Kunststoffrezyklate – das Neue nachhaltige Material

Nachhaltigkeit, Kunststoffrezyklate, Recycling

Das Recycling von Wertstoffen und der verantwortungsvolle Umgang mit Rohstoffen gehört zu unserer gesellschaftlichen Verantwortung. Kunststoffe müssen so lange wie möglich im Kreislauf gehalten werden, damit aus einem alten Produkt immer wieder ein neues werden kann. Forschende im Fraunhofer LBF haben eine umfangreiche Materialcharakterisierung der mechanischen Langzeiteigenschaften unter statischer und zyklischer Beanspruchung durchgeführt. Sie können nun Rezyklate als »das Neue nachhaltige Material« zur Verfügung stellen.

Kunststoffe sind in unserem Alltag allgegenwärtig. Dabei erfüllen sie unterschiedlichste Anforderungen, wie zum Beispiel als Lebensmittelverpackung, als Multimedia Artikel oder als hochbelastetes Strukturbauteil in technischen Produkten des täglichen Lebens und in der Mobilität. Kunststoffe lassen sich durch das Spritzgießen äußerst wirtschaftlich und in einer hohen Reproduzierbarkeit verarbeiten.

Die Herstellung von Kunststoffen benötigt neben Primärenergie der im Kunststoff als Rohöl gebunden ist, noch Sekundärenergie die als Hilfsenergie in Form von Energie, Wärme, Dampf oder Kühlwasser für verschiedene Prozesse der Umwandlung benötigt wird. Somit werden insgesamt je nach Kunststofftyp pro Kilogramm Kunststoffgranulat zwei bis sechs Kilogramm Rohöl benötigt. Daher muss mit diesen Ressourcen und Rohstoffen sorgfältig und nachhaltig umgegangen werden. Thermoplastische Kunststoffe sind durch deren molekularen Aufbau reversibel aufschmelzbar und somit recyclingfähig. Allerdings kann das reversible Aufschmelzen nicht beliebig oft durchgeführt werden, da Kunststoffe durch das mehrmalige Aufschmelzen, Scheren der Molekülketten und Durchmischen unterschiedlicher Kunststoffstoffströme gleichen Typs die mechanischen Eigenschaften im Vergleich zum Ausgangsstoff geändert werden. Zudem verändern Umgebungseinflüsse in der Gebrauchsdauer die Eigenschaften, indem Additive und Stabilisatoren abgebaut werden oder Oxidationsprozesse auftreten.

Damit Rezyklate in neuen technischen Produkten eingesetzt werden können, stellt sich den Herstellern und Produzenten die Frage: Kann das neue Rezyklatmaterial die technischen Anforderungen erfüllen?

Um diese Frage zu beantworten, haben Forschende im Fraunhofer LBF eine umfangreiche Materialcharakterisierung der mechanischen Langzeiteigenschaften unter statischer und zyklischer Beanspruchung durchgeführt. Dabei wurde ein Benchmarking des zwischen dem aktuell verwendete Neuwarenmaterial und einem Rezyklatmaterial durchgeführt.  Bei beiden Materialien handelt es sich um olypropylen gleichen molekularen Aufbaus mit gleicher Talkum Verstärkung.

Für Rezyklate bestehen im Vergleich  zu Neuware bis zu 10 % geringere Streckspannungen, E-Modul- und Schwingfestigkeitseigenschaften. Dabei liegen für die Streckdehnung bis zu 35 % geringere Kennwerte vor. Die reduzierten Eigenschaften sind nicht alleine auf das vorangegangene Bauteilleben und die mehrfache Verarbeitung zurückzuführen, sondern werden auch durch Materialmix unterschiedlicher Abfallströme aus kurz- und langkettigem Polypropylen hervorgerufen. Bei Temperaturalterung von 1.200 Stunden zeigen Neuware und Rezyklat keine Reduktion der mechanischen Eigenschaften. Das Rezyklat weißt durch die Alterung aufgrund der kürzeren Molekülketten eine stärkere Nachkristallisation auf, so dass die mechanischen Eigenschaften durch Temperaturalterung leicht erhöht sind und sich der Neuware angleichen.

Zusammenfassend weisen Rezyklate im Vergleich zu Neuware leicht reduzierte mechanische Eigenschaften auf. Diese werden nicht nur durch das vorangegangene Bauteilleben und mehrfache Verarbeitung verursacht, sondern auch durch den molekularen Aufbau der Ausgangsmaterialien des jeweiligen Abfallstoffstromes. Unter Berücksichtigung dieser Eigenschaften können Rezyklate in zahlreichen Applikationen Anwendung finden.

Ausblickend folgt nach der ausgiebigen Materialcharakterisierung die Möglichkeit zur Substitution von Neuwarenmaterial durch das Rezyklat in einem Haushaltsgroßgerät. Dies würde mit einem jährlichen Volumen von 5.000 Tonnen Rezyklat einen wichtigen Beitrag zu nachhaltigen hochbelasteten Strukturbauteilen aus Kunststoff leisten. Zukünftig stehen Rezyklate als »das Neue nachhaltige Material« dem Anwender zur Verfügung.

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