Herausforderungen beim Kunststoffrecycling

Schätzungen zufolge werden weltweit jährlich rund 318 Millionen Tonnen Kunststoff produziert, davon sind 218 Millionen Tonnen fester oder starrer Kunststoffabfall. Das weltweite durchschnittliche Kunststoffrecycling liegt bei 21 %, verglichen mit 15 % im Jahr 2016. Laut dem am 7. Mai 2021 veröffentlichten ISWA-Bericht (International Solid Waste Association) werden jährlich etwa 50 Millionen Tonnen Plastikmüll verbrannt, wobei 10 Millionen Tonnen in die Ozeane gelangen Wasserstraßen. Dies ist in der Öffentlichkeit weithin bekannt geworden, was zu mehr Druck bei der Suche nach Wegen zur Lösung dieses Problems geführt hat, aber es wurde zu Unrecht gegen die Kunststoffindustrie selbst gerichtet.

Für den Verarbeiter bleiben große Herausforderungen bestehen: Obwohl die Polymerpreise gesunken sind, sind sie immer noch doppelt so hoch wie die Kosten pro Tonne im Vergleich zu September 2020. Probleme wie unterschiedliche Materialqualität, inkonsistente Lagerverfügbarkeit und die Kunststoffsteuer (wenn weniger als 30 % recycelter Kunststoff). verwendet wird) haben zu einem stärkeren Fokus auf Recycling geführt. Dies hat zu einem höheren Verschleiß an Schnecken und Zylindern geführt. Der Schmelzfluss recycelter Kunststoffe kann aufgrund verbleibender Verunreinigungen und Feuchtigkeit erheblich schwanken. Häufig werden unterschiedliche Kunststoffe kombiniert, sodass sich der Inhalt nur schwer oder gar nicht nach Polymertyp, Farbe und Struktur trennen lässt. Beispielsweise müssen PET und PVC vollständig getrennt werden. Insbesondere bei PET bleibt die Feuchtigkeitskontrolle ein großes Problem.

Es gibt Tendenzen hin zu einem stärkeren Einsatz biologisch abbaubarer Polymere wie PVOH in Verpackungen und Bio-PP in Schläuchen für land- und forstwirtschaftliche Anwendungen. Natürliche Faserfüllstoffe wie Stärke, Zellulose, Soja und Gelatine werden aufgrund ihrer erneuerbaren Eigenschaften und geringeren Umweltbelastung zunehmend verwendet. Einige Studien haben beispielsweise ergeben, dass Holzfaserfüller in Kombination mit recyceltem PVC das recycelte Material für bis zu 5–7 Zyklen stabilisiert und die Materialfestigkeit bis zu 10–15 Zyklen verbessert.

Partikelfüllstoffe wie Glasfasern, Talk und Kalziumkarbonat bleiben jedoch weiterhin beliebt, da sie kostengünstige Verbundwerkstoffe mit größerer Festigkeit, Steifigkeit, Wärmeformbeständigkeit und Kriechfestigkeit ergeben. In der Kunststoffindustrie kann der Glasfaserzusatz zwischen 15 % und 50 % liegen, was die Verarbeitung deutlich anspruchsvoller macht: Es führt nicht nur zu einem höheren Verschleiß an Schnecken, Zylindern und Maschinenkomponenten, die mit dem Material in Kontakt kommen, sondern das Material selbst neigt dadurch auch dazu, sich schnell zu zersetzen seine höhere Viskosität und sein abrasiver Gehalt.

Für den Bediener bringt die Arbeit mit und die Kontrolle von recyceltem Material weitere Herausforderungen mit sich, wie z. B. die Verwendung unterschiedlicher Temperaturen, Schneckengeschwindigkeiten und erforderlicher Druckanpassungen. Erhöhter Verschleiß an Maschinenteilen verursacht zusätzliche laufende Kosten.

Laut PMM (Plastics Machinery & Manufacturing) verzeichnen Extruder-OEMs wie Battenfeld-Cincinnati und Coperion eine steigende Nachfrage nach Maschinen, die Biokunststoffe und recyceltes Material verarbeiten. Daher wurde die Verarbeitungslinie neu gestaltet, um den Herausforderungen der Kontamination und Entgasung (Entlüftung) gerecht zu werden ), Feuchtigkeit und Korrosion.

Beispielsweise bieten spezielle Siebwechsler mit großen Oberflächen und gleichläufig rotierenden Doppelschneckenextrudern eine größere Flexibilität, insbesondere wenn Teilzylinder verwendet werden, da belüftete Abschnitte verschoben oder hinzugefügt werden können. Dies ist insbesondere bei PET der Fall. Die Feuchtigkeit muss kontrolliert werden. Die zuvor erwähnten natürlichen Faserfüllstoffe können erhebliche Mengen an Feuchtigkeit enthalten: Biopolymere auf Stärkebasis können bis zu 12 Prozent enthalten, Zellulose und Holzfasern bis zu 8 Prozent.

Biokunststoffe sind temperaturempfindlicher, daher hat Magog Industries die Extrusionsschnecken neu entwickelt, um die Scherung zu minimieren. Diese Projekte nehmen zu, da Verarbeiter zunehmend Biopolymere (mit natürlichen oder aus Organismen stammenden Zellen) und biobasierte Polymere (teilweise oder vollständig chemisch synthetisiert) verwenden. Änderungen im Materialverarbeitungsverhalten (Rheologie) können eine Neukonstruktion der Schnecke erfordern, z. B. eine Änderung des Kompressionsverhältnisses und der Mischerkonstruktion.

Trotz bewährter Verfahren und Qualitätskontrollen kann recyceltes Material möglicherweise Probleme verursachen, z. B. wenn das Harz nicht vollständig schmilzt oder harte Fragmente Verschleiß oder Schäden an Schneckenflügeln und Zylinderbohrung verursachen. Damit Probleme möglichst früher behoben werden können, bevor es kostspielig wird, empfiehlt sich eine regelmäßige Überwachung.

Bei der Verarbeitung aggressiver Materialien werden bimetallisch gehärtete Optionen sowie spezielle Legierungsmaterialien für Schnecken und Zylinder empfohlen. Magog Industries kann auch zu Beschichtungen wie TDC (dünnes, dichtes Chrom), Keramik und Wolframkarbidspray (z. B. HVOF) beraten. Dies sind nur einige der von Magog erhältlichen Lösungen zur Unterstützung aller Verarbeiter (Compoundierung, Extrusion, Spritzguss und Blasformen). bei der Bearbeitung anspruchsvoller Materialien.

Der Vorstoß zur verstärkten Verwendung von recyceltem Kunststoff und der Verwendung von Biokunststoff wird weiter zunehmen, aber auch die Technologie entwickelt sich weiter: „De-Manufacturing“ ist ein immer wichtigeres Element bei der Produktgestaltung und -herstellung, bei dem Komponenten am Ende effektiver zerlegt und sortiert werden können Lebensphase.