Door een nieuwe technologie van ENGEL kan bij de verwerking van gerecycled kunststofmateriaal een hele processtap vervallen; het gerecyclede materiaal wordt in het spuitgietproces verwerkt zonder het te pelletiseren. Bij AVK Plastics BV in het Friese Balk maken ze zo nieuwe pallets uit gerecycled materiaal.

Beeld en tekst: ENGEL

In Balk wordt dagelijks 60 ton post-consumer materiaal verwerkt - mogelijk gemaakt door procesoptimalisatie. Daarom is er geïnvesteerd in twee nieuwe machines: een ENGEL duo 1500 en een ENGEL duo 2300, die voorzien zijn van het innovatieve tweetrapsproces. De technische innovatie maakt de productie bovendien efficiënter en bespaart kostbare energie.

Strategische positie

"De vraag naar pallets blijft onverminderd groot, omdat de klassieke toeleveringsketens voor houten pallets door de crisis in Oekraïne enorm zijn verstoord", aldus Vally Hoogland, technical operations manager bij AVK. Al tientallen jaren geleden heeft het bedrijf in Nederland een strategische positie in de markt voor de verwerking van gerecyclede materialen ingenomen. "In die tijd wilden we aantrekkelijk geprijsde alternatieven aanbieden voor de vervanging van bestaande producten zoals pallets en putdeksels. Vandaag de dag wordt de toegenomen vraag gedreven door enerzijds de pandemie en de ketenproblematiek en anderzijds natuurlijk door de visie op duurzaamheid en de hogere eisen van klanten als het gaat om hygiëne", beschrijft Vally Hoogland de huidige situatie.

Duo in de ware zin

AVK heeft momenteel vijf ENGEL-spuitgietmachines in bedrijf, die het volledige scala aan gerecyclede materialen verwerken. Drie tweeplaten-machines uit de ENGEL duo-serie worden ingezet bij de productie op basis van klassieke technologie met plasticeren en spuitgieten in één processtap. De twee nieuwste spuitgietmachines zijn geleverd als duo in de ware zin van het woord en gebaseerd op de tweeplatenmachines met dezelfde naam: een ENGEL duo 1500 en een ENGEL duo 2300, uitgebreid met een technische innovatie van ENGEL, het nieuwe tweetrapsproces. Het hoogtepunt van deze technologie blijkt al duidelijk uit de naam. Plasticeren en injecteren worden in twee onafhankelijke, maar fijn afgestemde processtappen onderverdeeld. Op die manier kan een hele tijdrovende en energie-intensieve processtap worden weggelaten.

Compact machineontwerp

De eerste processtap bestaat uit het plasticeren van materiaal uit de post-consumer verwerking, dat in de vorm van vlokken wordt aangevoerd. "De schroef heeft een diameter van 135 mm en plasticeert continu", zo legt Patrick Grüner, business development manager Technical Moulding bij ENGEL in Schwertberg (Oostenrijk) uit, "en de plunjers zijn ontworpen voor een maximaal shotgewicht van 30 kilogram bij een slagvolume tot 40 liter." Het gesmolten materiaal wordt in de tweede trap van de ENGEL duo-spuitgietmachine met een speciaal ontworpen plunjer-unit in de vormholte gespoten.

In vergelijking met de standaard ENGEL-machines past de nieuwe technologie in een nog compactere machineconstructie. Daarom is de nieuwe duo-machine ook enkele meters korter dan het klassieke model uit dezelfde modelserie. "Dit was voor ons ook een belangrijk aspect", legt Vally Hoogland uit, "omdat er zo ruimte vrijkomt voor extra machinecapaciteit op onze locatie."

Duurzaamheid per pallet: Vally Hoogland (AVK), Dr. Thomas Köpplmayr, Bas de Bruin en Patrick Grüner (ENGEL, van links naar rechts) voor de ENGEL duo 1500 met het tweetrapsproces.

Uitsluitend gerecycled materiaal

AVK verwerkt uitsluitend gerecycled materiaal. Vally Hoogland: "Het is een mix van polyolefinen die deels afkomstig zijn van post-consumer bronnen en deels van industrieel afval." AVK werkt hierbij samen met gespecialiseerde toeleveranciers. Bedrijven die restmaterialen inzamelen en als balen aanleveren bij de verwerker. Het materiaal wordt vervolgens gewassen en het metaal gescheiden. Voor het scheiden van de kunststofinhoud wordt een drijf-zinkproces gebruikt; het berust op verschillende soortelijke dichtheden om de verschillende grondstoffen te scheiden. Bij de downstreamverwerking gebruikt AVK uitsluitend het gedeelte dat op het vloeibare medium drijft, omdat het een lagere dichtheid heeft.

"Met name bij gerecycled materiaal putten we uit onze jarenlange ervaring om de optimale mix van de verschillende polyolefinen te creëren", schetst Vally Hoogland de knowhow van AVK, die de basis vormt voor het spuitgieten van kunststof pallets met gedefinieerde eigenschappen, zoals maatvastheid of belastbaarheid. "De mengverhouding heeft namelijk een aanzienlijke invloed op de smelt/volumestroom. Virgin materiaal heeft hier een zeer constante waarde, terwijl gerecycleerd materiaal sterk varieert."

Testlab

AVK laat deze eigenschappen vooraf analyseren in een testlab om het aandeel onzuiverheden en vreemde stoffen te bepalen. Als het materiaal niet voldoet, wordt extra materiaal bijgemengd tot het aan de gewenste eigenschappen voldoet. Dit mengen gebeurt bij AVK op locatie. Vally Hoogland kan op basis van jarenlange ervaring melden dat de kwaliteit van gerecycled materiaal in de loop der jaren voortdurend is verbeterd. Het is echter belangrijk om te begrijpen dat het materiaal nooit één kwaliteit zal zijn. Het is niet ongewoon dat er storende materialen in zitten, zoals steentjes of houtresten. "Uiteindelijk moet het materiaalpakket goed zijn, want het heeft natuurlijk een aanzienlijke invloed op de spuitgietcyclus van de ENGEL-machines."

De shotgewichten voor de ENGEL duo-spuitgietmachines met het geïntegreerde tweetrapsproces bedragen telkens 28 kilogram. Deze twee machines gebruiken nu echter stapelmatrijzen waarop pallethelften worden gespoten. De bovenste en onderste delen worden dan gewoon in elkaar geklikt. "Tegenwoordig gebruiken we vier matrijzen met dit ontwerp om gesloten palletmodellen te produceren," vertelt Vally Hoogland, die de technische achtergrond uitlegt.

Nauwe samenwerking ENGEL en AVK

"Er was een zeer nauwe samenwerking tussen onze ontwikkelingsingenieurs en AVK tijdens de ontwikkeling van het tweefasenproces", zegt Dr. Thomas Köpplmayr, die betrokken was bij het ontwikkelingsproject in ENGEL's afdeling Plastiseringssystemen en Recyclingontwikkeling. En dit ontwikkelingsproject was een win-win situatie voor AVK, zoals Vally Hoogland vanuit het oogpunt van de klant bevestigt: "ENGEL was voor ons de enige partner met wie we een project als dit hadden kunnen uitvoeren." AVK bracht in het project al zijn verworven competenties in, meer bepaalt de kennis van de technische eis voor continu plasticeren. "Beide projectpartners hebben hun knowhow ingebracht, waardoor het mogelijk was om de nieuw geconfigureerde plunjermachines te bouwen op basis van de tweeplatentechnologie", zegt Patrick Grüner.

Bewust van de meerwaarde

Voor ENGEL waren met name de productie-specifieke details van het te verwerken post-consumentenmateriaal van groot belang. AVK wilde een manier voor de verwerking van kunststof flakes die zich zou lenen voor serieproductie. In de  ‘hot phase' van het project werden wekelijks gezamenlijke projectvergaderingen gehouden om de technische uitdagingen te bespreken.

"De ‘hot phase' was in de periode van de toenmalige COVID-restricties",  herinnert Bas de Bruin, accountmanager bij ENGEL Benelux zich. Het contact met AVK kwam al in 2007 tot stand en de eerste ENGEL-spuitgietmachines werden toen in 2015 geleverd met aangepaste apparatuur als voorgangers van de spuitgietmachines met het geïntegreerde tweefasenproces. "De geïnvesteerde tijd hebben we echt goed gebruikt in de ontwikkeling van het nieuwe tweefasenproces", en, zo gaat Vally Hoogland verder, "we zijn ons bewust van de meerwaarde die deze nieuwe technologie voor ons betekent en zien hier enorm veel potentieel voor onze productie en voor de verdere samenwerking met ENGEL."

Acceptatie post-consumer producten

AVK is een groot voorstander van ‘end-of-life-care'. Vally Hoogland hoopt op een "veel grotere acceptatie van post-consumer producten" op de markten in de toekomst. Plastic is een uitstekend materiaal, zegt hij. Maar je moet het aan het einde van de levensduur op een betrouwbare manier verwijderen om te voorkomen dat het in het milieu terechtkomt. "Als er op een gegeven moment een volledig gesloten recyclingkringloop is, kan ik een heleboel producten bedenken waarbij gerecycled materiaal waardevolle inputmaterialen zullen zijn voor een extra waardevermeerderende fase." Zeker als je bedenkt dat, vanuit AVK's optiek als verwerker, ook olie als grondstof in het recyclingproces moet worden meegenomen in de bottom line; immers, beginnend met de ruwe olie die wordt gewonnen en getransporteerd, moet je in de raffinaderij eerst de basis leggen voor een synthetisch materiaal in een zeer energie-intensief proces. Vally Hoogland weet één ding zeker: "Als je de gegevens in deze analyse eerlijk op een rijtje zet, heeft gerecycled plastic een aanzienlijk betere CO2-voetafdruk dan virgin materiaal".

De nieuwe ENGEL duo 2300 met tweefasenproces is enkele meters korter dan een oudere machine uit dezelfde modelserie aan het einde van de productievloer. Ook dit telde mee voor AVK. 

Stroomvoorziening

De investeringen hebben AVK in meerdere opzichten voordeel opgeleverd, vooral wat betreft het energieverbruik van de nieuwe machine. Er is namelijk een probleem dat specifiek is voor de productie-installatie en dat voortvloeit uit de bestaande infrastructuur - beperkingen op het gebied van de stroomvoorziening door de plaatselijke energieleverancier. Het tweefasenproces heeft de aangesloten belasting van de machines aanzienlijk verminderd in vergelijking met standaardmodellen.

"We zijn de afgelopen jaren aanzienlijk gegroeid en de energiebehoefte is evenredig meegegroeid. Als we twee conventionele spuitgietmachines hadden aangesloten, hadden we de energieleverancier een nieuwe stroomvoorziening moeten laten aanleggen, en dat zou voor ons zeer hoge kosten met zich hebben meegebracht", bevestigt Vally Hoogland. "Zo'n hoge druk hebben we voor onze palletproductieprocessen niet nodig en in het verlengde daarvan ook niet de hoge plasticeercapaciteit die daarmee gepaard gaat. De speciale machines kunnen volstaan met een aanzienlijk kleinere schroef die wordt aangedreven door kleinere aandrijvingen."

Geen hoge stroompieken

In cijfers komt dit neer op 585 A tegenover 900 A. Bovendien is de functionele aanpak van het plasticeren met de plunjer veel energie-efficiënter, omdat het proces continu doorgaat in plaats van eerst het plasticeren te starten en het dan weer te stoppen als het proces klaar is. "Hoge stroompieken bestaan gewoon niet meer omdat de cyclustijd perfect in orde is als tijdspanne voor het plasticeren van het hoge schotgewicht."

Dit betekent dat de machine verschillende voordelen combineert: de gecoördineerde plasticeercapaciteit enerzijds en een gecoördineerd shotvolume anderzijds. "Dit is een doorslaggevend voordeel van het tweefasenproces, omdat deze twee parameters afzonderlijk kunnen worden ingesteld", licht Patrick Grüner de reden hierachter toe. Bij een standaardmachine moeten beide parameters daarentegen tegelijkertijd worden ingesteld, waarbij rekening moet worden gehouden met de onderlinge afhankelijkheden.

Bij een algemene beoordeling van de energetische voordelen moet ook rekening worden gehouden met de mogelijkheid om een volledige plasticeerstap te elimineren. Het is bijvoorbeeld niet nodig regranulaat te produceren door het materiaal extra te smelten bij 250 °C gevolgd door afkoeling. Dan is twee keer zoveel energie nodig om tot het eindproduct te komen - niet minder dan 0,45 kWh per kilogram materiaal. Maar met flakes wordt het materiaal direct na het smeltproces verwerkt.

De pallets worden volledig gemaakt van post-consumer materiaal.

Volgende evolutiefase: verwerking van agglomeraten

"De volgende ontwikkelingsfase zal het gebruik zijn van materialen die nog moeilijker te verwerken zijn, teruggewonnen uit gerecycleerd filmmateriaal," zegt Vally Hoogland, die de technische uitdagingen voor de nabije toekomst schetst. Een soortgelijk proces wordt al gepresenteerd in samenwerking tussen AVK en ENGEL op de K show in Düsseldorf.

Deze machine wordt bovendien uitgerust met filtratie en ontgassing om de verwerking van gerecycleerde materialen met een lagere zuiverheidsgraad mogelijk te maken. Vreemde kunststoffen met een hoger smeltpunt, of onzuiverheden zoals hout, aluminium en papier, kunnen dan uit de gerecyclede materialen worden gefilterd en de gasvormige onzuiverheden uit wasmiddelresten of drukinkten worden eveneens verwijderd. In plaats van de plunjereenheid wordt hier een tweede schroef gebruikt om de smelt in de vormholte tebrengen.

ENGEL werkt ook al aan de digitalisering van het tweefasenproces, vertelt Thomas Köpplmayr. Hierbij wordt iQ-gewichtscontrole gebruikt om de kwaliteit in het serieproductie te valideren aan de hand van de productkwaliteit; dit zorgt op zijn beurt voor een constant gewicht van het spuitgietproduct in combinatie met een gecontroleerd en onmiddellijk aanpasbaar injectievolume. iQ gewichtscontrole herkent grondstofveranderingen en past voor elke cyclus het injectieprofiel, het omschakelpunt en de houddruk aan de actuele productieomstandigheden aan.