Nach der Produkt-Lebensdauer wird das Abfallmanagement von Kunststoffprodukten zum wichtigen Thema. Die Europäische Union hat in der sogenannten Abfallrichtlinie (2008/98/EC), die in Deutschland im Kreislaufwirtschaftsgesetz umgesetzt ist, Rahmenbedingungen für den Umgang mit Abfällen definiert. Um die Umwelt besser zu schützen, müssen die Mitgliedsstaaten Maßnahmen für die Behandlung ihrer Abfälle im Einklang mit der folgenden Abfallhierarchie ergreifen, die den Maßnahmen als Prioritätenfolge zugrunde liegt: Vermeidung von Abfällen, Vorbereitung zur Wiederverwendung, Recycling, sonstige Verwertung (zum Beispiel energetisch), Deponierung. Die Realität allerdings ist in Europa sehr unterschiedlich. Während einige Länder wie die Schweiz, Deutschland, Österreich und Belgien nahezu 100 Prozent verwerten und recyceln, erreichen andere Länder wie Malta, Zypern, Griechenland und Bulgarien weniger als 30 Prozent.

Herausforderung Sortenreinheit

Aber nicht nur der verantwortungsvolle Umgang mit Ressourcen, sondern auch ein handfestes ökonomisches Interesse fordern von uns Nachhaltigkeit in unserem Handeln. Durch steigende Rohstoff-Preise erhält das Kunststoff-Recycling für die Verarbeiter einen hohen Stellenwert. Dabei ist es besonders wichtig, dass beim Recycling Qualitätskriterien eingehalten werden, um den recycelten Kunststoff weiterverarbeiten – beispielsweise auch schweißen – zu können.

Eine große Herausforderung beim Recyceln ist die Sortenreinheit von Kunststoffen. Besonders an Kunststoffe werden dabei große Anforderungen gestellt, da sie im Recyclingprozess nicht einfach aufgeschmolzen werden können und für die weitere Verarbeitung einen hohen Reinheitsgrad erfordern. Doch schon bevor eine Polymer-Sortierung stattfinden kann, müssen Polymere von Nicht-Polymeren getrennt werden. Eine solche, häufig auf Dichte-unterschieden beruhende Sortierung, bringt aber je nach Ausgangsmaterial nur bedingt zufriedenstellende Sortenreinheit. Zumeist sind die Kunststoffabfälle verunreinigt und das recycelte Material kann dann nicht mehr in der originären Anwendung eingesetzt werden.

Das Vinyloop-Verfahren zum Recyceln schwieriger PVC-Abfälle verarbeitet Post-Consumer-Materialien und stellt ein gebrauchsfertiges PVC-Compound her. Im diesem Prozess können Unreinheiten derart gut ausgefiltert werden, sodass das Compound von den Verarbeitern beinahe als Neuware angesehen wird. Um diese Behauptung zu überprüfen wurde das Produkt FP101 bezüglich seiner Schweißeignung getestet.

Schweiß-Test und Parameter

Denn zu den wichtigen Eigenschaften eines thermoplastischen Kunststoffs gehören neben den mechanischen Kennwerten auch die Schweißeignung. Leister stellte sich daher die Frage, ob die Recyclingwerkstoffe aus dem Vinyloop-Prozess auch schweißbar sind und ob sie sich mit den unterschiedlichen Schweißverfahren fügen lassen. Aus diesem Grund wurden mit dem recycelten Werkstoff verschiedene Schweißtests durchgeführt. Es sollte die Schweißbarkeit im Allgemeinen bewertet, aber auch erste Aussagen über Schweißparameter und Schweißnahtfestigkeit gemacht werden.

Als Testmaterial wurde eine Folie aus Vinyloop FP101 mit einer Dicke von 1 mm verwendet, wie sie auch im Agrarbereich und in Form von Teich- und Tunnelfolien zum Einsatz kommt. Für die Schweißtests standen verschiedene Geräte zur Verfügung. Für erste Initialtests und die generelle Beurteilung der Schweißbarkeit wurde die neueste Version des Heißluft-Handgeräts Triac AT eingesetzt. Weitere Untersuchungen wurden mit Schweißautomaten durchgeführt. Für das Heißluftschweißen wurde ein Automat vom Typ Twinny T ausgewählt, welcher häufig für PVC-Abdichtungen im Tunnelbau eingesetzt wird. Zum Schweißen mit Heizkeiltechnologie wurde ein Uniplan Wedge eingesetzt, ein Automat, der in den meisten Fällen zum Fügen von Werbebannern zum Einsatz kommt. Die Schweißergebnisse waren durchweg positiv. Schon bei den Hand-Schweißversuchen mit aufgesetzter Breitschlitzdüse konnten schnell gute Schweißverbindungen erreicht werden.

Bei den Versuchen mit dem Schweißautomaten wurden durch Abfahren über zwei Bahnen überlappende Längsschweißnähte hergestellt. Zum Ausblasen der Heißluft in die Fügezone kam eine Kombikeil-Düse zum Einsatz. Diese erzeugt eine doppelte Schweißnaht mit innenliegendem Prüfkanal. Es wurden drei unterschiedliche Andrückrollen eingesetzt, die sich in Bezug auf ihre Oberflächenstruktur und Härte unterschieden. Die besten Schweißergebnisse wurden mit Rollen mit mittlerer Riffelung erzielt. Aber auch die Ergebnisse mit der glatten Silikonrolle sind hinsichtlich der Eigenschaften überzeugend.

Bei den Versuchen mit Heizkeiltechnologie wurde der auf 420 °C aufgeheizte Keil mit zwei Metern pro Minute durch die Fügenaht gefahren. Über Kontaktwärme werden dabei die Folienbahnen auf einer Breite von 20 mm aufgeheizt, um unmittelbar anschließend mittels Andrückrolle gefügt zu werden. Auch mit dem Heizkeil-Schweißverfahren lassen sich optisch ansprechende und feste Schweißnähte erzeugen.

Schäl- und Zugversuche bringen gute Ergebnisse

An denjenigen Schweißungen, welche mit Schweißautomaten gemacht wurden, führte man zur Beurteilung der Schweißfestigkeit Schäl- und Zugversuche durch. Hierzu wurden aus den Folienbahnen, quer zur Schweißrichtung, Zug- und Schälproben ausgeschnitten und in einer Zugprüfmaschine getestet. Es wurden durchweg sehr gute Resultate erzielt. Die Zugprüfung an den mit einem Twinny T geschweißten Muster mit einer 20 mm breiten Schweißnaht, ergab einen Riss außerhalb der Naht, im Grundmaterial. Die Schweißung hatte somit keinen negativen Einfluss auf die Reißfestigkeit. Der Schälversuch stellte für die Schweißnaht die härtere Prüfung dar: Bei einer 20 mm breiten und 1 mm dicken Probe mussten 90 Newton aufgewendet werden, bis die Naht versagte. Auch die Homogenität des Materials konnte überzeugen. Sie ist eine Eigenschaft, die beim Schweißen besonders wichtig ist. Die Arbeitsweise und Parametersuche, um eine optimale Schweißnaht zu erzielen, unterscheiden sich kaum von der Vorgehensweise bei herkömmlichem Material, sodass das Recycling-Material als nahezu gleichwertig eingestuft werden konnte.

 

Technik im Detail

Das Recycling-Verfahren Vinyloop

Mit dem patentierten Vinyloop-Prozess recycelt Solvay bereits seit 2002 PVC-Verbundabfälle im Werk in Ferrara, Italien. Ziel ist es PVC-Abfälle zu recyceln, welche in Mahlprozessen nicht mit befriedigendem Ergebnis recycelt werden können. Dabei werden die verunreinigten Kunststoffe zunächst zerkleinert. Anschließend werden alle Bestandteile des Abfallstroms aufgelöst und mithilfe des Lösungsmittels werden Schritt für Schritt die Unreinheiten herausgefiltert. Auf diese Weise kann das PVC von anderen Materialien – wie beispielsweise Kupferpartikeln, Polyester-Fasern, natürlichen Textilien, Metallen, Gummi und anderen Polyolefinen – getrennt werden. Das Endprodukt ist ein sauberes PVC-Compound als Mikrogranulat, das ohne jede weitere Behandlung für die ursprüngliche Anwendung einsetzbar ist: beispielsweise für Gartenschläuche, Folien und Membranen für Tunnel und Pools. Resultat dieses Recyclingprozesses ist somit ein Endprodukt, das eine hohe Qualität und fast dieselben Eigenschaften wie Neu-ware aufweist.

Autor

Über den Autor

Oliver Hinz ist Business Development Manager Eva Sediva ist Technical Assistent Corporate Research beide bei Leister Technologies, Oliver.Hinz@leister.com Christian Thamm ist Marketing & Development Manager Vinyloop bei Solvay