MultiRec

Forschungstitel:
Der Einfluss von Mehrfachrecycling auf die Eigenschaften von Polyolefinfolien

Arbeitsgruppe: Verpackungsmaterialien

Forschungsstelle und wissenschaftliche Betreuung:

  1. Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV Freising, Nelly Freitag
  2. Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV Dresden, Nicole Ludat,
  3. Fraunhofer Einrichtung für Gießerei- Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV, Christian Härdtlein
  4. in Kooperation mit Hasselt University in Belgien, Wroclaw University of Science and Technology and The Association West Pomeranian Chemical Cluster “Green Chemistry” in Polen

IGF-Vorhaben: 01IF00383E
Finanzierung: BMWK
Laufzeit: 2024 – 2026

Die Nachfrage nach Kunststoffen als Verpackungsmaterial steigt stetig. Mit dem Verpackungsgesetz, das 2019 in Deutschland in Kraft getreten ist, entstand die Anforderung, die Recyclingquote von 38,6 % (2018) auf 63 % im Jahr 2022 zu erhöhen (§16), die durch die aktuell diskutierten PPWR Versionen ergänzt wird. Demnach wird ein Rezyklatanteil in Kunststoffverpackungen verpflichtend, in Nicht-Lebensmittelverpackungen bis zu 35 % bereits im Jahr 2030. Darüber hinaus sind die Sammelsysteme verpflichtet, Anreize zu schaffen (§21), um die Verwendung von recycelbaren Materialien für Verpackungen und Verpackungssysteme zu fördern. Daher ist die schnelle und nachhaltige Entwicklung und Umsetzung von Kreislaufverpackungslösungen, idealerweise mit der Wiederverwendung von Rezyklaten, erforderlich.

Im Rahmen von MultiRec, einem Cornet-Verbundprojekt (Fraunhofer IVV Freising, IVV Dresden, Fraunhofer IGCV), soll die Veränderung der Eigenschaften und Prozessierbarkeit von rezyklierten Monomaterial-Verpackungsfolien untersucht werden, und von einer Lebenszyklusanalyse (LCA) im Hinblick auf die Verarbeitungsschritte begleitet werden. Im Mittelpunkt des Interesses stehen dabei die Auswirkungen mehrerer mechanischer Recyclingschritte auf die Eigenschaften des Polyolefins, wobei insbesondere das Folienextrusionsverfahren (Flach- und Blasfolien), die Siegelfähigkeit der Rezyklate (Wärmekontakt- und Ultraschall-Siegelung) und weitere verarbeitungsrelevante Aspekte (z.B. Reibungsverhalten) untersucht werden sollen.

Mit der Umstellung auf mehr Monomaterialien geht das Ziel einher, Rezyklate in neue Verpackungen einzubauen. Um die Auswirkungen des mechanischen Recyclings auf die Materialeigenschaften von Polyolefinen, insbesondere LDPE, zu verstehen, wurde ein erstes IVLV-Projekt durchgeführt. Eine Folie aus Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) wurde hergestellt und mehrfach recycelt. Es konnte gezeigt werden, dass drei Recyclingzyklen nur einen geringen Einfluss auf die Siegelfähigkeit der LDPE-Rezyklatfolien und die resultierende Nahtfestigkeit haben, sowohl bei der Ultraschall- als auch bei der Wärmekontaktsiegelung.

80 % aller flexiblen Verpackungen werden derzeit durch Wärmekontaktsiegelung versiegelt, bei der Wärme von außen durch alle Schichten übertragen wird, um die Siegelschicht auf der Innenseite der Verpackungsfolie zu schmelzen. Bei der Verwendung von Monomaterialsystemen werden in allen Schichten ähnliche Polymere verwendet, was aufgrund ähnlicher Schmelzpunkte zu einer Verengung des Siegelfensters führt. Eine weitere eingesetzte Siegeltechnologie ist die Ultraschall-Siegelung, bei der die eingetragene Energie in der Folie in Wärme gewandelt wird. Trotz höherer Prozesskomplexität können kurze Zykluszeiten erreicht werden, wärmeempfindliche Produkte können versiegelt werden und die Technologie könnte für die Versiegelung von Monomaterialien eingesetzt werden.

In systematischen Versuchen soll folgendes betrachtet werden

  1. Strukturelle Veränderungen im Polymer selbst und die Auswirkungen auf die weitere Verarbeitung,
  2. Auswirkung des kontinuierlichen Abbaus von Stabilisatoren und Additiven im Recyclingprozess und
  3. Ableitung eines Verarbeitungsfensters für beide Versiegelungsverfahren mit Bewertung des ökologischen und ökonomischen Potenzials

Das hier vorgestellte IGF-Vorhaben der Forschungsvereinigung Industrievereinigung für Lebensmitteltechnologie und Verpackung e.V. (IVLV e.V.) wird im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.