فیلم پلی پروپیلن (PP) یکی از پنج پلاستیک عمومی تولید شده در جهان است. به طور گسترده ای در بسته بندی مواد غذایی، فیلم کشاورزی و بسته بندی صنعتی استفاده می شود. طبق داده های صنعت، چین سالانه بیش از 8 میلیون تن ضایعات فیلم پلی پروپیلن تولید می کند، اما نرخ بازیافت ترکیبی هنوز کمتر از 25 درصد است که به طور قابل توجهی کمتر از بیش از 40 درصد کشورهای توسعه یافته است. این نه تنها منجر به هدر رفتن بیش از 100 میلیارد دلار منابع در سال می شود، بلکه آلودگی میکروپلاستیک قابل توجهی را از طریق سوزاندن، دفن زباله و سایر وسایل ایجاد می کند که تهدیدی برای ایمنی زیست محیطی است. این مقاله چالش ها و مسیرهای پیشرفت بازیافت غشای پلی پروپیلن را از سه بعد تحلیل می کند: گلوگاه فناوری، مسیر نوآوری و همکاری صنعتی.
تجزیه و تحلیل تنگناهای فنی هسته
1.1 چالش های جداسازی کامپوزیت ها
فیلم‌های مدرن پلی‌پروپیلن (PP) اغلب از فناوری اکستروژن چندلایه استفاده می‌کنند و موادی مانند PE، PET و فویل آلومینیوم را برای برآوردن نیازهای عملکردی ترکیب می‌کنند. برای مثال، بسته‌بندی میان وعده‌ها می‌تواند از سه لایه --PP/PE/ فویل آلومینیوم --با لایه آلومینیومی به نازکی ۷ میکرون تشکیل شود که جداسازی فیزیکی را ۳۰۰٪ دشوارتر می‌کند. تکنیک‌های سنتی بره‌زنی حرارتی نیاز به کار در دماهای بالاتر از 220 درجه دارند، که به راحتی می‌تواند منجر به شکستن زنجیره مولکولی PP شود که در نتیجه محدوده نوسان شار مذاب (MFR) ± 15 گرم در 10 دقیقه برای مواد بازیافتی است، که برای کاربردهای محصولات پیشرفته مناسب نیست.
1.2 مشکلات در کنترل آلودگی ناخالصی
PP films are easy to absorb impurities such as ink, adhesives and organic pollutants during recycling. Experiments show that the tensile strength of unwashed recycled polypropylene decreased by 32% and the impact strength decreased by 45%. Existing cleaning processes face a challenge: high temperature water washes (>80 درجه) 90 درصد مواد آلی را حذف می کند، اما باعث تخریب اکسیداتیو PP می شود، در حالی که شستشو با دمای پایین دو برابر زمان بیشتری برای پردازش نیاز دارد و ناخالصی های باقی مانده هنوز 2.3 برابر بیشتر از استانداردهای صنعتی است.
1.3 مکانیسم عملکرد تخریب مواد بازیافتی
زنجیره مولکولی پلی پروپیلن در طی عملیات حرارتی مکرر مستعد - بریدگی است که منجر به کاهش بلورینگی می شود. در طول هر چرخه بازیافت، دمای اعوجاج حرارتی PP به طور متوسط 8 درجه کاهش می یابد و نقطه نرم شدن Vicat تا 12 درجه کاهش می یابد. آزمایش‌های یک شرکت نشان داد که پس از سه چرخه بازیافت، عبور نور لایه‌های پلی پروپیلن از 92 درصد به 78 درصد کاهش یافت و ویژگی‌های مانع اکسیژن تا 40 درصد کاهش یافت و استفاده از محصولات کم‌ارزش- را محدود کرد.
1.4 فناوری مرتب‌سازی هوشمند تأخیر دارد.
مرتب سازی دستی سنتی تنها 0.8 تن در هر نفر در روز است، با ضریب خطا تا 18 درصد. اگرچه تجهیزات مرتب‌سازی طیف‌سنجی مادون قرمز نزدیک (NIR) می‌توانند پیک مشخصه پلی پروپیلن را تشخیص دهند، اما دقت تشخیص فیلم‌های زیر ۲۰ میکرون کمتر از ۷۵٪ است. آزمایش‌های میدانی در پایگاه بازیافت نشان می‌دهد که محتوای ناخالصی PET مخلوط 3.2٪ است که مستقیماً باعث می‌شود که محتوای گرد و غبار گلوله‌های بازیافتی بیش از 2.8 برابر شود.
مسیرهای پیشرفت نوآورانه
2.1 فناوری ساختارشکنی کامپوزیت
جداسازی تنش حرارتی کنترل شده: جداسازی رابط جداسازی رابط PP / PE با ترکیب گرمایش گام به گام (120 درجه → 160 درجه → 190 درجه) با فشار غلتشی دیفرانسیل. سیستم کنترل دمای دو منطقه{4} یک مؤسسه تحقیقاتی دارای نرخ لایه برداری 91٪ از فویل آلومینیومی و 98.5٪ نرخ بازیابی پلی پروپیلن است.
حلال-جداسازی به کمک: لایه PP به طور انتخابی در دمای 65 درجه با استفاده از مخلوط سیکلوهگزان / هپتان حل می شود. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که این فرآیند می‌تواند باقیمانده PET را به زیر 0.3٪، نرخ بازیابی حلال را به بیش از 95٪ و مصرف انرژی واحد را به 42٪ کاهش دهد.
اچ کردن پلاسما: سطوح فیلم تحت درمان با پلاسمای اکسیژن، اتصال آلومینیوم-را مختل می‌کند. نتایج تجربی نشان می دهد که پس از 120 ثانیه از تیمار، استحکام لایه آلومینیوم از 2.1 N/15 میلی متر به 0.3 N/15 میلی متر کاهش یافت.
2.2 سیستم های فرآیند تصفیه پیشرفته
تمیز کردن با کمک اولتراسونیک: در فرکانس 40 کیلوهرتز، همراه با افزودنی های آنزیمی، میزان حذف جوهر به 99.7٪ می رسد و زمان تمیز کردن به یک سوم روش های سنتی کاهش می یابد. استحکام کششی مواد بازیافتی شرکت با استفاده از فناوری به 38 مگاپاسکال رسید که 95 درصد استاندارد مواد اولیه است.
استخراج CO2 فوق بحرانی: 99.2% باقیمانده نرم کننده را می توان در دمای 31 درجه سانتی گراد و 7.4 مگاپاسکال حذف کرد. آزمایش‌های یک مؤسسه تحقیقاتی نشان داده است که فیلم‌های پلی‌پروپیلن بازیافت شده با CO2 فوق بحرانی با محدودیت‌های مهاجرت مقررات اتحادیه اروپا REACH مطابقت دارند.
حذف ناخالصی القایی الکترومغناطیسی: ناخالصی های فلزی جداسازی میدان مغناطیسی متناوب فرکانس بالا، قطر بیش از 50 میکرون میزان حذف ذرات 99.9٪. خطوط بازیافتی که از این فناوری استفاده می‌کنند، رسانایی ذرات بازیافت‌شده را به 0.01 میکروS/cm کاهش می‌دهد و نیازهای درجه{4}غذا را برآورده می‌کند.
2.3 فناوری افزایش بازسازی عملکرد
فناوری اصلاح نانو: افزودن 2% نانو-سیلیکا، قدرت ضربه PP بازسازی شده را تا 40% و دمای اعوجاج حرارتی را تا 15 درجه افزایش می‌دهد. نانوکامپوزیت های بومی این شرکت با موفقیت در تولید سپر مورد استفاده قرار گرفته اند و به مدول خمشی 2400 مگاپاسکال دست یافته اند.
فناوری تخریب کنترل شده: بریدگی-بتا القا شده{1}}پراکسید، شاخص پراکندگی پلی پروپیلن بازیافت شده را از 3.8 به 1.9 کاهش می دهد. نتایج نشان می‌دهد که عملیات تخریب کنترل‌شده می‌تواند پایداری نرخ جریان مذاب مواد بازسازی‌شده را تا ۳۵ درصد بهبود بخشد.
بخار درجا کشش کشش سطحی مخلوط‌های PP/PE با استفاده از سازگارکننده‌های PP-g-MAH 62% کاهش یافت. نرخ ازدیاد طول شکست ترکیب توسعه یافته توسط شرکت به 320٪ می رسد که برای مقاومت در برابر سوراخ شدن مالچ کشاورزی مناسب است.
2.4 ارتقاء تجهیزات مرتب سازی هوشمند
تشخیص همجوشی چندطیفی: حسگرهای مادون قرمز نزدیک، رامان و تراهرتز (THz) یکپارچه- امکان مدل‌سازی سه‌بعدی ضخامت، ترکیب، و سطوح آلودگی را فراهم می‌کنند. آزمایش‌ها با سازندگان تجهیزات نشان می‌دهد که این فناوری 98.7 درصد در مرتب‌سازی با سرعت پردازش 5 تن در ساعت دقیق بوده است.
سیستم‌های بازرسی بینایی هوش مصنوعی: بر اساس الگوریتم‌های یادگیری عمیق، این سیستم‌ها می‌توانند نقص‌هایی به کوچکی 0.1 میلی‌متر مربع را شناسایی کنند. پایه بازیافتی که از این فناوری استفاده می کند، نرخ نقص محصول را از 2.3 درصد به 0.15 درصد کاهش داده است و بیش از 8 میلیون دلار در سال صرفه جویی می کند.
پلتفرم ردیابی بلاک چین: برچسب های RFID فیلم کامل داده چرخه عمر را برای مدیریت شفاف از بازیابی تا بازسازی ضبط می کنند. کار آزمایشی نشان داده است که این فناوری منجر به افزایش 90 درصدی راندمان ردیابی مواد خام و کاهش 90 درصدی اختلافات کیفی شده است.
3. استراتژی توسعه همکاری صنعتی
3.1{1}}نوآوری طراحی جلویی
برای جلوگیری از ساختارهای کامپوزیتی، دستورالعمل‌های صنعتی را برای طراحی محصولات پلاستیکی قابل بازیافت که به فیلم‌های پلی پروپیلن با خطاهای ضخامت یکنواخت کمتر از 5 درصد نیاز دارند، ترویج کنید. فیلم PP تک لایه توسعه یافته یک شرکت 99.2% بازیابی شد و هزینه مواد بازیافتی 28% کمتر از فیلم کامپوزیت بود.
3.2 ساخت شبکه رودخانه مرکزی.
یک-سیستم سه مرحله‌ای از «ایستگاه بازیافت اجتماعی{{1}مراکز مرتب‌سازی منطقه‌ای-پایگاه‌های پردازش حرفه‌ای»»، مجهز به تجهیزات فشرده‌سازی هوشمند برای کاهش هزینه‌های حمل‌ونقل، راه‌اندازی کنید. داده های شهر آزمایشی نشان می دهد که این مدل شعاع بازیابی را به 3 کیلومتر کاهش می دهد و راندمان جمع آوری را تا 40٪ بهبود می بخشد.
3.3 پایان{1}}از گسترش برنامه استفاده کنید
یک کاغذ سفید در مورد کاربردهای پلاستیک بازیافتی تهیه کنید و نسبت استفاده در بخش های خودرو، الکترونیک و بسته بندی را مشخص کنید. یکی از خودروسازان استفاده از پلی پروپیلن بازیافتی را به 15 درصد افزایش داده است که باعث کاهش انتشار کربن به میزان 12000 تن در هر خودرو در سال شده است.
3.4 خط مشی و پشتیبانی استاندارد
استانداردهای درجه بندی پلاستیک بازیافتی برای طبقه بندی PP بازیافتی به گریدهای غذایی، صنعتی و ساختمانی پیشنهاد شده است. بازپرداخت مالیات بر ارزش افزوده 70 درصدی برای مشاغلی که از مواد بازیافتی استفاده می کنند تخمین زده می شود که حاشیه سود را تا 5.2 درصد افزایش دهد.
چشم انداز آینده
با پیشرفت فناوری پلیمریزاسیون شیمیایی، بازیافت فیلم پلی پروپیلن از «بازیابی فیزیکی» به «بازیابی مولکولی» در حال گذار است. فرآیند کراکینگ کاتالیزوری که توسط یک موسسه تحقیقاتی ایجاد شده است، پسماند پلی پروپیلن را به مونومر پروپیلن با عملکرد 78 درصد و خلوص محصول 99.95 درصد تبدیل می کند. انتظار می رود تا سال 2030، نرخ بازیافت فیلم PP چین به 45٪ برسد و اندازه بازار مواد بازیافتی از 30 میلیارد یوان فراتر رود و یک خوشه صنعت سبز صدها میلیارد یوان را تشکیل دهد.
نتیجه گیری:
بازیافت فیلم های پلی پروپیلن نشان دهنده یک نبرد کلیدی در برابر "آلودگی سفید" است. از طریق نوآوری فناوری، می‌توانیم بر این گلوگاه‌های جداسازی، مشکلات تصفیه و کاهش عملکرد غلبه کنیم و یک زنجیره کاربردی طراحی کامل-بازیافت-بازآفرینی{3}} بسازیم، که نه تنها می‌تواند چرخه منابع را تحقق بخشد، بلکه نقاط رشد اقتصادی جدیدی را نیز پرورش می‌دهد. این امر مستلزم تلاشی هماهنگ از سوی دولت‌ها، کسب‌وکارها و مؤسسات تحقیقاتی است تا صنعت را از طریق نوآوری‌های فناوری متحول کنند و راه‌حل‌هایی برای مقابله با آلودگی پلاستیکی جهانی ارائه دهند.
