SmellStop: Geruchsreduzierung als Schlüsseltechnologie für den Einsatz von rezykliertem Post-Consumer Polyethylen

Geruchsreduzierung für den breitgefächerten Einsatz von Rezyklaten in Neuverpackungen

Bezogen auf sämtliche Industriezweige werden im Verpackungsbereich die größten Kunststoffmengen eingesetzt. Gegenüber langlebigen Produkten aus dem Bau- und Automobilsektor weisen Verpackungen (z.B. Folien, Becher oder Flaschen) überwiegend eine geringe Nutzungsdauer auf. Zur Produktion von Kunststoffverpackungen wird gegenwärtig meist erdölbasierte Neuware eingesetzt. Diese lineare Verwendung von Kunststoffprodukten führt zu starken Treibhausgas-Emissionen und erheblicher Umweltverschmutzung. Neue Gesetze und Regelungen in Deutschland und der EU fordern allerdings einen immer höher werdenden Einsatz von Rezyklaten in Neuverpackungen. Der größte Teil der Rezyklate wird aktuell noch für niederwertigere Produkte (Downcycling) verwendet oder thermisch verwertet. Das hat verschiedene Ursachen.

So wurde in der Konzeptionsphase des Projekts eine starke Geruchsbildung (besonders in der Verarbeitung) von Rezyklaten als Hemmnis für den breiten Einsatz hoher Rezyklatanteile in Verpackungsprodukten ermittelt. Beeinflusst wird die Geruchsbelastung hauptsächlich durch Druckfarben. Um die Produktakzeptanz zu steigern und eine ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft im Bereich der Leichtverpackungen zu erreichen, müssen die Geruchsbelastungen in Post-Consumer Recycling-Materialien minimiert werden.

Verfahrenstechnische Verringerung des Geruchs

Im daraus entstandenen Projekt "SmellStop" soll die Geruchsaktivität der Rezyklate verfahrenstechnisch reduziert und gleichzeitig durch eine gezielte Anpassung der Druckfarben langfristig vermieden werden. Die Geruchsreduktion der Post-Consumer Polyethylenfolien ist über eine thermische Vorbehandlung im Infrarotdrehrohr, eine gezielte Entgasung im Doppelschneckenextruder, eine Dekontamination unter Temperatur- und Wasserdampfeinfluss und optimale Prozessparameter in der Verarbeitung zu Folie angestrebt.

Der Geruch wird dabei in allen Verarbeitungsschritten mittels Gaschromatografie mit Massenspektroskopie (GC-MS) analysiert, um die geruchsauslösenden Stoffe identifizieren und diese in der Herstellung der Primärverpackung gezielt vermeiden zu können. Durch eine gezielte Kontamination von Neuware können außerdem Rückschlüsse auf geruchsaktive Verbindungen in Rezyklaten gezogen werden. Hierbei liegt der Fokus vor allem auf Druckfarben, Klebstoffen und biotischen Verunreinigungen. Über die GC-MS-Analyse werden im Anschluss mobile Sensoren kalibriert, welche Gerüche im laufenden Produktionsbetrieb und im Produkt erfassen können, sodass eine unvorteilhafte Prozessparametereinstellung schnell erkannt und korrigiert werden kann.

Potenzial für eine echte Kreislaufwirtschaft

Die Ergebnisse haben einen großen Einfluss auf die Kreislaufwirtschaft von Leichtverpackungen. Rezyklate können durch die Etablierung der entwickelten Prozesse in einer Vielzahl von Produkten eingesetzt werden, ohne den Verbraucher in der Anwendung zu stören.

Am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen werden dafür zunächst verfahrenstechnische Versuche im Labormaßstab sowie GC-MS-Analysen der geruchsbildenden Stoffe durchgeführt. In Scale-Up Versuchen validieren die Firmen Coperion GmbH (Regranulierung), Kreyenborg GmbH & Co. KG (thermische Vorbehandlung im Infrarotdrehrohr), Reifenhäuser Cast Sheet Coating GmbH & Co. KG (Flachfolienherstellung) und RKW SE (Blasfolienherstellung) die erzielten Ergebnisse im industriellen Maßstab. Die Siegwerk Druckfarben AG & Co. KGaA stellt Kontaminanten in Form von Druckfarben und Klebstoffen zur Verfügung und optimiert laufend die Rezepturen, um eine geringe Geruchsbelastung im Recyclingprozess zu erzielen. Die 3S GmbH optimiert und kalibriert die Sensoren auf die Inline-Erfassung von Gerüchen in der Rezyklatverarbeitung, sodass die Geruchsbildung während der Verarbeitung und im Produkt schnell und einfach quantifiziert werden kann. Insgesamt wird der gesamte Prozess zur Geruchsreduktion zwei Mal durchlaufen, wobei beim zweiten Durchlauf Geruchsmessungs- sowie Geruchsreduktionsstrategien weiter optimiert werden sollen.