Flex4loop-Forschungsprojekt verbessert Sortiertechnik für Verpackungsfolien

Im Projekt „Flex4loop“ des Österreichischne Forschungsinstituts für Chemie und Technik (OFI), der Montanuniversität Leoben und des Kunststoff- und Lebensmittel-Clusters erforschen derzeit 23 Partner das Potenzial der Kreislaufschließung bei kleinteiligen Polyolefinfolien für Lebensmittelverpackungen. Die Resultate sollen zur Verbesserung der Rezyklatqualität von Lebensmittelverpackungen und zum Erreichen der höheren Recyclingquoten, die ab 2025 von der EU vorgeschrieben sind, beitragen.

Nach den ersten eineinhalb Jahren Projektlaufzeit ziehen die Verantwortlichen nun erste Schlüsse aus den Forschungsergebnissen.

Klebstoffe und Farbsysteme haben wenig bis keinen Einfluss

Die Forscher haben Rezyklate aus unterschiedlich zusammengesetzten Verpackungsfolien (Bedruckung, Kaschierklebstoff, Einsatz von Ethylenvinylalkohol (EVOH) als Barrierematerial) hergestellt und so Informationen zu den mechanischen Eigenschaften von primär Polypropylen (PP)-basierten Verpackungsfolien in der Spritzgießanwendung, bei der Extrusion von Monomaterial und Dreischichtfolien sowie bei einer Extrusionsblasformanwendung gesammelt.

„PP stand dabei im Fokus, weil die meisten recyclingfähigen Lösungen diese Kunststoffart bevorzugen und dazu noch wenige Daten zur Verfügung stehen“, erklärt OFI-Experte Michael Krainz.

Die Versuche zeigten, dass die verwendeten Klebstoffe und Farbsysteme wenig bis keinen Einfluss auf die mechanischen Festigkeiten oder die Schmelzflussrate von hundertprozentigen Rezyklaten haben. Bei einem 30-prozentigen Rezyklateinsatz, wie es künftig anzunehmen ist, verschwinden Eigenschaftsveränderungen, die bei den hundertprozentigen Rezyklaten teilweise noch zu erkennen sind, den Ergebnissen zufolge fast komplett.

Extrusionsversuche an Dreischichtfolien aus Polypropylen und Polyethylen (PE) mit einem Rezyklatanteil von 25 bis 100 Prozent in der Mittelschicht zeigten, dass gute Folienqualitäten zu erzielen sind, die auch in den mechanischen Kennwerten nur kleine Abweichungen aufweisen. Kamen Druckfarben zum Einsatz, wurden bei der Geruchssensorik an PP- und PE-Folien mit Rezyklaten in der Mittelschicht sowie an den hundertprozentige Rezyklaten nach reiner Extrusion größere Abweichungen deutlich. Bei aus 100 Prozent Regranulaten gefertigten Zugprüfstäben waren diese nur noch geringfügig vorhanden. Somit dürften Bauteile aus bedruckten Verpackungsfolien nach einer zusätzlichen Vakuumdekontamination auch bei einem Rezyklateinsatz von 100 Prozent keine relevanten geruchlichen Beeinträchtigungen aufweisen.

„Bei der Extrusion von hundertprozentigen Rezyklaten aus handelsüblichen, recyclingfähigen PP-Monomaterialfolien und PP-Verbundfolien haben wir ebenfalls wertvolle Erkenntnisse hinsichtlich des Verarbeitungsverhaltens sowie der auftretenden Düsenablagerungen gewonnen“, beschreibt Krainz. Ohne weitere Additivierung wurden bereits Folien und Flaschen aus dem Großteil der Rezyklate hergestellt. Diese lieferten nach der mechanischen Bewertung ähnlich gute Ergebnisse wie jene aus dem Spritzguss.

LVP-Sammlung und -Sortierung in Österreich

Der Lehrstuhl für Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft an der Montanuniversität Leoben hat im ersten Projektjahr eine umfassende Analyse, die den aktuellen Stand der LVP-Sammlung in Bezug auf die PE- und PP-Monofolienfraktion darstellen soll, gestartet. Die dabei gesammelten Proben dienten als Inputmaterial für das bei „Flex4loop“ verwendete Nahinfrarotaggregat. Die Analyse verdeutlichte die Probleme beim Sortieren von Folien. Insbesondere findet den Ergebnissen zufolge eine mangelnde Interaktion zwischen den Proben und der Nahinfrarotstrahlung statt. Die zweite Herausforderung sei die Vielzahl an Multilayer-Folien, die es zu erkennen und auszuschleusen gilt, um eine reine, mechanisch recyclebare Monolayer-Folienfraktion zu generieren.

Für beide Probleme fanden die Forscher Lösungsansätze: Eine Hardware-Adaption am Sortierstand verbessert die Interaktion zwischen den Proben und der Nahinfrarotstrahlung. Die anstelle der Reflektion mögliche Messung in Transflektion erlaubt die Gewinnung von Fingerprints bzw. Spektren mit hohem Informationsgehalt. Dieser ermöglicht eine differenzierte Unterscheidung der Materialart.

Trennung von Fraktionen für stoffliche Verwertung und chemisches Recycling

Neue Klassifikationsmodelle adressieren außerdem die Vielzahl an Materialkompositionen. Diese Modelle treffen auf Basis der verbesserten Spektren eine Klassifikationsentscheidung, die nicht mehr ausschließlich auf Merkmalen wie dem Polymertyp beruht. Merkmale einer höheren Abstraktionsebene, die charakteristisch für Monolayer- bzw. Multilayer-Verpackungsfolien sind, werden ebenfalls in die Entscheidungsfindung miteinbezogen – ein Schritt in Richtung Monolayer-Fraktion, die anschließend stofflich verwertet werden kann. Gleichzeitig entsteht eine Multilayer-Fraktion, die als Feedstock für derzeit in der Entwicklung befindliche Methoden des chemischen Recyclings dienen kann. Dieser Ansatz mache bisher thermisch genutzte Stoffströme verwertbar und verbessere die Sortiertiefe, heißt es.

Ergebnisse werden im semi-industriellen Maßstab getestet

Aktuell arbeiten die Projektteilnehmer daran, die bisherigen Erkenntnisse zu vertiefen bzw. zu bestätigen. Bereits erarbeitete, recyclingfähige Verpackungslösungen in verschiedenen Ausführungen sollen im semi-industriellen Maßstab untersucht werden. Dabei kommt die von der Montanuniversität Leoben entwickelte Sortiertechnik zum Einsatz. Die Ergebnisse sollen etwaige Schwachstellen des Verpackungsdesign aufzeigen, die dann im weiteren Projektverlauf optimiert werden.

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