حلول إعادة التدوير المبتكرة للتغليف متعدد الطبقات (إم إل بي)

تلعب التغليف متعدد الطبقات (إم إل بي) دورًا محوريًا في صناعة السلع الاستهلاكية سريعة الاستهلاك نظرًا لخصائصها الوقائية الفائقة وقدرتها على إطالة عمر المنتج.تجمع تقنية التغليف هذه بين خصائص مجموعة متنوعة من المواد لتشكيل مجموعة متنوعة من الطبقات الوظيفية، مما يدل على مقاومة ممتازة لاختراق الماء والغاز (مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون)، بالإضافة إلىقوة ميكانيكية قويةوتتميز هذه المنتجات بمقاومة ممتازة لدرجات الحرارة المنخفضة. وتمنح هذه الخصائص MLPS ميزة مميزة في حماية الأغذية والحد من هدرها.

تواجه العبوات متعددة الطبقات (إم إل بي) تحديات في إعادة التدوير بسبب تصميمها الهيكلي المعقد. وخاصة في بعض البلدان التي لديها أنظمة إعادة تدوير غير كافية، فإن إعادة تدوير نفايات إم إل بي يكاد يكون من المستحيل تحقيقه، مثلفي الهند، بسبب عدم وجود نظام فعال لجمع النفايات، من الصعب إعادة تدوير نفايات إم إل بي بشكل فعال، مما يشكل تهديدًا للبيئة والصحة العامة. في الماضي،تم اعتبار MLPS بشكل عام غير قابلة لإعادة التدويربسبب بنيتها المتعددة الطبقات، والاختلاف في النقاط الريولوجية للطبقات المختلفة من البوليمرات زاد من صعوبة الفصل.

ومع ذلك، مع تقدم التكنولوجيا، لم تعد إعادة تدوير MLPS تشكل مشكلة.لقد تمكنت التكنولوجيا الحديثة من كسر أسطورة أن إم إل بي يصعب إعادة تدويرها وتحويل نفايات إم إل بي إلى جزيئات عالية الجودة،يمكن استخدام إم إل بي على نطاق واسع في تصنيع الأثاث وفواصل الطرق وأغطية الزجاجات والمنصات وغيرها من المنتجات، وتغطي العديد من المجالات مثل الصناعة وأثاث المنزل. ويعود هذا التحول إلى تقنيات إعادة التدوير المبتكرة، بما في ذلك العمليات متعددة الخطوات مثل إزالة الشوائب والفرز الذكي والغسيل متعدد المراحل والترشيح بالبثق على مرحلتين والتكوير، مما يضمن جودة إعادة تدوير إم إل بي. ولا يؤدي تطوير هذه التقنيات إلى تحسين معدل استرداد إم إل بي فحسب، بل يساهم أيضًا في حماية البيئة وإعادة تدوير الموارد.

تحليل هيكل التغليف متعدد الطبقات

التغليف متعدد الطبقات (إم إل بي) عبارة عن مادة مركبة تتكون من مواد متعددة تجمع بين طبقات مختلفة من المواد (مثل البوليمرات ورقائق الألومنيوم وما إلى ذلك) بطرق متنوعة لتشكيل بنية مرنة ومستقرة. يسمح تصميم هذه البنية للتغليف متعدد الطبقات بتوفير خصائص وقائية مختلفة مثل الحاجز والقوة الميكانيكية ومقاومة درجات الحرارة المنخفضة حسب الحاجة لتلبية احتياجات التغليف للمنتجات المختلفة. يوضح الشكل 1 الشكل النموذجي المكون من ثلاث طبقات لبنية غشاء رقيق متعدد الطبقات. تؤدي كل طبقة من التغليف متعدد الطبقات المرن وظيفة محددة في التطبيق، مثل:

الشكل 1: هيكل ثلاثي الطبقات لهيكل فيلم التغليف المرن متعدد الطبقات

الطبقة الخارجية: توفر سطحًا مطبوعًا، يتم تحضيره عادةً من مادة بوب أو حيوان أليف، وهو يتمتع بجماليات وحماية.

طبقة الحاجز: تمنع هذه الطبقة بشكل فعال الأكسجين والرطوبة من النفاذ وتحافظ على نضارة الأطعمة المعبأة. تشمل المواد الشائعة إيفوه والنايلون وMETPET وMETBOPP ورقائق الألومنيوم، والتي تتمتع بخصائص حاجزة ممتازة في التغليف المرن.

طبقة الختم: عادةً ما يتم استخدام بوليمر ذو نقطة انصهار منخفضة كطبقة ختم، والتي يمكن أن تذوب بسرعة وتلتصق عند تسخينها، وبالتالي تشكل اتصالاً قويًا بين الطبقات المختلفة للعبوة. البولي إيثيلين هو مادة غشاء الختم الداخلي الأكثر شيوعًا في التغليف المرن.

يمنح الهيكل المتعدد الطبقات للتغليف متعدد الطبقات (إم إل بي) أداءً ممتازًا أثناء الاستخدام، ولكنه يجلب أيضًا بعض التعقيد إلى إعادة التدوير. يجعل هذا الهيكل MLPS ممتازًا في حماية المنتجات وإطالة العمر الافتراضي وما إلى ذلك، ولكن فصل وإعادة استخدام طبقات المواد المختلفة يتطلب تقنية أكثر دقة عند إعادة التدوير.

العوائق أمام إعادة تدوير إم إل بي

1. تحديات فصل المواد: تتكون MLPS من طبقات متعددة من المواد ذات الخصائص الرومولوجية والتراكيب الكيميائية المختلفة، مما يجعل من الصعب تحقيق فصل فعال أثناء إعادة التدوير. على سبيل المثال، قد يؤدي خلط البوليمرات غير المتوافقة مثل البولي إيثيلين (التربية البدنية) والبولي إيثيلين تيريفثالات (حيوان أليف) إلى تقليل الجودة الإجمالية للمواد المستردة.

2. خصائص المعالجة الاختلافات: تحتوي طبقات إم إل بي على اختلافات كبيرة في معدل تدفق الذوبان والاستقرار الحراري، مما يتطلب تخصيص ظروف معالجة استرداد محددة لكل مادة، مما يضيف تعقيدًا إلى العملية ويجعل من الصعب اعتماد طريقة استرداد عالمية.  

3. تكنولوجيا الفرز غير الكافية: تعتمد معظم مرافق إعادة التدوير الحالية على التشغيل اليدوي أو أن التكنولوجيا متخلفة نسبيًا، ومن الصعب تحديد الملوثات وإزالتها بدقة، مما يؤدي إلى انخفاض نقاء المواد المعاد تدويرها.

4. الافتقار إلى مرافق التجميع: في العديد من المناطق، لم يتم إنشاء نظام تجميع خاص لنفايات MLPS، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى انتهاء نفايات MLPS في مكبات النفايات أو حرقها، مما يؤدي إلى هدر كبير للموارد.

تطبيق تقنيات إعادة التدوير المبتكرة

تعمل التكنولوجيا المبتكرة على تغيير النظرة التقليدية لإعادة تدوير التغليف متعدد الطبقات (إم إل بي) من خلال ضمان جودة إعادة تدوير إم إل بي من خلال سلسلة من الخطوات المتقنة، على النحو التالي:

1. إزالة الشوائب: بعد دخول نفايات إم إل بي إلى نظام الاسترداد، تتم إزالتها أولاً عن طريق الشاشات الدوارة والشاشات المهتزة وفواصل الدوامة لإزالة الشوائب مثل الزجاج والورق والمعادن، مما يضع الأساس لعمليات الاسترداد اللاحقة.

2. الفرز الذكي: استخدم تقنية الفرز المتقدمة بالذكاء الاصطناعي، بما في ذلك الأشعة فوق البنفسجية المرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة والأشعة السينية وغيرها من التقنيات، للكشف عن الملوثات غير البوليمرية وإزالتها تلقائيًا، وبالتالي تحسين كفاءة الفصل.

3. الغسيل متعدد المراحل: من خلال عمليات التنظيف متعددة المراحل مثل التنظيف الجاف، والغسيل القلوي الساخن عند 60 درجة مئوية، والغسيل الساخن عالي السرعة عند 60 درجة مئوية، يتم ضمان نقاء عالي للمواد المعاد تدويرها.

4. ترشيح البثق على مرحلتين: يعمل نظام البثق وإزالة الغازات بالفراغ على مرحلتين مع مرشح ليزر 200 ميكرومتر ومرشح قرص 150 ميكرومتر على إزالة المواد المتطايرة وتنقية مصهور البوليمر بشكل أكبر لضمان جزيئات مستردة عالية الجودة.

5. التكوير: أخيرًا، يتم إنتاج جزيئات تفاعل البوليميراز المتسلسل-إم إل بي عالية الجودة عن طريق تشكيل القالب بالبثق، والتي يمكن استخدامها على نطاق واسع في الصناعة والحياة اليومية.

الشكل 2: عملية إعادة التدوير الكاملة لـ MLPS

آفاق تطبيق الجسيمات المتجددة

إن التكنولوجيا التي تكسر أسطورة صعوبة إعادة التدوير تسمح لجزيئات تفاعل البوليميراز المتسلسل-إم إل بي المعاد تدويرها بإظهار مجموعة واسعة من إمكانات التطبيق في عدد من المجالات: 

المنتجات الزخرفية: في تصنيع المنتجات الزخرفية مثل الأثاث البلاستيكي وأواني الزهور، يمكن أن تصل نسبة مواد تفاعل البوليميراز المتسلسل إلى المواد الخام إلى 60:40، مما يشير إلى أن نسبة المواد المعاد تدويرها في هذه المنتجات مرتفعة للغاية.

المكونات الوظيفية: بالنسبة للمكونات الوظيفية مثل فواصل الطرق وأغطية الزجاجات، كانت نسبة تفاعل البوليميراز المتسلسل 40:60، مما يدل على أن المواد المعاد تدويرها يمكنها أيضًا استبدال المواد الأصلية إلى حد ما مع الحفاظ على الوظيفة.

تطبيقات عالية القوة: في المنتجات ذات متطلبات المتانة العالية، مثل المقابس الأساسية وبلاط الأرضيات، يمكن أن تصل نسبة تفاعل البوليميراز المتسلسل إلى 25:75، مما يثبت جدوى وموثوقية المواد المعاد تدويرها في التطبيقات عالية القوة.

بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم هذه الجزيئات المعاد تدويرها على نطاق واسع في إنتاج الأنابيب والألواح والخزانات الزراعية، مما يفتح إمكانيات جديدة لإعادة تدوير الموارد البلاستيكية. لم يغير تطوير هذه التكنولوجيا المفهوم القديم القائل بأن البلاستيك متعدد الطبقات غير قابل لإعادة التدوير فحسب، بل عزز أيضًا تطوير الاقتصاد الدائري، وأدرك إعادة تدوير نفايات البلاستيك متعدد الطبقات بكفاءة، ووفر مسارًا جديدًا لحماية البيئة والاستخدام المستدام للموارد.

الشكل 3: تطبيقات مختلفة لجزيئات تفاعل البوليميراز المتسلسل-إم إل بي