Charakterisierung von Verbundfolien zur Evaluierung von Recycling Potentialen

Abstract

Mehrschichtige Folien haben sich als flexibles Verpackungsmaterial in der Lebensmittelindustrie etabliert und nun erfordert der stark verbreitete Einsatz jener auch eine entsprechende ökonomische und ökologische Entsorgung. Die Forschung setzt sich besonders intensiv mit Kunststoffrecycling auseinander, allerdings existiert bis zum heutigen Zeitpunkt noch keine langfristige und global etablierte Lösung. Um die Recyclingfähigkeit dieser kurzlebigen Kunststoffprodukte überhaupt beurteilen zu können, liefert diese Forschungsarbeit die nötigen Informationen über den strukturellen Aufbau marktüblicher Folien. Eingangs werden Funktionalitäten und Gründe für eine mehrlagige Struktur von Verbundfolien verdeutlicht, sowie wichtige Eigenschaften wie Barrierewirkung gegen Dampf und Gase anschaulich erklärt. Weiters wird auf die verschiedenen Herstellungsprozesse eingegangen und erläutert, wie diese hauchdünnen und teils inkompatiblen Schichten durch Adhäsionsmechanismen verbunden werden. Anschließend werden die detektierten Kunststoffe mit ihren Charakteristiken vorgestellt, um ihren Einsatz im Folienverbund verständlich zu begründen, sowie die verwendeten thermischen, spektroskopischen, optischen, rheologischen und mechanischen Messmethoden erörtert. Abschließend werden die experimentellen Ergebnisse präsentiert und diskutiert. Aus den ermittelten Daten geht hervor, dass hauptsächlich die zwei Polymere PE und PET in den Proben verarbeitet wurden. Aufgrund deren Unmischbarkeit ist ein Recycling von flexiblen Verpackungen nach den Entsorgungsprinzipien der heutigen Abfallwirtschaft nicht möglich. Diese Forschungsergebnisse führen zu der Erkenntnis, dass es einer günstigeren Materialkombination hinsichtlich Kompatibilität bedarf. Somit könnte dann, unter gleichzeitiger Einhaltung notwendiger Qualitätsstandards der Industrie, eine nachhaltige Kunststoffwiederverwertung der flexiblen Verpackungen ermöglicht werden.

Multilayer plastic films are commonly used as packaging in the food industry due to their flexibility. The increasing use of these sheets and their short life cycle lead to severe ecological problems, as the current recycling processes are not suitable for composite materials. Although several scientific institutions are currently conducting research in the field of recycling of plastic waste, a globally established long-term solution has not yet been found. The scope of this thesis is to provide accurate data about the structure and composition of commonly used multilayer flexible packaging and to evaluate their recyclability. Firstly, an overview of the structure and functionality of plastic packaging in the food industry is given, including the reasons behind the use of multilayer structures, a description of their barrier properties, different manufacturing processes, and the methods used to bond these thin and partially incompatible sheets. Next, an introduction of the materials that were detected and their properties is presented to explain their application in more detail, as well as an overview of the thermal, spectroscopical, optical, rheological, and mechanical measuring methods used to analyse the samples. Finally, the experimental results are presented and discussed. According to the collected data, the two major components found in the samples are PE and PET, which are immiscible plastics. This shows that the current waste sorting systems do not allow the recycling of food packaging waste. The insights gathered in this thesis suggest that by choosing more favourable material combinations both the quality requirements of the industry and the requirements to successfully recycle the packaging could be met.