren, smeermiddelen, etc. (meestal gebruikt om de verwerking en prestaties van het eindproduct te verbeteren.)

Pigmenten: Voeg zowel organische als anorganische pigmenten toe, zoals TiO2 (titaniumdioxide), koolstofzwart, enz. (om het product de gewenste kleur en uitstraling te geven.)

Vulstoffen: Hernieuwbare of biologisch afbreekbare vulstoffen zoals natuurlijke vezels, zetmeel, lignine, enz. (gebruikt om de fysieke eigenschappen van het materiaal te verbeteren of de kosten te verlagen.)

Hulpmiddelen: Zoals crosslinking agents, blaasmiddelen, antimicrobiële middelen, etc. (gebruikt om specifieke functies of verwerkingsprestaties van het materiaal te verbeteren.)

Compatibilisatoren: Bij het mengen van verschillende soorten biologisch afbreekbare harsen zijn mogelijk compatibilisatoren nodig om de compatibiliteit tussen de componenten te verbeteren en uniforme materiaaleigenschappen te garanderen.

Degradatiebevorderaars: Aan sommige biologisch afbreekbare kunststoffen worden specifieke additieven toegevoegd om het afbraakproces onder bepaalde omstandigheden te versnellen.

Het gebruik van dubbelschroefextruders voor het maken van composteerbare en biologisch afbreekbare kunststoffen

Dubbelschroefextruders worden doorgaans gebruikt voor de productie van composteerbare en biologisch afbreekbare kunststoffen vanwege hun uitstekende prestaties bij het gelijkmatig smelten en mengen van grondstoffen.

Dubbelschroefextruders voor het maken van composteerbare en biologisch afbreekbare kunststoffen >>

Smelten, mengen en samenstellen van materialen

Alle materialen worden via de trechter naar de extrudercilinder gestuurd. In de cilinder worden materialen samengeperst, door de rotatie van dubbele schroeven afgeschoven en uiteindelijk omgezet in het vereiste gesmolten composiet. Verschillende schroeftypen worden gekozen om verschillende resultaten te bereiken.

Verschillende soorten dubbele schroeven

Bij de productie van composteerbare en biologisch afbreekbare kunststoffen hebben verschillende soorten extruderschroeven elk hun eigen unieke voordelen. Hier zijn enkele voorbeelden en korte uitleg

1. Co-roterende dubbelschroefextruder

Co-roterende dubbelschroefsextruders, speciaal ontworpen voor betere mengresultaten en hogere schuifkrachten, worden veel gebruikt voor de productie van biologisch afbreekbare kunststoffen, zoals polymelkzuur (PLA).

2. Tegengesteld draaiende dubbelschroefextruder

De tegengesteld draaiende dubbelschroefextruder is geschikt voor het produceren van biologisch afbreekbare kunststofplaten, met name die materialen die een hoge smeltdruk en temperatuurstabiliteit vereisen. Echter, in toepassingen waar de mengeffectvereisten niet erg streng zijn en er minimale vulstofinhoud is, is de tegengesteld draaiende dubbelschroefextruder in staat om een stabielere smeltstroom en uniforme mengeffecten te bieden.

3. In elkaar grijpende dubbelschroefexturder

In elkaar grijpende dubbelschroefextruders worden over het algemeen gebruikt in toepassingen waarbij een hoge schuifkracht en mengeffecten vereist zijn, zoals de productie van bepaalde biologisch afbreekbare kunststoffen op biologische basis.

4. Niet-in elkaar grijpende dubbelschroefexturder

De niet-in elkaar grijpende dubbelschroefexturer is geschikt voor materialen die geen hoge schuifkracht nodig hebben, maar wel een stabiel transport en menging nodig hebben, evenals voor materialen die gevoeliger zijn voor temperatuur.

Extrusie

Het gesmolten composietsmeltsel wordt door de matrijskop van de extruder geperst om plaat of korrels te vormen.

Composteerbaar en biologisch afbreekbaar plastic onderwaterpelletiseringssysteem

Luchtgekoelde transportband

Koelen en pelletiseren

Het geëxtrudeerde biologisch afbreekbare materiaal moet worden gekoeld. De koelmethode kan luchtkoeling of waterkoeling zijn. Het gekoelde materiaal is meestal in de vorm van strips of pellets. Vervolgens wordt het materiaal door een pelletiseerder in pellets van de gewenste grootte gesneden voor eenvoudige opslag en verdere verwerking.

Afbreekbaar materiaal granulaat

Onder normale omstandigheden, wanneer het productievolume laag is of het vulstofgehalte hoog is, wordt luchtkoeling gebruikt om de strengen te koelen. Dit komt omdat volledig biologisch afbreekbare materialen hydrofiel zijn en het gebruik van waterkoeling kan ertoe leiden dat de korrels te veel vocht bevatten, wat de productkwaliteit kan beïnvloeden. Voor hogere automatiseringsniveaus en grotere productievolumes kunnen we natuurlijk onderwaterpelletiseren gebruiken. Het voordeel van onderwaterpelletiseren is de hoge mate van automatisering, die minimale handmatige bediening vereist en esthetisch aantrekkelijke en mooie korrels produceert. Er moet echter worden geïnvesteerd in daaropvolgende krachtige droogapparatuur om de korrels grondig te drogen, gevolgd door vacuümverpakking voor het verpakken in zakken.

Eén-staps vormplaten

Voor de wegwerpbare biologisch afbreekbare producten zoals maaltijdboxen en waterbekers die in de cateringmarkt worden gebruikt, heeft Granuwel een one-step sheet extrusion-apparatuur ontwikkeld. Deze apparatuur integreert de uitstekende mengmogelijkheden van parallelle co-roterende dubbele schroeven met de stabiele extrusiedruk die wordt geleverd door een smeltpomp, gecombineerd met een gespecialiseerde T-matrijs die geschikt is voor biologisch afbreekbare materialen om platen in één stap direct te extruderen. Vergeleken met het traditionele proces waarbij eerst platte dubbele schroeven worden gebruikt voor compounding en granulatie, gevolgd door enkelschroefsmelten en vormen om platen te extruderen, zijn de voordelen van deze apparatuur:

1. Hiermee wordt het secundaire smelten voorkomen dat kan optreden wanneer materialen worden gegranuleerd en vervolgens opnieuw worden gesmolten. Dit kan leiden tot prestatievermindering en het risico op oververhitting en ontleding van het materiaal.
   
2.  Het verlaagt de investeringskosten in apparatuur en verlaagt het energieverbruik tijdens de werking.
   

Composteerbare en biologisch afbreekbare kunststof plaat extrusie productielijn

Composteerbare en biologisch afbreekbare kunststof plaat extrusielijn

De verschillen tussen composteerbare extruders en biologisch afbreekbare plastic extruders

Temperatuurregeling

• Composteerbare/biologisch afbreekbare kunststofextruders: Vereisen een nauwkeurigere temperatuurregeling, omdat deze materialen gevoelig zijn voor hitte. Te hoge temperaturen kunnen leiden tot materiaaldegradatie of prestatieproblemen.
  
• Conventionele industriële kunststofextruders: hebben ook temperatuurregeling nodig, maar het bereik is breder en minder gevoelig vergeleken met composteerbare/biologisch afbreekbare kunststoffen.
  

Schroefontwerp

• Composteerbare/biologisch afbreekbare plastic extruders: Schroefontwerp kan speciale aandacht vereisen voor de smelt- en mengeigenschappen van het materiaal. Bepaalde schroeftypen (zoals scheiden, scheren, verdelen) zijn mogelijk geschikter voor het verwerken van deze materialen.
  
• Conventionele industriële kunststofextruders: Hoewel ze divers zijn in schroefontwerp, zijn ze voornamelijk geoptimaliseerd voor traditionele kunststoffen.
  

Materiaalcompatibiliteit

• Composteerbare/biologisch afbreekbare kunststofextruders: Moeten compatibel zijn met de specifieke composteerbare of biologisch afbreekbare kunststoffen die worden gebruikt om schade aan de apparatuur of de productkwaliteit te voorkomen.
  
• Conventionele industriële kunststofextruders: Houd ook rekening met de compatibiliteit van het materiaal. Omdat deze machines een breed scala aan traditionele kunststoffen kunnen verwerken, liggen de compatibiliteitsvereisten doorgaans lager.
  

Hoeveel kost het om biologisch afbreekbaar plastic/composteerbaar plastic te maken?

De kosten voor het maken van biologisch afbreekbaar plastic variëren op basis van grondstoffen, productieapparatuur, proces en schaal. Factoren zoals additieven, energie en locatie beïnvloeden ook de kosten.

Wat zijn de kosten van dubbelschroefextruders?

Bijvoorbeeld, een afbreekbare pelletiseerder met een capaciteit van 200 kg kan rond de $40.000 USD kosten. Het is belangrijk om op te merken dat deze cijfers bij benadering zijn en kunnen fluctueren op basis van specifieke vereisten en marktomstandigheden.

Neem gerust contact op met Granuwel als u van plan bent om een product van hoge kwaliteit te kopen extruders voor het maken van composteerbare en biologisch afbreekbare kunststoffen.