Mehrfaches, im Labor nachgestelltes, mechanisches Recycling von verschiedenen Polyolefin-Folienabfällen

Abstract

Kunststoffe sind als Konstruktions- und Verpackungswerkstoff aus der heutigen Zeit nicht mehr wegzudenken. Die geringe Lebensdauer von Verpackungen hat jedoch zu einem globalen Müllproblem geführt. Selbst die, global gesehen, reichen Industriestaaten der Europäischen Union sind von der, selbst verursachten, Verpackungsmüllflut nicht verschont geblieben. Die, von der EU-Kommission erklärte, Lösung für dieses Problem heißt Kreislaufwirtschaft. Um die Kreislaufwirtschaft für Kunststoffverpackungen in der EU zu verwirklichen, braucht es, neben einer Vielzahl von anderen Faktoren, auch höhere Recycling-Quoten. Um letztere zu erhöhen, müssen jene Kunststoffabfallfraktionen herangezogen werden, die bisher noch nicht bzw. kaum recycelt werden. Eine solche Fraktion stellen die (Mehrschicht-) Kunststoff- Folienverpackungen (kurz: Folien) dar. Polyethylen und Polypropylen sind die Polymere mit der größten jährlichen Produktionsmenge, daher ist der Hebeleffekt zum Erhöhen der Recycling-Quote hier ebenfalls am größten. In dieser Forschungsarbeit wurden Folien, deren Hauptbestandteil entweder LDPE, PP-Ho- mo-polymer oder (Ethylen-Propylen-) Copolymer ist, untersucht. Dafür wurden in zwei Versuchsreihen Blends bzw. reine Copolymere (sowohl mit virgin Granulat, als auch mit post- consumer Material) einem, im Labor nachgestellten, mehrfachen Recyclingprozess unterzogen. Das Ziel ist es, die Veränderung der Eigenschaften (Degradation) über die einzelnen Recyclingzyklen hinweg zu untersuchen und diese durch geeignete Wahl des Blendverhältnisses positiv zu beeinflussen. Der experimentelle Nachweis wurde durch mechanische (Zug- & Schlagzugversuch, Durchstoß- & Folienzugversuch), rheologische (MFI, Frequency Sweep, Dehnrheologie), thermische (DSC) und optische (LiMi, REM) Methoden erbracht. Die Ergebnisse bieten eine vielversprechende Perspektive für Blends mit einem Blendver- hältnis von ca. 70% PP-pc-Folien und ca. 30% pc-PE-Folien. Die untersuchten Copolymere zeigten eine massive Steigerung des MFI, welche jedoch durch Bildung von Blends aus Copolymer-, pc-PE- und pc-PP-Folien deutlich reduziert werden konnte, ohne die mechanischen Eigenschaften dabei merklich zu beeinflussen.

In today’s world, plastics are indispensable as packaging and construction materials. However, the short lifespan of packaging has led to a global waste problem. Even the wealthy, industrialized countries of the European Union have not been spared from the selfinduced flood of packaging waste. The solution for this problem, declared by the European Commission, is called a Circular Economy. To achieve a circular economy for plastic packaging in the EU, higher recycling ra- tes are needed, among a variety of other factors. To increase these rates, plastic waste fractions that aren’t currently recycled or have hardly been recycled in the past, need to be utilized. One such fraction consists of (multilayer) plastic film packaging (short: films). Polyethylene and polypropylene are the polymers with the highest annual production volume, so the leverage effect to increase the total recycling rate is the biggest for these two polymers. In this research project, films whose main components are either LDPE, PP homopolymer, or (ethylene-propylene) copolymer were examined. For this purpose, in two series of experi- ments, blends and pure copolymers (both series with virgin granules and post-consumer mate- rials) were subjected to a recycling process over multiple cycles under laboratory conditions. The aim is to monitor the changes in material properties (degradation) over each recycling cycle and to influence them positively through a suitable blending ratio. The experimental evi- dence was provided by mechanical tests (tensile & impact tensile tests, film puncture & film tensile tests), rheological tests (MFI, frequency sweep, extensional rheology), thermal analysis (DSC), and optical methods (light microscopy, SEM). The results offer a promising perspective for blends with a ratio of approximately 70% post- consumer PP films and 30% post-consumer PE films. The examined copolymers showed a significant increase in MFI, which, however, could be greatly reduced by making blends of copolymer, post-consumer PE and post-consumer PP films without noticeably affecting the mechanical properties.