Die Covid-19-Pandemie hat auch die Kunststofferzeuger hart getroffen. Doch nicht alle Kunststoffe sind gleichermaßen betroffen. Während die häufig in der Automobilindustrie verwendeten technischen Kunststoffe unter dem Einbruch des Fahrzeugabsatzes leiden, profitieren etwa Polyolefine teilweise von der Krise. Und auch wenn die Pandemie gerade alle anderen Themen in den Hintergrund rückt, schreitet dennoch die Entwicklung etwa bei der Kreislaufwirtschaft, Elektromobilität und Digitalisierung weiterhin voran. Über die gegenwärtige Situation und die zukünftige Entwicklung sprach Kunststoffe mit Vertretern der Kunststofferzeuger.

Expertengespräch zu Trends und Herausforderungen bei Werkstoffen

Polybutylenterephthalat

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Verpackungsmaterial

Logistik

Automotive

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Polyethylen

Streifinger, Florian

Kunststoff-Aufbereitung

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

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Polyvinylchlorid

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Polyethylenterephthalat

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Kunststoff

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Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Rezyklat

„Wir teilen den Optimismus von  Wirtschaftsminister Altmaier nicht“

In den vergangenen Jahren hat sich die gesellschaftliche Sichtweise auf Kunststoffe verschoben. Die eigentlichen werkstofflichen Vorzüge wurden von der Kunststoffabfalldebatte überschattet. Ungewöhnliche Zeiten wie die gegenwärtige Covid-19-Pandemie führen allerdings den positiven Beitrag, den Kunststoffe leisten, wieder stärker vor Augen. Vor allem bei medizinischen und Hygieneanwendungen spielt dabei Polyethylen seine Stärken aus.

Polyethylen (PE): Wachsende Bedeutung auch für Infrastrukturprojekte

Kunststoffe

Photonik

Optik

Stark in der Medizin und bei  Hygieneanwendungen

Verzicht ist der Trend rund um Kunststoffe, der aktuell die öffentliche Wahrnehmung bestimmt. Viele Konsumenten wünschen sich umweltfreundlichere Produkte, was vielfach gleichgesetzt wird mit weniger Plastik. Dabei gilt: Kunststoff ist nach wie vor ein wichtiger Werkstoff, um Antworten auf steigende Bevölkerungszahlen, höheren Energiebedarf sowie zunehmende Urbanisierung und Mobilität zu finden. Häufig ist er auch die klimaschonendste Variante. Ungeachtet aller Kritik hat die Weltkunststoffproduktion in den zurückliegenden Jahren weiter zugelegt. Sie wuchs 2018 um 3 % auf nun fast 360 Mio. t. Europa hat daran einen Marktanteil von rund 17 % und ist damit drittgrößter Produktionsstandort. Dominierende Kunststoffnation ist bereits seit einigen Jahren China mit einem weltweiten Anteil von aktuell etwa 30 %. Darin besteht auch ein Teil des Problems, mit dem Werkstoff und Industrie zu kämpfen haben. Die boomenden Kunststoff- und Verpackungsbranchen, gerade in Südostasien, haben zu einem immer größer werdenden Abfallproblem geführt.

Gastkommentar von Dr. Michael Zobel

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe.de

Leichtbau

Kunststoffhandel

Dienstleistungen

Handel

Werkstoff

Die Antwort auf viele Fragen

Die Verfügbarkeit von PET-Flaschenmahlgut außerhalb des Getränkesektors wird in den kommenden Jahren voraussichtlich kontinuierlich nachlassen. Das Tray-to-Tray- Recycling kann diese Lücke schließen und gelingt mit einem neuen Extruder besonders einfach.

Polyester

Blasfolienextrusion

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Flachfolien- und Plattenextrusion

Extrusion

Folien

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Tray-to-Tray-Recycling in einem Extrusionsschritt

Der Dekontaminationstrockner deCON 20 der Starlinger & Co. Ges.m.b.H. , Wien/Österreich, bereitet Kunststoff-Flakes und recycelte Pellets aus Polyethylenterephthalat (PET) und Polyethylen high density (PE-HD) für den Einsatz in lebensmitteltauglichen Verpackungen auf.

Dekontaminierung von PET und PE-HD 

Aufbereitungsmaschinen

Trockner

Wiederaufbereitung

Dekontaminationstrockner deCON 20 

Kunststoffverpackungen für Lebensmittel müssen sowohl den Kostenanforderungen der Lebensmittelindustrie entsprechen als auch eine hohe Haltbarkeit des zu schützenden Produkts gewährleisten. Welche Einflussgrößen dabei von Bedeutung sind, zeigen die Ergebnisse einer Marktstudie. 

Kosteneinsparpotenziale bei Lebensmittelverpackungen aus Kunststoff 

Polypropylen

Verpacken unter modifizierter Atmosphäre 

Die Additive von Milliken & Company, Gent/Belgien, sollen insbesondere auf einen vereinfachten und beschleunigten Verarbeitungsprozess abzielen. Der Clarifier Millad NX 8000 ermöglicht nicht nur transparentere Eigenschaften (Bild), sondern verringert auch die notwendige Verarbeitungstemperatur im Spritzgießprozess. Dadurch wird dieser weniger zeitintensiv und damit wirtschaftlicher, so der Hersteller. Ebenfalls eine Verkürzung des Verarbeitungsprozesses sei durch den Einsatz des Nukleierungsmittels Hyperform HPN erreichbar. Beide Additive lassen sich auch in leichtfließendes Polypropylen einarbeiten. Außerdem bietet  Miliken Additive für Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE) und Polyurethan (PUR) an. Diese sollen geeignete Eigenschaften für künftige Sicherheitsstandards gegen elektrostatische Entladung aufzeigen und dienen als Reaktionsfarbstoffe, Antioxidantien und Mikrobiozide. 

Milliken 

Additive

Polyurethan

Nukleierungsmittel und Clarifier für Polypropylen 

Trotz schwankender Eingangsqualitäten sind die Qualitätsansprüche an die Endprodukte hoch, insbesondere im Nahrungsmittelsektor. Das breite Spektrum an Produkten auf dem weltweit stark wachsenden PET-Verpackungsmarkt erfordert vom Kunststoffverarbeiter ein hohes Maß an Flexibilität. Notwendig sind daher Maschinenanlagen, die mit einer kurzen Prozesskette gute Qualität erzeugen sowie schnell auf unterschiedliche Anforderungen reagieren können. 

Folien aus unterschiedlichen Eingangsmaterialien produzieren 

Extrusions-Zubehör

Input à la carte 

Während die Industrie sich bislang auf die Funktionsverbesserung von PE konzentriert hat, liegt der Entwicklungsfokus nun auf Nachhaltigkeit, Wiederverwertung und CO2-Einsparung.

Polyethylen (PE)

Polyethylen, ultrahoch-molekulares

Polyethylen-Platten

Polyethylen-Halbzeug

Statt Funktion Nachhaltigkeit im Fokus

Zur drinktec 2013 stellte die Krones AG, Neutraubling, erstmals das Direktdrucksystem DecoType zur Ausstattung von Kunststoffbehältern vor. Im Vergleich zur Behälterausstattung mit Etiketten bietet das direkte Bedrucken laut Aussage des Unternehmens deutlich mehr Freiheiten für eine individuelle und attraktive Gestaltung der Behälter. 

Flexible Dekorationstechnik für Kunststoff und Glas 

Simulation Verpackung

Direktdrucksystem DecoType für die industrielle Anwendung 

Wie der englische Name vermuten lässt, soll der Quaffer (Deutsch für „Zecher“) die neue Attraktion in Bars und Clubs in ganz Europa werdem. Entwickelt aus seiner ursprünglichen Glas Form und von M&H Plastics , Beccer/Großbritannien aus Polyethylenterephthalat (PET) hergestellt, ermöglicht das Quaffer-Glas Bars verschiedene Getränke gleichmäßig zu mischen. Dabei schwebt eine Flüssigkeit über der anderen. Erst beim Trinken vermischen sie sich.

In der Schwebe  

Quaffer Shot-Tail-Glas aus PET  

Atemschutzmasken waren im Alltag in Deutschland bis vor Kurzem praktisch nicht präsent. Abseits des Operationssaals bekam man sie eigentlich nur beim Zahnarztbesuch zu Gesicht oder als Kuriosum in Berichten aus asiatischen Ländern. Mit dem während der Coronakrise verhängten Maskengebot änderte sich das. Seitdem tragen immer mehr Menschen die Masken auf der Straße, beim Einkaufen oder in öffentlichen Verkehrsmitteln.

Medizintechnik

Der Stoff, aus dem  die Masken sind

Kunststoffabfälle im Meer prägen seit einigen Jahren das negative Image der Branche. Verschiedene Initiativen und Zusammenschlüsse von Firmen haben deshalb Projekte ins Leben gerufen, um diesen Ocean-bound Plastics (OBP) Herr zu werden.

Flammschutz für Compounds aus recycelten Ocean-bound Plastics

Flammschutzmittel

Vom Meer in die Elektronik

Die rote Mohnblumenblüte, das Erkennungszeichen des Parfüms kürzlich vorgestellten Duft „Flower in the Air“ von Kenzo, tritt auf neue Weise in Erscheinung. Die Gestalt der Flakonkappe verlässt den gewohnten Boden der schlanken Formen und präsentiert sich jetzt als nahezu kreisrunde Scheibe. Darin eingebettet ist ein Abbild der Blütenblätter, das von dem hochtransparentem Polyethylenwerkstoff Surlyn der DuPont de Nemurs Deutschland GmbH, Neu-Isenburg, umgeben und von beiden Seiten sichtbar ist. Die Kappe hat einen Durchmesser von 70 mm und eine Dicke von 8 mm. Sie wird von dem schwarzen Pumpmechanismus des Flakons gehalten, der dadurch an den Stempel der Mohnblüte erinnert. 

Erkennungszeichen für Parfümverschluss 

Folientechnik (IMD, IML, FIM, u.a.)

Surlyn umschließt „Flower in the Air“ 

Auf einer Fläche von 20.000 m² werden mit einer Anlage der Amut S.p.A. , Novara/Italien, bei der CarbonLITE Recycling LLC , Los Angeles/USA, gebrauchte Polyethylenterephthalat (PET)-Flaschen in Post-Consumer-Rezyklat verarbeitet. Der jährliche Durchsatz dieser Anlage beträgt etwa 45.000 t hergestelltes Granulat. Daraus können neue Flaschen hergestellt werden.

Für anspruchsvolle Anwendungsbereiche 

Reinigungsmaschinen allgemein

PET Wasch- und Aufbereitungsanlage 

Rezyklierfähige Verpackungen für Lebensmittel und Konsumprodukte

Das Ziel der Europäischen Union, in Europa bis zum Jahr 2030 sämtliche Kunststoffverpackungen ökonomisch sinnvoll zu rezyklieren, übt einen enormen Druck auf die Verpackungsbranche aus. Problematisch sind etwa im Lebensmittelbereich häufig verwendete Verpackungen aus mehreren Werkstofffolien. Sie sind oft nur schwer recycelbar. Gesucht wird nach rezyklierfähigen Folien, die gleichzeitig die Lebensmittelhaltbarkeit und Effizienz der Verpackungen nicht oder nur geringfügig reduzieren. Dass dies möglich ist, zeigen verschiedene aktuelle Beispiele.

Das Ziel der Europäischen Union, in Europa bis zum Jahr 2030 sämtliche Kunststoffverpackungen ökonomisch sinnvoll zu rezyklieren, übt einen enormen Druck auf die Verpackungsbranche aus. Problematisch sind etwa im Lebensmittelbereich häufig verwendete Verpackungen aus mehreren Werkstofffolien.

Die CO2-Bilanz und damit die Nachhaltigkeit von Kunststoffverpackungen müssen sich deutlich verbessern. Erreichen lässt sich das durch eine mehrfache Nutzung der Materialien. Viele zurzeit verwendete Verpackungen sind nicht für ein Recycling ausgelegt. Verpackungen für Konsumgüter wie Waschmittel, Kaffee und Fleisch bestehen in der Regel aus mehreren Materialsorten wie PE-LLD (lineares Polyethylen geringer Dichte), PE-LD (PE geringer Dichte), PE-HD (PE hoher Dichte), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polyamid (PA), Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) und Aluminium. Diese Werkstoffe werden in mehreren Schichten kombiniert, um das Produkt mit minimalem Materialeinsatz zu schützen und eine lange Haltbarkeit zu gewährleisten.

In der Regel sind solche Mehrschicht- und Mehrmaterialfolien so dünn wie ein menschliches Haar. Die Wiederverwertung dieser Verpackungen setzt gewöhnlich eine Trennung der Materialien voraus, um eine ausreichende Sortenreinheit für das Recycling zu erhalten. Das ist technisch in vielen Fällen möglich, aber sehr aufwendig. Ein alternativer Ansatz besteht darin, Folienstrukturen mit einem möglichst hohen Anteil eines Polymers zu entwickeln. Für diesen Werkstoff sollte bereits eine Infrastruktur zur Wiederverwertung existieren. In Europa ist das z. B. bei PE der Fall. Ziel ist es, Folienstrukturen zu entwickeln, die neben dem hauptsächlich genutzten Polymer keine anderen Materialen enthalten, die sich störend auf die Wiederverwertung auswirken. Welche Werkstoffe in einem Materialrezyklatstrom problematisch sind, hängt davon ab, wie stark sie den Recyclingprozess und die Verwendbarkeit der Rezyklate in weiteren Anwendungen beeinflussen. Solche Verpackungsfolien aus Mono- materialien, die weiterhin aus mehrlagigen Strukturen, aber weitgehend aus einem Hauptmaterial und wenn nötig mit dieser Materialgruppe kompatiblen Werk-stoffen bestehen, hat Dow Europe, Horgen/Schweiz, zusammen mit verschiedenen Industriepartnern entwickelt.

Das erste Beispiel sind Spülmaschinentabs, die in Standbodenbeuteln verpackt werden. Diese Beutel basieren gegenwärtig meistens auf orientierten, klaren, bedruckten Polyesterfolien, die kleberkaschiert zur coextrudierten PE-Folie sind. Die PE-Folie dient zum Versiegeln des Beutels. Die PET-Außenfolie mit hohem Schmelzpunkt erfüllt u. a. den Zweck, beim Formen und Versiegeln des Beutels seine Stabilität und Dimensionen sicherzustellen. Das alternativ entwickelte Konzept einer Einstofffolie sieht vor, die mit einem niedrigschmelzenden Siegelmedium und einem PE mit höherem Schmelzpunkt coextrudierte Folie zu bedrucken und danach zum Schutz des Druckbilds mittels Extrusion zu beschichten. Das ermöglicht die Kombination von hohem Glanz der Gesamtfolie mit dem hohen Schmelzpunkt des beschichteten PEs zur Verbesserung der Verpackungsmaschineneffizienz. Auch ein Wiederverschluss (Zipper) wurde eingeschweißt. Bild 1 zeigt die mit Reckitt Benckiser, Slough/Großbritannien, und dem Unternehmen Drukpol, Nowy Dwór Mazowiecki/Polen, umgesetzte Verpackung.

In Maschinenrichtung orientiertes PE ersetzt PET

Weitere Beispiele nutzen als Alternative zu orientierten PET-Folien in Maschinenrichtung orientiertes PE (PE-MDO; Machine Direction Orientation), das sich durch hohe Steifigkeit, Transparenz und Glanz auszeichnet. Windmöller & Hölscher, Lengerich, stellte solche bedruckten PE-MDO-Folien her, die mit einer coextrudierten PE-Siegelfolie bei Dow kaschiert und bei dem Unternehmen B&B, Hopsten, zu Standbodenbeuteln für z. B. Flüssigseifen geformt wurden (Bild 2).

In vielen Anwendungen spielt außerdem eine gute Sauerstoff- und Wasserdampfbarriere zum Schutz sensibler Lebensmittel eine Rolle. Als Alternative zu metallisiertem orientierten PET und Aluminiumfolien wurde in einer Zusammenarbeit von Dow, dem Beschichtungsmaschinenhersteller Bobst, Prilly/Schweiz, der Hosokawa Alpine AG, Augsburg, und dem italienischen Unternehmen Elba, Magnago, ebenfalls auf PE-MDO-Folien zurückgegriffen. Sie dienten als Träger für sehr dünne aufgedampfte Barriereschichten (Bild 3). Auch biaxial orientierte PE-Folien werden entwickelt, um als steife, glänzende, even-tuell metallisierte Druckträger oder als dünne Siegelfolien Verpackung aus nur einem Stoff zu ermöglichen.

Außerdem wurden in mehreren Projekten nicht-orientierte, coextrudierte Folien für die Nutzung in Monomaterialbeuteln entwickelt. Konterbedruckte steife PE-Trägerfolien können etwa mit den genannten, bei niedrigen Temperaturen schweißbaren Siegelfolien kaschiert werden. Dieses Konzept wurde mit dem Verpackungshersteller Transcontinental, Montreal/Canada, und dem Unternehmen Mespack, Santa Perpètua de Mogoda/Spanien, umgesetzt (Titelbild). Die dabei hergestellten Standbodenbeutel konnten mit PE-Zippern ausgerüstet und dicht versiegelt werden. Die Nutzung von einzelnen, außenbedruckten coextrudierten PE-Folien, die eine EVOH-Barriereschicht enthalten, wurde zusammen mit dem Verpackungshersteller Berry, Evansville/Indiana, USA, und dem Lebensmittelkonzern Kellogg’s, Battle Creek, Michigan/USA, (Bild 4) und in einem weiteren Projekt mit der Georg Menshen GmbH & Co. KG, Finnentrop, und Plastiandino, San Rafael/Argentinien, demonstriert (Bild 5). Zusätzlich können diese Verpackungen mit dem Lack Opulux von Dow geschützt werden, mit dem sich ein sehr gutes Druckbild bei Monomaterialbeuteln erzielen lässt.

Diese Beispiele zeigen, dass die Umstellung von verbreiteten Mehrmaterialverpackungen auf Monomaterialverpackungen in vielen Fällen möglich ist. Die entwickelten Einstoffverpackungskonzepte lassen sich auf den meisten verbreiteten Verpackungsmaschinentypen wie vertikalen und horizontalen Schlauchbeutelmaschinen und horizontalen Standboden- und Flachbeutelmaschinen von der Rolle oder als vorgefertigte Beutel herstellen. Allerdings müssen die Verarbeitungsparameter angepasst werden.

Die Europäische Union (EU) hat neben der Kreislaufwirtschaft als ein weiteres Ziel die deutliche Reduzierung von Lebensmittelabfällen um 50 % bis 2030 ausgegeben. Bisher belaufen sich diese Abfälle auf etwa 20 % der in der EU produzierten Lebensmittel. Eine wichtige Rolle spielt dabei z. B. die Haltbarkeit von Fleisch. In diesem Bereich werden auch künftig Mehrschichtfolien aus verschiedenen Werkstoffen zum Einsatz kommen. Doch auch bei diesen sind eine Reduktion des Verpackungsmaterials und eine bessere Rezyklierbarkeit erreichbar.

Dow hat etwa zusammen mit Kuhne Anlagenbau dazu beigetragen Verpackungen zu entwickeln, die Fleisch bis zu dreimal länger frisch halten. Dafür kommen verbesserte zähe PE-LLD-Polymere und schnell siegelnde Plastomere zum Einsatz. Gleichzeitig wird nur ein Drittel bis ein Zehntel an Material gegenüber MAP-Verpackungen (Modified Atmosphere Packaging) benötigt. Durch derartige Verbesserungen können Lebensmittelabfälle im Handel reduziert werden. Ein gutes Beispiel sind Barriereschrumpffolien für Fleisch, die als Mehrschichtfolien mit EVOH coextrudiert und in mehreren Stufen orientiert werden, um sehr dünne und zähe Folien herzustellen. Diese Folien sorgen dafür, dass die Verpackungen und damit das Fleisch auf den Transportwegen nicht beschädigt werden.

Auch Verkaufsverpackungen für Fleisch werden immer weiter optimiert. Vakuum-Skin-Verpackungen (VSP) bieten etwa die Möglichkeit, mit sehr geringem Folieneinsatz das Fleisch sauber zu umschließen. Dafür wird z. B. ein Karton mit einer dünnen Barrierefolie überzogen und darauf das Fleisch platziert. Danach wird eine weitere dünne Skin-Barrierefolie mittels Vakuum wie eine Haut über das Fleisch gezogen. Zur Herstellung dieser Art von Folien bietet Dow verschiedene Rohstoffe an, die abgestimmt sind auf die funktionalen Anforderungen der Verpackungen. Die neueste Generation von VSP- Folien wurden mit Windmöller & Hölscher auf Aquarex-Anlagen hergestellt und bei Dow auf Sealpac-Verpackungsmaschinen getestet. Für den Konsumenten ist die Verpackung leicht zu trennen. Er braucht nur die geringe Menge an Folie vom Karton entfernen und beide Materialien getrennt der Wiederverwendung zuführen.

Auch wenn die Wiederverwertung von Fleischverpackungen heute aus hygienischer Sicht großteils nicht praktiziert wird, arbeitet die Industrie an Technologien, auch diese prinzipiell rezyklierfähigen, auf mehreren Rohstoffen basierenden Mehrschichtbarrierefolien einer Wiederverwendung zuzuführen. Dazu gehört, dass die verwendeten Barrierepolymere so in den Folien eingebettet sind, dass die Verwendung von Kompatibilisator-Polymeren in der Folie und die verbesserte Mischbarkeit der verwendeten Polymere beim Rezyklieren zu guten Eigenschaften bei den weitergehenden Anwendungen führt. Ein wichtiger Aspekt bei der Verbesserung der Rezyklierfähigkeit von mehrschichtigen Barrierefolien ist allerdings, dass die Haltbarkeit der Lebensmittel nicht beeinträchtigt werden darf; vor allem wenn das zu mehr Lebensmittelabfällen führen würde. Es ist daher wichtig, in den gegenwärtig entwickelten Richtlinien zum rezyklierfähigen Design von Verpackungen Raum für Innovationen zu lassen, die eine stetige Verbesserung und Erhöhung der Kreislaufwirtschaftsrate ermöglichen. Kunststoffe sind zu wertvoll, um sie nicht wiederzuverwenden.

Dow Europe GmbH  

www.dow.com

Ausgabenartikel

Bild 5. Die Einstoffverpackungen basieren auf einer einzelnen coextrudierten Barrierefolie mit Schöndruck

Bild 6. Auch Fleischverpackungen sollen zukünftig recycelt werden. Die Industrie arbeitet deshalb an Möglichkeiten diese üblicherweise aus mehreren Materialien bestehenden Folien zu trennen

Für die Standbeutel wurden konterbedruckte steife PE-Trägerfolien mit bei niedrigen Temperaturen schweißbaren PE-Folien kaschiert

Bild 1. Für diese Verpackung von Spültabs wurde eine mit einem Siegelmedium und einem PE coextrudierte Folie bedruckt und anschließend zum Schutz des Druckbilds mittels Extrusion beschichtet.

Bild 2. In Maschinenrichtung orientiertes PE kann eine Alternative zu orientierten PET-Folien sein 

Bild 3. PE-MDO-Folien dienen als Träger für sehr dünne aufgedampfte Barriereschichten

Bild 4. Bei diesen Standbodenbeuteln kommen außenbedruckte coextrudierte PE-Folien zum Einsatz. Sie weisen eine EVOH-Barriereschicht auf und nutzen Compatibilizer für ein besseres Rezyklierergebnis der Verpackung

Dow - Hauptartikel

Dr. Peter Sandkühler ist Principal Scientist bei Dow Packaging & Specialty Plastics; <a href="mailto:psandkuehler@dow.com">psandkuehler@dow.com</a>

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