Предпосылкой к совместной работе послужил пилотный проект Recyclist компании Beiersdorf, в рамках которого та хотела бы разработать косметические флаконы для шампуня и геля для душа под брендом Nivea, на 100 % состоящие из вторичного rHDPE, в связи с чем обратилась за помощью к компании Pla.to. Научную поддержку проекту оказал институт IVV.
Компания Pla.to разрабатывает и производит оборудование для вторичной переработки пластмасс, предназначенное в основном для очистки, мойки и сортировки отходов с использованием минимального количества технологической воды. Это оборудование представляет собой, как правило, специальные установки, изготавливаемые по индивидуальному заказу. При этом производственные мощности Pla.to размещены не только в Германии, но также Великобритании, Чехии и США.
Сначала специалисты Pla.to ознакомились поближе с объектом исследования, а затем и производства, – упомянутыми флаконами из HDPE, которые производят методом экструзионно-выдувного формования с последующим приклеиванием к ним этикеток. Колпачки же изготавливаются из полипропилена (PP). Исходный материал для пилотного проекта был получен в результате внутренней кампании по сбору, проведенной компанией Beiersdorf. При этом всем ее сотрудникам было предложено собрать соответствующие пустые флаконы, которые и были собраны за два месяца в количестве 2600 шт.
На основе предварительных экспериментов и собственного опыта компанией Pla.to был разработан технологический процесс переработки использованных флаконов, основные стадии которого выглядят следующим образом. Собранные флаконы вместе с крышками сначала сортируются по цвету и измельчаются с помощью шреддера. Затем путем безводной сухой очистки с измельченного пластика удаляются остатки содержимого флаконов. Стойкие же загрязнения сначала размягчаются за счет трения и горячей воды во фрикционной моечной машине, а затем вымываются. После этого удаляется клей для этикеток, а материал подвергается термомеханической сушке. Наконец, в зигзагообразном сепараторе с помощью воздушного потока осуществляется сортировка частиц флаконов, крышек и этикеток в соответствии с их плотностью.
Все необходимые испытания новых флаконов из rHDPE показали, что они полностью соответствуют стандартам качества изготовленных из первичного полимера, не имеют запаха и таких дефектов, как остатки печати или другие инородные включения (см. рис. 1).
Рассмотрим более подробно некоторые из указанных выше стадий переработки отходов пластмасс, и не только флаконов из HDPE.
Сухая очистка
Установки, предназначенные для сухой очистки и разделения загрязненных отходов пластмасс на две фракции – очищенную дробленку и загрязнения, представляют собой центрифугу, внутри которой вращается ротор, оснащенный износостойкими пластинами из конструкционной стали и окруженный перфорированной корзиной с отверстиями, через которую выводятся отделившиеся загрязнения вместе с частицами бумажных этикеток (рис. 2). Большие центробежные и ударные силы, а также воздушные потоки разрывают бумагу на мелкие волокна, а поверхностные загрязнения отслаиваются от частиц пластика в результате трения. Принудительное удаление смеси остатков бумаги и загрязнений из рабочей зоны установки осуществляется с помощью мощного встроенного вентилятора, который также повышает производительность очистки и предотвращает засорение перфорированной корзины. Производительность установок в зависимости от их исполнения составляет от 2000 до 8000 кг отходов в час, мощность привода ротора – от 55 до 250 кВт.
Данный метод является более экологичным по сравнению с водной очисткой отходов, требующей также затратных мероприятий по водоподготовке и обращению с отработанной водой. В общем случае процесс применим к очистке не только косметической, но также пищевой и промышленной упаковки, изготовленной из различных термопластов, таких как LDPE, HDPE, PP, PET, PA, HIPS и др.
Водная очистка
В случае трудноудаляемых загрязнений, таких как грязь и почва на сельскохозяйственной пленке, бумажные этикетки на бытовой и промышленной пленке или остатки пищевых продуктов, Pla.to предлагает установки различной мощности, предназначенные для двухступенчатой водной очистки отходов пластмасс (рис. 3). На первом этапе действует вращающийся фрикционный скребковый механизм, который удаляет с частиц пластика размягченные в воде загрязнения. Окончательная очистка в виде так называемой интенсивной мойки осуществляется на втором этапе за счет центробежных сил и сил трения в среде большого количества циркулирующей, но не добавляемой воды. Затем отмытые отходы пластика подвергаются обезвоживанию.
Механическая сушка
Механическая сушка отмытых отходов пластмасс в виде главным образом пленочных флексов заключается в их отжиме и, соответственно, обезвоживании под действием высоких центробежных сил, создаваемых вращающимся ротором и прижимающих флексы к внутренней поверхности перфорированной корзины (рис. 4). Установка для механической сушки оснащена встроенным вентилятором в износостойком исполнении, создающим мощный поток воздуха, который всасывает влажные отходы пленки и, кроме того, поглощает испаряющуюся воду. Поскольку пленки, в частности упаковочного назначения, становятся все тоньше, увеличивается их удельная поверхность, подлежащая сушке, что требует высоких центробежных сил и, соответственно, скоростей вращения ротора. Подобные высокоскоростные механические сушилки выполняют одновременно функцию дополнительной очистки пленочных отходов от остатков загрязнений, отделяемых от флексов за счет трения и удаляемых через перфорированную корзину вместе с отжатой водой. Для этих целей ротор имеет специальную удлиненную конструкцию и оснащен большим количеством молоточков.
Тепловая сушка
Тенденцией последних лет является так называемая прямая переработка очищенных отходов методами экструзии или литья под давлением, минуя стадию гранулирования, что позволяет избежать дополнительной термообработки материала и, кроме того, сэкономить электроэнергию. Однако многие, особенно гидрофильные, пластики требуют их предварительной сушки от остаточной влаги, которая даже в небольшом количестве заставит, например при экструзии, работать с перегрузкой системы дегазации. И если отходы в виде дробленки не представляют особых проблем для их тепловой сушки, то тонкие пленочные флексы ввиду их высокой удельной поверхности требуют особенно интенсивного обезвоживания, которое обеспечивается нагретым воздухом в сушилках Pla.to, работающих по принципу центрифуги (рис. 5). При этом эффективная теплоизоляция нагретых поверхностей сушилок сводит к минимуму потери тепла за счет конвекции и излучения.
Сортировка отходов по плотности
Известный метод разделения в воде смеси отходов пластиков с различной физической плотностью связан с недостатками. Во-первых, он требует последующей сушки отсортированных фракций, а во-вторых, связан с погрешностью из-за влияния на выталкивающую силу включений воздуха на поверхности частиц пластика. Из-за этого частицы пластика с плотностью больше, чем у воды, могут всплывать и смешиваться с частицами более легкой фракции. Этих недостатков лишен предлагаемый Pla.to метод сепарации отходов в установках, действующих по принципу гидроциклона, в котором создается поток воздуха с ускорением до 22 g (рис. 6). В результате более легкая фракция поднимается вверх, а более тяжелая оседает вниз. Установки отличаются высокой производительностью, занимая небольшую производственную площадь.
Зигзагообразная сепарация отходов
Альтернативой описанному выше оборудованию для разделения отходов с различной плотностью служит так называемый зигзагообразный сепаратор (zigzag separator), особенно эффективный в том случае, когда речь идет о разделении пленочной и дробленой фракций (рис. 7). Типичным примером применения этого метода является разделение смеси отходов этикеток и ПЭТ-бутылок. В этом случае расход воздушного потока, создаваемого вентилятором, подбирается таким образом, чтобы более легкие частицы этикеток уносились вверх по зигзагообразной траектории, а более тяжелые частицы дробленки не могли преодолеть этот маршрут и падали вниз под действием сил тяжести. В Pla.to считают, что невозможно отделить подобные отходы друг от друга более простым способом и надежным способом, дополнительным преимуществом которого служит отсутствие пыли в дробленке после ее разделения с частицами этикеток.
The Technology of Recycling Bottles for Cosmetics on the Bottle-to-Bottle Principle
F. S. Auch
Pla.to Technology has presented the first industrial technology solution for the Bottle-to-Bottle recycling of detergent bottles made of bimodal high-density polyethylene (HDPE). The partners for this project were Beiersdorf AG and the Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging. The rHDPE recycled granulate was completely reintroduced into the production cycle, producing new detergent bottles solely from recycled granulate, that meet the quality standards of new products.
Опубликовано в журнале «Полимерные материалы» № 2 (309) 2025 г., с. 34-37.
