Compounding Toolbox for Polypropylene Film Recycling
Sundén, Alexander (2021)
2021
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021110253281
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021110253281
Tiivistelmä
The recyclability of materials and plastics in general has been discussed a lot in recent years. The majority of the plastic waste ends up in landfills and is being incinerated for energy. On the other hand, the recycling rate of plastics is still quite low as the average in the EU of recycling of plastics is around 30 %. The EU has also set targets for recycling until the year 2030. The proposal is that all plastic packaging should be able to be recycled.
The aim of this thesis is to create a toolbox in which the extrusion process of how polypropylene films can be recycled is described on a pilot scale. The toolbox can then be used as a starting ground for how the recycling process can be achieved.
Two different polypropylene films have been used as the waste product: one that has been printed on and the second that has been metalized. They have then been re-extruded to determine the recyclability of these films. Different screws and methods have been used to test out the processability of the recyclates with varying results.
The films have first been compacted before shredding them into smaller pieces and then re-extruded with a 50/50 mixture of virgin pellets and recycled film flakes. The processability of the printed film has yielded good results and the product is stable enough to be recycled with minimal to no degradation to the polymer. The metalized film with the aluminum layer is more challenging to recycle since the aluminum present has caused the polymer to degrade more easily. The removal of aluminum from the film before re-extrusion should be further researched.
The purpose of the thesis is to investigate whether the printed and metalized films can withstand the extrusion process and what the effect of the re-extrusion process on the polymer itself is. Frågor om miljö och återvinning har varit ett stort samtalsämne de senaste åren. Särskilt plastskräp och vad som ska göras med det har diskuterats. En stor del av skräpet förs till avstjälpningsplatser och en del bränns för energi. Andelen plast som återvinns är liten, och inom EU ligger den på 32,5%. För att motverka det här har EU gjort upp en plan som går ut på att alla plastförpackningar ska kunna återvinnas senast till 2030.
I diplomarbetet har extrudering av två olika polypropenfilmer (PP) undersökts och frågan har varit om dessa filmer går att återvinna. Utgående från resultaten har en verktygsback, som ska kunna användas i samband med plaståtervinning i framtiden, skapats. De två filmer som har undersökts är en tryckt film och en film med ett metallskikt av aluminium. Filmerna har antagits vara rena eftersom det är industriskräp som blivit kvar från tillverkningsprocessen.
Polypropen är en termoplast som används för diverse produkter, till exempel förpackningar och leksaker. Polypropen är lätt, tål starkt slitage och är genomskinlig.
En plastfilm är en benämning på plast som har en tjocklek på högst 0,254 mm. Ifall plasten är tjockare klassas den som skiva. Filmen används oftast som förpackningsmaterial för matprodukter. Den tryckta filmen ger konsumenten information om vad som finns i förpackningen, medan metallskiktet ger skydd och fungerar som en barriär mot fukt, syre och ljus. För att trycka filmer kan vattenbaserad tryckfärg eller icke-vattenbaserad tryckfärg användas. Genom att använda vakuum kan aluminiumet förångas och deponeras på filmytan.
För återvinningsprocessen användes en extruder med två skruvar, där skruvarna roterar åt samma håll inuti kanalen. En extruder kan definieras som en mekanism som pressar en massa genom en öppning. Skruvarnas uppgift är att smälta, knåda och bearbeta materialet inuti kanalen samt att föra materialet framåt till öppningen där de sedan pressar ut den smälta plasten i önskad form, i detta fall som långa band som sedan avkyls och skärs till pellets. Under den experimentella delen av den här avhandlingen har en extruder i pilotskala använts för att utföra experimenten. Proven har sedan analyserats i laboratoriet för att bestämma kvaliteten på den återvunna produkten.
Innan filmerna kunde extruderas, måste de kompakteras och skäras i mindre bitar så att de kan köras genom extrudern. Vid extruderingen gjordes en blandning av 50 % plastfilm och 50 % naturell plastpellets. Tre provkörningar gjordes under arbetet: ett förhandstest och två egentliga provkörningar. Tanken med förhandstestet var att få en startpunkt och för att se ifall det över huvud taget är möjligt att återvinna PPplastfilm. För de olika provkörningarna användes olika skruvar för att se ifall ett byte av skruv inverkar på plastens kvalitet. Skruvbyte var också nödvändigt för att göra det möjligt att lägga fast en vakuumpump i anläggningen.
I samband med förhandsprovet kördes tre prov per material och tre kontrollprov under samma omständigheter. Provkörningen gick bra och produkterna analyserades efteråt. Den första riktiga provkörningen gjordes i slutet av mars och vakuumpumpen orsakade några problem då smälttrycket gick drastiskt nedåt och polymeren gick sönder under extruderingen. Med den valda skruven gick det inte så bra att återvinna plastfilmen i fråga.
Vid den sista provkörningen användes den första skruven med en modifikation för att användningen av en vakuumpump skulle vara möjlig. En operator utförde alla test. Dock gjordes provkörningarna utan vakuumpump då det märktes att pumpen sög upp den smälta plasten. Ett flöde av kväve tillsattes. Det här gjordes för att kvävet tar syrets plats inuti kanalen och genom det kan oxidering av polymeren undvikas. Efter återvinningen hade båda de återvunna materialen en viss färg. Där filmen med tryckfärg använts blev det återvunna materialet grönt och med den metalliserade filmen blev proven gråa eller silveraktiga. De här kan förklaras med tryckfärgen och med aluminiumet som fanns i filmerna från tidigare.
Av förhandsprovet och den sista provkörningen gjordes ytterligare en plastfilm där jag undersökte hur bra kvaliteten var på produkten vid filmtillverkning. Vid visuell inspektion av proven kunde geler och andra orenheter som tryckfärg och aluminium märkas i filmen.
Alla prover analyserades i laboratoriet och från analyserna kan jag konstatera att den tryckta filmen lämpar sig bra för att återvinnas och att det går bra att göra film på produkten. Den metalliserade filmen var dock lite svårare att återvinna och aluminiumet ser ut att orsaka degradering av polypropen.
Utgående från litteraturen som presenterats och provkörningarna kan jag dra slutsatsen att det är möjligt att återvinna polypropenplastfilm och att filmen kan användas på nytt. Vissa saker måste fortsättningsvis undersökas vidare, till exempel hur det skulle vara möjligt att neutralisera eller få bort aluminiumet ur plastfilmen samt hur tryckfärgen kan neutraliseras så att plasten skulle bli genomskinlig.
En annan fråga är huruvida det blir färg kvar inuti extrudern efter extruderingen av de den tryckta filmen som i pilotanläggningen putsades bort med hjälp av att mata in obearbetad pellets tills plasten vid utflödet var genomskinlig igen.
Som slutsats är det möjligt att åtminstone i en mindre skala återvinna polypropenplastfilm och en någorlunda bra filmprodukt kan uppnås.
The aim of this thesis is to create a toolbox in which the extrusion process of how polypropylene films can be recycled is described on a pilot scale. The toolbox can then be used as a starting ground for how the recycling process can be achieved.
Two different polypropylene films have been used as the waste product: one that has been printed on and the second that has been metalized. They have then been re-extruded to determine the recyclability of these films. Different screws and methods have been used to test out the processability of the recyclates with varying results.
The films have first been compacted before shredding them into smaller pieces and then re-extruded with a 50/50 mixture of virgin pellets and recycled film flakes. The processability of the printed film has yielded good results and the product is stable enough to be recycled with minimal to no degradation to the polymer. The metalized film with the aluminum layer is more challenging to recycle since the aluminum present has caused the polymer to degrade more easily. The removal of aluminum from the film before re-extrusion should be further researched.
The purpose of the thesis is to investigate whether the printed and metalized films can withstand the extrusion process and what the effect of the re-extrusion process on the polymer itself is.
I diplomarbetet har extrudering av två olika polypropenfilmer (PP) undersökts och frågan har varit om dessa filmer går att återvinna. Utgående från resultaten har en verktygsback, som ska kunna användas i samband med plaståtervinning i framtiden, skapats. De två filmer som har undersökts är en tryckt film och en film med ett metallskikt av aluminium. Filmerna har antagits vara rena eftersom det är industriskräp som blivit kvar från tillverkningsprocessen.
Polypropen är en termoplast som används för diverse produkter, till exempel förpackningar och leksaker. Polypropen är lätt, tål starkt slitage och är genomskinlig.
En plastfilm är en benämning på plast som har en tjocklek på högst 0,254 mm. Ifall plasten är tjockare klassas den som skiva. Filmen används oftast som förpackningsmaterial för matprodukter. Den tryckta filmen ger konsumenten information om vad som finns i förpackningen, medan metallskiktet ger skydd och fungerar som en barriär mot fukt, syre och ljus. För att trycka filmer kan vattenbaserad tryckfärg eller icke-vattenbaserad tryckfärg användas. Genom att använda vakuum kan aluminiumet förångas och deponeras på filmytan.
För återvinningsprocessen användes en extruder med två skruvar, där skruvarna roterar åt samma håll inuti kanalen. En extruder kan definieras som en mekanism som pressar en massa genom en öppning. Skruvarnas uppgift är att smälta, knåda och bearbeta materialet inuti kanalen samt att föra materialet framåt till öppningen där de sedan pressar ut den smälta plasten i önskad form, i detta fall som långa band som sedan avkyls och skärs till pellets. Under den experimentella delen av den här avhandlingen har en extruder i pilotskala använts för att utföra experimenten. Proven har sedan analyserats i laboratoriet för att bestämma kvaliteten på den återvunna produkten.
Innan filmerna kunde extruderas, måste de kompakteras och skäras i mindre bitar så att de kan köras genom extrudern. Vid extruderingen gjordes en blandning av 50 % plastfilm och 50 % naturell plastpellets. Tre provkörningar gjordes under arbetet: ett förhandstest och två egentliga provkörningar. Tanken med förhandstestet var att få en startpunkt och för att se ifall det över huvud taget är möjligt att återvinna PPplastfilm. För de olika provkörningarna användes olika skruvar för att se ifall ett byte av skruv inverkar på plastens kvalitet. Skruvbyte var också nödvändigt för att göra det möjligt att lägga fast en vakuumpump i anläggningen.
I samband med förhandsprovet kördes tre prov per material och tre kontrollprov under samma omständigheter. Provkörningen gick bra och produkterna analyserades efteråt. Den första riktiga provkörningen gjordes i slutet av mars och vakuumpumpen orsakade några problem då smälttrycket gick drastiskt nedåt och polymeren gick sönder under extruderingen. Med den valda skruven gick det inte så bra att återvinna plastfilmen i fråga.
Vid den sista provkörningen användes den första skruven med en modifikation för att användningen av en vakuumpump skulle vara möjlig. En operator utförde alla test. Dock gjordes provkörningarna utan vakuumpump då det märktes att pumpen sög upp den smälta plasten. Ett flöde av kväve tillsattes. Det här gjordes för att kvävet tar syrets plats inuti kanalen och genom det kan oxidering av polymeren undvikas. Efter återvinningen hade båda de återvunna materialen en viss färg. Där filmen med tryckfärg använts blev det återvunna materialet grönt och med den metalliserade filmen blev proven gråa eller silveraktiga. De här kan förklaras med tryckfärgen och med aluminiumet som fanns i filmerna från tidigare.
Av förhandsprovet och den sista provkörningen gjordes ytterligare en plastfilm där jag undersökte hur bra kvaliteten var på produkten vid filmtillverkning. Vid visuell inspektion av proven kunde geler och andra orenheter som tryckfärg och aluminium märkas i filmen.
Alla prover analyserades i laboratoriet och från analyserna kan jag konstatera att den tryckta filmen lämpar sig bra för att återvinnas och att det går bra att göra film på produkten. Den metalliserade filmen var dock lite svårare att återvinna och aluminiumet ser ut att orsaka degradering av polypropen.
Utgående från litteraturen som presenterats och provkörningarna kan jag dra slutsatsen att det är möjligt att återvinna polypropenplastfilm och att filmen kan användas på nytt. Vissa saker måste fortsättningsvis undersökas vidare, till exempel hur det skulle vara möjligt att neutralisera eller få bort aluminiumet ur plastfilmen samt hur tryckfärgen kan neutraliseras så att plasten skulle bli genomskinlig.
En annan fråga är huruvida det blir färg kvar inuti extrudern efter extruderingen av de den tryckta filmen som i pilotanläggningen putsades bort med hjälp av att mata in obearbetad pellets tills plasten vid utflödet var genomskinlig igen.
Som slutsats är det möjligt att åtminstone i en mindre skala återvinna polypropenplastfilm och en någorlunda bra filmprodukt kan uppnås.