Werkstoffliche Untersuchung von Polyolefin- und Polystyrol-Rezyklaten : Alterungseinflüsse und Auswirkungen von Waschprozessen

Abstract

Verpackungsmaterialen sind das mengenmäßig größte Anwendungsgebiet von Kunststoffen. Der globale Kunststoffbedarf steigt dabei weiter und verursacht wachsende Abfallmengen. Mit Blick auf die begrenzten Ressourcen stellt das mechanische Recycling ein wichtiges Werkzeug da, um eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft zu erreichen. Die Nutzung von Rezyklaten hängt von der Qualität und der Konsistenz der Werkstoffeigenschaften ab, welche durch unterschiedliche Einflüsse geprägt werden.Das Ziel dieser Arbeit lag in der werkstofflichen Analyse von verschiedenen Einflüssen auf den Recyclingprozess von Verpackungskunststoffen. Untersucht wurden Joghurtbecher aus Polypropylen (PP) und Polystyrol (PS). Bei den Einflüssen handelte es sich um Variationen von Rezyklatanteilen in den Joghurtbechern, Waschversuche von Preund Post-Consumer Joghurtbecher, Auslagerungsversuche von rezykliertem Material in Apfelessig und Rapsöl sowie die Mehrfachextrusion des rezyklierten Materials. Zudem wurde der Einfluss von Kreuzkontaminationen zwischen den Rezyklaten von PP und Polyethylen hoher Dichte (HDPE) untersucht. Die Analyse erfolgte mittels thermischen,mechanischen, spektroskopischen und rheologischen Untersuchungsmethoden.Bis zu einem 30 %igen Rezyklatanteil waren die Eigenschaften der PS- und PP-Joghurtbecher dem virginen Material praktisch ident. Bei höheren Rezyklatanteilen konnten Polyethylen-Verunreinigungen im Rezyklat identifiziert werden.Sowohl die Waschversuche mit Wasser als auch mit verdünnter Natronlauge zeigten einen Einfluss auf die komplexe Viskosität (Molmasse) der Joghurtbecher.Die Auslagerung in den Medien führte weitestgehend zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der Rezyklate.Kreuzkontaminationen hatten eine starke Versprödung des HDPE-Rezyklats und eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des PP-Rezyklats zur Folge.Die Ergebnisse zeigten vor allem die Wichtigkeit der Sortier-, Wasch- und Verarbeitungsprozesse, welche maßgebend die Verwendung des Rezyklats beeinflussen. Weitere Arbeiten bezüglich Waschversuchen mit angepassten Parametern, wie die Temperatur, Waschzeit und Durchmischungsgeschwindigkeit können zu einer Optimierung der Eigenschaftssteuerung und einer effizienteren Deteregenziennutzung beitragen.

Packaging materials represent the largest field of application for plastics in terms of volume. The global demand for plastics continues to grow, leading to increasing amounts of waste. Considering the limited resources, mechanical recycling serves as a crucial tool for achieving a sustainable circular economy. The use of recycled materials depends on the quality and consistency of material properties, which are influenced by various factors.The aim of this study was to analyze the impact of several factors on the recyclingprocess of packaging plastics. Polypropylene (PP) and polystyrene (PS) yogurt cups were examined. The influencing factors included variations in the recycled content of the yogurt cups, washing trials of pre- and post-consumer yogurt cups, storage experiments of recycled material in apple cider vinegar and rapeseed oil, as well as the multiple extrusion of the recycled material. Additionally, the impact of cross-contamination between PP and high-density polyethylene (HDPE) recyclates was investigated. The analysis was conducted using thermal, mechanical, spectroscopic, and rheological methods.Up to a 30% recycled content, the properties of the PS and PP yogurt cups were practically identical to those of virgin material. At higher recycled content levels, polyethylene contaminants in the recyclate were identified.Both washing trials with water and diluted sodium hydroxide solution showed an impact on the complex viscosity (molecular weight) of the yogurt cups.Aging in the media largely led to a deterioration of the mechanical properties of the recyclates.Cross-contamination caused significant embrittlement of the HDPE recyclate and an improvement in the mechanical properties of the PP recyclate.The results highlighted the importance of sorting, washing, and processing procedures, which significantly influence the usability of the recyclate. Further studies on washing trials with adjusted parameters such as temperature, washing time, and mixing speed could contribute to optimizing property control and a more efficient use of detergents.