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加快薄膜消费后再生的创新

来源:荣格 发布时间:2021-05-30 1438
化工塑料橡胶材料处理、计量与检测原料及混合物塑料回收塑料加工设备其他自动化设备模具及零件添加剂及母粒其他增强塑料 技术前沿
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世界各地都在努力整合价值链中广泛应用的专业技术,以促进塑料薄膜回收,进一步拉动循环经济。回收公司、机械制造商、物料供应商、环境科技专门顾问的合作项目正力图创新采集、鉴别、处理塑料薄膜和软包装的方式,以重复使用消费后再生的树脂材料。

世界各地都在努力整合价值链中广泛应用的专业技术,以促进塑料薄膜回收,进一步拉动循环经济。回收公司、机械制造商、物料供应商、环境科技专门顾问的合作项目正力图创新采集、鉴别、处理塑料薄膜和软包装的方式,以重复使用消费后再生的树脂材料。

Ceflex和相关方开发的高质量软包装回收工艺已经展现出了较好的产量和质量,适用于替代机械循环再造的高纯聚合物。160多家欧盟公司、协会和组织参与的合作项目Ceflex(软包装循环经济项目)表示,如果所需的基础设备能够到位并充分释放其环境和经济潜能的话,现存的分选和循环技术就能大有作为。Ceflex的相关方在可持续的终端市场工作流程中进行协作,致力于将“高质量回收流程”(Quality Recycling Process)推向市场,提供比目前市售产品应用价值更高的再生聚合物。这一工作流程正处于工业试验阶段,为基础设施投资开展商业合理性论证,让此过程成为保持材料最大经济价值的主流解决方案。

Ceflex证明可以回收更广泛的非食品类软包装,包括通过“高质量回收流程”中的机械回收进行高要求的应用。在此过程中,适用于非食品软包装的膜级增强聚乙烯(R-PE)和增强聚丙烯(RPP)的生产流程包括根据聚合物的种类和颜色进行近红外(NIR)分选、热洗和挤出,并进行额外的过滤和除臭。Ceflex表示,可以获得产量高、质量好的天然rPE和全彩rPP的膜级回收料,兼具的机械和加工性能使回收料可以与原生聚合物的性能相匹配。

 

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主图:软包装回收的挑战包括过度印刷和多种材料层压

 

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图:Ceflex项目塑料软包装“高质量回收流程”中的洗涤阶段


Ceflex也发布了新的设计准则,助力软包装产业形成循环经济。《循环经济设计准则》(D4ACE)已与整个软包装价值链共同完成开发。Ceflex项目的目的是使D4ACE准则成为整个欧洲变革的催化剂:生产更高质量的再生材料有望支撑分选和回收基础设施方面的急需投资,让所有软包装都可以进行循环。该指南侧重占欧洲市场消费类软包装80%以上的聚烯烃系结构。指南给软包装的关键要素提出了建议,包括所用的材料、阻隔层和涂层、尺寸、形状、油墨和粘合剂。

面向未来的资源回收(MRFF)联盟发布了一份新的试点研究报告,展示了软包装回收在采集、分离和制备阶段的成功经验。作为美国首例试点,MRFF与马斯卡罗父子公司(J.P. Mascaro & Sons Inc.)在宾夕法尼亚州的“总回收资源回收设施”(TotalRecycle MRF)有合作关系,由MRFF承保。这份由资源回收系统(Resource Recycling Systems)准备的报告表明,若具备足够的光学分拣能力和配套设备,便可在大单流MRF中有效捕获软包装,并将其加工成rFlex商业捆扎塑料,这样从垃圾填埋场分流出的塑料就可以在各种市场中重复使用。该报告还确定了十多种再生材料的终端市场机遇。屋顶材料等建筑产品体量最大,代表了最直接的终端市场机遇。其他使用rFlex的大体量产品还包括托盘和枕木,它们都可以使用再生塑料来作为比传统木材更耐用的替代品。

在TotalRecycle MRF安装分拣设备的一年之内,试点设立的五个分拣性能目标已经实现了四个,该计划将继续朝着实现第五个目标发展。五个试点性能目标包括:虽然料中的柔性包装增加,也要减少纤维产品中的再生材料,以及让新的rFlex商业捆扎塑料中的纸张减到最少。

荷兰可持续包装研究所(KIDV)发布了《循环经济中的多层软包装》。这是一份路线图文件,其中包含了许多目前、未来发展的技术检验方法,规范多层塑料软包装材料的设计和回收。KIDV阐明了技术困难,并提出了让层压包装材料更趋向于环状的八种解决方案,并说明了各个方案的优缺点。该路线图将用于价值链的讨论中。


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图:马斯卡罗父子公司在美国宾夕法尼亚州伯克斯县的TotalRecycle材料回收设施

 

该路线图是KIDV与层压包装材料实践社区中的七个著名组织于2019年合作的结果。参与的公司包括荷兰皇家菲仕兰公司(FrieslandCampina)、德国食品商Intersnack、荷兰饮料巨头Jacobs Douwe Egberts、玛氏箭牌公司(Mars Wrigley)、雀巢、百事可乐和联合利华。这些公司在层压板回收方面都面临类似的挑战。

奥地利挤出机制造商MAS Maschinen und Anlagenbau Schulz与荷兰的Caroda Polymer Recovery公司(Daly Plastics的子公司)合作开展项目以提高再生材料制成的LDPE薄膜的质量。两家公司在2020年欧洲塑料回收大奖中获得了回收机械创新奖。Daly Plastics公司专注运输物流包装薄膜和农业薄膜的回收,每年处理量约35,000吨。MAS为Daly Plastics提供了四条挤出生产线。该公司创始人的儿子彼得·达尔德(Peter Daalder)于1985年将Daly Plastics转向塑料回收,并开始向中国出口用于回收的商业捆扎塑料。2013年,该公司决定自行回收农业和工业薄膜材料,并购买了第一台MAS机器,成立了Caroda Polymer Recovery公司。他们的薄膜回收项目结合了MAS的专业挤出技术与Caroda Polymer Recovery的薄膜回收专业知识。


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图:Daly Plastics公司运行中的MAS-K系统和CDF过滤器,以回收消费后的薄膜

(图片来源:MAS公司)

 

“该技术旨在尽可能地减少用再生材料吹制LDPE薄膜时出现的凝胶,” MAS销售总经理斯坦凡·莱纳(Stefan Lehner)说,“薄片中产生凝胶是因为没有充分去除污染物或分子交联。交联反应是由喂料不均匀和必须在回收过程中均质化的添加剂引起的。在普通挤出机中,材料是通过热能和机械摩擦加热的。当熔体处于正确的温度时,就会发生均质化。但是,此时熔体中会形成温敏性的聚合物交联和未熔化的团块。我们的挤出机较短,呈圆锥形且同向旋转,可以优化螺杆的几何形状。通过与Caroda合作,我们找到了可以最大程度减少凝胶的方法。凝胶一般以晶体状颗粒的形式附着在薄膜表面。微凝胶的质感就像是薄膜中的粉末,我们现在已经能够优化工艺让肉眼可见的微凝胶减到最少。这让提高印刷质量成为可能,同时也让循环经济更加持续发展。”

MAS挤出机圆锥形、同向旋转的特殊设计保证了双螺杆挤出机可以用于薄膜回收并且较为经济,而无需在挤出过程之前进行预致密化或附聚。“圆锥形设计提供了较大的进料口和较大的进气量,”莱纳表示,“比如说MAS 93-K装置,进料口的尺寸为200×313 mm,熔体出口的螺杆直径为2×93 mm,进料口的螺杆直径为2×186 mm。由于进料量大,还可以在挤出过程之前进料薄膜绒毛而无需预致密化或附聚。因此,现在可以使用同向旋转双螺杆来生产最高质量的塑料颗粒。灵活、可更换的捏合元件可确保获得最佳均质化所需的适量剪切力。与回收薄膜的传统单螺杆挤出机相比,同向旋转双螺杆可提供更好的均质性,这对于配混聚合物以获得高质量塑料造粒至关重要。”

莱纳说:“LLDPE薄膜片的回收和挤出也面临挑战。熔体通过CDF熔体过滤器后,均质性好且不含污染物,为最终排气做好了充分的准备。在CDF过滤器的下游安装了一个较短的单螺杆挤出机,标准长径比L/D为13.5左右,并配有高效的脱气区,确保了最高的排气质量。三个大型排气口具有与之匹配的真空泵性能,可提供较高的排气效率,以应对最为困难的排气状况。”

MAS表示,这种新型薄膜回收技术的关键是锥形同向双螺杆挤出机。螺杆分为多段并通过可更换的混合和捏合元件进行调节。量身定制的螺杆几何形状与合适的螺杆速度相结合,可以将剪切速率调整到所需的精确水平,以防止发生凝胶和交联。MAS挤出机的短加工单元意味着与输出质量相关的功率和一般生产成本较低。MAS表示,根据现有客户数据,在挤出工艺和熔体过滤过程中,PE的能耗约为0.3-0.35 kw/kg。

该公司补充说,拆卸螺杆很简单,可以在挤出机的后部完成,也就是仅需卸下MAS与熔体过滤器或熔体泵之间的适配器即可。向前移动圆筒状转子并将其旋转到侧面非常容易,然后可以从后部的圆筒状转子上卸下螺钉,无需费时地拆卸下游设备。MAS表示,根据挤出机的大小,拆卸螺丝大约需要30分钟到两个小时不等。

PrintCYC(机械回收PP印刷薄膜)项目专注于回收印刷塑料薄膜和回收物加工。其成员目前包括机器供应商德国布鲁克纳机械有限公司(BrücknerMaschinenbau),凯孚尔(Kiefel)、PackSys Global、CPP薄膜专家普洛夫尔(Profol),油墨制造商绘博集团(Huber-group),软包装生产商Constantia Flexibles和回收技术集团埃瑞玛再生工程机械设备(Erema)。该计划由包装和可持续性独立咨询顾问安尼特·凯丁·科佩斯(Annett Kaeding-Koppers)进行协调。

 

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图:PrintCYC成员已经测试了可在BOPP和LDPE膜上印刷的替代油墨配方

(图片来源:PrintCYC)


在该项目的第一阶段,成功生产出了含50%以上PP回收物的PP薄膜和包装样品。基材是用硝化纤维油墨配方印刷的双轴取向PP(BOPP)薄膜。但是在颜色、气味和可加工性等材料特性方面,回收品的质量不能完全令人满意。

基于最初的实验结果,PrintCYC成员不断测试,寻找BOPP和LDPE薄膜印刷油墨的替代配方,以期获得更好的效果。在第二阶段的柔版印刷中换成聚氨酯油墨,可显着改善生产线上的机械回收工艺,该生产线通常用于对已印制的薄膜废料进行再处理。油墨耐高温(240°C以上),因此未观察到挥发性副产物、气味或凝胶,生产出一类颜色稳定的新型高品质回收料。首次环境影响评估显示,与原生塑料生产相比,LDPE薄膜的机械回收能耗降低,温室气体排放量少。项目合作伙伴表示,回收物料在生产吹膜、流延膜和双向拉伸薄膜等方面具有良好的可加工性,与原生材料具有100%的可比性。三层ABA薄膜结构的内层中100%的可回收物可以成功运用。

印刷公司Renner、回收公司飞格立(Walter Kunststoffe)和咨询公司M2 Consulting在奥地利完成了两个跨学科的五年研究项目。两家公司表示,由此产生的“循环印刷”工艺可以重复使用重度印刷的PP片材废料,在升级处理过程中生产塑料颗粒,最后产出全新的可印刷片材。该项目在升级过程中使用了来自埃瑞玛公司(Erema)的Corema技术,一步完成回收和混料。该项目开始侧重于园艺PP标签,但此目前已扩展到大版面印刷。

奥地利约翰开普勒林茨大学帮助创建了新的认证标签,以区分具有后工业化回收和消费后回收的可印刷塑料片材产品,并同时开展了数字化项目来建立一个在线系统,该系统充分利用相关合作伙伴录入的数据,详细记录所有阶段和加工步骤——从印刷塑料片材到回收粒子料和新产品。这样一来,统一认证变得更加容易,也节省了时间和成本。

薄膜挤出技术集团莱芬豪舍(Reifenhäuser)已经启动了一个合作项目R-Cycle,旨在完整地记录所有与回收相关的包装特性,确保塑料包装的可回收性。该公司表示,要想在回收过程中准确识别有价值的材料,并将其用于对各种高质量塑料产品进行再加工,这是唯一的方法。R-Cycle的其他合作伙伴包括代表其他加工技术的阿博格机械(Arburg)、BrücknerMaschinenbau、考特斯机械(Kautex Maschinenbau),以及亚琛工业大学塑料加工研究所(IKV)。德国GS1(国际物品编码协会)也对该项目给予支持。德国GS1是中立的技术和服务中心,旨在优化整个价值链中的跨公司业务流程。在塑料包装的整个生命周期中,所有公司和行业都可以使用R-Cycle制定的跨行业和全球适用的标准。


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R-Cycle使用久经检验的标记和追踪技术(例如食品业中新鲜产品的标记和追踪技术)来为供应链提供数字信息。


全球原材料供应商、贸易公司、全球知名品牌和独立机构等合作伙伴公司也正在进行许多试点项目。

欧盟BioICEP项目中国的Terminus项目已经获得了一个国际学术和行业研究财团已1200万欧元的资金,这两个项目的目标是多层塑料的问题。爱尔兰阿斯隆技术学院和法国西格玛·克莱蒙的研究人员已开始着手开展两个项目的联合研究,开发的技术来分离、处理和重新利用多层塑料。

在发达国家,多层包装,比如薯条包装袋和其他即食零食的铝塑膜包装,占所有塑料包装的56%。而且很难将多层包装拆分成可以有效回收的离散层。在这两个为期四年的项目结束时,研究人员希望两边的成果可以形成新一代的绿色技术。

Terminus项目着重研发新的生物技术,使用酶降解塑料粘合剂层,让多层薄膜和包装分离开来。BioICEP项目研发的技术将利用Terminus项目产生的各个塑料层,使用绿色机械化学和酶促技术进行解聚,将这些塑料进一步分解。两个项目结合起来就可以把多层塑料废料转化为生产新塑料的原料。

杜邦帝人薄膜(DuPont Teijin Films)正在与波塞冬塑料(Poseidon Plastics)、树脂生产商Alpek Polyester UK、比法垃圾处理服务公司(Biffa Waste Services)、GRN Sportswear和 O’Neills Irish International Sports Company运动服装公司和约克大学合作开发了波塞冬增强型PET回收技术。英国研究与创新机构(UK Research and Innovation)给予该项目一部分的资金支持,作为该机构“智慧可持续塑料包装”挑战的一部分。该项目致力于汇总整个PET价值链的投入,展现技术潜力,为利用较难处理的PET废料、促进循环经济带来更多的可能性。


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图:乐购(Tesco)商店七种不同的奶酪,外包装由首次回收再造的软包装制成(图片来源:

Tesco

 

杜邦帝人薄膜将与波塞冬塑料紧密合作,以促进公司技术在柔性PET薄膜中的应用,利用试验规模和商业生产规模的聚合设施来开发基于BHET单体原料的PET聚合工艺。杜邦帝人薄膜公司表示,如果这项技术能够与更广泛的PET价值链结合,未来就有可能实现薄膜到薄膜的回收过程。

包装领域的聚合物供应商已在回收软包装方面加快了步伐。陶氏化学公司在北美推出了首款用于收缩膜的再生PE,含有高达40%的再生收缩膜。陶氏还开发了XUS60030.01实验性低密度聚乙烯树脂,其中含有70%经过认证的PCR膜。高PCR含量的树脂的主要优点之一就是最终的包装性能与100%纯树脂制成的包装相当。它保留了全PE膜的可回收性,同时也给收缩膜中PCR的含量变化更加灵活。

沙特基础工业公司(SABIC)与欧洲最大的零售商店运营商施瓦茨集团(Schwarz Group)开展了一项试点项目,试用闭环回收PE制成透明薄膜袋。项目包括SABIC公司Trucircle产品组合中的各种PE技术,使用混合废弃塑料原料回收后生产的材料。通过这个项目,施瓦茨集团于2020年10月至12月之间将SABIC的闭环回收PE塑料(LDPE/LLDPE、HDPE和SUPEER茂金属PE)制成了1千克有机胡萝卜包装袋,并引入德国Lidl和Kaufland精选超市。

“我们的综合策略是到2025年,尽可能回收所有Lidl和Kaufland超市的塑料包装,将塑料总消耗量减少20%,”绿色循环(GreenCycle)公司董事总经理迪特马尔·博姆(Dietmar Böhm)说道。绿色循环公司为施瓦茨集团和其他公司提供废物管理、回收的服务。

SABIC还向英国乐购超市集团提供Trucircle材料,利用向客户回收的材料制成首款可回收软包装。在针对奶酪包装的试验中,整个供应链协同合作,收集废料并将其循环利用到新的食品包装中,回收率在30%以上。回收公司Plastic Energy、SABIC、希悦尔(Sealed Air)、布拉德伯里奶酪(Bradburys Cheese)与乐购超市合作进行了试验,证明柔性塑料可以作为闭环回收系统的一部分进行多次回收并制成新的塑料。

在另一项计划中,帝斯曼公司与SABIC、Cepsa、Fibrant和Viscofan合作,用回收的消费后塑料制成多层肉类包装。帝斯曼工程材料提供经认证的闭环回收聚酰胺(PA)Akulon CRC-MB。该PA材料由强大的价值链合作生产,涉及诸多采用质量平衡方法的合作伙伴。SABIC首先利用混合塑料循环再造的原料生产经认证的环状苯,Cepsa将其用于制造经认证的环状苯酚。随后Fibrant使用苯酚生产经过认证的环状己内酰胺EcoLactam,将其提供给DSM生产环状PA。最后,Viscofan将DSM闭环回收PA与SABIC的闭环回收PE结合在一起,生产出制作肉肠衣所需的阻隔膜。

肉类包装一直是其他合作的重点。包装集团Mondi与奥地利肉类生产商Hütthaler合作开发了一种用于肉类产品、可完全回收的单材料阻隔性热成型膜。

德国零售商Feneberg Lebensmittel已采用Schur Flexibles的新型包装解决方案——可回收且可持续的保鲜膜MonoFlowre——用于内部肉店的自取式肉末产品。两家公司把托盘包装换成保鲜膜,节省了70%的塑料材料。


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图:Schur Flexibles公司将可回收、环保的保鲜膜用于自取式肉末产品



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