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

Elektronik

Polyethylen

Streifinger, Florian

Kunststoff-Aufbereitung

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Recycling

Umweltmanagement

Polyamide

Polyvinylchlorid

Standardkunststoffe

Polyethylenterephthalat

Technische Kunststoffe

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Rezyklat

„Wir teilen den Optimismus von  Wirtschaftsminister Altmaier nicht“

Für schwarze Kunststoffe hat Finke Masterbatches vorgestellt, die die Sortierung der eingefärbten Produkte mit Nahinfrarotsystemen (NIR) ermöglichen.

Masterbatches

Additive

Farbstoffe und Pigmente

Polystyrol

Farbkonzentrate (Batches)

Farbstoffe

Polypropylen

Schwarz mit COTREP-Zertifizierung

JSP International hat die Markteinführung des Schaumstoffs Arplank in Europa bekannt gegeben. Bei diesem handelt es sich um einen hochelastischen, geschlossenzelligen Schaumstoff aus expandiertem Polyethylen (EPE).

Schaumstoffe und Vorprodukte

Partikelschäumen

Schäumen / Reaktive Verarbeitung

Schaumstoffe

Geschäumte Verpackungen mit  Recyclinganteil

Verpackungshersteller und Verbraucher haben einen hohen Anspruch an die Optik von Verpackungen. Gleichzeitig wächst der Wunsch nach einem verstärkten Einsatz von Recyclingmaterialien. Farbige Kunststoffe stellen allerdings häufig eine Hürde für die Wiederaufbereitung dar.

Möglichkeiten zur Einfärbung von Post-Consumer-Rezyklaten im Verpackungsbereich

Farblose Recyclingwelt?

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

Um Produkte aus 100 % recycelten Post-Consumer-Materialien (PCR) herstellen zu können, hat Avient entsprechende Farb- und Funktionsmasterbatches mit PCR-Matrix entwickelt.

Masterbatches mit PCR-Matrix

Additiv-Batches

100 % aus Recyclingmaterial

Basierend auf der unternehmenseigenen Borstar-Technologie für bimodales Polyethylen (PE) stellten Borealis und Borouge auf der K2016 ein Full-PE-Laminat für flexible Kunststoffverpackungen vor. In Verbindung mit der MDO (machine direction oriented)-Verarbeitungstechnik soll das Monomaterial PE-basierte Verpackungen besser rezyklierbar sein, ohne Produkteffizienz oder -integrität zu beeinträchtigen. Das Full-PE-Laminat wurde in Zusammenarbeit mit Hosokawa Alpine (Folienherstellung), Bobst (Tiefdruck und Laminieren), GEA (Verarbeitung zu Standbeuteln), und Erema (Regranulat aus Full-PE-Laminat-Folien) entwickelt. 

Flexible Verpackungen aus Full-PE-Laminat 

Simulation Verpackung

Monomaterial verbessert Recycling 

Der Stuhl von Michiel van der Kley ist nicht nur ein schickes Designobjekt. Er wurde aus Kunststoffrezyklat gefertigt und trägt damit zur Verbesserung des schlechten Leumunds dieser Werkstoffe bei.

Design gegen Schmuddelimage

Vor allem im Verpackungsbereich ist PET ein gern verwendeter Werkstoff. Gerade im Bereich der flüssigen Güter sind PET-Flaschen und -Behälter noch immer erste Wahl. Durch Weiterentwicklung der Verarbeitungsverfahren und des Materials sowie durch neue Ansätze zur Wiederverwertung erschließt sich PET neue Anwendungsgebiete. Dabei kann das Polymer die angestammten Werkstoffe nicht nur technisch ersetzen, sondern bietet oft zusätzliche Kosten- und Umweltvorteile. 

Das Verbraucherverhalten hat großen Einfluss auf die Marktentwicklung 

Polyethylenterephthalat (PET) 

Zunehmende gesellschaftliche und politische Ansprüche an umweltverträgliche Prozesse und Produkte gehen auch an den klassischen Massenkunststoffen nicht vorüber. Rohstoffhersteller setzen auf verschiedene Strategien, von Substitution durch Biokunststoffe bis hin zur Materialeinsparung durch Eigenschaftsverbesserung. 

Hersteller von Standardkunststoffen reagieren auf Verbraucher und Marktanforderungen 

Styrol-Copolymerisate

Biokunststoffe

Darf’s ein wenig nachhaltiger sein? 

Die Braskem S.A. , Sao Paulo/Brasilien, hat mit dem Polyethylen-Werkstoff Braskem Flexus Cling einen Kunststoff speziell für die Extrusion von Stretchfolien entwickelt. Der Kunststoff erweitert das Portfolio des Foliensortiments Flexuslinie. Er weist eine gute Haftleistung, auch bei geringen Temperaturen, auf. Folien aus diesem Material sind flexibel, fest und Schlag- bzw. Durchstoßfest.

Extrusion von Stretchfolien 

Kunststoff-Verpackungsmaschine

Folien

Polyethylentyp Braskem Flexus Cling 

Zur Gestaltung von Flaschen aus PET, PE oder PP liefert die Kreativbox 1.0 der Karl Finke GmbH & CO. KG, Wuppertal, ein breites Spektrum an Farben und Effekten. 

Eine Kiste voller Kreativität 

Compound

Oberflächentechnik

Oberflächenveredelung

Die Kreativbox 1.0 – Für Flaschen aus PET, PE oder PP 

PET hat einen hohen Marktanteil und gute Barriereeigenschaften. Der technische Kunststoff wird bereits teilweise aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt. Ein geschlossener Materialkreislauf ist ebenfalls nahezu weltweit etabliert. Dies sorgt für weltweites Wachstum bei PET-Verpackungen. 

Der Kunststoff für umweltfreundliche Verpackungen 

Für Bierflaschen hat die Sidel Goup , Le Havre Cedex/Frankreich, eine pasteurisierbare und gewichtsreduzierte Polyethylenterephthalat (PET)-Flasche ohne Petaloid-Boden eingeführt. Die Flasche unterstützt Kronkorken, was ihr, zusammen mit dem entsprechenden Boden, das Aussehen einer Glasflasche verleiht. Auf Grund des PET-Werkstoffs ist sie leicht und hat verbesserte mechanische Eigenschaften. Die Flasche wiegt laut Hersteller 28g und ist damit bis zu 86% leichter als eine vergleichbare durchschnittliche Glasflasche.

Bierflasche aus Kunststoff 

Pasteurisierbare PET-Flasche ohne Petaloid-Boden 

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

Aufbereitungsmaschinen

Wiederaufbereitung

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  

https://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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