Das Potenzial des mechanischen Recyclings von Polyethylenfolien erschließen

Polyethylenfolien sind überall zu finden – als Stretchfolien in Lagerhallen, als Einkaufstaschen in Haushalten und in zahlreichen flexiblen Verpackungsmaterialien. Dennoch enden diese Folien trotz ihrer weiten Verbreitung häufig als Abfall und stellen erhebliche Herausforderungen für die Umwelt dar. Das mechanische Recycling bietet einen vielversprechenden Weg, diese Materialien zurückzugewinnen. Die Sicherstellung einer gleichbleibenden Qualität aus heterogenen Post-Consumer-Abfallströmen ist jedoch eine komplexe Aufgabe. Unsere Forschung untersucht, wie Vorbehandlungs- und Schmelzefiltrationsstrategien sowohl die Effizienz als auch die Materialqualität verbessern können, und liefert Erkenntnisse, die für die Kunststoffrecyclingindustrie unmittelbar relevant sind.

Die Studie konzentriert sich auf industriell relevante Abfallströme, darunter lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) aus Stretchfolien, Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) sowie gemischte Post-Consumer-Folien, die über Gelbe-Sack-Systeme gesammelt werden. Durch die systematische Variation der Waschparameter – Temperatur, Dauer und Einsatz alkalischer Behandlungen – sowie die Untersuchung ihres Zusammenspiels mit den Schmelzefiltrationsschritten konnten die Forschenden Verarbeitungsbedingungen identifizieren, die die mechanischen und chemischen Eigenschaften von recyceltem Polyethylen optimieren.

Die Herausforderungen des Recyclings von Polyethylenfolien verstehen

Polyethylenfolien unterscheiden sich erheblich hinsichtlich Polymertyp, Dicke, Additiven und Verschmutzungsgrad. Diese Unterschiede können das Verarbeitungsverhalten und die endgültigen Materialeigenschaften maßgeblich beeinflussen. Die CHASE-Studie zeigte, dass die Waschtemperatur und die chemische Behandlung den Schmelzflussindex (MFI), die thermische Stabilität und die Entfernung von Oberflächenverunreinigungen direkt beeinflussen. So erhöhte beispielsweise eine alkalische Wäsche die Entfernung von Druckfarben- und Klebstoffresten, wodurch sauberere Pellets entstanden. Eine zu hohe Alkalität oder eine zu lange Waschdauer konnte jedoch die Polymerketten abbauen und dadurch die mechanischen Eigenschaften verschlechtern.

Die Heterogenität der Abfallströme bleibt die größte Herausforderung. Lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) aus industriellen Stretchfolien reagierte auf die Wäsche anders als gemischte Post-Consumer-Folien. Gemischte Abfallströme wiesen eine größere Variabilität des Schmelzflusses und höhere Restverunreinigungen auf, was die Notwendigkeit maßgeschneiderter Prozessparameter anstelle eines Einheitsansatzes verdeutlicht.

Die Rolle der Schmelzefiltration für die Materialqualität

Die Schmelzefiltration erwies sich als entscheidend für die Verbesserung der optischen Klarheit und die Reduzierung flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs), die für nachgelagerte Anwendungen wie die Extrusion oder die Folienherstellung von entscheidender Bedeutung sind. Die Studie zeigte, dass eine zweistufige Filtration sichtbare Verunreinigungen deutlich reduzieren und die Homogenität verbessern kann, ohne die thermischen Eigenschaften zu beeinträchtigen. Dieser Schritt stellt sicher, dass recyceltes Polyethylen die für die industrielle Wiederverwendung erforderlichen Qualitätsstandards erfüllt, insbesondere bei Anwendungen, die empfindlich auf Aussehen und Geruch reagieren.

Quantitativ beobachteten die Forschenden, dass eine optimierte Wäsche und Schmelzefiltration die Konsistenz des Schmelzflussindex (MFI) um bis zu 20 %, die Temperatur des Beginns der thermischen Zersetzung um 10–15 °C verbessern und die VOC-Emissionen im Vergleich zu nur minimal aufbereiteten Abfallströmen um nahezu 30 % reduzieren konnten. Diese Verbesserungen machen das recycelte Material für industrielle Prozesse besser vorhersehbar und zuverlässiger.

Industrielle Auswirkungen

Für die Kunststoffindustrie sind diese Erkenntnisse von großer Bedeutung. Das mechanische Recycling von Polyethylenfolien ist ein wichtiger Weg zur Erreichung der Recyclingziele der EU, doch die industrielle Umsetzung wurde bislang durch eine uneinheitliche Materialqualität erschwert. Durch die Umsetzung einer Prozessoptimierung – sorgfältig abgestimmte Waschprozesse und mehrstufige Schmelzefiltration – können Recyclingunternehmen hochwertigeres recyceltes Polyethylen (rPE) herstellen, dessen Eigenschaften denen von Neuware näherkommen. Dadurch erweitern sich nicht nur die Einsatzmöglichkeiten von recyceltem Polyethylen, sondern es wird auch die auf Deponien entsorgte Abfallmenge reduziert und der ökologische Fußabdruck von Kunststoffverpackungen verringert.

Darüber hinaus ermöglicht das Verständnis des Zusammenhangs zwischen der Zusammensetzung der Abfallströme und den Verarbeitungsbedingungen den Recyclinganlagen, effizientere und kostengünstigere Arbeitsabläufe zu entwickeln, unnötigen Materialabbau zu vermeiden und gleichzeitig den Durchsatz zu maximieren. In der Praxis bedeutet dies, dass industrielle Recyclingunternehmen gleichzeitig wirtschaftliche und ökologische Vorteile erzielen können.

Projektpartner

Die Arbeit wurde durchgeführt von Competence Center CHASE GmbH ↗ in Zusammenarbeit mit Johannes Kepler University Linz, Institute of Polymeric Materials and Testing ↗ und LIT Factory, Johannes Kepler University Linz ↗.

Das Paper wurde veröffentlicht im Journal of Applied Polymer Science 2025 (e57463). Die Autoren sind Johanna Langwieser, Sandra Czaker, Jörg Fischer: Investigation of Pretreatment and Mel Filtration in Mechanical Recycling of Polyethylene Film Waste Streams - CHASE PDF ↗