Circular Economy
16.10.2023 |
Sicherer Rezyklateinsatz in der Herstellung von Verpackungen und Folien
Die Herstellung von Verpackungen
Plastikverpackungen werden mit
zwei verschiedenen Verfahren hergestellt: Dem Spritzgussverfahren und dem Thermoformen.
Beim Spritzgussverfahren, auch Spritzgießen
genannt, wird das jeweilige Kunststoffmaterial verflüssigt (plastifiziert) und
unter Druck in eine Form, das sogenannte Spritzgießwerkzeug, eingespritzt. Durch
Abkühlung oder eine Vernetzungsreaktion wird das Material in dem Werkzeug
wieder fest und kann nach Öffnen des Werkzeugs als Fertigteil entnommen werden.
Der Hohlraum (Kavität) des Werkzeugs bestimmt dabei die Form und die
Oberflächenstruktur des fertigen Teils. Das Spritzgießen erlaubt eine nahezu
freie Wahl von Form und Oberflächenstruktur und gilt, nicht zuletzt wegen
seiner Wirtschaftlichkeit, als das meistverbreitete Verfahren zur
Massenherstellung von Kunststoffteilen aller Art.
Das Thermoformen, häufig auch als Tiefziehen bezeichnet, ist ein Verfahren zur Umformung thermoplastischer Kunststoffe unter Wärmeeinwirkung und mit Hilfe von Druckluft und Vakuum. Je nach Produktionsanlage wird das Kunststoffhalbzeug dem Formautomaten in Form einer Folie (dünne Halbzeug) oder Platte (dicke Halbzeug) zugeführt. In einer Aufwärmstation wird das Halbzeuge ein- oder beidseitig erwärmt, wodurch sie weicher wird. Das erwärmte Halbzeug wird dabei vorsichtig auseinandergezogen, um ein Durchhängen zu verhindern. In der Werkzeugstation wird es mithilfe eines Spannrahmens fixiert; ein Vorstrecker und das Thermoformwerkzeug geben bereits eine grobe Kontur vor. Mittels Druckluft von der einen und Vakuum von der anderen Seite wird das Halbzeug schnell und fest an die wassergekühlte Kontur des Aluminiumformwerkzeugs gepresst. Kleine Löcher oder Schlitze ermöglichen dabei das Entweichen der Luft zwischen Halbzeug und Werkzeug. Das erkaltete, nun feste Halbzeug wird von dem Formwerkzeug getrennt und anschließend ausgestanzt.
Die Herstellung von Folien
Auch für die Herstellung von Plastikfolien gibt es zwei Verfahren: Die Blasfolienextrusion und die Kalandrierung.
Bei der Blasfolienextrusion wird das Rohmaterial zunächst in einem Extruder erhitzt und geschmolzen. Unter Druck wird dann die geschmolzene Kunststoffmasse durch den Extrusionskopf, eine ringförmige Düse, gepresst. Es bildet sich ein Schmelzschlauch, der mit Luft aufgeblasen und gleichzeitig durch kühle Luft von außen abgekühlt wird. Die Kunststoffblase dehnt sich aus und es entsteht eine dünne Plastikfolie. Während dieser Phase des Prozesses werden die Breite und Dicke der Folie festgelegt. Sie sind abhängig von der Größe, auf die der Schlauch aufgeblasen wird. Ist der Schlauch aus Folie abgekühlt, wird er durch Quetschwalzen flachgedrückt und dann automatisch auf große Rollen aufgewickelt. Durch Folienextrusion hergestellte Verpackungsfolien machen einen erheblichen Teil der weltweit produzierten Kunststoffverpackungen aus.
Beim Kalandrieren wird das Kunststoffmaterial ebenfalls in einem Extruder erhitzt und zu einer flüssigen Masse geschmolzen. Diese geschmolzene Kunststoffmasse wird dann zwischen zwei großen, beheizten Walzen, den sogenannten Kalanderwalzen, hindurchgeführt. Die Abstände zwischen den Kalanderwalzen können je nach gewünschter Dicke der Folie angepasst werden. Die geschmolzene Kunststoffmasse wird zwischen den Walzen gleichmäßig verteilt und verdichtet. Während dieses Vorgangs kühlen die Walzen die Folie ab, wodurch sie ihre endgültige Festigkeit und Oberflächenstruktur erhält. Die fertige Plastikfolie wird anschließend auf einer Abzugsvorrichtung gezogen und auf großen Rollen aufgewickelt.
Rezyklateinsatz bei Verpackungen und Folien
In den vergangenen Jahren
hat der Einsatz von Rezyklaten in der deutschen Verpackungsproduktion erheblich
zugenommen. Grund hierfür ist neben der steigenden Nachfrage der Verbraucher
nach nachhaltigen Verpackungslösungen vor allem die gesetzlich vorgeschriebene
Mindestquote. Die EU-Kommission und die Circular Plastics Alliance streben an,
bis 2025 EU-weit mindestens 10 Millionen Tonnen Rezyklate in
Kunststoffprodukten einzusetzen. Die Europäische
Verpackungsrichtlinie PPWD empfiehlt sogar ein verankertes Ziel von 55%
physischem Recyclingoutput, bezogen auf die Marktmenge an Kunststoffprodukten. In
Übereinstimmung mit dieser Vision und der 2019 ins Leben gerufenen Initiative
"Null Granulatverlust" haben sich die Mitgliedsunternehmen der
Industrievereinigung Kunststoffverpackungen e.V. das ambitionierte
Ziel gesetzt, den Anteil von Rezyklaten in Kunststoffverpackungen bis 2025
auf eine Million Tonnen zu erhöhen.
Das Problem dabei: Das verfügbare Rohmaterial weist häufig Verunreinigungen auf – und Kunststoffverarbeiter stehen vor der Herausforderung, trotzdem eine konsistente Produktqualität gewährleisten zu müssen. Verunreinigungen, die häufig vorkommen sind unter anderem:
- PVC: Die Verwendung von PVC in Produkten birgt erhebliche Gesundheitsrisiken, da es bei hohen Temperaturen Salzsäure freisetzen kann. Dies ist besonders bedenklich, wenn PVC in Lebensmittelverpackungen oder Folien verwendet wird, da dies Gesundheitsgefährdungen nach sich ziehen kann.
- Fremdfarben: Die Zugabe von Fremdfarben kann zu Verfärbungen im Endprodukt führen und die Qualität beeinträchtigen.
- Metallverunreinigungen: Metallverunreinigungen stellen eine ernsthafte Gefahr dar, da sie sowohl erhebliche Schäden an den Produktionsanlagen verursachen als auch negative Auswirkungen auf das Endprodukt haben können. Selbst winzige Metallpartikel können dazu führen, dass beispielsweise ein Folienstrang reißt oder andere unerwünschte Folgen entstehen. Dies kann die Qualität und Sicherheit der hergestellten Produkte erheblich beeinträchtigen.
Es gibt jedoch bewährte Techniken, um die Risiken von Maschinenschäden, Produktionsstillständen oder Produktrückrufen zu minimieren oder gar auszuschließen:
Der Einsatz ausgefeilter Materialanalysesysteme beispielsweise ermöglicht es, schon vorab die genaue Zusammensetzung des Eingangsmaterials zu überprüfen und zu dokumentieren, um sicherzustellen, dass nur hochwertiges Material verwendet wird.
Innovative Sortiersysteme sind zudem in der Lage, sowohl das Eingangsmaterial vorzusortieren, als auch das Ausschussmaterial nochmals gründlich nachzusortieren, um den Verlust von Gutmaterial so gering wie möglich zu halten.
Metalldetektoren an kritischen Stellen des Produktionsprozesses erkennen und separieren zuverlässig auch kleinste metallische Verunreinigungen, die die Produktionsanlagen beschädigen könnten.
Auch sind eine strenge Qualitätskontrolle und die Durchführung regelmäßiger Inspektionen mit Analysesystemen von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass weder PVC, noch Fremdfarben in den Produktionsprozess gelangen.
Mithilfe dieser Technologien kann man sicherstellen, dass eine hohe Produktqualität aufrechterhalten wird, gleichzeitig die Prozesssicherheit gewährleistet ist und potenzielle Probleme vermieden werden. Damit erhöht sich automatisch auch die Profitabilität, denn sie sind wirksam vor teuren Maschinenschäden und Produktionsausfällen, Reklamationen und Rückrufaktionen geschützt sind. Außerdem wird kein wertvolles Material verschwendet.
Fazit
Der Einsatz von Rezyklaten in Verpackungen und
Folien gewinnt zunehmend an Bedeutung, doch verunreinigtes Recyclingmaterial stellt
Kunststoffverarbeiter vor große Herausforderungen. Die Qualitätssicherung in
der Wareneingangskontrolle und an kritischen Stellen im Produktionsprozess zum
Schutz der Anlagen sind entscheidend, um einwandfreie Materialqualität und
Prozesssicherheit zu gewährleisten. Fortschrittliche Technologien wie
Materialanalysesysteme, Sortieranlagen und Metalldetektoren helfen,
Verunreinigungen frühzeitig zu erkennen und zu beseitigen. Dies steigert die Materialeffizienz
und sorgt für hochwertige Endprodukte. Auf diese Weise können Kunststoffverarbeiter
nachhaltiger und wirtschaftlicher arbeiten und die Qualitätssicherung des
Endprodukts sicherstellen.
