Повышение ценности переработки: применение двухшнековых экструдеров при повторном использовании биоразлагаемых материалов

Введение

По мере углубления глобального понимания необходимости защиты окружающей среды биоразлагаемые материалы привлекли всеобщее внимание как эффективный способ снижения нагрузки на окружающую среду. Эти материалы могут разлагаться в естественных условиях, что снижает зависимость от традиционных пластиков и тем самым помогает снизить нагрузку на свалки и уменьшить загрязнение пластиком. Хотя биоразлагаемые материалы могут полностью разлагаться в подходящих естественных условиях, учитывая их длительное время и цикл разложения, а также высокую стоимость биопластиков, существуют многообещающие рыночные перспективы для переработки биоразлагаемых материалов. В цепочке переработки биоразлагаемых материалов двухшнековые экструдеры играют ключевую роль, эффективно перерабатывая различные биоразлагаемые материалы, такие как полимолочная кислота (PLA) и пластики на основе крахмала, посредством точного контроля температуры и скорости сдвига, достигая эффективной обработки и модификации. Двухшнековые экструдеры не только подходят для переработки новых материалов, но и демонстрируют большой потенциал в улучшении качества переработанных материалов и расширении сферы повторного использования.

Целью данной статьи является анализ применения двухшнековых экструдеров при переработке и повторном использовании переработанных биоразлагаемых материалов, обсуждение их технических преимуществ и проблем, а также предложение возможных стратегий оптимизации. В статье также будут рассмотрены воздействие на окружающую среду и экономическая целесообразность переработки биоразлагаемых материалов с использованием двухшнековых экструдеров.

Основные источники

Источники переработанных биоразлагаемых материалов обширны и охватывают множество отраслей промышленности и потребительских секторов. Сельскохозяйственные отходы являются одним из важных источников, глобальное производство которых превышает 1 миллиард тонн в год. Эти отходы включают солому, отруби, а также остатки животных и растений, которые можно преобразовать в биоразлагаемые пластики механическими или химическими методами.

Упаковка для пищевых продуктов является еще одним ключевым источником, особенно с учетом растущего спроса на экологичную упаковку в супермаркетах и сфере общественного питания. По данным Plastics Europe, потребление биоразлагаемых пластиков для упаковки пищевых продуктов в Европе составило около 75 000 тонн в 2019 году.

Распространенные типы

Типы перерабатываемых биоразлагаемых материалов разнообразны, в основном это полимолочная кислота, пластики на основе крахмала и биоразлагаемые полиэфиры.

• Полимолочная кислота — это биопластик, который производится из возобновляемых растительных ресурсов, таких как кукурузный крахмал и сахарный тростник, путем ферментации и полимеризации. Он обладает превосходной прозрачностью и обрабатываемостью, широко используется в упаковке, текстиле и медицине.
• Пластики на основе крахмала изготавливаются путем смешивания натурального крахмала с разлагаемыми полимерами, такими как поливиниловый спирт, причем их биоразлагаемость зависит от содержания крахмала; обычно их используют для производства хозяйственных и мусорных пакетов.
• Биоразлагаемые полиэфиры, такие как полигидроксиалканоаты, обладают хорошими механическими свойствами и биосовместимостью, подходят для производства товаров длительного пользования, таких как нити для 3D-печати и медицинское оборудование.

Разнообразие комбинаций и смесей материалов

Из-за возможности получения переработанных биоразлагаемых материалов из разных производственных партий и сред использования их комбинации и смеси демонстрируют значительное разнообразие. Это разнообразие отражается в физической форме, химическом составе и скоростях деградации материалов. Например, изменения молекулярной массы и кристалличности PLA влияют на его механические свойства и поведение при деградации. Аналогичным образом, тип и содержание крахмала в пластиках на основе крахмала могут изменить эксплуатационные характеристики конечного продукта.

В процессе производства биоразлагаемых материалов выбор соответствующего оборудования для гранулирования имеет решающее значение для обеспечения качества и эффективности продукции. В частности, для таких материалов, как PLA и пластик на основе крахмала, компания Nanjing Granuwel Machinery Equipment Company рекомендует использовать системы подводного гранулирования и системы гранулирования с водяным охлаждением. Эти системы специально разработаны для обработки биоразлагаемых материалов, чувствительных к температуре и сдвигу, гарантируя, что материалы сохранят свою биоразлагаемость и механические свойства во время обработки.

Подводные системы грануляции подходят для большинства полимерных гранул, особенно для грануляции большого объема, микрочастиц и грануляции мягких материалов, таких как PLA, TPU, EPS и т. д. Они состоят из насоса расплава, фильтра, пускового клапана, головки матрицы, подводного гранулятора, системы циркуляции воды и системы дегидратации. Разрезая расплавленный пластик под водой, система эффективно контролирует температуру процесса грануляции и предотвращает деградацию материала из-за высоких температур. Эта система особенно подходит для обработки термочувствительных материалов, таких как PLA, гарантируя, что разрезанные частицы будут иметь однородный размер и хорошую форму, что облегчает последующую обработку и применение.

Системы гранулирования стренг с водяным охлаждением в основном включают в себя головку стренговой экструзии, охлаждающий желоб, воздуходувку, гранулятор и вибросито. Эта система проста по конструкции, удобна в эксплуатации и обслуживании и не требует от операторов высокого уровня квалификации, подходит для гранулирования большинства материалов. Использование водяного охлаждения для охлаждения расплавленного пластика перед резкой также может эффективно контролировать температуру во время процесса грануляции, снижая риск деградации материала из-за воздействия высоких температур. Система водяного охлаждения стренг подходит для обработки различных биоразлагаемых материалов, включая биопластики, поскольку она обеспечивает более мягкую среду охлаждения и резки, защищая биоразлагаемость материалов.

Являясь ключевым поставщиком оборудования для производства биоразлагаемых материалов, Nanjing Granuwel Machinery Equipment Company поставляет системы подводного гранулирования и системы гранулирования с водяным охлаждением, которые не только технологически продвинуты, но и высокоэффективны и надежны. Эти системы специально разработаны для экологически чистых материалов, гарантируя, что производственный процесс не только соответствует самым высоким стандартам, но и поддерживает критическую биоразлагаемость материалов. Они являются вашим идеальным выбором для производства экологически чистых материалов.

В целом, системы грануляции под водой и стренговой грануляции с водяным охлаждением являются идеальными решениями для эффективного и качественного производства биоразлагаемых материалов. Эти системы не только оптимизируют производственный процесс, но и гарантируют, что конечные продукты соответствуют экологическим и функциональным требованиям, что делает их незаменимым техническим оборудованием для производства биоразлагаемых материалов.

Технические проблемы двухшнековых экструдеров Granuwel

1.Возможность переработки переработанных материалов разного качества

Из-за непостоянства распределения молекулярной массы, содержания влаги и добавок в переработанных материалах наш двухшнековый экструдер может регулировать рабочие параметры, такие как температурный профиль, скорость шнека и скорость сдвига, для адаптации к различным характеристикам материала.

Для переработанных материалов с более высоким содержанием влаги двухшнековые экструдеры Granuwel оснащены эффективной системой сушки или предварительной обработкой сушки. Кроме того, двухшнековые экструдеры Granuwel могут добавлять секцию вакуумной вентиляции в зоне плавления материала, отделяя влагу, содержащуюся в материале, посредством вакуума отрицательного давления, чтобы избежать разрыва расплава и образования пузырьков.

Влияние примесей и загрязняющих веществ на качество оборудования и продукции

Включение небиоразлагаемых материалов может не только вызвать износ шнека и матрицы, но и привести к неравномерной производительности продукта. Например, включение металлических фрагментов может повредить шнек, в то время как включение бумаги и других целлюлозных материалов может повлиять на механические свойства продукта. Кроме того, загрязняющие вещества, такие как остатки пищи и жир, могут привести к появлению запаха, изменению цвета или микробному загрязнению продукта. Поэтому двухшнековые экструдеры Granuwel оснащены эффективными системами фильтрации и оборудованием для обнаружения, чтобы гарантировать чистоту материала и качество продукта.

2. Проблемы стабильности обработки из-за неоднородности материалов

Из-за различий в партиях перерабатываемых материалов, таких как изменения температуры плавления, вязкости и термической стабильности, экструдер должен работать в постоянно меняющихся условиях, что может привести к сбоям в производстве и нестабильному качеству продукции. Для решения этой проблемы двухшнековые экструдеры Granuwel обладают высокой гибкостью и точными системами управления. Модульная конструкция двухшнековых элементов позволяет в любой момент времени корректировать комбинацию шнеков. Например, путем мониторинга температуры и давления обработки в реальном времени и своевременной регулировки конфигурации шнека и скорости сдвига можно в некоторой степени смягчить влияние неоднородности материала.

Корректировка конструкции шнека и оптимизация параметров обработки

1.Адаптивная регулировка конструкции шнека

Адаптивная настройка конструкции шнека, включая соотношение сторон и конфигурацию элементов шнека, является ключом к повышению эффективности и качества оборудования, обрабатывающего переработанные биоразлагаемые материалы. Большее соотношение сторон обеспечивает более длительное время пребывания и большую площадь сдвига, что выгодно для полного смешивания и реакции материалов, но также может увеличить потребление энергии и риск деградации материала. Например, для переработанных материалов, содержащих нестабильные компоненты, можно выбрать меньшее соотношение сторон, чтобы уменьшить термическое разложение.

Конфигурация элементов шнека, включая расположение и пропорцию элементов транспортировки, сдвигающих элементов и элементов смешивания, также должна быть скорректирована в соответствии с физическими свойствами материала. Например, для переработанных материалов с высоким содержанием влаги можно использовать больше сдвигающих элементов, чтобы способствовать испарению и высыханию влаги.

Nanjing Granuwel Machinery Equipment — профессиональный производитель двухшнековых экструдеров, имеющий множество опытных инженеров-конструкторов и инженеров по вводу в эксплуатацию оборудования. Для различных потребностей в обработке материалов компания имеет обширную базу данных шнеков и может быстро и точно проектировать подходящие конструкции шнеков на основе характеристик материала клиента. Granuwel Company также может предоставить клиентам испытательную платформу, предлагая тестирование материалов перед размещением заказов, чтобы помочь клиентам выбрать правильное и подходящее оборудование.

Оптимизация параметров обработки

Точная настройка контроля температуры, скорости сдвига и времени пребывания имеет решающее значение для обеспечения стабильности и однородности материала во время экструзии. Настройки температуры необходимо регулировать в соответствии с температурой плавления и термической стабильностью материала, чтобы избежать перегрева или недостаточной пластификации. Например, температура обработки PLA обычно контролируется в диапазоне 170-20°C для поддержания стабильности его молекулярных цепей.

Контроль скорости сдвига существенно влияет на эффекты смешивания и пластификации материала. Соответствующая скорость сдвига может способствовать равномерному смешиванию материалов, но слишком высокая скорость сдвига может привести к деградации материала. Регулировка времени пребывания связана со временем обработки материала в экструдере; слишком большое время пребывания может привести к ненужному потреблению энергии и деградации материала, в то время как недостаточное время пребывания может привести к неполной пластификации материала.

2.Применение технологий предварительной и последующей обработки

Применение технологий предварительной и последующей обработки одинаково важно для повышения эффективности и качества двухшнековых экструдеров при переработке переработанных биоразлагаемых материалов. Эти технологии включают очистку, сушку, сортировку и т. д., направленные на повышение чистоты и однородности материала и снижение воздействия примесей и загрязняющих веществ на процесс переработки.

Очистка и сортировка могут уменьшить включение небиоразлагаемых материалов, металлических фрагментов и других примесей, тем самым уменьшая износ оборудования и дефекты продукта. Сушка помогает контролировать содержание влаги в материале, избегая разрыва расплава и образования пузырьков. Например, используя технологию инфракрасной сушки или сушки горячим воздухом, содержание влаги в PLA может быть снижено до уровня ниже 0,5%, тем самым улучшая его стабильность и качество продукта во время экструзии.

Воздействие на окружающую среду и экономические соображения

1.Экологические преимущества переработки биоразлагаемых материалов

Использование переработанных биоразлагаемых материалов имеет значительные экологические преимущества, снижая загрязнение окружающей среды и потребление ресурсов. Если взять в качестве примера полимолочную кислоту, то выбросы углекислого газа в процессе производства биопластика примерно на 50-80% ниже, чем у традиционных нефтяных пластиков. Более того, биоразлагаемые материалы могут разлагаться в естественных условиях после утилизации, что снижает зависимость от свалок и риск загрязнения почвы.

2.Роль двухшнековых экструдеров в улучшении качества переработанного материала

Двухшнековые экструдеры играют ключевую роль в повышении качества переработанных биоразлагаемых материалов. Благодаря точному контролю температуры, регулировке скорости сдвига и эффективности смешивания двухшнековые экструдеры могут улучшить производительность обработки и конечные эксплуатационные характеристики продукта из переработанных материалов. Например, путем надлежащей сушки и пластификации переработанного PLA его прочность на разрыв может быть увеличена на 20-30%, тем самым расширяя диапазон его применения на рынке высокого класса.

3.Анализ себестоимости продукции и экономической выгоды

Хотя переработка и применение переработанных биоразлагаемых материалов может потребовать более высоких первоначальных инвестиций, в долгосрочной перспективе их экономические преимущества значительны. Во-первых, использование переработанных материалов снижает зависимость от сырьевых ресурсов, снижая затраты на сырье. Во-вторых, высокая эффективность и универсальность двухшнековых экструдеров делают производственный процесс более гибким и экономичным. Например, регулируя конфигурацию шнека и параметры обработки, одно и то же оборудование может перерабатывать различные типы переработанных материалов, снижая инвестиции в оборудование и эксплуатационные расходы.

Кроме того, поскольку потребительский спрос на экологически чистые продукты растет, продукция из биоразлагаемых материалов часто имеет более высокую рыночную цену. Например, цена биоразлагаемых пластиковых пакетов обычно на 10-20% выше, чем цена традиционных пластиковых пакетов, что обеспечивает более высокую норму прибыли для производителей. В то же время государственная поддержка и субсидии на экологические проекты также приносят дополнительные экономические стимулы для бизнеса.

Заключение

Двухшнековые экструдеры играют решающую роль в переработке переработанных биоразлагаемых материалов. Благодаря точному контролю температуры, регулировке скорости сдвига и эффективности смешивания эти устройства могут эффективно повышать производительность переработанных материалов, делая их более подходящими для высокотехнологичных приложений. Будущие исследования и технологические инновации будут по-прежнему сосредоточены на повышении эффективности переработки, адаптации к новым характеристикам материалов и снижении воздействия на окружающую среду в процессе производства. Увеличивая добавленную стоимость переработанных материалов, можно повысить конкурентоспособность предприятий на рынке, способствуя развитию устойчивых бизнес-моделей.