Pētījumi par kompozītmateriālu pārstrādes un apstrādes tehnoloģijām 006 Alumīnija folijas elastīgais iepakojums

Abstrakts

006 alumīnija folija (biezums ≤ 0,006 mm) tiek plaši izmantots elastīga iepakojuma kompozītmateriālu konstrukcijās (piem., PE/alumīnija folija/PA, PET/alumīnija folija/PE) ēdienā, farmaceitiskā, un elektronikas nozarēm, pateicoties tā lieliskām barjeras īpašībām un elastībai. Tomēr, šāds elastīgs iepakojums, ko raksturo daudzu materiālu sastāvs “alumīnija folija-plastmasa-līme”, saskaras ar problēmām pārstrādē un apstrādē, ieskaitot sarežģīto saskarnes atdalīšanu, viegls alumīnija folijas zudums, un sekundārais piesārņojums. Šajā rakstā sistemātiski analizētas materiāla īpašības 006 alumīnija folijas elastīgais iepakojums, ir izstrādātas galvenās pārstrādes un apstrādes metodes, piemēram, fiziskā atdalīšana, ķīmiskā sadalīšanās, un fizikāli ķīmiskā kombinācija, pārbauda galvenās tehniskās grūtības, un piedāvā nākotnes attīstības virzienus, pamatojoties uz praktiskiem pielietojuma gadījumiem. Tā mērķis ir nodrošināt tehniskas atsauces resursu pārstrādes veicināšanai 006 alumīnija folijas elastīgais iepakojums.

ECO-A. Ievads

Izmantojot priekšrocības “viegls + augsta barjera”, 006 Alumīnija folijas elastīgā iepakojuma ikgadējais patēriņš ir vairāk nekā viens miljons tonnu tādās jomās kā aseptisks pārtikas iepakojums (piem., piena spilvenu iepakojums), farmācijas blistera iepakojums, un elektronisko komponentu ekranēšanas iepakojums. Tomēr, pēc iznīcināšanas, Alumīnija folija poligonos sadalās gadsimtiem ilgi, savukārt plastmasas slāņi viegli rada mikroplastmasas piesārņojumu; sadedzinot, izdalās toksiskas gāzes un tiek izniekoti alumīnija resursi (boksīta ieguves enerģijas patēriņš ir 20 reizes vairāk nekā pārstrādāta alumīnija). Saskaņā ar Ķīnas Iepakojuma federācijas datiem, otrreizējās pārstrādes līmenis 006 alumīnija folijas elastīgais iepakojums Ķīnā bija mazāks par 30% iekšā 2024, daudz zemāks par 65% parasto alumīnija izstrādājumu pārstrādes līmenis. Tāpēc, efektīvas un videi draudzīgas pārstrādes un apstrādes tehnoloģiju izstrādei ir liela nozīme “dubultā oglekļa” mērķi un aprites ekonomika.

ECO-B. Materiālu īpašības un otrreizējās pārstrādes izaicinājumi 006 Alumīnija folijas elastīgais iepakojums

A. Galvenās materiāla īpašības

1. Īpašības 006 Alumīnija folija: Tam ir īpaši plāns biezums (0.005-0.006mm) un augsta tīrības pakāpe (≥99,7%). Neskatoties uz izcilo elastību, tai ir zema stiepes izturība (≤120 MPa) un ir pakļauti bojājumiem mehāniskās apstrādes laikā. Plāna Al₂O3 plēve (3-5nm biezs) oksidēšanās dēļ uz tās virsmas viegli veidojas, kas uzlabo izturību pret koroziju, bet ietekmē turpmāko alumīnija resursu attīrīšanas efektivitāti.

2. Kompozītmateriālu struktūras īpašības: Galvenā saliktā sistēma ir “substrāta slānis (PET/PA) + alumīnija folijas slānis + siltumizolācijas slānis (PE/PP)”, salīmētas ar līmēm uz šķīdinātāju bāzes (piem., poliuretāna līmes) vai koekstrūzijas savienošanas procesi. Starp tiem, poliuretāna līmēm ir augsts šķērssavienojuma blīvums (gēla saturs ≥85%), spēcīga izturība pret šķīdinātājiem, un plašs temperatūras izturības diapazons (-40-120℃), kļūst par galveno šķērsli saskarnes atdalīšanai.

B. Galvenās pārstrādes problēmas

1. Zema saskarnes atdalīšanas efektivitāte: Interfeisa savienojuma enerģija starp līmi un alumīnija folijas/plastmasas slāni sasniedz 20-30J/m². Ar tradicionālajām fizikālajām metodēm ir grūti saraut saites, kā rezultātā alumīnija folija un plastmasa atdalās nepilnīgi (atdalīšanas tīrība ≤80%).

2. Smags alumīnija folijas zudums: 006 alumīnija folija ir plāna un trausla, viegli izraisot “alumīnija pulvera zudums” (zaudējumu līmenis ≥10%) drupināšanas un šķirošanas laikā. Tās oksidācijas ātrums palielinās par 5%-8% ar ilgstošu apstrādes laiku.

3. Sekundārā piesārņojuma risks: Ķīmiskajā apstrādē, šķīdinātāju gaistošais tilpums (piem., toluols, etilacetāts) sasniedz 50-100mg/m³; pirolīze rada GOS (piem., benzola sērija) un dioksīniem (saturs ≤0,1ng TEQ/m³), kas prasa papildu ieguldījumus izplūdes gāzu attīrīšanas izmaksās.

4. Ekonomiskā nelīdzsvarotība: Tradicionālo pārstrādes procesu izmaksas ir aptuveni 2,000-3,000 RMB/t, savukārt pārstrādāta alumīnija pārdošanas cena ir tikai 500-800 RMB/t zemāks nekā primārajam alumīnijam, izraisot zemu uzņēmumu entuziasmu par pārstrādi.

ECO-C. Kompozītu pārstrādes un apstrādes metodes 006 Alumīnija folijas elastīgais iepakojums

A. Fiziskās pārstrādes metode: Zems piesārņojums un vienkārša mērogošana

Centrēts uz “mehāniskā atdalīšana + fiziskā šķirošana”, fizikālā metode ir piemērota saliktam elastīgam iepakojumam ar zemu līmes saturu (≤5%). Tipiski procesi ir šādi:

1. Zemas temperatūras drupināšanas-elektrostatiskās atdalīšanas process

• Process: Novietojiet elastīgo iepakojumu zemas temperatūras vidē (-80~-100 ℃) lai trausls plastmasas slānis (stiklošanās temperatūra samazinās par 20-30 ℃), pēc tam sasmalciniet to 5-10 mm daļiņās, izmantojot āmuru drupinātāju; atsevišķa alumīnija folija (diriģents) un plastmasas (izolators) ar elektrostatisko separatoru (spriegums 30-50kV) pamatojoties uz to elektriskajām atšķirībām.

• Efekts: Alumīnija atgūšanas ātrums ≥85%, plastmasas tīrība ≥90%, enerģijas patēriņš aptuveni 80-100kWh/t; tomēr, elastīgam iepakojumam ar augstu līmes saturu, alumīnija folijas virsma saglabā līmi (saturs ≥3%) pēc šķirošanas, kam nepieciešama turpmāka pulēšana.

2. Termiskā pīlinga-briketēšanas process

• Princips: Izmantojiet infrasarkano apkuri (120-150℃) lai mīkstinātu līmi (viskozitāte samazinās līdz 1000-2000mPa・s), atdaliet alumīnija folijas un plastmasas slāni ar rullīšu mizotāju; ar briketēšanas mašīnu iespiediet alumīnija foliju alumīnija kūkās (spiediens 10-15MPa), un pārstrādāt plastmasas slāni granulēšanas ceļā.

• Priekšrocība: Laba alumīnija folijas integritāte (bojājumu līmenis ≤3), piemērots augstas klases alumīnija folijas pārstrādei; trūkums: augsts enerģijas patēriņš (150-200kWh/t) un viegla PE termoblīvējošā slāņa pielipšana pie veltņa.

B. Ķīmiskās pārstrādes metode: Augsta tīrība un spēcīga mērķauditorijas atlase

Ķīmiskā metode iznīcina līmju vai plastmasas struktūru, izmantojot šķīdinātājus vai reaģentus, lai panāktu efektīvu alumīnija folijas pārstrādi, piemērots elastīgam iepakojumam ar augstu pievienoto vērtību (piem., farmaceitiskais iepakojums):

1. Šķīdinātāja šķīdināšanas metode

• Process: Izmantojiet N-metilpirolidonu (NMP) vai dimetilformamīds (DMF) kā šķīdinātājus, iemērciet elastīgo iepakojumu 80-100 ℃ temperatūrā 2-4 stundas, lai šķīdinātājā izšķīdinātu līmes uz poliuretāna bāzes; atdaliet alumīnija foliju, filtrējot, atgūst šķīdinātāju destilējot (atgūšanas līmenis ≥90%), un pirms granulēšanas plastmasas slāni nosusina ar ūdens mazgāšanu.

• Rādītājs: Alumīnija folijas tīrība ≥99,5%, atgūšanas līmenis ≥95%; tomēr, šķīdinātāja izmaksas ir augstas (NMP ir aptuveni 15 RMB/kg), un ir nepieciešama stingra šķīdinātāja iztvaikošanas kontrole (arodekspozīcijas robeža 200mg/m³).

2. Skābju-bāzes katalizētās sadalīšanās metode

• Klasifikācija: Skābās sistēmas (piem., 10%-15% H₂SO4, 80-90℃) var noārdīt poliamīdu (PA) substrāti, savukārt sārmainas sistēmas (piem., 5%-8% NaOH, 60-70℃) var noārdīt polivinilspirtu (PVA) līmvielas.

• Pieteikums: PET/alumīnija folijas/PA elastīgajam iepakojumam, vispirms sadaliet PA slāni ar skābi, pēc tam noārdiet atlikušo līmi ar sārmu, lai beidzot iegūtu tīru alumīnija foliju (tīrība ≥99,2%); tomēr, skābju-bāzes atkritumu šķidrumam nepieciešama neitralizācijas apstrāde (pH noregulēts uz 6-8), veidojot sāls atlikumus (aptuveni 5%-8% no apstrādes apjoma).

C. Fizikāli ķīmiskā kombinētā metode: Efektīva sinerģija un izmaksu līdzsvars

Fizikālo metožu mērogojamības un ķīmisko metožu augstas tīrības integrēšana, kombinētā metode ir pašreizējais galvenās attīstības virziens:

1. Smalcināšanas-ultraskaņas šķīdinātāja metode

• Process: Sasmalciniet elastīgo iepakojumu 2–3 mm daļiņās istabas temperatūrā, pievieno etanola-ūdens jaukto šķīdinātāju (tilpuma attiecība 3:1), un ultraskaņas lauka iedarbībā (jauda 300-500W, frekvence 20-40kHz), līmes dispersijas efektivitāte palielinās par 40%-60%; atdaliet alumīnija foliju, centrifugējot (atgūšanas līmenis ≥92%), un nosusiniet plastmasas daļiņas ar karstu gaisu (60-70℃) pārstrādei.

• Priekšrocība: Šķīdinātāja patēriņš samazināts par 30%, apstrādes cikls saīsināts līdz 1-2h, izmaksas samazinātas līdz 1,500-2,000 RMB/t. Tas ir plašā mērogā izmantots vietējā pārtikas iepakojuma pārstrādes uzņēmumā (apstrādes jauda 500 tonnas/mēn).

2. Pirolīzes-kušanas atdalīšanas metode

• Princips: Pirolizējiet elastīgo iepakojumu bezskābekļa pirolīzes krāsnī (400-500℃) lai plastmasas slāni pārvērstu naftas-gāzes maisījumā (izmantojams kā degviela) un sadala līmi mazmolekulāros savienojumos; izkausējiet alumīnija foliju kausēšanas krāsnī (660-700℃), noņemiet virsmas oksīda slāni, pievienojot 3%-5% kriolīts kā plūsma, un izlejiet to alumīnija lietņos (tīrība ≥98,5%).

• Iezīmēt: Nav šķīdinātāju piesārņojuma, naftas gāzes reģenerācijas ātrums ≥70%; tomēr, tam ir nepieciešamas atbalsta izplūdes gāzu attīrīšanas sistēmas (piem., aktīvās ogles adsorbcija + katalītiskā sadedzināšana) un lielas sākotnējās iekārtas investīcijas (aptuveni 20 miljoni RMB uz vienu ražošanas līniju).

D. Vispārējo pārstrādes metožu tehnisko parametru salīdzinājums

Intuitīvi izklāstīt dažādu metožu priekšrocības un trūkumus, galvenie tehniskie parametri ir apkopoti nākamajā tabulā:

ECO-D. Tipisku lietošanas gadījumu analīze

A. Vietējā piena pārstrādes uzņēmuma pārstrādes projekts

• Objekta apstrāde: PE/alumīnija folija/PA aseptiskā spilvena iepakojums (006 alumīnija folijas saturs aptuveni 15%)

• Procesa maršruts: Zemas temperatūras drupināšana (-90℃) → Elektrostatiskā atdalīšana → etanola šķīdināšana ar ultraskaņu → Alumīnija folijas briketēšana → Plastmasas granulēšana

• Efekts: Alumīnija atgūšanas ātrums 95.3%, plastmasas reģenerācijas ātrums 88.7%. Pārstrādāts alumīnijs tiek izmantots alumīnija folijas sagatavju ražošanai (izmaksas 650 RMB/t zemāks nekā primārais alumīnijs), un otrreizēji pārstrādātu plastmasu izmanto iepakojuma paliktņu izgatavošanai, gada CO₂ emisiju samazināšana par aptuveni 800 tonnas.

B. Eiropas farmaceitiskā iepakojuma pārstrādes uzņēmuma tehnoloģija

• Objekta apstrāde: PET/alumīnija folija/PP blistera iepakojums (006 alumīnija folijas tīrība 99.9%)

• Procesa maršruts: Superkritiskā CO₂ ekstrakcija (temperatūra 31℃, spiediens 7,38 MPa) → Alumīnija folijas attīrīšana → PET pārstrāde

• Priekšrocība: Superkritiskā CO₂ līmes šķīšanas ātrums ir 98% bez šķīdinātāja atlikumiem. Alumīnija folijas tīrība sasniedz 99.8%, un pārstrādātu PET izmanto farmaceitiskā iepakojuma substrātu ražošanai, atbilst ES REACH regulām. Tomēr, apstrādes izmaksas ir aptuveni 4,000 RMB/t, piemērots tikai augstākās klases laukiem.

C. Tipisko gadījumu veiktspējas salīdzināšanas tabula

Piezīme: *Iekšzemes elektroniskā uzņēmuma gadījums ir papildu rūpniecisks lietojums. Pirolīzes-kausēšanas procesu izmanto, lai apstrādātu augstas temperatūras izturīgu elastīgu iepakojumu, kas satur PI (poliimīds), un plastmasas slānis tiek pirolizēts par degvielu enerģijas atgūšanai.

ECO-E. Nākotnes attīstības virzieni un ieteikumi

A. Tehnisko jauninājumu virzieni

1. R&D of Green Separation Technologies: Izstrādāt zema piesārņojuma tehnoloģijas, piemēram, ar enzīmiem noārdāmas līmvielas (piem., lipāzes poliuretāna sadalīšanās ātrums ir ≥80%) un plazmas virsmas apstrāde (alumīnija folijas oksīda slāņa pārraušana) lai samazinātu apstrādes izmaksas.

2. Augstas vērtības izmantošanas ceļi: Litija bateriju strāvas kolektoriem izmantojiet pārstrādātu alumīnija foliju (kam nepieciešama tīrība ≥99,9%) un pārstrādāta plastmasa, lai sagatavotu antibakteriālus iepakojuma materiālus (pievienojot nano-ZnO) uzlabot produktu pievienoto vērtību.

B. Politika un rūpnieciskā sadarbība

1. Uzlabot pārstrādes sistēmu: Īstenojiet paplašināto ražotāja atbildību (EPR) sistēma, pieprasot iepakošanas uzņēmumiem segt vairāk nekā 30% no pārstrādes izmaksām; izveidot trīs līmeņu tīklu “kopienas pārstrāde – centralizēta šķirošana – profesionāla apstrāde” uzlabot izejvielu atgūšanas ātrumu.

2. Ekonomiskās stimulēšanas pasākumi: Sniegt subsīdiju no 500 RMB/t pārstrādātiem alumīnija folijas izstrādājumiem un atbrīvot pārstrādes uzņēmumus no pievienotās vērtības nodokļa, lai samazinātu sākotnējo ieguldījumu riskus.

ECO-F. Secinājums

Pārstrāde un apstrāde 006 alumīnija folijas elastīgajam iepakojumam ir jāpārvar četras galvenās problēmas: “saskarnes atdalīšana – alumīnija folijas aizsardzība – piesārņojuma kontrole – izmaksu bilance”. Fizikālās metodes ir piemērotas lielapjoma pirmapstrādei, ķīmiskās metodes var nodrošināt augstas tīrības pakāpes pārstrādi, un fizikāli ķīmiskās kombinētās metodes šobrīd ir optimālais tehniskais ceļš. Kā parādīts tabulas salīdzināšanā, līdz “smalcināšanas-ultraskaņas šķīdinātāja process” starp kombinētajām metodēm sasniedz vislabāko izmaksu līdzsvaru, atgūšanas ātrums, un videi draudzīgums, un ir izpildījis liela mēroga veicināšanas nosacījumus. Nākotnē, izmantojot tehniskos jauninājumus (piem., zaļā atdalīšana, augstvērtīga izmantošana), politikas vadlīnijas (piem., EPR sistēma, subsīdiju stimuli), un rūpnieciskā sadarbība (rūpnieciskās ķēdes integrācija augšup un lejup), otrreizējās pārstrādes līmenis 006 alumīnija folijas elastīgais iepakojums ir jāpalielina no pašreizējā 30% līdz beigām 60% autors 2030, panākt abpusēji izdevīgu situāciju attiecībā uz resursu pārstrādi un vides ieguvumiem.