Verbetering van de recyclingwaarde: toepassing van dubbelschroefextruders bij het hergebruik van biologisch afbreekbare materialen

Invoering

Naarmate het wereldwijde bewustzijn van milieubescherming toeneemt, hebben biologisch afbreekbare materialen brede aandacht gekregen als een effectieve manier om de belasting van het milieu te verminderen. Deze materialen kunnen onder natuurlijke omstandigheden ontbinden, waardoor de afhankelijkheid van traditionele kunststoffen afneemt en zo de druk op stortplaatsen wordt verlicht en plasticvervuiling wordt verminderd. Hoewel biologisch afbreekbare materialen volledig kunnen ontbinden onder geschikte natuurlijke omstandigheden, gezien hun lange afbraaktijd en -cyclus, samen met de hoge kosten van biobased kunststoffen, is er een veelbelovende marktuitzicht voor de recycling van biologisch afbreekbare materialen. In de recyclingketen van biologisch afbreekbare materialen spelen dubbelschroefextruders een sleutelrol door verschillende biologisch afbreekbare materialen zoals polymelkzuur (PLA) en zetmeelgebaseerde kunststoffen efficiënt te verwerken door nauwkeurige controle van temperatuur en schuifsnelheid, wat een effectieve verwerking en modificatie oplevert. Dubbelschroefextruders zijn niet alleen geschikt voor de verwerking van nieuwe materialen, maar tonen ook een groot potentieel voor het verbeteren van de kwaliteit van gerecyclede materialen en het uitbreiden van de reikwijdte van hergebruik.

Dit artikel heeft als doel de toepassing van dubbelschroefextruders te analyseren bij de verwerking en het hergebruik van gerecyclede biologisch afbreekbare materialen, hun technische voordelen en uitdagingen te bespreken en mogelijke optimalisatiestrategieën voor te stellen. Het artikel bespreekt ook de milieu-impact en economische haalbaarheid van de verwerking van biologisch afbreekbare materialen met behulp van dubbelschroefextruders.

Belangrijkste bronnen

De bronnen van gerecyclede biologisch afbreekbare materialen zijn uitgebreid en bestrijken meerdere industrieën en consumentensectoren. Landbouwafval is een belangrijke bron, met een wereldwijde productie van meer dan 1 miljard ton per jaar. Dit afval omvat stro, zemelen en dierlijke en plantaardige resten, die via mechanische of chemische methoden kunnen worden omgezet in biologisch afbreekbare kunststoffen.

Voedselverpakkingen zijn een andere belangrijke bron, vooral met de groeiende vraag naar milieuvriendelijke verpakkingen in supermarkten en de foodservice-industrie. Volgens gegevens van Plastics Europe bedroeg de consumptie van biologisch afbreekbare kunststoffen voor voedselverpakkingen in Europa in 2019 ongeveer 75.000 ton.

Veel voorkomende typen

Er zijn verschillende soorten gerecyclede biologisch afbreekbare materialen, waaronder voornamelijk polymelkzuur, kunststoffen op basis van zetmeel en biologisch afbreekbare polyesters.

• Polymelkzuur is een bioplastic dat is gemaakt van hernieuwbare plantaardige bronnen zoals maïszetmeel en suikerriet door middel van fermentatie- en polymerisatieprocessen. Het heeft een uitstekende transparantie en verwerkbaarheid en wordt veel gebruikt in verpakkingen, textiel en medische velden.
• Zetmeelgebaseerde kunststoffen worden gemaakt door natuurlijk zetmeel te mengen met afbreekbare polymeren zoals polyvinylalcohol. De biologische afbreekbaarheid is afhankelijk van het zetmeelgehalte. Ze worden vaak gebruikt voor de productie van boodschappentassen en vuilniszakken.
• Biologisch afbreekbare polyesters zoals polyhydroxyalkanoaten hebben goede mechanische eigenschappen en biocompatibiliteit en zijn daardoor geschikt voor de productie van duurzame goederen zoals 3D-printfilamenten en medische apparatuur.

Diversiteit in materiaalcombinaties en -mengsels

Vanwege het potentieel van gerecyclede biologisch afbreekbare materialen om afkomstig te zijn van verschillende productiebatches en gebruiksomgevingen, vertonen hun combinaties en mengsels een aanzienlijke diversiteit. Deze diversiteit wordt weerspiegeld in de fysieke vorm, chemische samenstelling en afbraaksnelheden van de materialen. Variaties in het molecuulgewicht en de kristalliniteit van PLA beïnvloeden bijvoorbeeld de mechanische eigenschappen en het afbraakgedrag. Evenzo kunnen het type en de inhoud van zetmeel in op zetmeel gebaseerde kunststoffen de prestaties van het eindproduct veranderen.

In het productieproces van biologisch afbreekbare materialen is het selecteren van geschikte pelletiseerapparatuur cruciaal om de productkwaliteit en efficiëntie te waarborgen. Met name voor materialen zoals PLA en zetmeelgebaseerde kunststoffen raadt Nanjing Granuwel Machinery Equipment Company aan om onderwaterpelletiseersystemen en watergekoelde strengpelletiseersystemen te gebruiken. Deze systemen zijn speciaal ontworpen voor de verwerking van temperatuur- en schuifgevoelige biologisch afbreekbare materialen, zodat de materialen hun biologische afbreekbaarheid en mechanische eigenschappen behouden tijdens de verwerking.

Onderwaterpelletiseersystemen zijn geschikt voor de meeste polymeergranulatie, met name voor granulatie van grote volumes, microdeeltjes en granulatie van zacht materiaal, zoals PLA, TPU, EPS, enz. Ze bestaan uit een smeltpomp, filter, opstartklep, matrijskop, onderwatergranulator, watercirculatiesysteem en dehydratatiesysteem. Door gesmolten plastic onder water te snijden, regelt het systeem effectief de temperatuur van het granulatieproces en voorkomt het materiaaldegradatie door hoge temperaturen. Dit systeem is met name geschikt voor het verwerken van thermisch gevoelige materialen zoals PLA, en zorgt ervoor dat de gesneden deeltjes een uniforme grootte en goede vorm hebben, wat de daaropvolgende verwerking en toepassing vergemakkelijkt.

Watergekoelde strengpelletiseersystemen omvatten voornamelijk een strengmatrijskop, koelgoot, blazer, granulator en trilzeef. Dit systeem is eenvoudig van structuur, gemakkelijk te bedienen en te onderhouden en vereist geen hoge vaardigheidsniveaus van operators, geschikt voor het pelletiseren van de meeste materialen. Het gebruik van waterkoeling om gesmolten plastic te koelen vóór het snijden kan ook effectief de temperatuur regelen tijdens het granulatieproces, waardoor het risico op materiaaldegradatie door blootstelling aan hoge temperaturen wordt verminderd. Het watergekoelde strengsysteem is geschikt voor het verwerken van verschillende biologisch afbreekbare materialen, waaronder biobased plastics, omdat het een mildere koel- en snijomgeving biedt, waardoor de biologische afbreekbaarheid van de materialen wordt beschermd.

Als een belangrijke leverancier van apparatuur voor de productie van biologisch afbreekbare materialen, levert Nanjing Granuwel Machinery Equipment Company onderwater pelletiseersystemen en waterkoeling streng pelletiseersystemen die niet alleen technologisch geavanceerd zijn, maar ook zeer efficiënt en betrouwbaar. Deze systemen zijn speciaal ontworpen voor milieuvriendelijke materialen, waardoor het productieproces niet alleen voldoet aan de hoogste normen, maar ook de kritische biologische afbreekbaarheid van de materialen behoudt. Ze zijn uw ideale keuze voor milieuvriendelijke materiaalproductie.

Over het algemeen bieden onderwatergranulatie- en waterkoelingsstrenggranulatiesystemen ideale oplossingen voor de efficiënte en hoogwaardige productie van biologisch afbreekbare materialen. Deze systemen optimaliseren niet alleen het productieproces, maar zorgen er ook voor dat de eindproducten voldoen aan de eisen voor milieu- en functionele prestaties, waardoor ze onmisbare technische apparatuur zijn voor de productie van biologisch afbreekbare materialen.

Technische uitdagingen van Granuwel-tweeschroefextruders

1. Vermogen om verschillende kwaliteit gerecyclede materialen te verwerken

Omdat de moleculaire gewichtsverdeling, het vochtgehalte en het additiefgehalte van gerecyclede materialen niet consistent zijn, kan onze dubbelschroefextruder bedrijfsparameters zoals temperatuurprofiel, schroefsnelheid en schuifsnelheid aanpassen aan verschillende materiaaleigenschappen.

Voor gerecyclede materialen met een hoger vochtgehalte zijn Granuwel-dubbelschroefextruders uitgerust met een effectief droogsysteem of voordroogbehandeling. Bovendien kunnen Granuwel-dubbelschroefextruders een vacuümontluchtingssectie toevoegen in de smeltzone van het materiaal, waardoor het vocht in het materiaal wordt gescheiden door middel van negatieve drukvacuüm om smeltbreuk en bubbelvorming te voorkomen.

Impact van onzuiverheden en verontreinigingen op apparatuur en productkwaliteit

De toevoeging van niet-biologisch afbreekbare materialen kan niet alleen leiden tot slijtage van de schroef en de matrijs, maar ook tot ongelijkmatige productprestaties. De toevoeging van metaalfragmenten kan bijvoorbeeld de schroef beschadigen, terwijl de toevoeging van papier en andere cellulosematerialen de mechanische eigenschappen van het product kan beïnvloeden. Bovendien kunnen verontreinigingen zoals voedselresten en vet ervoor zorgen dat het product een geur, verkleuring of microbiële besmetting heeft. Daarom zijn Granuwel-extruders met dubbele schroef uitgerust met effectieve filtratiesystemen en detectieapparatuur om de zuiverheid van het materiaal en de kwaliteit van het product te garanderen.

2. Uitdagingen voor de verwerkingsstabiliteit vanwege inconsistentie van het materiaal

Vanwege batch-tot-batchverschillen in gerecyclede materialen, zoals variaties in smeltpunt, viscositeit en thermische stabiliteit, moet de extruder onder voortdurend veranderende omstandigheden werken, wat kan leiden tot productieonderbrekingen en onstabiele productkwaliteit. Om deze uitdaging aan te gaan, beschikken Granuwel-dubbelschroefsextruders over een hoge flexibiliteit en nauwkeurige controlesystemen. Het modulaire ontwerp van de dubbelschroefelementen maakt het mogelijk om op elk moment aanpassingen te doen aan de schroefcombinatie. Bijvoorbeeld door realtime monitoring van de verwerkingstemperatuur en -druk en het tijdig aanpassen van de schroefconfiguratie en schuifsnelheid, kan de impact van inconsistentie in het materiaal tot op zekere hoogte worden beperkt.

Aanpassing van het schroefontwerp en optimalisatie van de verwerkingsparameters

1. Adaptieve aanpassing van het schroefontwerp

Adaptieve aanpassing van schroefontwerp, inclusief aspectverhouding en configuratie van schroefelementen, is essentieel voor het verbeteren van de efficiëntie en kwaliteit van apparatuur die gerecyclede biologisch afbreekbare materialen verwerkt. Een grotere aspectverhouding biedt een langere verblijftijd en een groter schuifoppervlak, wat gunstig is voor de volledige menging en reactie van materialen, maar kan ook het energieverbruik en het risico op materiaaldegradatie verhogen. Voor gerecyclede materialen met onstabiele componenten kan bijvoorbeeld een kleinere aspectverhouding worden gekozen om thermische ontleding te verminderen.

De configuratie van het schroefelement, inclusief de opstelling en verhouding van transportelementen, schuifelementen en mengelementen, moet ook worden aangepast aan de fysieke eigenschappen van het materiaal. Bijvoorbeeld, voor gerecyclede materialen met een hoog vochtgehalte kunnen meer schuifelementen worden gebruikt om de verdamping en droging van vocht te bevorderen.

Nanjing Granuwel Machinery Equipment is een professionele fabrikant van dubbelschroefextruders, met veel ervaren ontwerpingenieurs en inbedrijfstellingsingenieurs van apparatuur. Voor verschillende materiaalverwerkingsbehoeften heeft het bedrijf een uitgebreide schroefdatabase en kan het snel en nauwkeurig geschikte schroefstructuren ontwerpen op basis van de materiaaleigenschappen van de klant. Granuwel Company kan klanten ook een proefplatform bieden, waarbij materiaaltesten worden aangeboden voordat bestellingen worden geplaatst om klanten te helpen de juiste en geschikte apparatuur te kiezen.

Optimalisatie van verwerkingsparameters

Nauwkeurige aanpassing van temperatuurregeling, schuifsnelheid en verblijftijd is cruciaal om de stabiliteit en uniformiteit van het materiaal tijdens extrusie te garanderen. Temperatuurinstellingen moeten worden aangepast op basis van het smeltpunt en de thermische stabiliteit van het materiaal om oververhitting of onvoldoende plasticisatie te voorkomen. De verwerkingstemperatuur van PLA wordt bijvoorbeeld meestal geregeld tussen 170-20°C om de stabiliteit van de moleculaire ketens te behouden.

Controle van de schuifsnelheid heeft een significante invloed op de meng- en plastificeringseffecten van het materiaal. Een geschikte schuifsnelheid kan een uniforme menging van materialen bevorderen, maar een te hoge schuifsnelheid kan leiden tot materiaaldegradatie. Aanpassing van de verblijftijd heeft betrekking op de verwerkingstijd van het materiaal in de extruder; een te lange verblijftijd kan leiden tot onnodig energieverbruik en materiaaldegradatie, terwijl een te korte verblijftijd kan resulteren in onvolledige plastificering van het materiaal.

2. Toepassing van voorbehandelings- en nabehandelingstechnologieën

De toepassing van voorbehandelings- en nabehandelingstechnologieën is even belangrijk voor het verbeteren van de efficiëntie en kwaliteit van dubbelschroefextruders bij het verwerken van gerecyclede biologisch afbreekbare materialen. Deze technologieën omvatten reiniging, drogen, sorteren, enz., gericht op het verbeteren van de zuiverheid en consistentie van het materiaal en het verminderen van de impact van onzuiverheden en verontreinigingen op het verwerkingsproces.

Reinigen en sorteren kan de insluiting van niet-biologisch afbreekbare materialen en metaalfragmenten en andere onzuiverheden verminderen, waardoor slijtage van apparatuur en productdefecten worden verminderd. Drogen helpt het vochtgehalte van het materiaal te controleren, waardoor smeltbreuk en bubbelvorming worden voorkomen. Door bijvoorbeeld infrarood drogen of hetelucht-droogtechnologie te gebruiken, kan het vochtgehalte van PLA worden verlaagd tot onder 0,5%, waardoor de stabiliteit en productkwaliteit tijdens extrusie worden verbeterd.

Milieu-impact en economische overwegingen

1. Milieuvoordelen van het recyclen van biologisch afbreekbare materialen

Het gebruik van gerecyclede biologisch afbreekbare materialen heeft aanzienlijke milieuvoordelen door het verminderen van milieuvervuiling en het verbruik van hulpbronnen. Als we polymelkzuur als voorbeeld nemen, als biobased plastic, zijn de koolstofdioxide-emissies tijdens de productie ongeveer 50-80% lager dan die van traditionele op aardolie gebaseerde plastics. Bovendien kunnen biologisch afbreekbare materialen onder natuurlijke omstandigheden ontbinden na verwijdering, waardoor de afhankelijkheid van stortplaatsen en het risico op bodemverontreiniging wordt verminderd.

2. De rol van dubbelschroefextruders bij het verbeteren van de kwaliteit van gerecycled materiaal

Twin-screw extruders spelen een belangrijke rol bij het verbeteren van de kwaliteit van gerecyclede biologisch afbreekbare materialen. Door nauwkeurige temperatuurregeling, aanpassing van de schuifsnelheid en mengefficiëntie kunnen twin-screw extruders de verwerkingsprestaties en de uiteindelijke productprestaties van gerecyclede materialen verbeteren. Door gerecycled PLA bijvoorbeeld goed te drogen en te plastificeren, kan de treksterkte met 20-30% worden verhoogd, waardoor het toepassingsbereik in de high-end markt wordt uitgebreid.

3. Productiekosten en economische batenanalyse

Hoewel de verwerking en toepassing van gerecyclede biologisch afbreekbare materialen een hogere initiële investering kan vereisen, zijn hun economische voordelen op de lange termijn aanzienlijk. Ten eerste vermindert het gebruik van gerecyclede materialen de afhankelijkheid van grondstoffen, waardoor de kosten van grondstoffen dalen. Ten tweede maken de hoge efficiëntie en veelzijdigheid van dubbelschroefextruders het productieproces flexibeler en economischer. Door bijvoorbeeld de schroefconfiguratie en verwerkingsparameters aan te passen, kan dezelfde apparatuur verschillende soorten gerecyclede materialen verwerken, waardoor de investering in apparatuur en de operationele kosten worden verlaagd.

Bovendien, naarmate de vraag van consumenten naar milieuvriendelijke producten toeneemt, hebben producten die gemaakt zijn van biologisch afbreekbare materialen vaak hogere marktprijzen. De prijs van biologisch afbreekbare plastic zakken is bijvoorbeeld meestal 10-20% hoger dan die van traditionele plastic zakken, wat hogere winstmarges voor fabrikanten oplevert. Tegelijkertijd brengen overheidssteun en subsidies voor milieuprojecten ook extra economische prikkels voor bedrijven met zich mee.

Conclusie

Twin-schroefextruders spelen een cruciale rol bij de verwerking van gerecyclede biologisch afbreekbare materialen. Door nauwkeurige temperatuurregeling, aanpassing van de schuifsnelheid en mengefficiëntie kunnen deze apparaten de prestaties van gerecyclede materialen effectief verbeteren, waardoor ze geschikter worden voor hoogwaardige toepassingen. Toekomstig onderzoek en technologische innovatie zullen zich blijven richten op het verbeteren van de verwerkingsefficiëntie, het aanpassen aan nieuwe materiaaleigenschappen en het verkleinen van de ecologische voetafdruk tijdens de productie. Door de toegevoegde waarde van gerecyclede materialen te vergroten, kan de concurrentiekracht van ondernemingen op de markt worden verbeterd, wat de ontwikkeling van duurzame bedrijfsmodellen bevordert.