Wo bleiben Geschlossenheit und Gegenstrategie?

Auf der Jahrestagung des Fachverbands Kunststoff- und Gummimaschinen im VDMA ging es um das Thema Kreislaufwirtschaft, das zugleich Motto der K 2019 ist.

Es waren schmerzhafte Sitzungen, die da während der Jahrestagung des Fachverbands Kunststoff- und Gummimaschinen im VDMA Mitte Juni in Stuttgart abliefen. Und damit sind gar nicht mal nur die zu den düsteren Wirtschaftsaussichten gemeint. Als großes Thema stand auch die Kreislaufwirtschaft auf der Tagesordnung, zugleich Motto der bevorstehenden K 2019 in Düsseldorf. Doch damit verbunden war die Einsicht, wie weit da wirtschaftliche Realität und Erwartungen der Öffentlichkeit auseinanderklaffen.

Nie zuvor war die Wahrscheinlichkeit so groß, dass es die Kunststoffindustrie zur Messe im Oktober in die Hauptsendezeiten im TV und auf die Titelseiten der Gazetten schafft. Wäre das vor Jahren noch Grund zur Freude gewesen, steht nach dem Absturz des Kunststoff-Images diesmal die Sorge im Vordergrund, dass die Branche ein desaströses Bild hinterlassen könnte. Denn, so warnten Teilnehmer: Die Organisationen, die den Finger in die Littering-Wunde legen, arbeiten „gnadenlos effizient“ mit Emotionalisierung und Kommunikationstechniken, die ihnen die Deutungshoheit im öffentlichen Diskurs verschaffen.

Was hat die Fachbranche dem entgegenzusetzen? Sicher: ein paar Beispiele für geschlossene Kreisläufe hier, zahlreiche technische Lösungen da. Auch differenzierte Sachargumente an vielen Stellen und zunehmendes Engagement der Unternehmen in Aktionen zu weltweiter Müllbeseitigung und -vermeidung, zum Beispiel durch Verbesserung der Sammelinfrastruktur. Doch wird das reichen?

Immerhin soll ein Pavillon auf der Messe mit Thementagen als Weckruf in die Branche hineinwirken. Das scheint bitter nötig, denn noch hinterlassen Maschinenhersteller, Materiallieferanten und Kunststoffverarbeiter nicht unbedingt einen geschlossenen Eindruck – obwohl ihnen doch allen daran gelegen sein muss, dass sich Kunststoff als Material des 21. Jahrhunderts durchsetzt, wo er der sinnvollere, weil insgesamt umweltverträglichere Werkstoff ist.

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Editorial Klotz

Klotz, Karlhorst, Dr.

Kunststoff-Recycling

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Kunststoff-Aufbereitung

Kreislaufwirtschaft

Kunststoff-Dia(hr)log über technische Compounds für den Mobilitätswandel

Die Automobilbranche ist in Aufruhr und mit ihr ihre Zulieferer. Auch wenn viele Ziele für das vernetzte, automatisierte und elektrische Fahren bisher noch nicht klar sind, machten sich die Teilnehmer des 13. Kunststoff-Dia(hr)logs der Akro-Plastic bereits Gedanken über die Wege dorthin. Kunststofftechnische Fachthemen wie spezielle Anforderungen an Materialien, neue Fertigungsverfahren bis hin zu Materialprüfungen standen auf dem Programm.

Der technologische Wandel, vor dem die Automobilindustrie steht, ist des einen Freud, des anderen Leid. Da weder der genaue Weg zur „Mobilität der Zukunft“ noch das genaue Ziel aktuell klar sind, ergeben sich für technische Entwicklung jetzt ungeahnte Freiheiten.

Der technologische Wandel, vor dem die Automobilindustrie steht, ist des einen Freud, des anderen Leid. Während die Umsätze letztes Jahr zurückgingen, Fahrverbote und Emissionsgrenzen diskutiert werden und die Konzernobersten um den richtigen Kurs ringen, scheint für Ingenieure ein goldenes Zeitalter angebrochen zu sein. Viele neue Techniken, Verfahren und Materialien werden für autonomes Fahren und Co. gebraucht. Da weder der genaue Weg zur „Mobilität der Zukunft“ noch das genaue Ziel aktuell klar sind, ergeben sich für technische Entwicklung jetzt ungeahnte Freiheiten.

Kunststoffcompounds für technisch anspruchsvolle (Automobil-) Bauteile sind die Kernkompetenz der Akro-Plastic GmbH. Mitte Mai lud der Compoundeur daher Kunden, Partner und Interessierte zum 13. Kunststoff-Dia(hr)log an seinen Hauptsitz nach Niederzissen im Ahrtal ein.

Mit neuen und alten Herausforderungen der Mobilität gab Prof. Johann Tomforde vom Entwicklungsdienstleister Teamobility GmbH, Böblingen, und Mitentwickler des Smart-Fahrzeugs den anregenden Auftaktvortrag. Flexibel, erschwinglich, nachfrageorientiert, komfortabel und individuell müsse die Fortbewegung der Zukunft sein, so Tomforde. Energie- und ressourceneffizient sowie klimafreundlich sollen Städte und urbane Räume wachsen. Die Vielzahl an neuen Themen erfordere laut Tomforde eine grundlegend andere Produktentwicklung. Dabei komme es insbesondere auf transdisziplinäre Kollaborationen zwischen Automobilunternehmen und Anbietern ganz anderer Branchen an. Als Beispiel für ein sehr flexibles und variantenreiches Fahrzeugkonzept hat Teamobility auf der IAA2018 das emissionsarme, leichte Nutzfahrzeug Uccon vorgestellt (Bild 1). Als eine Art rollendes Chassis ermöglicht diese Entwicklung vielfältige Nutzszenarien.

Vielleicht bringen additive Fertigungsverfahren die gewünschte Flexibilität in die Produktion. Die bisherigen Knackpunkte lange Produktionszeit und damit auch hohe Kosten herkömmlicher Verfahren versprach Nicolai Lammert, Leiter Additive Verfahren bei der Yizumi Germany GmbH, Aachen, zu lösen. Mit Space A hat sein Unternehmen den herkömmlichen schneckenbasierten Extrusionsprozess mit einem 6-achsigen Industrieroboter kombiniert (siehe Kunststoffe 11/2018, S. 22). Damit können handelsübliche und auch gefüllte thermoplastische Compounds schichtweise zu dreidimensionalen Bauteilen aufgebaut werden. Dies zeigte Lammert am Beispiel eines Gehäuse-Bauteils aus PA6 CF30. Das 190 g schwere Produkt wird mit 6 g/min in insgesamt 31,6 min gefertigt. In detaillierten Rechnungen wurde deutlich, dass die berechneten Kosten pro Bauteil bei gleichen Voraussetzungen wesentlich niedriger sind als – im Vergleich – beim selektiven Lasersintern.

Gastgeber Akro-Plastic hat sich auf Kunststoffe mit hohen Festigkeiten und Glasfasergehalten, insbesondere bei Polyamiden (PA) spezialisiert. Hier hat besonders der anhaltende Engpass bei PA 66 die Kreativität freigesetzt und zu vielen Alternativen geführt. „Die Hydrolysestabilität von PA 66 ist bisher mit anderen Werkstoffen unerreicht“, erklärt Thilo Stier, Bereichsleiter Vertrieb und Innovation bei Akro. Mit Akromid Lite, einem Blend aus PA 6 oder 66 sowie Polypropylen, sei es aber gelungen, nach 1000 h bei 135 °C in einem Kühlmittel/Wasser-Gemisch eine Biegefestigkeit von über 25 MPa zu erreichen (VW-Norm TL 52682). Durch eine geringere Dichte und niedrigere Kosten sei das Compound außerdem auch in wirtschaftlicher Hinsicht sehr wettbewerbsfähig, so Stier.

Hydrolyse, Oberflächen und Polyester beim neuen Compounds im Fokus

Eine weitere Neuheit von Akro sind oberflächenmodifizierte Polyamid-Typen. Stier stellte diese Entwicklung an einem großvolumigen Batteriegehäuse für einen Traktor vor. Dafür wurde der Kristallisationspunkt des Compounds etwas verzögert, sodass die Schmelze mehr Zeit zur Verfügung hat, um eine gute und spannungsfreie Oberfläche auszubilden. Insbesondere bei hochgefüllten Compounds mit Flammschutzmitteln sowie bei Glasfasern und sehr niedrigen Polymeranteilen ist es Akro gelungen, eine niedrige Viskosität und gute Oberflächenqualität einzustellen. Beispiele dafür sind Bussitze (Bild 2), Pkw-Fahrradträger oder Bürostühle.

2018 ist Akro auch in die Compoundierung von Polyestern eingestiegen (siehe Kunststoffe 7/2017, S. 22). Hier soll insbesondere die Expertise im schonenden Einarbeiten von Fasern zum Tragen kommen, was bei Polybutylenterephthalat (PBT) und Polyetylenterephthalat (PET) schwierig ist. Glasfasergehalte von bis zu 50 % und Carbonfaseranteile von bis 40 % sollen damit möglich sein. Natürlich sind beim Einsatz von Carbonkurzfasern niedrigere Bauteilgewichte bei hohen Festigkeiten zu erreichen. Entscheidend bei den sogenannten „Precite“-Typen ist jedoch, dass die Polyester-Matrix deutlich günstiger als PA ist.

Nur selten gibt es von OEM-Vertretern derart tiefe und interessante Einblicke in aktuelle Entwicklungsthemen wie bei dem Vortrag von Niels Koch, Development Radar/Laser Sensors Automated Driving bei der Audi AG, Ingolstadt. Der Radar-Experte gab den Kunststofflern regelrechte Hausaufgaben und Wünsche hinsichtlich der zu entwickelnden Materialien mit. Sensoren sind für das automatisierte und vielleicht irgendwann autonome Fahren unerlässlich. Sie haben die Aufgabe, aus einem selbstfahrenden Fahrzeug alle umgebende Objekte inklusive deren Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung und Abstände um sich herum zu erfassen. Während Kameras sehr gute zweidimensionale Bilder erzeugen können, erfassen Radar-Sensoren sehr schnell und präzise Entfernungen und Abstände (Bild 3). Man braucht sie daher mindestens vorne, hinten, rechts und links am Fahrzeug, teilweise werden sie auch seitlich eingesetzt (insgesamt acht Sensoren).

Der Radar-Sensor gibt eine elektromagnetische Welle von 77 GHz ab, die an den zu detektierenden Gegenständen reflektiert und vom Sensor wieder detektiert werden. Die zahlreichen Messfühler sollen möglichst nahtlos ins Fahrzeug integriert werden, das heißt hinter Kunststoffbauteilen wie Front- und Back-end oder Kühlergrills verschwinden. „Hinter Blech funktioniert der Radar nicht“, beschrieb Koch ein Problem dabei und ergänzt, „deswegen sind hier Kunststoffe ohne viele Zusätze gefragt.“ Insbesondere Carbonfaserverstärkungen, dicke, mehrlagige Lackschichten, Metallisierungen oder hohe Füllstoffanteile stören oder verhindern das Durchdringen der Radarwellen. Genau das charakterisiert bisher oft aber die einschlägigen Exterieurbauteile. „Ich appelliere hier an die Kreativität der Werkstoffentwickler“, so Koch. Bisher seien Kunststoffe noch in keinerlei Weise für Radarwellen qualifizierbar. Deswegen machen Koch und sein Team nicht nur Anwendungsentwicklung, sondern befassen sich auch grundlegend mit neuen Prüfmethoden. Für Kunststoffe werden neue Eigenschaften wie dielektrisches Verhalten oder Permeabilität gefragt sein. Mit rund 35 W strahlt der Sensor auch Wärme ab. Sie muss entweder abgeleitet werden oder der Sensor gekühlt werden, um die einwandfreie Funktion zu gewährleisten.

Für allgemeine Heiterkeit unter den Teilnehmern sorgten hingegen ganz alltägliche Probleme wie die Verschmutzung von Fahrzeugen oder winterliche Vereisung. Denn dadurch werden die Sensoren definitiv gestört. Auch dafür sind noch keine guten Lösungen in Sicht, „außer die Fahrzeuge werden stets gründlich gereinigt“, so Koch. Der Appell an neue Werkstoffeigenschaften bzw. Bauteilkonzepte hinsichtlich Sensortransmission kam bei vielen Teilnehmern an. So groß die Unsicherheiten durch automatisiertes, vernetztes und elektrisches Fahren auch sind – eines ist sicher: Für Ingenieure sind es goldene (Entwicklungs-) Zeiten.

Bild 2. Bei hochgefüllten Compounds ist es Akro gelungen, niedrige Viskosität und gute Oberflächenqualität einzustellen. Diese Compoundtypen sind unter anderem in Bussitzen gefragt

Bild 1. Das Nutzfahrzeugkonzept Uccon wurde auf der IAA 2018 vorgestellt. Ein interdisziplinäres Team hat die variable Fahrzeug-Plattform entwickelt

Bild 3. Das Sensorfeld der Umfeldüberwachung des Audi A7 Sportback. Während Kameras ein sehr gutes 2D-Bild der Umgebung liefern,  sind Radar-Sensoren für die dritte Dimension, die Entfernung, zuständig

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Compound

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22. Altkunststofftag des bvse in Bad Neuenahr

Über 440 Teilnehmer aus elf Ländern nahmen am 22. Internationalen Kunststofftag des Fachverbands Kunststoffrecycling im bvse-Bundesverband Sekundärrohstoffe und Entsorgung e.V., Bonn, in Bad Neuenahr dieses Jahr teil – ein neuer Rekord, der die Aktualität des Themas unterstreicht.

In seiner Begrüßungsrede sah Hauptgeschäftsführer Eric Rehbock die Branche vor großen Herausforderungen, insbesondere bei der Sammlung. „Bei Störstoffgehalten von bis zu 60 % muss sich niemand über Qualitätsprobleme bei der Sortierung wundern“, kritisierte er und forderte Aufklärungskampagnen für die Bevölkerung. „Wenn man Quote und Qualität will, muss der Input anders aussehen“, hieß es kurz zuvor auch in einer Pressekonferenz anlässlich der Tagung. Allerdings bewirke auch der Druck auf die Sortieranlagen, die Quoten zu bringen, eine Verminderung der Qualität.

Um die Nachfrage nach Recyclingware zu steigern, sah bvse-Vizepräsident Herbert Snell die öffentliche Hand auch auf Bundesebene in der Pflicht: Mit „Green Procurement“, also der Beschaffung nach Umweltgesichtspunkten, könne sie einen Anschub zum Einsatz von Rezyklaten leisten, indem sie Recyclingprodukten Vorrang einräumt.

Dr. Dirk Textor, Vorsitzender des bvse-Fachverbands Kunststoffrecycling, schätzt das Aufkommen an Mischkunststoffen aus der Leichtverpackungssammlung auf 600 000 bis 750 000 t pro Jahr – der größte Mengenstrom aus der Sortierung. „Alleine mit sortenreinen Kunststoffabfällen lassen sich die Quotenvorgaben daher nicht erfüllen, solange sich das sehr wichtige ‚Design for Recycling‘ nicht durchsetzt“, so seine Folgerung. Produkte aus Mischkunststoffen spielen nach seiner Beobachtung etwa im Bau „in der gleichen Liga wie Produkte aus Holz, Beton und Stahl“ und würden dort wegen ihrer (kunst-) stoffspezifischen Vorteile eingesetzt, sodass er sich gegen die Verwendung des Begriffs „Downcycling“ in diesem Zusammenhang wandte.

Einer der Höhepunkte der Veranstaltung war die Podiumsdiskussion, auch wenn der Austausch etwas darunter litt, dass sie als Abfolge von drei paarweisen Gesprächen moderiert wurde. Nicht nur Phillip Heldt von der Verbraucherzentrale NRW nahm jedoch seine Klientel in Schutz, auch Dr. Henning Wilts vom Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie beklagte, dass die Konsumenten mangels klarer Kernbotschaften aus der Industrie kaum mehr zwischen ambitioniertem Recycling und Greenwashing unterscheiden könnten. Dr. Michael Scriba von mtm plastics warnte ebenfalls davor, dem Verbraucher im Umgang mit dem Plastikmüll zu viel aufzubürden. Stattdessen müsse man einerseits das Recyceln so einfach wie möglich machen, andererseits innerhalb der Branche die Hausaufgaben erledigen – da sei wahrlich genug zu tun.

Kommunikationsfreudiger Kongress: Podiumsdiskussionen belebten das Programm des Altkunststofftags in Bad Neuenahr 

News mit Bild

Nachhaltigkeit

Umweltmanagement

Einsatz und Wiederverwertung von TiO2 in Kunststoffprodukten

Eine aktuelle Studie liefert fundierte Daten zu Einsatz und Verwertung von Titandioxid in der Kunststoffverarbeitung und beim Recycling.

Weltweit werden jedes Jahr mehrere Millionen Tonnen Titandioxid hergestellt und unter anderem zu Kunststoffprodukten sowie Lacken und Farben, Lebensmitteln, Kosmetikprodukten oder Arzneimitteln zugesetzt. Nun erwägt die EU-Kommission, Titandioxid als Krebsverdachtsstoff einzustufen. Eine aktuelle Studie liefert fundierte Daten zu Einsatz und Verwertung von Titandioxid in der Kunststoffverarbeitung und beim Recycling.

Jährlich werden weltweit 4 bis 5 Mio. t Titandioxid (TiO2) hergestellt. Als Zusatzstoff wird die Substanz in zahlreichen unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt, unter anderem als weißes Pigment für Farbmittel und Kunststoff-Masterbatches.

Ein aktueller Vorschlag der französischen Behörde ANSES zur Einstufung von TiO2 wurde vom zuständigen Ausschuss für Risikobewertung (RAC) der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA) [2] wie folgt bewertet: „Verdacht auf krebserzeugende Wirkung“ der Kategorie 2 beim Einatmen, dies verbunden mit entsprechenden Gefahrenhinweisen.

Vor diesem Hintergrund ermittelte das Marktforschungsunternehmen Conversio Market & Strategy GmbH, Mainaschaff, die Bedeutung von TiO2 für den Kunststoffeinsatz [1]. Zentral war dabei nicht nur die Frage nach den Konsequenzen einer Einstufung von TiO2 im Anhang VI der CLP-Richtlinie (Classification, Labelling and Packaging) für Kunststoffanwendungen, sondern auch die werkstoffliche Verwertung entsprechender Kunststoffabfälle. Daher wurde ermittelt, welche Folgen sich vor allem für das Kunststoffrecycling aus einer derartigen Einstufung ergeben könnten. Diese Studie der Conversio wurde im Auftrag der BKV GmbH und der Verbände der Kunststoffwertschöpfungskette PlasticsEurope Deutschland e.V., Verband der Mineralfarbenindustrie e. V. (VdMi), Arbeitsgemeinschaft PVC und Umwelt e. V. (AGPU), Gesamtverband Kunststoffverarbeitende Industrie e. V. (GKV), Bundesverband der Deutschen Entsorgungs-, Wasser- und Rohstoffwirtschaft e. V. (BDE) sowie Bundesverband Sekundärrohstoffe und Entsorgung e. V. (bvse) durchgeführt.

Der Untersuchungsrahmen der Studie umfasst drei Teile: erstens den Einsatz von TiO2 in Kunststofferzeugnissen, zweitens die Kunststoffabfallmengen und Verwertung von TiO2-haltigen Kunststoffabfällen sowie drittens ein Marktinterview zur Bewertung einer eventuellen Einstufung durch wesentliche Akteure der Wertschöpfungskette, darunter Titandioxidhersteller, Masterbatchhersteller, Kunststoffverarbeiter sowie Recycler. Grundsätzlich können sich aus einer eventuellen Einstufung für Erzeugnisse einerseits und für Abfälle und deren Behandlung andererseits sehr unterschiedliche Rechtsfolgen ergeben. Dies hätte insbesondere Auswirkungen auf die werkstoffliche Verwertung dieser Abfälle. Denn Abfälle mit einem TiO2-Gehalt größer 1 % sind gemäß der o. g. Einstufung mit dem Gefahrenhinweis H351 „Kann vermutlich Krebs erzeugen“ als gefährlich zu kennzeichnen. Die Verwertungsanlagen, die heute solche Abfälle annehmen, sind in der Regel nach Baurecht genehmigt; sie dürfen jedoch gefährliche Abfälle nicht annehmen.

Die Studie untersucht einerseits, welche Mengen an TiO2 gegenwärtig in Kunststofferzeugnissen zum Einsatz kommen, und andererseits welche Abfallströme, insbesondere für Erzeugnisse mit einem TiO2-Gehalt größer 1 %, relevant sind.

Im ersten Teil der Studie stehen dabei die größten Anwendungsbereiche Verpackung und Bau im Vordergrund. Für die weiteren Abnehmerbranchen erfolgt eine summarische Betrachtung.

Im zweiten Teil werden zunächst die Anwendungsgebiete den für sie relevanten Abfallströmen zugeordnet und dann die Abfallströme hinsichtlich ihres TiO2-Gehalts quantifiziert. Hierbei werden lediglich Abfälle aus dem Post-Consumer-Bereich betrachtet (Bild 1).

In Teil drei der Studie werden einzelne Akteure hinsichtlich einer eventuellen Einstufung aus technischer Sicht bewertet.

Fachinterviews entlang  der Wertschöpfungskette

Um die eingesetzten TiO2-Mengen in der Kunststoffverarbeitung zu ermitteln, stützt sich die Untersuchung zum einen auf die verarbeiteten Kunststoffmengen, zum anderen wurden die TiO2-Konzentrationen für unterschiedliche Anwendungen bestimmt. Hierzu wurden mit wesentlichen Akteuren entlang der Wertschöpfungskette rund 50 Fachinterviews geführt. Im Vordergrund standen die Anwendungsbereiche Verpackung, Bau, Fahrzeuge, Elektro-/Elektronik und Produkte für Gartenbau, Land- und Forstwirtschaft. Für die Applikationen Verpackung, Bau, Automobil und Elektro erfolgte darüber hinaus eine weitere Differenzierung in wesentliche Produktgruppen.

Die Berechnungen der Kunststoffabfallmengen und der TiO2-Gehalte wurden hinsichtlich dreier Untersuchungsebenen durchgeführt:

<ul><li>Betroffene Kunststoffabfallmengen, basierend auf Applikationen</li><li>Betroffene Kunststoffabfallmengen, basierend auf ausgewählten Abfallschlüsselnummern</li><li>Kunststoffabfallmengen, basierend auf ausgewählten Anfallorten.</li></ul>

Zur Bewertung der „Brutto“-Kunststoffabfallmengen auf Applikationsebene wurden die Berechnungen der Conversio-Studie „Stoffstrombild Kunststoffe in Deutschland 2017“ [3] zugrunde gelegt. Die Auswahl der Abfallschlüsselnummern erfolgte in Abstimmung mit der projektbegleitenden Expertengruppe. Hierbei wurden insbesondere Abfallschlüsselnummern ausgewählt, die für den Verpackungs- und Baubereich relevant sind.

TiO2-Verbrauch in Kunststoffanwendungen und -abfällen

In Deutschland wurden 2017 etwa 142 kt TiO2 in 14,37 Mio. t Kunststoffprodukten verarbeitet. Der export- und importbereinigte Verbrauch in Deutschland beläuft sich auf insgesamt circa 11,81 Mio. t Kunststoffe mit etwa 120 kt TiO2. Die verarbeitete Menge von TiO2 in Kunststoffverpackungen beläuft sich auf circa 37 kt, im Baubereich auf circa 52 kt, im Elektro- und Elektronikbereich auf circa 11 kt und für die Bereiche Fahrzeuge, Landwirtschaft und Sonstiges auf insgesamt 42 kt. (Bild 2). Die Menge an Kunststoffprodukten mit TiO2-Gehalten größer 1 % beträgt ungefähr 7 Mio. t, die Menge mit TiO2-Gehalten kleiner 1 % entsprechend etwa 7,4 Mio. t, knapp die Hälfte der in Deutschland verarbeiteten Kunststoffprodukte haben TiO2-Gehalte über einem Prozent.

In Deutschland wurden im Jahr 2017 circa 5,2 Mio. t Kunststoff-Endverbraucherabfälle erfasst und zu 99,3 % verwertet. Diese Kunststoffabfälle enthalten insgesamt circa 46 kt TiO2 (0,9 %). Im Verpackungsbereich wurden etwa 3,1 Mio. t Kunststoffabfälle verwertet, welche insgesamt ungefähr 28 kt TiO2 (0,9 %) enthalten. Dabei weist etwa die Hälfte aller Verpackungsabfälle TiO2-Gehalte größer gleich 1 % auf. Im Baubereich fallen nahezu 500 kt Kunststoffabfälle an, die einen durchschnittlichen TiO2-Gehalt von 1,1 % aufweisen (6 kt TiO2). Der überwiegende Anteil ist dabei in Profilen, vor allem in Fensterprofilen, gebunden. Die weiteren kunststoffrelevanten Abfallströme enthalten circa 14 kt TiO2, wobei die Konzentration an TiO2 in einzelnen Fällen, etwa bei weißer Ware oder Landwirtschaftsfolien, die Grenze von 1 % übersteigt (Tabelle 1).

Eine vertiefte Betrachtung der relevanten Abfälle erfolgte für die Bereiche Verpackungs- und Bauabfälle. Hierzu wurden die für Kunststoffe relevanten Abfallschlüsselnummern identifiziert und die Kunststoffgehalte bestimmt (Tabelle 2). Durch Sortierung, Trennung und Aufbereitung von Leichtverpackungen (LVP), etwa durch Aussortierung transparenter Folien, kann es punktuell zur Aufkonzentration von Kunststoffabfällen mit TiO2-Gehalten ≥1 % kommen. In den weiteren Prozessen mit Nachsortierung, Kunststoffartentrennung, Farbsortierung usw. können bestimmte sortierte Fraktionen wie beispielsweise Polyethylen (PE), Polyproylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET) und Polystyrol (PS) höhere TiO2-Gehalte enthalten (1–3 %). Diese Fraktionen machen ungefähr 400 kt der LVP-Verwertung aus.

Im Baubereich fallen etwa 500 kt Kunststoffbauabfälle an. Diese enthalten circa 6 kt TiO2, davon die Hälfte in Profilen bzw. PVC-Fensterprofilen. Das Recycling von PVC-Fensterprofilen liegt mit > 60 % über den Recyclingquoten der restlichen Bauabfälle. Über 90 % aller verwerteten Kunststoffprofilabfälle weisen einen TiO2- Gehalt ≥1 % auf.

Einschätzung seitens  der Marktbeteiligten

Der dritte Teil der Studie widmet sich der Einschätzung von Marktbeteiligten im Hinblick auf die Ersetzbarkeit von TiO2 in Kunststoffanwendungen. Häufig wurde genannt, dass TiO2 in vielen Bereichen alternativlos ist. Es ist kein besser zu verarbeitendes (z. B. aufgrund des hohen Schmelzpunkts) und vor allem unkritischeres Material mit besserer Deckkraft beziehungsweise Aufhellungs- und Glanzeigenschaften bekannt. Andere Pigmente müssten in deutlich höheren Konzentrationen eingesetzt werden als TiO2 und sind schwieriger zu verarbeiten. In Kunststoffen ist Titandioxid in einer Matrix eingebettet. In der Studie etwas weniger oft genannt wurde das Argument, dass die Verarbeitung von Masterbatches mit TiO2 unproblematisch ist. Bei PVC-Fensterprofilherstellern erfolgt die Verarbeitung von TiO2 typischerweise als Pulver mit entsprechenden Schutzvorkehrungen wie Filter- und Abluftsystemen.

Sowohl in der Kunststoffverarbeitung als auch in der Abfallentsorgung, vor allem beim Recycling, werden seitens der für die Studie befragten Unternehmen massive Einschränkungen erwartet, falls TiO2 mit „Verdacht auf krebserzeugende Wirkung“ eingestuft werden sollte. Dies betrifft insbesondere etablierte Märkte des Recyclings sortierter Kunststofffraktionen aus der LVP-Sammlung sowie Kunststoffe aus Bauanwendungen, wie z. B. Fensterprofile. Dadurch wären sowohl gesetzlich geforderte Recyclingquoten betroffen als auch das freiwillige Engagement der Kunststoffindustrie zur Kreislaufwirtschaft. Alternativen zu Titandioxid gibt es nicht.

[1] Conversio Market & Strategy GmbH, Titandioxid in Kunststoffen – Analyse der Kunststoffverarbeitung, der Kunststoffabfallmengen und der Verwertung von Kunststoffabfällen in Deutschland 2017, Mainaschaff (2019)

[2] ECHA, Titanium dioxide proposed to be classified as suspected of causing cancer when inhaled

[3] Conversio Market & Strategy GmbH, Stoffstrombild Kunststoffe Deutschland 2017, Mainaschaff (2018)

Bild 1. Im Rahmen der Studie wurden u. a. die Abfallströme hinsichtlich ihres TiO2-Gehalts qualifiziert. Lediglich Abfälle aus dem Post-Consumer-Bereich wurden betrachtet [1]

Bild 2. Titandioxid-Einsatz in der deutschen Kunststoffverarbeitung [kt] [1]

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Ulrich Schlotter befasst sich seit mehr als 30 Jahren in unterschiedlichen Positionen mit dem Thema Kunststoffverwertung. Auf dem Gebiet der rohstofflichen Verwertung von Kunststoffen betreute er die Großversuche bei der SVZ zur Verwertung kunststoffreicher Abfallströme aus dem technischen Bereich. Dr. Ingo Sartorius ist Geschäftsführer des Verbandes PlasticsEurope Deutschland e.V. in Frankfurt/Main. Er leitet das technische Ressort Mensch und Umwelt seit 2008.

Farbstoffe und Pigmente

Additive

Verbände, Institutionen, Messen

Farbstoffe

Umweltschutz

Individuelle Farbrezepturen für Polymere aller Art in technisch anspruchsvollen Anwendungen

Kunststoffe können durch Flüssigfarben, Masterbatches oder fertige Pigmentmischungen eingefärbt werden. Bei hochgefüllten technischen Compounds, etwa mit Flammschutzmitteln, Glasfasern oder Schlagzähmodifikatoren, stoßen diese Methoden jedoch an ihre Grenzen. Besonders in Elektro und Elektronik oder in Hochvoltsteckern für Elektrofahrzeuge sind helle Signalfarben gefragt. Genau darauf hat sich die Bada AG spezialisiert.

Das Einfärben von hochgefüllten technischen Compounds ist schwierig. Besonders in Elektro und Elektronik oder in Hochvoltsteckern für Elektrofahrzeuge sind aber helle Signalfarben gefragt. Genau darauf hat sich die Bada AG spezialisiert.

In technischen Anwendungen steigen und diversifizieren sich die Anforderungen an die eingesetzten Materialien immer weiter. So müssen Kunststoffe beispielsweise hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften, Temperaturbeständigkeiten und Brandeigenschaften leistungsfähiger werden. Zahlreiche Additive und Zusatzstoffe modifizieren daher die Eigenschaften von Compounds. Auch Farben kommen dabei zum Einsatz. Grund dafür sind nicht nur ansprechende Gestaltungen, sondern in technischen Bereichen beispielsweise auch besondere Alleinstellungsmerkmale etwa über eine Firmenfarbe oder, ganz praktisch, die bessere optische Zuordnung von Steckerpaaren.

Die Bada AG, Bühl, ist seit über 20 Jahren auf das Einfärben komplexer Compounds spezialisiert (siehe Infokasten). Ihre eingefärbten Materialtypen sind in vielen Marktsegmenten im Einsatz, etwa in Elektro und Elektronik über Haushaltsgeräte, Medizin und Hygiene bis hin zu vielfältigen Anwendungen im Automobil und der Fahrzeugtechnik. Als Grundpolymere für farbige Compounds sind fast alle Materialien einfärbbar, unabhängig von Polymer, Füllstoffen etc. So sind weiche Werkstoffe wie die thermoplastischen Elastomere Badaflex TPE-S genauso wie Polyamidtypen (Badamid) und Polybutylenterephthalat (Badadur) bis hin zu Hochleistungskunststoffen wie PEEK (Badatech HT) in bunten Versionen erhältlich (Titelbild). Das Maßschneidern eines Kunststoffcompounds endet dabei schon lange nicht mehr nach der Zusammensetzung der Grundrezeptur. Vielmehr müssen auch Verarbeitung und spätere Anwendung immer im Blick sein. Das gilt auch für das Einfärben eines Materials. Eine richtige Farbe in der späteren Anwendung ist nicht allein durch den Einsatz von Pigmenten zu erreichen.

Füllstoffe und Verarbeitung beeinflussen Farben und anders herum

Eine anwenderspezifische Farbeinstellung beginnt zunächst mit einer individuellen Mischung von Pigmenten (Bild 1). Trotz Schwankungen in den Farben der eingesetzten Rohstoffe gewährleistet die angepasste Pigmentmischung am Schluss, dass immer die gleiche Farbe entsteht. Bei jeder produzierten Materialcharge messen die Mitarbeiter die Farbe gegen das in digitaler Form vorliegende Urmuster. Das gibt die Sicherheit, dass auch nach Jahren die Farbe noch zuverlässig passt.

Die eingesetzten Pigmente müssen sowohl für das ausgewählte Grundmaterial als auch für die entsprechenden Modifizierungen geeignet sein. Nicht nur das Rohpolymer, sondern auch fast alle weiteren Rezepturbestandteile wie Flammschutz, Glasfasern, Modifikatoren und Additive, haben eine Eigenfarbe. Eine gute Farbeinstellung berücksichtigt diese Einflüsse entsprechend. Knallig helle Farben sind dabei grundsätzlich anspruchsvoller als gedeckte Farbtöne. Gerade Hochtemperatur-Kunststoffe fordern besondere Aufmerksamkeit: Denn je höher die benötigte Verarbeitungstemperatur ist, desto wichtiger ist die Auswahl der passenden Pigmente. Bei zu geringer chemischer Stabilität der Pigmente kommt es ansonsten zu einer unerwünschten Verfärbung während der Verarbeitung. Insbesondere Verarbeitungstemperaturen oberhalb von 300 °C setzen brillanten Farben daher ihre Grenzen. Umgekehrt ist zu beachten, dass Farbpigmente die Materialeigenschaften beeinflussen. Dementsprechend sind die mechanischen Eigenschaften und vor allem die Brandeigenschaften von eingefärbten Typen zu überprüfen.

Praxisbeispiel: Elektrogehäuse  in Enzianblau

Anwendungen in der Elektro- und Elektronikindustrie sind hinsichtlich ihrer Farben sehr speziell. Hier haben Farben in der Praxis wichtige Funktionen, etwa für die richtige Elektro-Installation oder als Warnung vor hohen Stromstärken. Für eine reibungslose Zulassung elektronischer Baugruppen wird von den eingesetzten Kunststoffen meist eine UL-Listung („yellow card“) gefordert. Diese Listung ist normalerweise nur gültig, wenn bei der Verarbeitung keine Zusätze zum Kunststoff-Granulat hinzugefügt werden. Somit ist ein Einfärben mittels Farb-Masterbatch an der Spritzgießmaschine nicht möglich. Durch den Einsatz durchgefärbter Materialien mit einer „All Colors“-Listung können trotzdem farbige Teile hergestellt werden. Denn bei diesen Materialien wird die Flammklasse bei jeder Produktionscharge vom Hersteller im Labor geprüft.

Aufgrund der meist geforderten UL-Listung ist ein Einfärben mittels Masterbatch an der Spritzgießmaschine oft nicht möglich. Bada bietet hierfür die nach Kundenvorgabe eingefärbten Flammschutz-Compounds mit UL-Listung nach UL94-V0 an:

<ul><li>Badamid UL A703 GF20 bis GF35 FR HF HH</li><li>Badamid C70 FR HF HH</li><li>Badamid BA70 FR HF HH</li><li>Badamid B80 FR HF HHC</li><li>Badalac UL ABS 30 FR01</li><li>Badaflex UL TPE-S 40A bis 90A FR01</li></ul>

Der konkrete Weg einer Farbeinstellung wird im Folgenden am Gehäuse eines Hauptschalters aus dem Polyamid Badamid UL A703 GF20 FR HF demonstriert (Bild 2). Dabei sollte der Farbton Enzianblau 406 eingestellt werden. Aufgrund der vom Kunden genannten Anforderungen (Halogenfreiheit, Flammklasse UL94-V0 ab 0,8 mm Wandstärke, Kriechstromfestigkeit: CTI 600 V, Glühdraht: GWIT 750 °C und GWFI 960 °C, Temperatur-Indices: RTI elec und RTI str mindestens 120 °C, Zug-E-Modul von mindestens 6000 MPa) fiel die Wahl auf das UL-gelistete Badamid UL A703 GF20 FR HF. Dieser Werkstoff ist ein flammgeschütztes PA 66 mit 20 % Glasfaserverstärkung. Entsprechend der Farbvorlage vom Kunden wurde intern eine Farbrezeptur für Enzianblau erstellt (Bild 3). Nur mit viel Know-how ist aus den über 100 Pigmenten die richtige Kombination zu finden, damit die Farbe auch am fertigen Bauteil der Vorgabe entspricht. Im nächsten Schritt werden Probemischungen aus Grundmaterial und den ausgewählten Pigmenten erstellt sowie auf dem Laborextruder zu eingefärbtem Granulat verarbeitet. Daraus werden Musterplatten spritzgegossen, die im Farbmessgerät eingelesen und mit der Farbvorlage verglichen werden. Mögliche Farbabweichungen korrigieren die Mitarbeiter durch Rezepturanpassungen.

Probemischungen, die farblich korrekt sind, werden im Labor hinsichtlich der mechanischen, chemischen und Brand-Eigenschaften geprüft. Wenn auch diese Eigenschaften den Vorgaben entsprechen, bekommt der Verarbeiter diese Compound-Mischung für Versuche an den Bauteilen. Passt die Farbe der Mustermenge, so kann diese freigegeben werden. Andernfalls wird die Farbrezeptur entsprechend variiert und der Kreislauf aus Pigmentmischung, Musterplatten und Farbmessungen intern erneut gestartet. Da Farbe und Oberfläche von Bauteilen auch durch die Verarbeitung beeinflusst werden, bietet Bada auch eine technische Unterstützung vor Ort an. So sind gemeinsam mit dem Verarbeiter Prozessparameter an der Spritzgießmaschine anpassbar. Beim Elektronik-Bauteil aus Badamid UL A703 GF20 FR HF enzianblau 406 konnten damit Maßhaltigkeit, Oberflächengüte und Farbe deutlich verbessert werden. Der Kunde gab das Material nach anschließender Prüfung der relevanten Eigenschaften frei.

Helle Farben, auch in technischen  Automobil-Bauteilen

Ein weiteres Segment mit einer großen Variation an Farben ist die Automobilindustrie. Gerade an Kunststoffbauteile im Automobilinnenraum werden sehr hohe Ansprüche gestellt. Die Materialien wie Badamid B70 GF30 H UV (PA 6 mit 30 % Glasfasern), Badalac ABS 20 HH (hochwärmeformbeständiges ABS) und Badalac ASA/PC 120 H UV AS (antistatisch ausgerüstetes ASA+PC-Blend) sind in diesem Bereich im Serieneinsatz. Bei den Farben handelt es sich dabei meist um Varianten von Schwarz, Grau, Braun und Beige, oft in Kombination mit Chrom-Optik. Für einen guten Eindruck vom Innenraum müssen die Farben von nebeneinander verbauten Bauteilen zusammenpassen. Das ist vor allem dann besonders anspruchsvoll, wenn diese aus unterschiedlichen Grundpolymeren und/oder Füllstoffen bestehen. Durch entsprechende farbliche Anpassung der verschiedenen Materialien wird die entstehende Metamerie ausgeglichen und ein optisch gleicher Farbton erreicht. Dies kann auch bei 2K-Anwendungen mit Hart-/WeichKombinationen erreicht werden.

Immer wieder fragen Kunden nach hellen, bunten, knalligen Farben wie Gelb, Orange und Rot. Über die Auswahl des entsprechenden Kunststoffs sind dabei Oberflächen von matt bis hochglänzend realisierbar. Basierend auf transparenten Polymertypen wie Badamid PPA H UV, Badamid PPA/PA 66 S2 und Badaflex TPE-O 90A 5546 UV sind Tiefeneffekte wie zum Beispiel Klavierlack-Schwarz zu erreichen. Dabei ist die Farbpalette aber nicht auf Schwarz beschränkt, grundsätzlich ist das ganze Spektrum an Farben möglich. Als transparente Einstellungen leisten diese Typen ihren Beitrag in der Verteilung von Licht im Innenraum.

Durch die Elektromobilität wird im Automobilbereich inzwischen das „Hochvolt Orange“ (ähnlich RAL2003) eine neue Herausforderung. Da der Motor von Elektro-Fahrzeugen mit bis zu 600 V oder bald bis 1000 V Wechselspannung betrieben wird, ist die Kennzeichnung der entsprechenden Komponenten durch die Warnfarbe Orange in Hybrid- und Elektroautos Pflicht. Von Bada sind in RAL 2003 bereits die Materialien Badamid UL A703 GF30 FR HF und Badamid B80 GF15 FR HF lieferbar. Weitere Typen werden folgen.

Ausschnitt aus dem „Farbschatz“. Dabei handelt es sich um die Sammlung der Musterplatten aller bisher eingestellten Farben

Bild 1. Damit die Compounds trotz Additiven und Verarbeitungseinflüssen in der späteren Anwendung die richtigen Farben haben, werden individuelle Pigmentmischungen angesetzt. Standardmäßige Farb-Masterbatches sind dafür nicht präzise genug

Bild 2. Für ein Gehäuse von Elektroschaltern, die vor allem im Bereich des Maschinenbaus zum Einsatz kommen, wurde in einem flammgeschützten Polyamid 66 mit 20 % Glasfaserverstärkung der Farbton Enzianblau 406 eingestellt 

Bild 3. Die Farbe Enzianblau wird aus den im Bild gezeigten verschiedenen Pigmenten abgemischt

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Christian Attig ist in der anwendungstechnischen Marktentwicklung der Bada AG, Bühl, tätig; <a href="mailto:attig@bada.de">attig@bada.de</a>

Seit 1998 fertigt die Bada AG, Bühl, hochwertige technische Thermoplaste und thermoplastische Elastomere für unterschiedliche Branchen wie Automobil, Elektronik, Sport und Freizeit, Bau, Möbelherstellung, Medizintechnik und Haushaltswaren. Die 175 Mitarbeiter entwickeln mit modernen Produktionsverfahren und effizienten Abläufen Compounds mit anwendungsspezifischen Eigenschaften. Kürzlich wurde in eine neue, moderne Extrusionslinie investiert, die mit ihrem flexiblen Aufbau besonders für die Compoundierung von Spezialitäten geeignet ist. Die maßgeschneiderten Werkstoffe werden durch das große Vertriebsnetz auf kurzen Wegen in die ganze Welt geliefert. 2005 eröffnete in Spanien die Niederlassung Bada Hispanaplast S.A, Huesca. Gemeinsam erwirtschaften die beiden Unternehmen einen Umsatz von 90 Mio. EUR pro Jahr.

Masterbatches

Additiv-Konzentrate

Die Trendfarben von Grafe werden zusammen mit dem Verein „Jugend gegen Aids“ vorgestellt

Nicht nur eine sehr spezielle Präsentation, sondern auch einen guten Zweck hatten die Farbexperten von Grafe bei ihrer diesjährigen Color-Preview im Sinn. In Zusammenarbeit mit einer Jugendinitiative ist eine mutige und informative Kampagne entstanden. 2020 werden die Farben natürlicher und pastelliger mit einem Disco-Revival von Pink, Violett und Gold.

Nicht nur eine sehr spezielle Präsentation, sondern auch einen guten Zweck hatten die Farbexperten von Grafe bei ihrer diesjährigen Color-Preview im Sinn. In Zusammenarbeit mit einer Jugendinitiative ist eine mutige und informative Kampagne für die Farbvorschau 2020 entstanden.

Farben begleiten uns überall, haben seit jeher eine große Bedeutung und spiegeln den Zeitgeist wider. Sie sind so vielseitig und aufregend wie das Leben selbst. Darüber hinaus lösen Farben Emotionen und Stimmungen aus, die Einflüsse auf die Psychologie der Menschen haben. Farben wirken, ob man will oder nicht. Sie beeinflussen, manchmal ganz bewusst, unser Wohlbefinden, Denken und Handeln.

Die Grafe Advanced Polymers GmbH, Blankenhain, präsentiert mit ihrer aktuellen Farbvorschau (Color Preview) nicht nur die Trendfarben der kommenden Saison 2020, sondern leistet in Kooperation mit der Initiative „Jugend gegen Aids“ auch wichtige Aufklärungsarbeit. Anlässlich des 10. Geburtstages der internationalen Aufklärungsinitiative Jugend gegen Aids (JGA) stellen Grafe und JGA ihre bunte Aufklärungskampagne „one decade with love, respect and condoms“ in einem Kalender vor. Er zeigt die am häufigsten vorkommenden sexuell übertragbaren Krankheiten grafisch in den aktuellen Trendfarben visualisiert – jeden Monat ein Erreger, vor dem man sich mit Kondomen schützen kann.

Die Erfolgsgeschichte von JGA begann 2010, als eine kleine Gruppe engagierter Hamburger Schüler die Initiative ins Leben rief. Mit der Gründung des Projekts „Positive Schule“ fiel der Startschuss für die heute sehr erfolgreiche Aufklärungsarbeit an Schulen. In den „Jugend gegen Aids“-Akademien werden Interessierte ausgebildet, die so den Aufklärungsunterricht an Schulen übernehmen können. Auch auf Festivals, Events sowie mit großen Öffentlichkeitskampagnen setzt sich JGA für eine vielfältige und aufgeklärte Gesellschaft ein, in der Sexualität kein Grund für Ausgrenzung, Angst und Stigma ist.

Als 2015 der Beirat gegründet wurde, übernahm Bundespräsident Dr. Frank-Walter Steinmeier persönlich die Schirmherrschaft des Vereins. JGA wächst seither stetig, wurde international, und immer mehr Jugendliche engagieren sich für die Grundwerte von JGA. Gemeinsam mit ausländischen Interessensgruppen organisiert der Verein immer mehr Aktionen. Meilensteine der internationalen Arbeit waren auch der Zuspruch durch große Organisationen weltweit, wie UNAIDS und der World Health Organisation. Mittlerweile ist die Initiative bei den wichtigsten Aids-Konferenzen auf dem ganzen Globus nicht mehr wegzudenken.

Sowohl in Deutschland als auch international sind mangelnde sexuelle Aufklärung und damit einhergehende Folgen eine große Herausforderung für junge Generationen. Die Zahl der Infektionen mit HIV und anderen sexuell übertragbaren Krankheiten nimmt stark zu. Viele junge Menschen sind unzureichend über die Gefahren von ungeschütztem Geschlechtsverkehr und Sorglosigkeit aufgeklärt. Für Betroffene bedeutet dies nicht selten Ausgrenzung und Benachteiligung im täglichen Leben. Deshalb unterstützt Grafe die internationale Aufklärungsinitiative JGA, um auf vergessene Themen, wie HIV und andere sexuell übertragbare Krankheiten, aufmerksam zu machen.

Die Idee für die Zusammenarbeit entstand bei der Vorstandstagung der JGA im Spa & Golf Resort Weimarer Land, dessen Inhaber Grafe-Geschäftsführer Matthias Grafe ist (Bild 1). Das Resort unterstützt den Verein und stellt regelmäßig seine Räume für Meetings, Workshops und Veranstaltungen von JGA zur Verfügung. In diesem Jahr wurde die Kooperation durch die farbstarke Kampagne ausgebaut. Der jährlich erscheinende Grafe-Kalender, in dem jeden Monat eine neue Trendfarbe präsentiert wird, widmet sich dem JGA-Anliegen. Er soll die Aufklärungsinitiative fördern und Interesse bei Entscheidern aus der Industrie wecken, um das Netzwerk von Unterstützern weiter auszubauen. Der Kalender wird auf zahlreichen Veranstaltungen unter anderem beim STI & HIV 2019 World Congress in Vancouver und über Social-Media-Kanäle durch Influencer präsentiert.

Die Vorschau fürs kommende Jahr zeigt ein Arsenal voller ausdrucksstarker Farben und faszinierender Effekte. Die Designer der Trendfarben im Grafe-Design-Center verknüpften 12 grafisch aufbereitete Mikroskopaufnahmen der häufigsten sexuell übertragbaren Krankheitserreger mit der Farbvorschau. Mit dabei auch weniger bekannte Erreger, von Syphilis, HPV (Bild 2) und Aids, bis Trichomoniasis, Ulcus Molle (Bild 3), Lymphogranuloma Venereum. Auf jedem Kalenderblatt wird eine der „sexually transmitter diseases“ mit Symptomen, Krankheitsverlauf, Diagnostik sowie Therapieansätzen beschrieben. Die kontrastreiche Palette von natürlichen bis künstlichen Farbtönen regt zum Nachdenken an. Das Druckwerk ist mit einer Auflage von 300 Stück limitiert und soll Aufklärungsmittel sowie Designobjekt zugleich sein. Über 10 000 individuelle Farbkreationen werden pro Jahr im Grafe-Design-Center für die Kunden in aller Welt angefertigt.

Organische und natürliche Elemente inspirieren

Die Farbpalette für 2020 ist gefüllt mit naturellen Tönen. Lebendiges Blau und Grün bleiben in Nuancen erhalten. Blau tendiert in Richtung frostiger Tau-Töne und Winterhimmelblau. Bei Grün neigt die Farbgebung zu verblichenem gelbstichigem Grün, welches in manchen Anmutungen ebenfalls dunkle Nuancen mit Gold aufzeigt. Die Inspiration von organischen und natürlichen Elementen wird nächstes Jahr einen großen Einfluss haben. Natürliche Materialien erwachen und erleben eine Kraft von Technik. Farben wie Rosé, Blau und Grau erscheinen klar und prägnant und wollen sich in ihrem Minimalismus neu erfinden. Sie werden aktiv und zeigen sich teilweise transparent. Kontrastiert wird das Ganze durch elementare Kombination aus beispielsweise leuchtendem Rot und sanftem dunklem Türkis. Sie rufen starke Effekte hervor und wirken zusammen.

Ein unübersehbarer Einfluss ist Weiß in soften und frostigen Tönen. Es verändert sich stetig und nimmt den Betrachter mit auf eine Reise durch die Natur und Ethik. Die Tiefe von Weiß wird sehr ausgeprägt dargestellt werden. Ob durch Abschattierungen von Blau oder Gelb hin zu wiederscheinenden Effekten, die sich wiederfinden. Mattheit übt hier ebenso eine große Dominanz aus.

Pastellfarben haben ihre Erneuerung in mehr Sättigung gefunden. So zeigen sich Materialien in kolossaler Strahlkraft und Sinnlichkeit. Hier kommt Mint vor allen zur Geltung. Eine kurze, dennoch starke Wirksamkeit wird durch einen Rückblick auf das Jahr 2000 gegeben. Die Disco-Zeit wird ihr Revival feiern. Dafür kommen starke Farben zur Geltung. Vor allen Pink, Violett und Gold. Dunkle gedämpfte Töne zeigen sich durch meisterhafte Beleuchtung bzw. rätselhafte Ausleuchtung. Hier spielt Licht eine entscheidende Rolle. Normale Materialien in Schwarz und Braun entwickeln auf diese Weise mystische Schatten. So werden klassische Traditionen mit neuer Atmosphäre belegt. Für das Jahr 2020 werden metallische Farben zunehmend kraftvoller und exklusiver. Hier kommt dem kräftigen Granat eine wichtige Rolle zu. Es entsteht eine neue Form von Sinnlichkeit im Zusammenspiel mit Luxus und starken Farben. Ein tiefes Grün mit leichtem Goldschimmer erweckt hier viel Aufsehen.

Bild 1. Geschäftsführer Matthias Grafe (links) und Roman Malessa (rechts), Generalsekretär und Sprecher von Jugend gegen Aids, wollen mit der Farb-Vorschau ein Zeichen setzen

Bild 2. Die Januar-Farben Sticky Berry, Blush und Eros werden anhand  des humanen Papillomavirus (HPV)-Virus präsentiert. Er kann Gebärmutterhalskrebs hervorrufen. Das Motiv wurde von Mikroskopiebildern  inspiriert

Bild 3. Ulcus Molle Haemophilus Ducreyi ist ebenfalls ein häufig übertragbarer Erreger. Die dargestellten Blautöne One Night und Quick Blue werden 2020 natürlicher und lebendiger

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Stefanie Theuerkauf ist Head of Sales D-A-CH und Brand Manager der Grafe Advanced Polymers GmbH, Blankenhain; <a href="mailto:stefanie.theuerkauf@grafe.com">stefanie.theuerkauf@grafe.com</a>

Farbkonzentrate (Batches)

Einfärben

Transparente Kunststoffe mit  dezenter Veredlung

Masterbatches Lifopal mit Frosteffekt und Lichtdiffusor

LEDs können immer kostengünstiger und platzsparender verbaut werden. Deswegen werden sie in Fahrzeugen oder Konsumgütern auch als ästhetisches Designelement verwendet. Neben der reinen Beleuchtung sind mittlerweile auch verschiedene Effekte und Funktionen integrierbar, wie ein lichtstreuendes Masterbatch zeigt.

Neben der reinen Beleuchtung sind in LEDs mittlerweile auch verschiedene Effekte und Funktionen integrierbar, wie ein lichtstreuendes Masterbatch zeigt.

Die Lifocolor Farben GmbH & Co. KG, Lichtenfels, erweitert mit ihrem neuen Additiv-Sortiment Lifopal mit speziellem Frosteffekt ihr Produktsortiment. Die Additiv-Masterbatches können hochtransparente Kunststoffe wie Polymethylmethacrylat (PMMA), Styrol-Acrylnitril (SAN), Polycarbonat (PC) und Polyethylenterephthalat (PET) lichtstreuend ausrüsten. Dabei wird weder die Oberflächenstruktur verändert noch die Lichtdurchlässigkeit eingeschränkt. Gleichzeitig werden störende Lichtpunkte („Hot Spots“) vermieden. Das neue Additiv-Masterbatch Lifopal ermöglicht es, transparente Polymere ähnlich dem Milchglas- oder Frosteffekt im Glas „vereist“ erscheinen zu lassen.

Die Masterbatches sind aufgrund ihrer Eigenschaften für Streuscheiben, Lampenabdeckungen, Bauplatten und -profilen sowie für dekorative Verpackungen, insbesondere die der Kosmetikindustrie, geeignet.

Für effektvolle Anwendungen mit „coolen“ Frosteffekten im dekorativen Bereich, zum Beispiel für die Verpackungsbranche, sind die Produkte der Lifopal-Serie mit ihren funktionalen und technischen Eigenschaften geeignet. Sie ermöglichen es auch, Kunststoffe mit ausgefallenen Pastelltönen individuell farblich anzupassen und bieten damit eine Vielzahl an optisch außergewöhnlichen Designvarianten. Mit dem neuen Produkt lassen sich insbesondere Gläser, Flaschen, Tiegel und Dosen für die Kosmetikindustrie mit ganz besonderem Charme herstellen.

Mit den beschrieben Eigenschaften sind die Produkte besonders für den wachsenden LED-Markt von Interesse. LEDs weisen zwar eine erheblich längere Lebensdauer bei gleichzeitig deutlich geringerem Energieverbrauch im Vergleich zu konventionellen Leuchtmitteln auf, allerdings ist ihr Licht sehr intensiv und starr und wird deshalb vom menschlichen Auge als besonders unangenehm empfunden. Wird aber die Lichtstrahlung der LEDs mit Platten oder Profilen abgedeckt, entstehen sogenannte Hot Spots. Die Lichtstrahlung wird nicht über die gesamte Fläche gleichmäßig verteilt, sondern lediglich punktuell wahrgenommen. Zudem sind scharfe Konturen der Lichtquelle sichtbar. Ist die lichtstreuende Wirkung wiederum zu stark, tritt das Gegenteil ein. In diesem Fall wirkt das Formteil dunkler, da die Transmission blockiert ist. Das linke Stufenplättchen in Bild 1 enthält eine Dosierung von 12 % Lifopal in PMMA und rechts 6 % Dosierung in PMMA. Die Hot Spots verschwimmen, und die Konturen sind noch erkennbar. Je höher die Dosierung und je dicker die Wandstärke, desto weniger Hot Spots. Das transparente Stufenplättchen in der Mitte enthält kein Additiv: Das LED-Band ist somit deutlich sichtbar.

Die Masterbatch-Serie bietet zahlreiche Variationsmöglichkeiten, je nach Dosierung und eingesetztem Basispolymer. Anhand einer Illustrationsmappe werden verschiedene Produktbeispiele anschaulich dargestellt: transparentes SAN, PMMA, PC und PET mit unterschiedlichen Zugabemengen des lichtstreuenden Additivs, das den Frost- effekt bewirkt. Hierbei spielen Eigenschaften wie Lichtstreuung, Diffusion und Transparenz des Kunststoffartikels eine zentrale Rolle.

Besonders in der Automobilindustrie ist beim Einsatz technischer Kunststoffe hohe Präzision gefragt. Für fortschrittliche Tag-/Nacht-Designs von Interieur-Bauteilen oder Schaltern streuen die Automobilhersteller mithilfe von Diffusoren das Licht über eine große Fläche ohne Änderung des Lichtspektrums. Die bestmögliche  Balance zwischen Lichtdurchlässigkeit und -streuung ermöglicht so den Frost-Look. Die Verarbeitungsparameter beim Spritzgießen und Extrudieren bleiben laut Masterbatch-Anbieter unverändert.

Bild 1. Die Stufenplättchen mit 12 %, 0 % und 6 % (v.l.n.r.) Lifopal-Masterbatch zeigen, wie Konturen und Licht-Hot-Spots verschwinden

Tutorials direkt am Bedienpanel der Spritzgießmaschine

Mit steigender Prozessintegration und höherem Automatisierungsgrad nimmt die Komplexität der Spritzgießprozesse zu. Damit steigen auch die Anforderungen an die Steuerungstechnik. Je übersichtlicher, komfortabler und intuitiver die Steuerung für den Bediener ist, desto sicherer und effizienter können auch große Produktionsanlagen und Fertigungszellen, die unterschiedliche Technologien kombinieren, bedient werden. Mit direkt in die Steuerung der Spritzgießmaschinen integrierten Tutorials geht Engel jetzt noch einen Schritt weiter.

Je einfacher die Steuerung für den Bediener ist, desto sicherer und effizienter können Produktionsanlagen und Fertigungszellen bedient werden. Mit direkt in die Steuerung der Spritzgießmaschinen integrierten Tutorials schlägt Engel neue Wege ein.

Die Steuerung CC300 ist die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine, zwischen Maschinenbediener und Spritzgießmaschine bzw. Fertigungszelle. Deshalb geht es nicht nur um die Technik, sondern auch um Emotion. Fühlt sich der Bediener in der Steuerungsumgebung wohl, kann er umso effizienter und sicherer arbeiten, höhere Qualität produzieren und ist motiviert, mehr aus der Maschine herauszuholen. Der große Touch-Bildschirm der Steuerung animiert automatisch, mit den Fingern zu wischen und intuitiv durch die Seiten zu navigieren (Titelbild).

Mit der Steuerung CC300 der Engel Austria GmbH, Schwertberg/Österreich, lassen sich komplexe, hochintegrierte Produktionseinheiten so leicht wie mit einem Smartphone steuern. Zusätzlich hat der Maschinenbediener mit der Ein-Drehrad-Bedienung, dem sogenannten e-move, alles im Griff. Maschinen- und Roboterbewegungen können präzise und stufenlos gesteuert werden. Je mehr der Bediener den Knopf auslenkt, desto schneller erfolgen die Anlagenbewegungen – ähnlich wie bei einem Gaspedal. Engel präsentierte dieses neue Bedienkonzept erstmalig auf der K 2013 und entwickelt seitdem die CC300 kontinuierlich weiter. Dabei hat das Feedback von den Kunden eine wesentliche Bedeutung.

Anlässlich des fünfjährigen Jubiläums der CC300 präsentierte Engel die Steuerung auf der Fakuma 2018 mit einer weiter optimierten Navigation. Hierfür analysierten die Entwickler im Rahmen eines nutzerorientierten Gestaltungsprozesses (User Centered Design, UCD) systematisch den Nutzungskontext und setzten die neuen Anforderungen in einen Prototyp um. Die neuen Features wurden mit Testanwendern evaluiert und in Tests auf ihre Gebrauchstauglichkeit (Usability) untersucht. Besonders bei Softwarelösungen sind es die vielen kleinen Themen, die für eine deutliche Verbesserung sorgen.

Mit der überarbeiteten Navigation sind die Reaktionszeiten kürzer geworden, und auch die übersichtlichere Systemstruktur hilft, Zeit einzusparen. Hierzu tragen mehrere Faktoren bei:

<ul><li>der Umstand, dass alle Komponenten und Aufgaben auf einer gemeinsamen Seite zusammengefasst sind (Bild 1),</li><li>die sogenannte Breadcrumb-Navigation, die dem Benutzer jederzeit anzeigt, in welcher Verzweigung er sich innerhalb einer Applikation befindet,</li><li>der deutlich erkennbare Home-Button sowie</li><li>die Möglichkeit, dass sich die Menüpunkte „Produktion“ und „System“ mit einer Wischgeste vom Displayrand schnell aufrufen lassen.</li></ul>

Verbessert wurde zudem die Nutzung der Favoriten. Es ist nun intuitiv möglich, Favoriten zu erstellen, zu bearbeiten und zu löschen.

Ein ganz neues Feature sind die Tutorials, die am ehesten mit Schnellkursen vergleichbar sind. Sie bieten mehr als eine Gebrauchsanleitung, sind aber nicht mit der Hilfefunktion gleichzusetzen, denn dort muss der Bediener bereits wissen, wonach er suchen soll. Integriert in die CC300-Steuerung bieten die Tutorials einen hohen Nutzwert, weil der Maschinenbediener direkt an seinem Arbeitsplatz informiert wird und er nicht zum Beispiel über einen Betriebsrechner oder sein privates Smartphone erst ins Internet gehen muss.

Sobald sich der Bediener an einer Maschine anmeldet, wird er automatisch informiert, sollte während seiner Abwesenheit beispielsweise ein Update eingespielt worden sein. Gleiches passiert, wenn eine neue Maschine in Betrieb genommen wird, der Mitarbeiter zuletzt aber auf einer Maschine mit einer früheren Steuerungsversion geschult wurde. In diesen Fällen kann er sich im Tutorial über die Änderungen und neuen Möglichkeiten informieren. Dabei kann er selbst entscheiden, ob er das Tutorial sofort oder zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt starten möchte oder ob er es vollständig wegklickt, weil er vielleicht bereits durch die Kollegen oder eine Schulung informiert wurde. Auf diese Weise ist es möglich, auch große Teams effizient auf demselben Wissensstand zu halten.

Informationen schnell aufnehmen und behalten

Voraussetzung für einen hohen Nutzwert ist, dass die über die Tutorials vermittelten Informationen sehr schnell und effizient aufgenommen werden können. Der Umfang ist deshalb streng begrenzt und der Maschinenbediener kann die Seiten in seinem eigenen Tempo durchgehen. Die Tutorials arbeiten mit vielen Bildern, Grafiken und wenig Text. Dies hat sich in der Zusammenarbeit mit einem europaweit führenden Institut auf dem Gebiet der Mensch-Maschine-Schnittstellen, mit dem Engel das Tutorial-Konzept erarbeitet hat, als beste Lösung erwiesen.

Bereits kurz nach der ersten Präsentation des neuen Tutorial-Konzepts auf der Fakuma 2018 stellt Engel elf Tutorials zur Verfügung (Bild 2). Sie sind in die fünf Hauptthemen

<ul><li>Bedienung,</li><li>Grundfunktionen,</li><li>Navigation,</li><li>Steigerung der Qualität und</li><li>Zeitersparnis</li></ul>

gegliedert. In der Steuerung werden Tutorials zu jenen Themen angeboten, die auf der Spritzgießmaschine bzw. in der Fertigungszelle auch zur Verfügung stehen. Rüstet ein Unternehmen ein Feature nach, zu dem es ein Tutorial gibt, wird das Tutorial-Angebot automatisch aktualisiert. Einen Überblick über alle verfügbaren Tutorials wird zukünftig das Engel-Kundenportal e-connect bieten. Dort kann sich der Maschinenbediener ortsunabhängig jederzeit online informieren.

Die Rubrik Zeitersparnis zum Beispiel umfasst Tutorials, die den Anlagenbediener dabei unterstützen, die Produktivität und Verfügbarkeit der Spritzgießmaschine bzw. Fertigungszelle zu steigern, indem beispielsweise die Rüstzeiten verkürzt werden. Ist die Spritzgießmaschine mit einem Rüstassistenten ausgestattet, findet der Bediener hier das passende Tutorial.

Der Rüstassistent ist eine Software, die den Maschinenbediener interaktiv durch die einzelnen Schritte führt, die für den Werkzeugwechsel erforderlich sind. Viele Programmschritte werden automatisch abgearbeitet. Manuelle Arbeitsschritte müssen in der Steuerung quittiert werden. Damit können auch weniger erfahrene Mitarbeiter Ablauffehler sicher ausschließen. Da die Nachfrage nach dem digitalen Rüstassistenten, der für Spritzgießmaschinen aller Engel-Baureihen angeboten wird, steigt, gehörte dieses Tutorial zu den ersten, die entwickelt wurden (Bild 3).

Das Tutorial erklärt, wie der menügeführte Werkzeugwechsel aktiviert und der Prozessfortschritt verfolgt werden kann. Im Weiteren wird der Ablauf des Werkzeugwechsels behandelt. Es wird dargestellt, auf welcher Seite der Steuerung der Bediener diesen Ablauf mitverfolgen und sehen kann, in welchem Rüstschritt sich die Maschine befindet. Das Tutorial erklärt, dass Dialogmeldungen den Bediener zu manuellen Tätigkeiten auffordern und wie diese nach Erledigung zu quittieren sind. Um den Nutzwert des Rüstassistenten transparent zu machen, zeigt es auf, wie viel Zeit jeder einzelne Rüstschritt erfordert.

Für Mitarbeiter, die sich im Betrieb um die Optimierung der Rüstzeiten kümmern, gibt es im Tutorial eine eigene Seite. Diese macht deutlich, wie der Ablauf des Werkzeugwechsels im Teachmodus, der nur in einem bestimmten Userlevel zu erreichen ist, bearbeitet werden kann.

Das Angebot an Tutorials  nimmt weiter zu

Engel stellt entsprechend seiner CC300-Steuerung alle Tutorials in 32 verschiedenen Sprachen zur Verfügung. Mit der kontinuierlichen Entwicklung neuer Produkte und Maschinenfeatures nimmt auch das Angebot an Tutorials weiter zu. Ab dem Sommer 2019 gehören die Tutorials zum Standardumfang bei allen Neumaschinen. Maschinen im Feld können nachgerüstet werden.

Die Steuerung CC300 ist die Schnittstelle zwischen der Spritzgießmaschine und dem Anlagenbediener. Fühlt sich der Bediener in der Steuerungsumgebung wohl, kann er das Optimum aus der Maschine herausholen

Bild 3. Der Rüstassistent ist eine Software, die den Maschinenbediener interaktiv durch die einzelnen Schritte eines Werkzeugwechsels führt. Das Tutorial dazu gehört zu den ersten, die Engel entwickelt hat

Bild 2. Mit direkt in der Steuerung verfügbaren Tutorials setzt Engel den nächsten großen Entwicklungsschritt. Aktuell sind elf Tutorials verfügbar, die in fünf Hauptthemen gegliedert sind

Bild 1. Komponenten und Aufgaben sind in der neuen Oberfläche auf einer gemeinsamen Seite zusammengefasst. Das verbessert die Übersichtlichkeit und spart Zeit

Hannes Fritz leitet die Steuerungs- und Software-Entwicklung der Engel Austria GmbH in Schwertberg/Österreich; <a href="mailto:hannes.fritz@engel.at">hannes.fritz@engel.at</a>

Johann Voggeneder ist Teamleiter in der Steuerungsentwicklung bei Engel; <a href="mailto:johann.voggeneder@engel.at">johann.voggeneder@engel.at</a>

Julia Gaßner ist Usability Engineer in der Steuerungsentwicklung bei Engel; <a href="mailto:julia.gassner@engel.at">julia.gassner@engel.at</a>

Dr. Gerhard Dimmler ist Leiter Forschung und Entwicklung Produkte von Engel; <a href="mailto:gerhard.dimmler@engel.at">gerhard.dimmler@engel.at</a>

Spritzgießen

Steuerungen (Hardware und Software)

Automatisierungstechnik

Software

Spritzgießmaschinen

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Thermoplastische Sandwichstrukturen für Großserienanwendungen

Hybride Leichtbaustrukturen aus faserverstärkten Thermoplasten bieten neben sehr guten mechanischen Eigenschaften und ihrer Eignung zum Recyceln vor allem die Möglichkeit zur automatisierten großserientauglichen Fertigung. Im Rahmen des Forschungsprojekts ReLei ist es gelungen, neue Werkzeug- und Prozesstechnologien zu entwickeln, mit denen komplex geformte Sandwichbauteile in einem effizienten Kombinationsprozess hergestellt werden können.

Im Forschungsprojekts ReLei ist es gelungen, neue Werkzeug- und Prozesstechnologien zu entwickeln, um komplex geformte Sandwichbauteile in einem effizienten Kombinationsprozess herzustellen.

Kunststoffbauteile werden im Automobil aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften schon lange auch für lasttragende Funktionen eingesetzt. Für die Umsetzung großflächiger Kunststoff-Strukturbauteile mit hohen Festigkeits- und Steifigkeitsvorgaben besteht jedoch eine Vielzahl von Herausforderungen an die Materialien, an die konstruktive Gestaltung sowie an die Prozesstechnik. Ein möglicher Lösungsansatz ist hierbei die Hybridisierung, das heißt: die Kombination unterschiedlicher Werkstoffe wie kurz-, lang- und endlosfaserverstärkter Kunststoffe in einem Bauteil. Zudem können durch den Einsatz von Schäumverfahren signifikant Material und damit Masse reduziert werden.

Im Forschungsprojekt ReLei der Forschungsplattform Forel (siehe Infokasten) hat ein Team aus Forschungseinrichtungen, darunter das Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden, und Industriepartnern unter Federführung der ElringKlinger AG ein Rückwandoberteil auf Basis eines faserverstärkten Polyamids entwickelt (Titelbild). Die besondere Herausforderung bestand dabei unter anderem darin, einen neuartigen Fertigungsprozess und die dazugehörige Werkzeugtechnik zu entwickeln.

Darüber hinaus wurde durch ganzheitliche Betrachtung des Produkt- und Materiallebenszyklus das Thema Nachhaltigkeit adressiert. Der neuartige Technologiedemonstrator besteht zu 80 % aus recyceltem Spritzgießmaterial und Hybridvliesen auf Basis recycelter Kohlenstofffasern.

Das Grundkonzept des Schäumformverfahrens sieht vor, das Thermoplast-Schaumspritzgießen (TSG), in diesem Fall auf Basis des MuCell-Verfahrens (siehe Infokasten), mit dem Thermoformen vorkonsolidierter Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeuge in einem einzigen Fertigungsprozess zu kombinieren. Die FKV-Decklagen werden in einem externen Heizfeld erwärmt und anschließend automatisch in das geöffnete Spritzgießwerkzeug transferiert. Daraufhin wird das Werkzeug geschlossen und eine gasbeladene Thermoplastschmelze zwischen die FKV-Decklagen eingespritzt (Bild 1). Dabei wird die Kavität vollständig gefüllt.