إزالة الشوائب من خيوط البوليستر المعاد تدويرها: من المعالجة الأولية للمواد الخام إلى ترشيح المصهور

وبما أن الطلب على النسيج المستدام لا يزال في ازدياد، فقد أصبح ضبط الجودة في إنتاج خيوط البوليستر المُعاد تدويرها من الألياف المستمرة أكثر أهميةً من ذي قبل. وبالمقارنة مع ألياف البوليستر المُعاد تدويرها القصيرة، فإن الخيوط المستمرة تتطلب عادةً تحكّمًا أدقّ في الشوائب. فحتى كميات صغيرة جدًّا من الملوّثات قد تؤدي إلى انسداد الفتحات في قوالب السحب، أو انقطاع الخيوط، أو تكوّن الوبر، أو عيوب في القماش مثل البقع السوداء والبقع اللونية، ما يؤثر سلبًا على كفاءة الإنتاج وجودة المنتج النهائي على حدٍّ سواء.

ولذلك، يجب إجراء عملية إزالة الشوائب طوال دورة الإنتاج، بدءًا من معالجة المواد الأولية قبل التصنيع ووصولًا إلى مرحلة سحب المصهور. وأبرز الأساليب المتبعة تشمل معالجة رقائق الزجاجات قبل التصنيع، والترشيح المتقدّم لمصهور البوليستر، وإعادة التدوير الكيميائي والتنقية في بعض مسارات الإنتاج.

أولًا: معالجة رقائق الزجاجات قبل التصنيع — إزالة الشوائب من المصدر

تتكوّن المعالجة المبدئية أساسًا من إزالة البلاستيك غير المصنوع من مادة البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET)، والمعادن، والملصقات، والمواد اللاصقة، والزيوت، والرمال، وغيرها من الملوثات من رقائق عبوات البولي إيثيلين تيريفثاليت المستعملة.

١. فرز المواد وإزالة الملصقات

بعد فك التغليف، يمكن فرز العبوات المستعملة باستخدام تقنيات تحديد نوع المادة بالأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR)، وكشف الأشعة السينية، والفصل بالتيارات الدوامية، والفرز البصري القائم على الذكاء الاصطناعي. وتساعد هذه التقنيات في إزالة مادة البولي كلوريد الفينيل (PVC)، وبولي البروبيلين (PP)، والملوثات المعدنية، والمواد غير المناسبة لتصنيع العبوات. وبعد ذلك، تُستخدم طرق ميكانيكية لإزالة الملصقات لتقليل بقايا الملصقات والمواد اللاصقة.

٢. التكسير والغسل

تُكسر العبوات عادةً إلى رقائق يبلغ قياسها نحو ٥–١٢ مم. ثم تخضع هذه الرقائق لمراحل غسل أولي، وغسل ساخن، وشطف متعدد. وقد يُستخدم في مرحلة الغسل الساخن محلول قاعدي عند درجة حرارة تتراوح بين ٧٥–٨٥°م لإزالة الزيوت وبقايا السكر والملوثات اللاصقة.

٣. الفصل حسب الكثافة والفرز الثانوي

تُستخدَم الفصل القائم على الكثافة للتمييز بين المواد المختلفة. وفي الظروف المائية النموذجية، تغرق شرائح البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET)، بينما تطفو المواد الأخف وزنًا مثل البولي بروبيلين (PP) والبولي إيثيلين (PE)، ما يسمح بفصلها.

وبعد ذلك، قد تُستخدَم فصل الهواء والمناخل الاهتزازية والفرز البصري الثانوي والتفتيش اليدوي لإزالة الغبار والجسيمات الدقيقة وشرائح اللون غير المتجانس والملوثات المتبقية.

٤. إزالة الماء والتجفيف

وبعد الغسل، تخضع الشرائح لعملية إزالة الماء بالطرد المركزي ثم التجفيف لتقليل محتوى الرطوبة وتقليل خطر التحلل المائي أثناء المعالجة عند درجات الحرارة العالية. وبعض عمليات الإنتاج يمكن أن تحقِّق مستوى رطوبة أقل من ٥٠ جزءًا في المليون، وذلك حسب حالة المادة الأولية والمعدات ومتطلبات العملية.

ثانيًا: غزل المصهور — الترشيح المتعدد المراحل لمصهور البوليمر

ورغم أن المعالجة المسبقة تزيل معظم الملوثات المرئية، فقد تبقى جسيمات صلبة دقيقة وبقايا كربونية وهلاميات. ولذلك فإن الترشيح المتقدم للخليط المنصهر يُعَد خطوةً أساسيةً للحفاظ على جودة خيوط البوليستر المعاد تدويرها المستخدمة في إنتاج الخيوط المستمرة.

١. البثق والانصهار

يتم إدخال رقائق الـPET المُعالجة مسبقًا أو رقائق الـPET المعاد تدويرها إلى جهاز البثق، حيث تُذاب تحت ظروف حرارية مضبوطة. وتتراوح درجة حرارة معالجة خليط الـPET المنصهر نموذجيًّا بين ٢٦٠ و٢٨٠ درجة مئوية، رغم أن الإعدادات الفعلية تعتمد على المادة الأولية وعملية الإنتاج.

٢. الترشيح المتواصل متعدد المراحل للخليط المنصهر

تستخدم خطوط الإنتاج عادةً مرشحات من النوع اللوحي أو النوع الشموعي المزوَّدة بوسائط ترشيح ذات درجات مختلفة لالتقاط الملوثات تدريجيًّا.

وبالاعتماد على متطلبات المنتج، قد تُستخدم درجات ترشيح تتراوح نموذجيًّا بين ٢٠ و٤٠ ميكرومتر لإنتاج الخيوط المستمرة، بينما قد تتطلب بعض عمليات الخيوط المستمرة ذات الكثافة الخطية الدقيقة ترشيحًا عند مستوى يقارب ١٠ ميكرومتر.

يُساعد رصد الفرق في الضغط في الكشف عن انسداد الفلتر. وحسب تصميم النظام، يمكن تبديل الفلاتر أو استبدالها عند الحاجة للحفاظ على استقرار تدفّق المصهور وتقليل خطر انسداد فتحات البكرة، وتكوُّن الوبر، وانقطاع الخيوط.

٣. البلمرة التكثيفية في الحالة الصلبة والترشيح النهائي

في مسارات الإنتاج التي تستخدم البلمرة التكثيفية في الحالة الصلبة (SSP)، يمكن معالجة رقائق الـPET تحت فراغ أو في جو خامل لزيادة اللزوجة الجوهرية وتحسين أداء الغزل اللاحق. كما قد يساعد هذا الإجراء في تخفيض بعض المركبات المتطايرة ذات الوزن الجزيئي المنخفض.

تشمل بعض خطوط الإنتاج مكوّن ترشيح إضافي قبل دخول المصهور إلى البكرة، ليشكّل حاجزًا أخيرًا ضد الجسيمات المتبقية. ومن المهم ملاحظة أن عملية البلمرة التكثيفية في الحالة الصلبة (SSP) تحسّن خصائص البوليمر أساسًا ولا يمكنها أن تحلّ محل ترشيح المصهور.

ثالثًا: إعادة التدوير الكيميائي: تنقية إضافية عبر التحلل التبلمري

بالإضافة إلى إعادة التدوير الميكانيكي، تستخدم بعض عمليات إنتاج خيوط البوليستر المعاد تدويرها إعادة التدوير الكيميائي. فعلى سبيل المثال، يمكن تفكيك بولي إيثيلين ترفثاليت (PET) المستعمل عبر عمليات مثل التحلل بالغليكول. ثم تُنقَّى الوحدات الأولية أو الأُوليجومرات الناتجة باستخدام طرق مثل التقطير أو التبلور أو الامتصاص، قبل أن تُعاد بوليمرتها لتكوين بولي إيثيلين ترفثاليت.

يمكن لهذه الطريقة إزالة ملوثات معينة وإنتاج مواد أولية معاد تدويرها عالية النقاء. ومع ذلك، فإن إعادة التدوير الكيميائي تتطلب عمومًا عمليات أكثر تعقيدًا، ومعدات وأعباء طاقية أعلى، وتكاليف إنتاج أكبر مقارنةً بإعادة التدوير الميكانيكي التقليدية.

القسم الرابع: كيف تؤثر إزالة الشوائب على جودة الخيوط المستمرة

وتؤثر فعالية إزالة الشوائب تأثيرًا مباشرًا على استقرار الإنتاج وجودة المنتج النهائي.

• بقايا كلوريد البوليفينيل (PVC) والمواد غير المتوافقة الأخرى: قد تتحلل هذه المواد عند درجات الحرارة العالية، مما يلوث الكتلة المنصهرة ويسبب تغير اللون أو اختلافه.
• الجسيمات المعدنية والصلبة: يمكن أن تسد هذه المواد وسائط الترشيح أو فتحات المغزل، ما يزيد من خطر تكوّن الوبر وانقطاع الخيوط.
• الرواسب المكربنة والهلاميات: قد تتسبب هذه في ظهور بقع سوداء أو نقاط ملونة على الخيوط والنسيج، مما يقلل من جودة المظهر.
• التحكم غير الكافي في الرطوبة: قد تؤدي الرطوبة إلى تحلل البولي إيثيلين تيريفثاليت مائيًّا، ما يؤثر على الوزن الجزيئي ولزوجة المصهور واستقرار عملية السحب.
• الملوثات المُصابة بتغير اللون: قد تؤدي هذه إلى عدم انتظام لون الخيوط، ما يجعل عمليات الصباغة اللاحقة ومراقبة الجودة أكثر صعوبة.

خامسًا: الخلاصة

إن إزالة الشوائب في إنتاج خيوط البوليستر المعاد تدويرها هي عملية منهجية تتطلب تحكّمًا فعّالًا يشمل فرز المواد الأولية وغسلها وجفافها وترشيح المصهور.

تُزيل المعالجة المسبقة معظم المواد الغريبة، بينما تتحكم مرشحات الصهر المتقدمة بشكل إضافي في الجسيمات الدقيقة وبقايا الكربنة والهلام. وبتحسين جودة المواد الأولية، واختيار معدات الترشيح المناسبة، والتحكم الدقيق في معالم العملية الرئيسية، يمكن للمصنّعين تقليل عيوب البثق، وتحسين استقرار الإنتاج، وتحقيق جودة منتج أكثر اتساقًا.

وبالتالي فإن التحكم الفعّال في الشوائب يشكّل أساسًا مهمًّا لإنتاج خيوط البوليستر المعاد تدويرها عالية الجودة، ويدعم الاعتماد الأوسع على مواد النسيج المستدامة.