Booster für den Kreislauf

Wie vielseitig und sicher Kunststoffe sind, beweisen Extremsituationen wie die aktuelle Corona-Pandemie exemplarisch. Gerade jetzt zeigt sich auch die fragile Abhängigkeit des globalen Marktes: Lieferketten brechen weg, die Preise für Primärkunststoffe sind im Höhenflug. Ein Umstand, der auch die Hersteller im Umfeld der Kunststoffadditive beziehungsweise Masterbatches, sowohl in der Entwicklung neuer Produkte, als auch in ihrer wirtschaftlichen Gesamtsituation beeinflusst?

Flaschenhals Beschaffungskrise?

„Wir spüren eine eingeschränkte Verfügbarkeit verschiedener Rohstoffe, sind aber bislang in der Lage, ohne Einschränkungen in der Entwicklung neuer Produkte beziehungsweise der Belieferung unserer Kunden damit umzugehen“, beschreibt AF-Color, Niederzissen, die derzeitige Situation. Auch für Grafe Advanced Polymers, Blankenhain, hat die Lieferfähigkeit beziehungsweise die Lieferkettenversorgung oberste Priorität: „Rohstoffe sind heiß begehrt“. Dementsprechend habe sich auch die Rohstoffverfügbarkeit weiterhin weltweit verschlechtert, verbunden mit längeren Lieferzeiten. „Wir wollen helfen, diese Krise zu überwinden und Alternativen aufzeigen, um sich perspektivisch von Spezialpolymeren unabhängiger zu machen“, erklären die Thüringer. Dafür plane man entsprechend vorausschauend mit langfristigen Lieferkontakten, alternativen Rohstoffquellen sowie zusätzlich neuen Lieferanten. Die Verknappung der Rohstoffe ist auch für Deifel-Masterbatch herausfordernd. Der Masterbatch-Hersteller aus Schweinfurt berichtet über erhebliche Lieferengpässe und Preiserhöhungen bei den Pigmentrohstoffen, was sich dementsprechend auf die Produktion von Masterbatches auswirkt. Neben den Polymeren seien vor allem die Pigmentrohstoffe ein Kostentreiber. „Wenn nur ein bestimmtes Pigment nicht verfügbar ist, kann das für uns bedeuten, dass wir viele Kundenaufträge nicht produzieren können, da genau dieses Pigment benötigt wird, um den Farbton zu treffen.“ Und selbst die Versorgung mit Kleinstmengen an Standardkunststoffen kann mitunter problembehaftet sein, wie auch das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF aus Darmstadt beschreibt. Demnach ergeben sich „durchaus Verzögerungen bei der Entwicklung von neuen Additivsystemen für Kunststoffe in Zusammenarbeit mit industriellen Partnern in Projekten.“

Die knappe Versorgungslage wirkt sich auch bei Karl Finke, Wuppertal, aus, die sich inzwischen auf sämtliche eingesetzten Rohstoffgruppen ausgeweitet habe. „Eine sehr hohe Nachfrage trifft auf ein begrenztes Angebot. Das hat zur Folge, dass nicht nur unsere Beschaffungssituation derzeit äußerst schwierig ist, sondern auch die Preise für unsere Rohstoffe und Transport erheblich gestiegen sind.“ Für den in Lichtenfels beheimateten Masterbatch-Hersteller Lifocolor Farben würden wirtschaftliche Engpässe bei Rohstoffen aufgrund der geringeren Einsatzmengen der Konzentrate hingegen zwar kaum eine Rolle spielen, dennoch führe die derzeitige Situation auch hier zu längeren Lieferzeiten und damit zu Umsatzverschiebungen.

Auch Sukano, Schindellegi, Schweiz, hat sich auf die Situation inzwischen eingestellt und die Zusammenarbeit einzelner Bereiche innerhalb des Unternehmens entsprechend enger verzahnt. „Unser Entwicklungsteam arbeitet sehr eng mit unserer Einkaufsabteilung und unseren Lieferanten zusammen“. Die Zusammenarbeit zwischen Planung, Beschaffung sowie Entwicklung und Qualität sei es auch, die sich trotz angespannter Lage an den Beschaffungsmärkten als Wellenbrecher herauskristallisiert habe. Den derzeitigen Versorgungsengpass spürt etwa auch das Fraunhofer LBF. Selbst kleine Mengen von manchen Standardkunststoffen zu erhalten sei schwierig, was sich wiederum verzögernd auf die Entwicklung von neuen Additivsystemen auswirkt, die man zusammen mit industriellen Partnern in Projekten realisiert.

Nachhaltiges, klimabewusstes Handeln durchdringt inzwischen auch die hintersten Winkel der Wertschöpfungskette. Egal ob im Konsumbereich oder bei technischen Produkten: Am Thema Nachhaltigkeit kommt inzwischen kaum noch jemand vorbei. Das wiederum befeuert die Entwicklung nachhaltiger Lösungen für unterschiedliche Anwendungsbereiche – auch im Kunststoffbereich. Doch welche Rolle spielen beispielsweise biobasierte Kunststoffe, deren Additivierung sowie der vermehrte Einsatz von Rezyklaten in Verbraucherprodukten für die Entwicklung innerhalb der Unternehmen? Insbesondere in puncto Nachhaltigkeit und zirkulärem Kreislaufgedanken?

Beim Fraunhofer LBF forscht man verstärkt in den Themenbereichen Kunststoffrezyklate, Additive aus nachwachsenden Rohstoffen und die gezielte Additivierung von Biopolymeren. Erste Einblicke des Instituts verdeutlichen die Entwicklung: „In Zusammenarbeit mit unserem industriellen Partner der Firma Brüggemann, Heilbronn, haben wir eine neue Generation von Stabilisatoren für Polyolefinrezyklate entwickelt, die die Verarbeitungs- und Langzeitstabilität von Polypropylenrezyklaten gezielt addressiert. Im Moment entwickeln wir ein Stabilisatorsystem für Polyethylenfolien, das die Verarbeitungseigenschaften und gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften von Rezy­klaten verbessert.“ Man erhalte zunehmend aber auch Anfragen, herkömmliche petrochemisch basierte Additive durch Additive aus nachwachsenden Rohstoffen bei gleicher Wirkung zu substituieren. Erste Erfolge bei Antioxidantien wurden bereits erzielt. Im Bereich der Biopolymere würden weiterhin Zusätze entwickelt, die einen Abbau in der Umwelt oder bei der Kompostierung deutlich verkürzen, „aber auch Additivsysteme, die einen Langzeiteinsatz als Alternative zu technischen Kunststoffen ermöglichen.“

Bei AF-Color habe man „alle für die Kreislaufwirtschaft erforderlichen Additivkonzentrate sowie auch Produkte zur Ermöglichung der Kunststoffsortierung nach dem NIR-Verfahren im Portfolio.“ Hier entsprächen Masterbatches für bioabbaubare Anwendungen und biobasierte Masterbatches der ISCC Plus beziehungsweise Redcert-2-Zertifizierung. Eine verstärkte Nachfrage nach Additiven bei Flammschutz und UV-Stabilisierung verspürt derzeit Grafe Advanced Polymers. So werde insbesondere bei der Modifizierung vermehrt Wert auf Langlebigkeit gelegt. Wichtig sei hier, den Kunststoff beständiger zu machen. Im Fokus des Unternehmens stehen aber auch Biopolymere: „Biobasierte Kunststoffe haben sich zu einem weiteren Trendthema entwickelt und sind nicht nur Kaufargument, vielmehr geht es um eine überzeugende Performance bei der Auswahl von Biopolymeren.“

Bei AF-Color habe man „alle für die Kreislaufwirtschaft erforderlichen Additivkonzentrate sowie auch Produkte zur Ermöglichung der Kunststoffsortierung nach dem NIR-Verfahren im Portfolio.“ Hier entsprächen Masterbatches für bioabbaubare Anwendungen und biobasierte Masterbatches der ISCC Plus beziehungsweise Redcert-2-Zertifizierung. Eine verstärkte Nachfrage nach Additiven bei Flammschutz und UV-Stabilisierung verspürt derzeit Grafe Advanced Polymers. So werde insbesondere bei der Modifizierung vermehrt Wert auf Langlebigkeit gelegt. Wichtig sei hier, den Kunststoff beständiger zu machen. Im Fokus des Unternehmens stehen aber auch Biopolymere: „Biobasierte Kunststoffe haben sich zu einem weiteren Trendthema entwickelt und sind nicht nur Kaufargument, vielmehr geht es um eine überzeugende Performance bei der Auswahl von Biopolymeren.“

Deifel-Masterbatch etwa beschäftigt sich zwar bereits seit 2010 mit der Einfärbung von Biopolymeren, wie man betont, aber erst seit 2020 seien in diesem Bereich vermehrt Aktivitäten im Markt zu spüren. Das Unternehmen selbst gehe aber, in Bezug auf die Nachhaltigkeit, davon aus, dass den biobasierten und nicht bioabbaubaren Polymeren die Zukunft gehöre. Insbesondere bei Produkte wie Agrarfolien sei demnach die Bioabbaubarkeit sinnvoll.

Ganz ähnlich beschreibt auch Lifocolor die Marktentwicklung: „Wir sehen sowohl Rezyklate als auch Biokunststoffe als tragende Konzepte für eine funktionierende und nachhaltige Kreislaufwirtschaft der Zukunft an.“ Im Mittelpunkt stehe auch hier die Ent- und Weiterentwicklung von Masterbatches für recyclingfähige und recycelte Polymere (PCRs/PIRs) sowie Biokunststoffe.

Ein weiterer strategischer Pfeiler sind biobasierte und biologisch abbaubare Polymere. Sukano entwickelt Lösungen, um die Einsatzmöglichkeiten von Biopolymeren zu diversifizieren und die Performance zu steigern und fokussiert sich unter anderem darauf, nicht oder schwer rezyklierbare Polymere durch ressourcenschonendere Lösungen zu ersetzen. Um auch hier die Wiederverwertbarkeit von Materialien zu erhöhen, haben die Schweizer den Entwicklungsfokus bewusst auf Produkte, die technisch den Wechsel von Multilayer Multimaterial zu Monomaterial Anwendungen ermöglichen, gelegt. Und auch beim Thema Biopolymere ist man mit an Bord. Die Entwicklung tendiere hier über die Extrusion hinaus hin zum Spritzgießen. „Dafür ist es wesentlich, dass die Zykluszeit und die Verarbeitbarkeit so nah wie möglich an die konventionellen Kunststoffe herankommen, um die Produktivität auf Industrielevel und somit auf einem wettbewerbsfähigen Niveau zu ermöglichen.“

Für ein qualitativ hochwertiges Recycling müssen auch die in den Produkten verwendeten Additive den Verarbeitungsprozess schadlos überstehen. Denn das Ziel muss es sein, Rezyklate mit reproduzierbarer Qualität zu gewinnen. Bei der Additivierung von Kunststoffen sind einige Fallstricke zu beachten – insbesondere bei denen mit einem entsprechenden Rezyklatanteil. Doch inwiefern ist der Rezyklatanteil bestimmend für die Additiv- und Masterbatch-Dosierung? „Im Fall der Additivierung muss die Additivmenge möglichst genau auf den Rezyklatanteil abgestimmt werden“, erklärt etwa AF-Color und ergänzt zugleich: „Soll das Rezyklat überfärbt werden, ist die Rezyklatmenge natürlich ebenso ausschlaggebend für das Einfärbeergebnis.“ Je höher die Menge an Rezyklaten, desto herausfordernder sei in der Regel auch die Einfärbung, wie auch Karl Finke bestätigt: „Die Stärke der Eigenfarbe des Rezyklats spielt dabei eine entscheidende Rolle.“

Zugleich entscheidend ist auch die Herkunft der Rezyklate. „Grundsätzlich ist hier zwischen PIC und PCR zu unterscheiden“, weist Grafe Advanced Polymers hin. Und weiter: „Während bei PIC relativ genau der Produktionsprozess verfolgt und abgeschätzt werden kann, inwieweit ein Kunststoff geschädigt wurde, bedarf es hingegen für PCR-Materialien eine genaue Betrachtung zu Vorstabilisierung beziehungsweise noch vorhandenen Eigenschaftsprofils, Farbe und Mechanik.“ Andere Polymere wie etwa PET würden sich sehr gut recyceln lassen, während bei PC beispielsweise nach jedem zusätzlichen Produktionsschritt deutliche Abbauerscheinungen erkennbar werden, wie der Additivhersteller weiter ausführt. Die Rezyklatqualität hängt von Vorschädigung und Verunreinigungen des Materials ab, weiß auch das Fraunhofer LBF. „Für einen wenig geschädigten Produktionsabfall ist es ausreichend, die verbrauchte Stabilisatorkonzentration zu ersetzen, für einen hohen Anteil Altmaterial mit einer Vorschädigung über viele Jahre aus der ersten Anwendung ist eine höhere Stabilisatorkonzentration unbedingt notwendig“.

Für Lifocolor spielt die Rolle des Rezyklatanteiles im Masterbatch faktisch keine große Rolle. Der Masterbatch-Anteil im Endprodukt wäre ohnehin sehr gering. Wichtiger sei hier die Betrachtung des Gesamtkontextes – auch im Sinne der Kreislaufwirtschaft. „Wenn man Kunststoffprodukte aus Neuware recyclingfähig konzipiert, die dem Recyclingkreislauf nach Entsorgung zugeführt werden, dann kann ein Virgin-Träger die Wahl sein. Wenn man Produkte aus Recyclingmaterial herstellt, dann sind Masterbatches mit vollständigem Rezyklatanteil die bessere Wahl“, wie es von Seiten Lifocolors heißt.

Wenn die Farbe in den Kreislauf kommt

Mit steigendem Einsatz von Rezyklaten nimmt auch der Bedarf an geeigneten Produkten seitens der Additiv- und Masterbatchhersteller, auch um das Recyclingmaterial wieder auf ein entsprechendes Qualitätsniveau zu heben. Sämtliche hier beteiligten Unternehmen bieten in diesem Bereich bereits spezielle, darauf abgestimmte Lösungen an. So auch das Schweizer Unternehmen Sukano, das hierfür beispielsweise umfangreiche Produkte für rPET offeriert. „Ganz egal ob Schmelzverbesserer, Schlagzähmodifikator oder ein Kombimasterbatch, der neben der Additivierung auch eine entsprechende Farbgebung liefert“, wie es heißt.

Rezyklate einfärben ist auch bei Deifel-Masterbatch nicht erst seit gestern ein Thema, auch wenn dem technische Grenzen gesetzt sind. „So kann man aus einem schwarzen Rezyklat niemals ein weißes Masterbatch herstellen“, so der Hersteller. Die Farbentwicklung werde hier direkt maßgeschneidert auf dem individuellen Rezyklat durchgeführt. Weiter heißt es: „Farbschwankungen des Rezyklats können durch entsprechende Variation der Zugabemengen an Masterbatches ausgeglichen werden.“ Und auch Farbmasterbatches auf Basis von Rezyklaten sind möglich – eine gleichbleibende farbliche Qualität des Rezyklats vorausgesetzt. Ansonsten könne das Farbmasterbatch bereits Schwankungen unterliegen, führt Deifel-Masterbatch weiter aus. Bei der Einstellung von Farbtönen komme es letztendlich auf auf Eigenfärbung des Recyclingmaterials an, wie Karl Finke hervorhebt. Das Fraunhofer LBF etwa hat spezielle Additive zusammen mit dem Unternehmen Brüggemann entwickelt, welche die Anforderungen von Rezy­klaten, etwa eine Vorschädigung, addressieren. „Diese neuen Systeme sind deutlich leistungsfähiger als herkömmliche für Neuware eingesetzte Stabilisatoren“.

Mit recyclingfähigen Farbmasterbatches auf Basis von Neuware oder Rezyklaten für recycelte Polyester (rPET) und Polyolefine (rPE, rPP) ist beispielsweise Lifocolor in der Lage, individuelle Farbtöne einzustellen. Neben NIR-detektierbaren Schwarz-Varianten auf Basis von Neuware oder PCR-Trägermaterial bietet der Additivproduzent auch einen Füllgutschutz mit reinem PCR-Träger an, der sich durch eine geringe Flüchtigkeit hohe Thermostabilität und einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Farbe des Rezyklates auszeichnet.