Industrielle Rezyklate und Verunreinigungen

Abstract

Die Kreislaufwirtschaft ist ein zentrales Thema unserer Zeit. Kunststoffabfälle, insbesondere Einwegkunststoffe aus Polyethylen und Polypropylen, sollen durch Recycling einen verlängerten Lebenszyklus erhalten, bevor sie thermisch verwertet oder auf Deponien gelagert werden.Da Degradationsmechanismen und Kontaminationen durch einen nicht vollständig sortenreinen Sortierprozess die mechanischen und verarbeitungstechnischen Eigenschaften von Polyethylen und Polypropylen beim Wiederverarbeiten erheblich beeinflussen, sollen diese Aspekte im Rahmen dieser Diplomarbeit untersucht werden. Dazu wurden zum einen von Lieferanten bereitgestellte sortierte Fraktionen von Polyethylen und Polypropylen auf Kontaminationen untersucht. Zum anderen wurden Modellserien aus Neumaterialien mit ähnlichen Kontaminationen wie die sortierten Fraktionen gemischt.Durch mehrfaches Zerkleinern und Extrudieren wurde ein wiederholter Recyclingprozess sowohl mit den bereitgestellten Fraktionen als auch den gemischten Modellserien nachgestellt. Über die Mehrfachverarbeitungen hinweg wurden mechanische Kennwerte durch Zugprüfung und Schlagzugzähigkeitsprüfung erfasst, und thermische Analysen mittels Differenzkalorimetrie durchgeführt.Der Versuch, einen Abfallstrom mithilfe einfacher Modelle, bestehend aus jeweils zwei Kunststoffen, nachzubilden und zu vergleichen, führte sowohl bei den mechanischen Prüfungsergebnissen als auch bei den thermischen Analysen nur teilweise zu erfreulichen Resultaten.Neben einer beträchtlichen Menge an Daten aus den verschiedenen bereitgestellten Kunststoffabfallsortierungen, die Aufschluss über die Qualität der Sortierung und deren mechanische Kennwerte gaben, wurde der Variationskoeffizient – eine normierte statistische Kennzahl – eingeführt. Dieser stellt im Wesentlichen die Streuung der Ergebnisse dar und ist in diesem Fall als Maß für die Zuverlässigkeit zu verstehen. Der Variationskoeffizient ermöglicht es, neben den Festigkeitswerten auch die Zuverlässigkeit dieser Werte einfach zu bewerten und insbesondere zwischen verschiedenen Materialien zu vergleichen.Die erstellten Modelle zur Berechnung von Kontaminationen, basierend auf der thermischen Analyse, bilden eine Grundlage für weiterführende Modellentwicklungen, die es ermöglichen sollen, Kontaminationsanteile in Massenprozent in sortierten Kunststoffabfallströmen mit geringem Aufwand mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC) zu identifizieren.

The circular economy is a central issue of our time. Plastic waste, particularly single-use plastics made of polyethylene and polypropylene, should have an extended lifecycle through recycling before being thermally processed or disposed of in landfills.Since degradation mechanisms and contamination caused by an imperfect sorting process significantly affect the mechanical and processing properties of polyethylene and polypropylene during reprocessing, these aspects will be investigated as part of this thesis. For this purpose, sorted fractions of polyethylene and polypropylene provided by suppliers were examined for contamination. Additionally, model series were created by mixing new materials with similar contamination levels as those found in the sorted fractions.By repeated shredding and extrusion, a recurring recycling process was simulated for both the provided fractions and the mixed model series. Throughout the multiple processing cycles, mechanical properties were measured through tensile testing and impact tensile toughness testing, while thermal analyses were conducted using differential scanning calorimetry.The attempt to replicate and compare a waste stream using simple models, each consisting of two types of plastics, resulted in only partially satisfactory outcomes in both the mechanical test results and the thermal analyses.In addition to a significant amount of data from the various provided plastic waste sorting streams, which gave insights into the quality of sorting and their mechanical properties, the coefficient of variation – a normalized statistical measure – was introduced. This essentially represents the scatter of the results and, in this case, serves as an indicator of reliability. The coefficient of variation allows for a simple evaluation of not only the strength values but also the reliability of these values, particularly when comparing different materials.The models created to calculate contamination based on thermal analysis form a foundation for further model developments. These developments aim to enable the identification of contamination percentages in sorted plastic waste streams with minimal effort using differential scanning calorimetry (DSC).