بازیافت بطری‌های PET و ضایعات الیاف جهت استفاده در تولید الیاف سنتتیک

● تکنولوژی جدید جایگزین فعالیت‌های قدیمی
هزینه مواد خام نقش بزرگی در تولید و بازاریابی الیاف سنتتیک بازی می‌کند. به همین دلیل تولیدکننده‌های الیاف به‌طور مستمر به دنبال روش‌های متفاوتی برای کاهش هزینه‌های تولید الیاف خود از طریق بازیافت می‌باشند. بازیافت در صنعت الیاف به شکل‌های مختلف صورت می‌پذیر، دو گروه اصلی عبارتند از:
۱) بازیافت پلاستیک به‌دست آمده از طریق مصرف‌کننده‌ها
۲) بازیافت پلاستیک به‌دست آمده از فعالیت صنعتی
طراحی‌ها، سیستم‌ها و مفاهیم مختلفی وجود دارند که در هر دو نوع بازیافت استفاده می‌شوند.
این مقاله به‌ دنبال تشریح سیستم‌های واقعی برای هر یک از دو روش بازیافت می‌باشد.
● بازیافت پلاستیک به‌دست آمده از طریق مصرف‌کننده‌ها
بازیافت پلاستیک به‌دست‌آمده از طریق مصرف‌کننده اساساً توسط صنایع الیاف پلی‌استر (PET) برای تولید الیافی جهت استفاده به‌عنوان الیاف خاب در فروش، پارچه کرک‌دار یا الیاف پرکننده می‌باشد. ماده اولیه، بطری‌های نوشیدنی‌های غیرالکلی است که بدین‌منظور جمع‌آوری شده‌اند. ماده دریافت‌شده به‌صورت عدل بوده که به تکه‌های کریستالی و تمیز پلی‌استر تبدیل می‌شوند و مستقیماً تحت فرآیند برش قرار می‌گیرند. بازیافت بطری‌های پلی‌استر (PET) فرآیندی است که می‌تواند به سه مرحله تقسیم شود و هر مرحله، مسائل حساس مربوط به خود را دارا می‌باشد.
● مرحله شستشوی اولیه (مرحله اولیه)
شستشوی اولیه بطری‌های PET، مرحله مهمی در حفظ طولانی‌مدت تجهیزات، در واحد بازیافت PET می‌باشد. هدف اصلی از شستشوی اولیه پاک نمودن آلاینده‌هائی که در بطری‌ها وجود داشته و همچنین جداسازی آنها از جریان فرآیند می‌باشد. مواد به‌دست آمده به‌صورت عدل و با ابعاد تقریبی ۵٭۵/۳٭۲ (اینچ) و وزن تقریبی ۷۰۰ پوند می‌باشند. بسته به مبداء تهیه بطری‌ها، میزان و نوع آلاینده‌های موجود در آنها متفاوت می‌باشد. در ایالات متحده تمیزترین مواد از ”Bottle Bill“ تأمین می‌شوند که در واقع محلی است که بطری‌ها در آنجا ذخیره می‌شوند. مواد کثیف، از مواد جمع‌آوری شده در خیابان‌ها که به‌صورت دستی یا ماشینی توسط شهرداری‌ها از هم جدا می‌شوند، به‌دست می‌آیند. اولین مرحله در فرآیند شستشوی اولیه، باز نمودن عدل‌ها به‌منظور شستشوی جداگانه بطری‌ها می‌باشد. مواد سپس به یک سیلندر شستشو با آب داغ منتقل می‌شوند که در آنجا با استفاده از محلول‌های سوزآور، برچسب‌ها، هرگونه آلودگی، شیشه و شن‌هائی که ممکن است به بطری‌ها چسبیده باشند، جدا می‌شوند، مواد سپس به یک الک چرخنده هدایت می‌شوند تا عناصر جدا شده، از مسیر فرآیند خارج شوند. حاصل مراحل فوق بطری‌های بدون برچسب و آلودگی می‌باشد. آلودگی‌های بزرگی که از الک چرخنده عبور نموده‌اند، قبل از مرحله کاهش اندازه به‌صورت دستی از روی نوار نقاله طبقه‌بندی مواد برداشته می‌شوند.
● مرحله کاهش اندازه (مرحله دوم)
بطری‌های جدا شده میز طبقه‌بندی را ترک کرده و توسط نوار نقاله به قسمت ریزکننده مرطوب وارد می‌شوند. به‌منظور شستشوی داخل بطری‌ها و همچنین زدودن کاغذها برچسب همراه بطری‌ها، آب نیز به منطقه برش وارد می‌شود، عمل برش به‌دلیل اصطکاک زیاد ایجاد شده باعث تمیزی بطری‌ها شده و همچنین برچسب‌های کاغذی را به‌صورت خمیر درمی‌آورد. مواد سپس از طریق یک صافی (معمولاً ۸/۳ اینچ) به یک محفظه گریز از مرکز تخلیه می‌گردند که هدف از این مرحله، جدا نمودن خمیرهای کاغذ به‌وسیله آب می‌باشد. پرک‌های PET ر این مرحله به اندازه کافی تمیز می‌باشند اما به‌دلیل زمان قرار گرفتن در خرد کننده به‌جز توسط صافی قابل کنترل نمی‌باشد، لازم است فرآیند مرحله قبل تکرار گردد. این بدان معنا است که فرآیند طولانی شستشو و خشک نمودن پرک‌ها به پایان می‌رسد.
● مرحله شستن، جداسازی و خشک نمودن (مرحله سوم)
فرآیند شستشوی پرک‌ها فرآیندی غیرمداوم بوده که در آن مواد به داخل یک محفظه استوانه‌ای بزرگ هدایت شده و در آنجا با کمک آب گرم و محلول‌های سوزآور، برجسب‌های کاغذی باقیمانده و چسب‌های به‌کار رفته جدا می‌شوند. محفظه استوانه‌ای شامل پرده‌هائی است که روی یک شفت قرار داشته و باعث آشفتگی آب با سرعت زیاد می‌گردد. شستشوی تکه‌های خرد شده بیش از آنکه عمل تکه‌ها در مقابل پرده‌ها باشد، در اثر عمل پرک‌ها مقابل هم است. سپس مواد درون یک سانتریفوژ تخلیه می‌شوند که به‌منظور جداسازی چسب‌ها، کاغذها و آلودگی‌های آلی طراحی شده است.
تنها آلودگی باقیمانده درب بطری‌ها می‌باشد که اساساً از جنس پلی‌پروپیلن ساخته شده‌اند. مواد از زیر سطح آب به یک محفظه جداسازی داخل می‌شوند و تکه‌های خرد شده به‌صورتی پراکنده می‌شوند که هر تکه فرصت شناور شدن یا غوطه‌ور شدن را داشته باشد. مواد پلی‌پروپیلنی شناور شده و PET غوطه‌ور می‌گردد. آخرین جداسازی انجام شده و سپس مواد در مرض هوای داغ با کمک خشک‌کننده‌های گریز از مرکز (سانتریفوژ) یا خشک‌کننده‌هائی با بستر سیالی خشک می‌شوند. مواد به‌طور معمول داخل سیلوهائی که آماده برای کریستالیزه و تبیل به الیاف شدن می‌باشند، ریخته می‌شوند.
● بازیافت پلاستیک‌های به‌دست آمده از فعالیت‌های صنعتی
در صنایع تولید الیاف، ضایعات از طریق راه‌اندازی خط تولید، پاره شدن نخ‌ها مشکلات عملیاتی حاصل می‌شوند. میزان ضایعات می‌تواند به سرعت افزایش‌یافته و به شکل‌های مختلفی از قبیل ضایعات سخت، ضایعات نخ‌های کشیده تا کشیده‌نشده و ضایعات Tow درآید. روش‌های متعددی برای بازیافت این ضایعات در صنایع وجود دارد که این امر سبب کاهش هزینه موادخام برای تولیدکنندگان می‌گردد.
● کاهش اندازه
اغلب از خردکننده‌ها (برش‌دهنده‌ها)، ریزکننده‌ها و کاغذبرها (گیوتین‌ها) برای ضایعات سخت و به‌عنوان وسیله‌ای جهت احیاء ضایعات نخ و Two استفاده می‌شود.
ضایعات سخت که به‌دلیل تراکم زیاد آلوده نمی‌باشد، آسان‌تین ماده جهت احیاء بوده و اندازه آنها می‌تواند کاهش یافته و به‌طور مستقیم وارد فرآیند تولید شوند بسته به اندازه ضایعات، یک دستگاه خردکننده مستقل و یا دستگاه برش و خردکننده توأماً استفاده می‌شود. ضایعات بزرگ به‌ دستگاه ریزکننده تغذیه می‌گردد به‌طوری که مواد را به اندازه قابل کنترلی برای استفاده در خردکننده کاهش می‌دهد. تکنولوژی برش شامل برش‌دهنده‌های تک‌محوره، دومحوره و چهارمحوره می‌باشد. مواد قبل از ورود به تجهیزات مانند متراکم‌کننده‌ها، اکسترودرها، Condux و غیره احتیاج به کاهش اندازه دارند. بعضی از تجهیزات نیاز به برش طولی کوتاهتری از مواد نسبت به بقیه دارند. معمول‌ترین وسیله جهت اجراء این عمل گیوتین‌هائی با سرعت بالا می‌باشند که مخصوصاً برای الیاف طراحی شده‌اند. اخیراً تکنولوژی تک‌محوره جایگزین بعضی از گیوتین‌ها در برخی از کاربردهای احیاء شده‌اند اما هنوز کارآئی آنها برای شرایط طولی خیلی کوتاه ثابت نشده است.
● ضایعات Tow کشیده و کشیده‌نشده
تکنولوژی‌های متعدد و متفاوتی برای احیاء این ضایعات وجود دارند. نظرات راجع به این تکنولوژی‌ها با توجه به مشکلات در حمل‌ونقل محصول، محتویات رطوبت و آلودگی از یک کارخانه به کارخانه دیگر متغیر می‌باشد. تکنولوژی‌های متفاوت شامل متراکم‌کننده‌های دستی، متراکم‌کننده‌های مداوم اتوماتیک، متراکم‌کننده‌های زباله‌های پلاستیکی، اکستروژن با تغذیه گرم و اکستروژن استاندارد مجهز به تغذیه پرکننده یا فروبرنده می‌باشند.
معمول‌ترین متراکم‌کننده‌ها، متراکم‌کننده با شستشوی دستی می‌باشند. این ماشین از تیغه‌های برش چرخنده در زیر یک استوانه برای برش مواد استفاده می‌نماید و آن را به‌وسیله اصطکاک گرم می‌نماید. گرما سبب می‌گردد که مواد تکمیل رسیدگی که برای مواد استفاده شده است تبخیر یا خشک شوند. زمانی‌که مواد به نقطه ذوب خود می‌رسند به‌وسیله وارد نمودن آب به آنها شوک داده یا منجمد (فریز) می‌گردند. محصول نهائی از نظر شکل دارای شکلی نامنظم می‌باشد و معمولاً شبیه ذرت بوداده می‌گردد. این فرآیند معمولاً برای الیاف PP و PET استفاده می‌شود ولی نایلون را تجزیه می‌نماید. توسعه‌های جدید در سیستم متراکم‌کننده‌های مداوم رخ داده که جایگزین این تکنولوژی قدیمی شده‌اند.
● متراکم‌کننده‌های مداوم
امروزه غلظت‌دهنده‌ها یا متراکم‌کننده‌های مداوم توسط تولیدکننده‌های متفاوتی ارائه می‌شوند. در این دستگاه ماده به یک سیستم با تغذیه گرم که بر پایه نیروی قدرت جریان برق برحسب آمپر در موتور اصلی می‌باشد، وارد می‌گردد. در نتیجه اندازه پیچ خروجی کاهش می‌یابد و سبب می‌گردد که مواد کاملاً ذوب نشوند و به اندازه مشخصی برش داده شوند و هنگامی‌که سیستم را ترک می‌کنند سرد گردند.
سیستم از روش قدیمی متراکم‌کننده برای گرم کردن مواد تغذیه‌شده استفاده می‌کند در حالی‌که روش‌های دیگر از یک خردکننده استفاده می‌نمایند. محصول نهائی از نظر اندازه و شکل دارای ثبات بیشتری بوده ولی آلودگی‌های آن هنوز توسط فیلتر نمودن مذاب از بین نرفته است.
قالبگیری آخرین مرحله: احیاء مجدد ضایعات الیاف می‌باشد. تکنولوژی‌های متفاوتی وجود دارند که برای این روش مناسب می‌باشند اما هدف نهائی تمامی آنها تصفیه (فیلتر نمودن) خوب مواد مذاب و تجمع پایدار می‌باشد. در تجمع با مواد اولیه گرم از متراکم‌کننده شستشودهنده استفاده می‌کنند بدین مفهوم که مواد را برش داده و گرم می‌نماید و در عین حال به وارد نمودن مواد به دستگاه ادامه می‌دهد و مواد را روی صفحه دستگاه برش وارد می‌نمایند که مماس بر سیلندر می‌باشد. مواد در دستگاه برش ذوب‌شده و از صافی عبور می‌نمایند که مماس بر سیلندر می‌باشد. مواد در دستگاه برش ذوب‌شده و از صافی عبور می‌نماید تا ایجاد یک محصول تمیز را تضمین نماید.
در تغذیه به شکل پر کردن یا فرو کردن از موادی که قبلاً اندازه‌شان کاهش پیدا کرده، استفاده می‌گردد. مواد به دستگاه برش به‌وسیله یک پرکننده در ظرف ته‌قیفی و یا یک فروکننده هیدرولیک در دهانه تغذیه وارد می‌شوند. فرآیند کاملاً بر خشک کردن مواد تأکید دارد. در حالی‌که سیستم‌های تغذیه گرم، قادر به انجام عمل خشک کردن در فرآیند برش می‌باشند.

برگرفته از مجله IFJ ترجمه مهندس میترا عقیلی (کارشناس مسئول شیمی نساجی در اداره کل استاندارد و تحقیقات صنعتی استان قزوین)

منبع : ماهنامه فناوری و توسعه صنعت بسته بندی