Ein sinnvoller Rezyzklateinsatz im Verpackungsbereich ist u. a. abhängig von den erzielbaren Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften. Aufgrund der unterschiedlichen Herkunft des Abfalls und aufgrund verschiedener Lieferanten eines Kunststoffverarbeiters, unterliegen Rezyklate Schwankungen, d h. die Materialeigenschaften sind nicht konstant und können nur schwer vorhergesagt werden. Bei der Folienextrusion können z. B. Verunreinigungen zu Stippen beim späteren Produkt führen. Je nach Größe und Ausprägung einer Stippe ist es wichtig diese näher zu untersuchen, da neben optischen Beeinträchtigungen der Folien auch wichtige Funktionen, wie die Bedruckbarkeit, die Barriereeigenschaften oder die mechanischen Eigenschaften, negativ beeinflusst werden können. Dies kann soweit gehen, dass eine Folie sich für gewisse Einsatzbereiche nicht mehr eignet. Zur Untersuchung der Eigenschaften von Recyclingkunststoffen am Granulat (z. B. Anteil an Fremdstoffen) existieren verschiedene Methoden, jedoch keine etablierten Standardvorgaben, anhand derer auf die Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften geschlossen werden kann. Bestehende Normen (z. B. EN 15344 und EN 15345 für PE und PP) zur Charakterisierung von Rezyklaten reichen oftmals nicht aus für eine umfassende Überprüfung der Materialqualität (z. B. im Rahmen einer Wareneingangskontrolle), da diese kaum angepasste Prüfverfahren beinhalten.

Bild 1: Einflussfaktoren auf die Rezyklateigenschaften

Im Projekt PlasticBOND werden die Auswirkungen des Rezyklateinsatzes unter Verwendung unterschiedlicher Materialqualitäten und -herkunft sowie variierender Rezyklatanteile untersucht. Die Materialqualität ergibt sich u.a. anhand der Abfallquelle und dem jeweiligen technologischen Reinigungsaufwand. Aufgrund des hohen werkstofflich verwertbaren Anteils in Siedlungsabfällen werden die Standardpolymere Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) betrachtet. Die Untersuchungen sollen einerseits Aufschluss über Grenzen der Kunststoffverarbeitungsprozesse aufzeigen. Andererseits werden die in handelsüblichen Rezyklaten enthaltenen nichtflüchtigen Verunreinigungen und der Materialabbau analysiert. Die gewonnenen Ergebnisse sollen eine Grundlage für die Erforschung des Abbaus von rezyklierten Polyolefinmischungen bilden und zur Optimierung der Polyolefin-Verarbeitungsbedingungen bei der Herstellung dienen. Damit wird langfristig die Erstellung einer Material- und Prozessspezifikation möglich, bei deren Einhaltung der Polymerabbau in vorhersagbaren und kompensierbaren Bereichen bleibt.

Bild 2: Verunreinigungen in Rezyklaten am Beispiel einer Blasfolie

Prüfverfahren zur Charakterisierung von Rezyklatproben unterscheiden sich im Allgemeinen nicht von denen für Neuware. Es können für Rezyklate allerdings weitergehende Prüfungen notwendig sein. Zur Materialanalyse werden thermische, rheologische, spektroskopische, mikroskopische, chromatographische und mechanische Methoden eingesetzt. Für ein besseres Werkstoffverständnis stehen zum einen Verunreinigungen und Vermischungen der verschiedenen Kunststoffe, welche im Rahmen der Verarbeitung, des Gebrauchs und des Sortiervorgangs auftreten im Fokus der Betrachtungen. Zum anderen werden degradationsbedingte Werkstoffveränderungen untersucht, welche sich auf die Polymerketten auswirken und damit die Molekularmassenverteilung sowie die mechanischen Eigenschaften beeinflussen. Die Aussagekraft der Prüfverfahren wird jeweils bewertet, Einflussfaktoren auf die Rezyklatqualität identifiziert und Korrelationen unterschiedlicher Analysemethoden eruiert.

Gegenwärtig führen Defizite in der Charakterisierung von Rezyklaten zu der Situation, dass in der Industrie bevorzugt individuell und bilateral vereinbarte Qualitätsparameter und Lieferbedingungen zur Anwendung kommen. Vor dem Hintergrund der Vielfalt derartiger Insellösungen stellt sich die Frage, inwieweit branchenspezifisch übergeordnete Reglementierungen einer zunehmenden Werkstoff- und Prozessdiversität überhaupt gerecht werden können und nach welchen Maßstäben sie angesetzt werden müssen. Primär gilt es, durch Standardisierungen Vergleichbarkeiten zu schaffen, um z. B. ein werkstoffliches Qualifizierungsniveau zu erreichen. Dies bietet dem Verarbeiter eine hinreichende Handhabungssicherheit und Gewissheit über relevante Eigenschaften. Für das PlasticBOND-Konsortium ist eine zielgerichtete eingesetzte Kunststoffanalyse und -prüfung zentraler Bestandteil bei der Beantwortung dieser Fragestellungen. Weiterhin werden Möglichkeiten und Grenzen von Rezyklaten anwendungsbezogen identifiziert, um deren Akzeptanz und Verbreitung zu steigern.

Bild 3: Vorgehen zur Untersuchung des Materialverhaltens von Polyolefin-Rezyklaten

Information:

Elena Berg, M.Sc.

elena.berg@ikv.rwth-aachen.de