Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWSKunststoffe auf Basis von Polybutylensuccinat (PBS) bieten großes Potenzial für nachhaltige Verpackungen. Ihr ökologischer Mehrwert steigt, wenn sie dabei auch effizient recycelt werden können. Lösungen dafür hat das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS jetzt vorgestellt: Die Trennung von PBS aus Abfallströmen, das mechanische Recycling und die Weiterverarbeitung sind möglich und bieten einen wertvollen Schlüssel zur Etablierung einer Kunststoff-Kreislaufwirtschaft.
Auch wenn Einkaufstüten zunehmend aus Papier sind, Einweg-Besteck verboten ist und die Belastung der Umwelt mit Mikroplastik allerorten reduziert werden soll: Die weltweite Produktion von Kunststoffen nimmt weiter zu. Schließlich bietet Plastik wertvolle Materialeigenschaften, die für viele Produkte unverzichtbar sind. Um diese Eigenschaften mit der gewünschten Nachhaltigkeit in Einklang zu bringen, verfolgt die Industrie verschiedene Ansätze, die zur Verwirklichung einer Kreislaufwirtschaft idealerweise kombiniert werden: Plastik lässt sich auf Basis nachwachsender Rohstoffe oder unter Nutzung von CO2 als Kohlenstoffquelle produzieren, ebenso kann es aus recycelten Materialen gefertigt werden.
Polybutylensuccinat (PBS) spielt im Markt der biologisch abbaubaren Kunststoffe bereits eine wichtige Rolle. Der Bio-Kunststoff kann aus Cellulose- und Lignocellulose-haltigen Stoffen gewonnen werden, etwa Holz und Gras oder Reststoffen aus Papierindustrie und Biogasanlagen. PBS-Polymere bringen gute Verarbeitungseigenschaften mit sich und eignen sich somit für vielfältige Anwendungen. »Etwa für die Verpackungen von Lebensmitteln oder Kosmetikprodukten bietet PBS sehr gute Möglichkeiten. Damit es noch nachhaltiger wird und auch den verschärften politischen Vorgaben für Verpackungen in der EU gerecht wird, muss PBS allerdings auch recyclingfähig sein. Das haben wir gemeinsam mit Partnern nachgewiesen«, sagt Dr.-Ing. Patrick Hirsch vom Fraunhofer IMWS, der auf dem »7th Forum Plastic Recyclates« in Darmstadt erste Ergebnisse des Projekts RUBIO vorstellte.
In einem ersten Schritt wurden im Projekt Lösungen für die Sortierung von PBS-Kunststoffen entwickelt. Ergebnis: Unter Einsatz von Nahinfrarotspektroskopie lassen sich PBS-Materialien in einem Abfallstrom erkennen und abtrennen, selbst wenn diese mit anderen Materialien wie PET kontaminiert oder mit Papieretiketten versehen sind. Im zweiten Schritt wurde die aus dem Kunststoffabfall heraussortierte PBS-Fraktion in industriellen Schneidmühlen zu Granulat zermahlen. Die Forschungsarbeiten aus RUBIO erbrachten den Nachweis, dass dabei keine thermischen Anomalien wie Schmelzen oder Verstopfen der Siebe zu befürchten sind.
Das Granulat wurde schließlich mit einem Doppelschneckenextruder compoundiert. Bei der Compoundierung werden verschiedene Rohstoffe und Additive miteinander vermischt, meist in einem Extruder, der dafür sorgt, dass die Ausgangsbestandteile (wie beispielsweise PBS) und Additive (etwa Füllstoffe, Farbstoffe oder Weichmacher) gleichmäßig verteilt und miteinander verbunden werden. Während dieses Mischprozesses werden die Materialien erhitzt, wodurch sie schmelzen und eine homogene Masse bilden. Dies ist entscheidend, um die gewünschten mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften des Endprodukts zu erreichen.
»Die Eignung von recyceltem PBS für diesen wichtigen Prozess in der Kunststoffverarbeitung ist eine entscheidende Voraussetzung für eine möglichst weitreichende Nutzung«, sagt Hirsch. Im RUBIO-Projekt hat er mit seinem Team die mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitungseigenschaften untersucht, um die Qualität des recycelten Materials sicherzustellen. Bei mehrfacher Compoundierung zeigten sich Degradationseffekte, die allerdings durch entsprechende Stabilisatoren ausgeglichen werden können. Zudem hat das Fraunhofer-Team auch Lebenszyklusanalysen durchgeführt. »Dabei zeigte sich, dass recyceltes PBS einen erheblichen Beitrag zur Reduzierung des globalen Erwärmungspotenzials durch Kunststoffprodukte leisten kann. Das unterstreicht die Bedeutung dieses Materials, für dessen verstärkte Anwendung wir nun in mehreren wichtigen Punkten entscheidende Fortschritte erzielt haben«, sagt Hirsch abschließend.
(23.04.2025)