Met het project ‘Material and long-term properties in recycled materials’ wil Fraunhofer Institute for Structural Sustainability and System Reliability LBF de basis leggen voor het verhogen van het aandeel post-consumer recyclaat (PCR) voor hoogwaardige industriële toepassingen van technische kunststoffen. De onderzoekers zijn op zoek naar extra partners om gezamenlijk fundamentele inzichten te ontwikkelen in het effect van materiaalsamenstelling. De focus ligt op de grondstoffen en de variabelen die van invloed zijn op de samenstelling (bijvoorbeeld de verhouding en conditie van nieuw materiaal, hertoevoeging) op de resulterende toepassingseigenschappen. Dit wordt ondersteund door een toolbox met aangepaste analysemethoden die fundamentele afhankelijkheden tussen moleculaire parameters en eigenschappen visualiseren. Op deze manier verkrijgen de projectdeelnemers de nodige knowhow voor een optimale beheersing van hun materiaalstromen.
Wetgevende maatregelen op zowel Europees als nationaal niveau vereisen een aanzienlijke verhoging van het aandeel recyclaat, ook in technisch veeleisende toepassingen. Daarom vraagt de kunststofindustrie om duurzame oplossingen.
Meer recyclaten in technisch veeleisende toepassingen
Hoewel postindustriële recyclaten (PIR) goed gedefinieerd zijn met betrekking tot hun samenstelling, neemt de diversiteit van mogelijke samenstellingen (bijv. polymere onzuiverheden, niet-plastic onzuiverheden, additieven, kleefstoffen) exponentieel toe bij de overgang naar post-consumer recyclaat. Ook moeten verschillende staten van veroudering worden overwogen, evenals schommelingen volgens seizoensgebonden en geografische oorsprong. Een dergelijke variërende kwaliteit van de inkomende stromen zal de kwaliteit van de resulterende producten beïnvloeden. De eigenschappen van de verbindingen met betrekking tot het verwerkingsgedrag en de mechanica van de producten verslechteren bijvoorbeeld over het algemeen wanneer de fractie van PCR wordt verhoogd. Ook de duurzaamheid en als gevolg daarvan de levensverwachting van de producten worden op een negatieve manier beïnvloed. De toestand van de materiaalstroom en de toegepaste technologieën met betrekking tot sortering en work-up spelen dus een sleutelrol in de kwaliteit van de resulterende recyclaat. Compounders hebben de mogelijkheid om de kwaliteit en de resulterende producteigenschappen verder te optimaliseren door gebruik te maken van een reeks gereedschappen. Dit omvat bijvoorbeeld specifieke hertoevoeging, het aanpassen van de verwerkingsomstandigheden of het verhogen van het aandeel nieuwe materialen.
Het identificeren en evalueren van secundaire materialen die geschikt zijn voor extrusie, d.w.z. gesorteerde en gereinigde vlokken of gemalen materialen, vereist aanzienlijke inspanningen. De volgende stappen, zoals karakterisering, homogenisatie en kwaliteitscontrole, vormen een aanzienlijke technische inspanning en vereisen middelen en vereisen dus de beschikbaarheid van grotere batches. Verder kijkend, verhogen de variabelen van de samenstelling (formulering, proces) de complexiteit opnieuw. Als gevolg hiervan wordt pas in de zeer late stadia van de ontwikkelingscyclus duidelijk of en hoe de beoogde eigenschappen (verouderingsweerstand, mechanica) kunnen worden bereikt en of deze consistent onder controle zijn, rekening houdend met verdere variabelen (batch-to-batch variatie, inkomende stromen). Vallen en opstaan worden dus nog steeds veel gebruikt in dit proces.
Vroegtijdige opsporing van afhankelijkheden
Binnen het kader van het project moet aan de ene kant diepgaande kennis worden vastgesteld van de relatie tussen de confectie (bv. korrels, gemalen materiaal), de chemische samenstelling van de inputstromen enerzijds en de resulterende eigenschappen van de producten. Dit omvat bijvoorbeeld de mechanische eigenschappen en de duurzaamheid in verschillende omgevingen. In dit kader zal ook speciale aandacht worden besteed aan de variabele parameters tijdens het samenstellen. Aan de polymeerkant zal de nadruk liggen op condensatieplastics, zoals polyamiden (PA), polyethyleentereftalaat (PET) en polycarbonaat (PC). Rekening houdend met individuele toepassingsprofielen, zullen representatieve formuleringen worden geproduceerd uit geselecteerde recyclaten en gevestigde additieven bij LBF. De recyclaatstromen zullen vingerafdrukken nemen met betrekking tot hun moleculaire parameters, die relevant zijn voor de verwerkings- en toepassingseigenschappen. Hier zal aandacht worden besteed aan de chemische samenstelling met betrekking tot polymeer- en niet-polymere componenten, eventuele additieven en de molecuulgewichtsverdeling. Uitgaande van de verzamelde informatie zullen structuur-eigendomsrelaties worden afgeleid. Het doel is om afhankelijkheden te identificeren tussen de mechanische en reologische eigenschappen en het gedrag op lange termijn (bijv. veroudering) bij het gebruik van post-consumer recyclaten van geselecteerde technische thermoplasten. Bovendien worden deze inzichten overgedragen voor schatting en voorspelling voor vergelijkbare samenstellingen.
Gezocht: Partners uit de industrie
Het project staat open voor verdere partners uit de industrie. Details over de aandachtsgebieden en de verdere procedure vindt u hier.
Meer informatie ook op ‘Forum Plastic Recyclates’, 29 en 30 maart 2023, Darmstadt, programma en registratie