Mechanisches Recycling weiterentwickeln: Den Kreislauf für Post-Consumer-Polypropylen schließen

Vom Haushaltsabfall zu hochwertigen Joghurtbechern: Können wir stark heterogene Kunststoffabfälle wieder in hochwertiges, makelloses Verpackungsmaterial verwandeln, anstatt sie durch Downcycling zu Produkten mit geringerem Wert zu verarbeiten?

Um diese Frage zu beantworten, führte das Competence Center CHASE gemeinsam mit einem internationalen Konsortium aus Industrie- und Wissenschaftspartnern eine umfassende Fallstudie durch. Das Projekt konnte erfolgreich die technische Machbarkeit demonstrieren, Post-Consumer-Rezyklat (PCR) aus Polypropylen (PP) aus kommunalen Abfallströmen zu hochreinen, weißen Anwendungen für das Thermoformen und den Spritzguss zu verarbeiten. Damit wurde gezeigt, dass eine echte Kreislaufwirtschaft für Konsumverpackungen in Reichweite ist.

Die Herausforderung der Aufbereitung von PCR und der Materialreinheit

In der industriellen Polymerverarbeitung hängen die mechanischen Eigenschaften und ästhetischen Anforderungen des Endprodukts maßgeblich von der Reinheit des Ausgangsmaterials ab. Für diese Studie wurde Post-Consumer-Polypropylen (PP) aus gemischten niederländischen kommunalen Siedlungsabfällen gewonnen.

PP ist äußerst vielseitig, neigt jedoch bei wiederholten Lebenszyklen bekanntermaßen zu Materialabbau und Kreuzkontamination. Das primäre technische Ziel bestand darin, aus einem äußerst vielfältigen, mehrfarbigen Abfallstrom eine hochreine, sortenreine weiße PP-Fraktion abzutrennen und diese zu makellosen weißen Konsumverpackungen zu verarbeiten, ohne dabei die strukturelle Integrität oder die Verarbeitbarkeit zu beeinträchtigen.

Prozesskettenarchitektur: Eine dreiphasige Methodik

The cross-border research framework was executed systematically across three specialized operational phases:

• Der grenzüberschreitende Forschungsrahmen wurde systematisch in drei spezialisierten operativen Phasen umgesetzt:

  
  

• Automatisierte Sortierung und fortschrittliche Dekontamination (Niederlande): Im National Test Center for Circular Plastics (NTCP) in Heerenveen wurde eine sensorbasierte optische Sortierung eingesetzt, um einen sauberen Strom aus weißem Hart-PP abzutrennen. Um den Einfluss der Vorbehandlung auf die makromolekularen Eigenschaften zu untersuchen, wurde das Material zwei unterschiedlichen Waschverfahren unterzogen – einer standardmäßigen Kaltwäsche und einem optimierten Heißwäscheverfahren mit Chemikalien –, die auf die Entfernung von Oberflächenverunreinigungen und migrierenden Additiven abzielten.

  
  

• Compoundierung und Regranulierung (Österreich): Die dekontaminierten PP-Flakes wurden zur LIT Factory in Linz transportiert. Mithilfe fortschrittlicher Extrusions- und Compoundiertechnologien wurden die Flakes homogenisiert, entgast und in hochwertige Pellets umgewandelt, wodurch die für die nachgelagerte Verarbeitung erforderlichen Schmelzfließeigenschaften stabilisiert wurden.

  
  

• Fortschrittliche Polymerverarbeitung: Die aufbereiteten Pellets wurden unter realen industriellen Fertigungsbedingungen mithilfe zweier unterschiedlicher Verarbeitungstechniken validiert. Der Verpackungshersteller Greiner AG setzte Hochgeschwindigkeits-Thermoformen ein, um dünnwandige Joghurtbecher herzustellen. Parallel dazu führte ENGEL Austria einen zweistufigen Spritzgießprozess durch, um das Scherverhalten, die Formfüllfähigkeit und die direkte Verarbeitbarkeit des Materials zu untersuchen.

  
  
  
  

Empirische Ergebnisse: Der Einfluss der Waschkinetik auf die mechanische Leistungsfähigkeit

Die analytische Charakterisierung der recycelten Polymere zeigte, dass die vorgelagerte Dekontaminationskinetik die mechanische Leistungsfähigkeit der daraus hergestellten Formteile unmittelbar bestimmt. Die Wahl der Waschparameter erwies sich als entscheidend:

• Dekontaminationseffizienz: Die chemische Wäsche bei hohen Temperaturen entfernte effektiv eingebettete Verunreinigungen und migrierende flüchtige organische Verbindungen (VOCs).

  
  

• Mechanische Eigenschaften: Die Optimierung des Waschschritts führte im Vergleich zu den standardmäßig kaltgewaschenen Ausgangsmaterialien zu einer deutlichen Steigerung sowohl der Bruchdehnung als auch der Schlagzähigkeit.

  
  

• Prozessstabilität: Das optimierte Regranulat zeigte eine ausgezeichnete rheologische Stabilität und minimierte dadurch strukturelle Defekte während der Zyklen des Hochscher-Spritzgießens und Thermoformens.

Die daraus entstandenen Prototypen zeigen, dass das Recycling von Post-Consumer-Fraktionen im geschlossenen Kreislauf zu hochwertigen Anwendungen vollständig realisierbar ist. Durch die Abstimmung präziser Sortierkriterien, optimierter Waschkinetik und fortschrittlicher Compoundierung kann die Wertschöpfungskette erfolgreich PCR-Materialien bereitstellen, die die Leistungsfähigkeit von Neuware erreichen.

Projektpartner

Die Arbeiten wurden durchgeführt von Competence Center CHASE GmbH ↗, Johannes Kepler University Linz ↗, ENGEL Austria ↗, NTCP Netherlands ↗ und Greiner AG ↗.

Lesen Sie die Success Story: From waste to high-value applications: A step towards a circular economy for plastics ↗