Untersuchungen zum geschlossenen Recycling von Polyolefinen und praktische Anwendungen
Das mechanische Recycling von Polyolefinen ist technologisch ausgereift, doch wiederholte thermisch-mechanische Behandlungen können Materialeigenschaften verändern. Gemischte Qualitäten tragen zusätzlich zur Variabilität bei. Die Industrie benötigt klare Spezifikationen und Prozessfenster.
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Bild 1: Melt-Flow-Index in Abhängigkeit der Recyclingzyklen -
Bild 2: Schlagzähigkeit in Abhängigkeit der Recyclingzyklen
In einer internen Studie am IWK wurden drei Polyolefine wiederholten geschlossenen Spritzgusszyklen (bis zu 20) unterzogen: ein PP-Homopolymer, ein PP-Copolymer und ein PP-Copolymer-Regranulat mit ~10 % PE aus Bechern, Blistern und Flaschenverschlüssen. Mit diesen Materialien sollen die Grundlagen bewertet werden, bevor echte PP-Recycling-Fraktionen getestet werden. Die Materialien wurden nach dem Spritzgiessen gemahlen und zwischen den Zyklen wurden keine Additive hinzugefügt. Nach ausgewählten Zyklen wurde das Material für die mechanische und rheologische Charakterisierung aufbewahrt. Die mechanischen Prüfungen wurden an Dog-Bone-Proben gemäß EN ISO 527 durchgeführt. Die Rheologie wurde an gemahlenem Material und, falls erforderlich, an Proben durchgeführt, die aus definierten Bereichen der Zugstäbe entnommen wurden. Die Testmatrix umfasste Zug- und Schlagprüfungen, dynamisch-mechanische Analyse (DMA), Kriechen, lineares Schrumpfen, Schmelzindex (MFI), Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC) und Oxidationsinduktionszeit (OIT), Hochdruck-Kapillarrheometrie (HCR), pvT-, Permeabilitäts und Farb-/Glanzmessungen.
Über die Recyclingschleifen hinweg stieg der Schmelzindex (MFI) progressiv an, was auf eine Kettenabbau und eine Verringerung der Nullscherviskosität η₀ hindeutet (Bild 1). Dies spiegelt Studien zur Mehrfachaufbereitung von PP in der Literatur wider, die einen nahezu linearen Anstieg des MFI/MFR und einen Rückgang von η₀ bei sinkendem Molekulargewicht und Verflechtungsdichte berichten.
Eine Schädigung des Polymeren lässt sich sehr schön anhand der frarblichen Veränderung der zugstäbe von weissmilchig bis gelblich erkennen .
In Bezug auf die Schlagzähigkeit zeigt das PP-Homopolymer sowohl bei 23 °C als auch bei −20 °C einen monotonen Rückgang, während das Copolymer bruchfest bleibt und wiederholt durch die Vorrichtung gleitet. Erst beim 20. Recycling kommt es zu einem Bruch (Bild 2).
In einem derzeit laufenden Projekt wenden wir die Ergebnisse der internen Forschung auf einen praktischen Anwendungsfall eines Industriepartners an. Dieser produziert Formteile aus PP und möchte über ein Rücknahmesystem diese Bauteile wieder dem Kreislauf zuführen. Ziel ist es, die Entwicklung der Materialeigenschaften über mehrere Zyklen hinweg zu quantifizieren, robuste Verarbeitungs- und Readditivierungsstrategien zu identifizieren und Akzeptanzspezifikationen/Vorhersagemodelle abzuleiten.
