Les plastiques recyclés sont désormais un sujet courant dans le domaine des emballages. Les gens veulent réduire les déchets. La loi impose aux entreprises de reprendre les anciens emballages. La marque promet d'utiliser davantage de matériaux recyclés. Les fabricants testent donc la quantité de plastique recyclable qu’ils peuvent mettre dans les machines. Cela inclut les machines à sacs en plastique. La réponse est simple : il y a plus de dix ans. Mais c’est encore loin d’atteindre bon nombre des objectifs.
L’écart entre les grandes promesses et ce que les machines peuvent faire mérite une étude approfondie. Les plastiques recyclés posent de nombreux problèmes. Ils usent la machine plus rapidement. Ils réduisent la qualité de sortie. Ils modifient la stabilité du processus. Ils nuisent à la cohérence des produits. Comprendre ces restrictions ne signifie pas que nous ne devons pas utiliser de matériaux recyclés. Cela signifie que nous devons les utiliser de manière intelligente.
1. Le problème de contamination en amont de la machine
Tous les polymères sont collectés, triés, nettoyés et granulés avant d'entrer dans les machines à sacs en plastique. Chaque étape ajoute une différence que l'on ne trouve pas dans la nouvelle résine.
Le polyéthylène recyclé post--consommation (PCR-PE) est un ingrédient clé des sacs de courses recyclés. Mais il s’agit rarement d’un type propre. Il mélange des films LDPE, des bouteilles en polyéthylène haute densité (HDPE), des bouchons en polypropylène, des étiquettes en papier, de la colle et des petits morceaux de nourriture. Même après nettoyage et tri, le recyclage mécanique ne le rend pas aussi pur que les matériaux neufs.
Ainsi, en pratique, les particules régénérées présentent plus ou moins de degrés de :
- Humidité : Si les particules récupérées ne sèchent pas bien, des bulles, des lignes et des défauts de surface peuvent se former sur le film soufflé. Lorsque le nouveau LDPE entre dans l’extrudeuse, il contient généralement moins de 200 ppm d’eau. Cependant, davantage d’EPI seront recyclés après consommation s’ils ne sont pas séchés correctement.
- Articles sans-PE : le polypropylène et d'autres polymères peuvent créer un point faible dans le film. Même s’ils représentent moins de 1% du poids total, ils peuvent entraîner des faiblesses locales. Ces points réduisent l’impact de la chute de la fléchette.
- Restes de couleur et d'encre : les restes de peinture et d'encre provenant des anciens emballages rendent la couleur du film final moins uniforme. Les sacs naturels ou de couleur claire-sont particulièrement difficiles à nettoyer lorsqu'on utilise de grandes quantités de matériaux recyclés.
2. Variabilité rhéologique et impact sur la stabilité de l'extrusion
Chaque machine à sacs en plastique utilisant un film soufflé nécessite un flux constant de matière fondue du polymère vers l'extrudeuse. L'indice de fusion (MFI) est une mesure de la facilité avec laquelle les polymères s'écoulent sous un certain poids. C’est le réglage le plus important pour maintenir les bulles stables et l’épaisseur du film uniforme.
Les nouveaux LDPE sont généralement fabriqués dans une plage MFI étroite, généralement 0,3-2,0 g/10 min selon l'utilisation. Cependant, les changements d'IMF du polyéthylène recyclé post-consommation sont généralement de ± 30 à 50 %, même après une seule utilisation. En effet, le matériau recyclé est fabriqué à partir d’un mélange de résine provenant de différents fabricants et de différentes qualités.
Lorsque le MFI change pendant le fonctionnement, il est nécessaire de maintenir le même changement de débit de sortie que la vitesse de la vis. La pression dans l'espace de la matrice change. la hauteur de la ligne de gel change. Tous ces changements affectent l’épaisseur du film. La largeur peut rester ± 3 à 5 % sur une ligne de résine brute stable. La teneur en eau des matières recyclables est de ± ± 10 à 15 % avec une mauvaise consistance du matériau. Cela affecte directement la résistance et la qualité de l’étanchéité du sac en tissu.
Les opérateurs tentent de résoudre ce problème en augmentant la contre-pression des vis ou en modifiant la température du moule. Cependant, il existe une limite à la mesure dans laquelle ils peuvent s'ajuster lorsque l'aliment change de manière significative d'un lot à l'autre.
3. Dégradation thermique et réduction du poids moléculaire
Le polyéthylène se décompose à cause de la chaleur et de l'oxygène à chaque fois qu'il est traité. Lors de la première formation de membrane, le polymère est chauffé une fois. Lors de la récupération mécanique, ils sont réchauffés lors de la granulation. Les particules recyclées sont chauffées trois fois lorsqu'elles entrent dans la machine à sacs en plastique.
Chaque étape de chauffage provoque la rupture de la chaîne. Cela signifie que les longues chaînes de polymères peuvent se briser en morceaux plus courts. Cela réduit le poids moléculaire. Cela réduira la résistance à la traction et l'allongement lors de la rupture. Chaque goutte était différente. Cela dépend beaucoup des stabilisants présents dans la résine d'origine. Mais l’effet global est mesurable.
Des études sur le LDPE recyclé mécaniquement montrent que la résistance à la traction diminue de 15 à 30 % par rapport aux nouveaux matériaux après deux ou trois cycles de retraitement. Dans de nombreux cas, l’allongement à la rupture diminue plus rapidement que la résistance à la traction.
L’ajout de stabilisants antioxydants au composé peut aider à réduire cette dégradation. Mais ils dépensent davantage. Ils ont besoin de montants précis. Dans le processus, une autre chose à contrôler a été ajoutée.
4. Usure des machines et fréquence d’entretien
Les matériaux recyclés contaminés usent les pièces de l'extrudeuse plus rapidement que les nouveaux matériaux. Cela se reflète dans ce qui suit :
Usure abrasive des tournevis et des canons d'armes : le carbonate de calcium sur le sable, les fragments de verre et les étiquettes en papier est comme le papier de verre sur les tournevis et les canons d'armes. Sur une nouvelle ligne de résine, les plots peuvent fonctionner en continu pendant plusieurs années. Avec des matières recyclables sales, le temps sera plus court. Cela dépend de la quantité de saleté et de la dureté des vis et des barillets.
Usure par corrosion des contaminants halogénés : Si du PVC pénètre (lorsque la séparation est incomplète), il libère de l'acide chlorhydrique aux températures de traitement. Le chlorure d'hydrogène attaque l'acier des fûts et les surfaces des moules. Même seulement 0,1 à 0,5 % de PVC.
accumulation de lèvres (Mold Lip Slobber) : petites molécules brisées et résidus dans un matériau recyclable qui s'accumulent sur une lèvre de moule. Cela signifie davantage d’arrêts de nettoyage. Sur une nouvelle ligne de résine, des sacs standards sont produits et nettoyés à chaque quart de travail. Sur les lignes contenant beaucoup de matériaux recyclés et de mauvais stabilisants, ils doivent être nettoyés toutes les heures ou plus. Cela réduit directement le temps de fonctionnement de la machine.
Ces problèmes de maintenance augmentent le coût par kilogramme de production. Lorsque l’on considère le coût total de l’utilisation du contenu recyclé, ce coût est souvent insuffisant.
5. Seuils de qualité optique et mécanique des films
Les machines à sacs en plastique peuvent être fabriquées à partir d’un mélange de matériaux nouveaux et recyclés. Mais à mesure que la quantité de matériaux recyclés augmente, la qualité diminue de plus en plus. D’après l’expérience de l’industrie, la limite pratique d’un sac de vente au détail standard est de 30 à 50 % de PCR. En outre, la qualité a commencé à décliner sensiblement, à condition que les matériaux recyclés soient propres et que leur IMF soit stable.
Au-delà de cela, plusieurs indicateurs de qualité se dégradent :
- Résistance aux chocs en cas de chute de fléchettes (ASTM D1709) : Il s'agit d'une résistance clé du sac de test de sécurité. En raison du gel et du poids moléculaire plus faible, il diminue avec plus de PCR. Les sacs peuvent se briser s’ils sont utilisés en dessous de la limite. Cela peut entraîner des plaintes de clients et d’éventuels problèmes juridiques.
- Brume et clarté : le PE recyclé est presque toujours plus trouble que le neuf. Pour les sacs qui doivent être retirés-tels que les sacs de produits, les sacs à vêtements ou les sacs de magasin de déménagement-un PCR élevé ne répond pas à la demande de produits.
- Cohérence de la force du scellement : Les joints seront plus fins en raison de la saleté dans la zone du scellement. Avec l’augmentation du PCR, la plage de température du joint thermique devient de plus en plus étroite. Cela signifie qu’un contrôle plus strict de la température est nécessaire. Beaucoup de vieux fabricants de sacs ne peuvent pas faire ça.
6. Contraintes réglementaires et d'étiquetage
En plus des restrictions physiques, les fabricants utilisant des machines à sacs en plastique pour recycler les matériaux devront faire face à des règles changeantes. Ces règles influencent la manière dont ils envisagent le produit final.
Aux États-Unis, les Green Guides de la FTC (16 CFR Part 260) établissent des règles pour les allégations environnementales, y compris les étiquettes de « contenu recyclé ». Les réclamations doivent être étayées par des preuves documentaires du véritable pourcentage de PCR. Ils ne peuvent pas non plus plaider en faveur de bénéfices environnementaux plus importants que ceux qui peuvent être prouvés.
Dans l’Union européenne, la directive européenne sur les allégations vertes (introduite en 2023 et toujours en cours d’élaboration) devrait introduire des règles de certification plus strictes pour les allégations de contenu recyclé. Cela inclut les inspections-de tiers. Les fabricants de matériaux hybrides recyclés devront documenter et suivre l’ensemble du processus jusqu’à l’usine de recyclage.
Cela ajoute du travail de bureau supplémentaire. Les petits fabricants de sacs-qui représentent une grande partie des fabricants de sacs dans le monde-peuvent trouver la charge trop lourde par rapport à la petite quantité de contenu recyclé dont ils disposent réellement.
7. Ce qu’exige réellement un progrès significatif
Il est possible de traiter davantage de matériaux recyclés grâce aux machines à sacs en plastique. Mais cela demande de l’argent et du travail dans plusieurs parties du système, pas seulement dans la machine elle-même.
Contrôle qualité des matières premières : établissez des règles claires pour les aliments pour animaux (gamme MFI, limites d'humidité et seuils de saleté) et testez chaque lot avant utilisation. Sans cela, les réparations de machines sont une réaction et non un système planifié.
Ensembles de compatibilisants et de stabilisateurs : des conditionneurs spéciaux peuvent aider à réduire la perte de résistance et les dommages causés par la chaleur causés par les matériaux recyclés. Ceux-ci sont vendus par des fournisseurs mais nécessitent un équipement technique et sont plus chers.
Mises à niveau de la machine : les vis pour matériaux qui changent d'épaisseur, améliorent le contrôle de la température et améliorent la forme du moule peuvent augmenter la limite réelle de PCR. Les vieilles machines peuvent avoir besoin de nouvelles pièces pour fonctionner à des niveaux de recyclage bien supérieurs à 30 %.
Conclusion
Les restrictions imposées aux machines à sacs en plastique utilisant des matériaux recyclés sont réelles et claires : matières premières incohérentes, flux de fusion inégaux, usure plus rapide des machines, gammes de qualité plus étroites et nouvelles règles. Rien de tout cela ne signifie que nous devrions cesser d’utiliser des matériaux recyclables. Ce qu’ils veulent dire, c’est que nous devons aborder la question avec prudence technique, plutôt que de simplement traiter les objectifs de pourcentage comme des cases marketing à vérifier.
Les fabricants qui réalisent de réels progrès sont ceux qui considèrent le contenu recyclé comme une question d’ingénierie des matériaux, et pas seulement comme une question d’achat et d’échange. Cela signifie investir dans les règles relatives aux matériaux, suivre les processus et mettre à niveau les machines si nécessaire. Le PCR de 20 % à 50 % n’est pas une ligne droite. Mais cela peut être fait avec une base technique adéquate.
Références :
- Fondation Ellen MacArthur. La nouvelle économie du plastique : repenser l'avenir du plastique. 2016.
- Giles, Harold F., Wagner, John R., Mount, Eldridge M. Extrusion : le guide et manuel de traitement définitif. Éditions William Andrew, 2005.
- Hopewell, Jefferson, Dvorak, Robert, Kosior, Edward. "Recyclage des plastiques : défis et opportunités." Transactions philosophiques de la Royal Society B, Vol. 364, 2009.
- White, James L., Potente, Helmut. Extrusion de vis : science et technologie. Publications Hanser Gardner, 2003.
- ASTM International. ASTM D1709 : Méthodes d'essai standard pour la résistance aux chocs du film plastique par la méthode des fléchettes à chute libre. Édition actuelle.
- Commission fédérale du commerce des États-Unis. Guides pour l'utilisation des allégations marketing environnementales (Guides verts), 16 CFR Part 260. Révisé en 2012.
