Beim Recycling werden Kunststoff-Reststoffe verwertet, aus dem Ausgangsmaterial wird Sekundärrohstoff. Dieser wird für den ursprünglichen Zweck oder für andere Zwecke eingesetzt.

Möglichkeiten des Kunststoffrecyclings

Das Recyceln von Kunststoffen unterteilt sich in zwei Verfahren. Das Materialrecycling und die energetische Verwertung.

Beim Materialrecycling können Rohstoffe oder Werkstoffe recycelt werden. Beim werkstofflichen Recycling bleiben die Makromoleküle erhalten. Nach der sortenreinen Aufbereitung entstehen Regranulate. Bei der gemischten Aufbereitung hingegen Mischkunststoffe, i.d.R für großvolumige und dickwandige Teile.

Beim rohstofflichen Recycling werden Makromoleküle abgebaut, mit Hilfe der Verfahren Solvolyse und Thermolyse entstehen Monomere bzw. niedermolekulare Spaltprodukte zerstört.

Bei der energetische Verwertung werden Makromoleküle verbrannt, Elektrizität und Fernwärme werden erzeugt. Darüber hinaus werden Kunststoff-Reststoffe in den Hochofen eingeblasen, was eine kombinierte rohstoffliche und energetische Verwertung darstellt.

Im Labor

Spritzgießteile werden mit Hilfe einer Schneidmühle zerkleinert und spritzgegossen. Anschließend erneut zerkleinert. Die recycelte Probe wird mit der Normprobe verglichen. Hierzu wird ein Extrusionsplastometer verwendet und die Schmelzflussrate ermittelt. Der Versuch wird ausgeführt und die Werte miteinander verglichen.

Biobasierte Kunststoffe

Als biobasierte Kunststoffe werden Kunststoffe bezeichnet, die auf Basis nachwachsender Rohstoffe erzeugt werden oder auf petrochemischen Rohstoffen basieren und kompostierbar sind. Sie können biologisch abbaubar oder biologisch nicht abbaubar sein. Durch chemische Prozesse, Kunststoffe herzustellen, die vergleichbare Eigenschaften besitzen, wie solche auf Erdölbasis.

Mögliche Ausgangspflanzen sind stärkehaltige Pflanzen wie Mais, Kartoffel oder Zuckerrüben. Biokunststoffe kommen auch Composit-Materialien, sei mit thermoplastischer oder duroplastischer Matrix und einer Verstärkung wie z.B. Pflanzenfasern bestehen. Zu den Verarbeitungsverfahren gehören Spritzguss, Thermopressen oder Extrudieren usw.

Biopolymere

Biokunststoffe lassen sich aus  pflanzlicher Rohstoffen herstellen. Dazu gehören:

  • Holz (Cellulose und Lignin)
  • Mais und Kartoffeln (Stärke)
  • Zuckerrohr und Zuckerrüben (Zucker) 
  • Ölpflanzen (Pflanzenöle).

Biopolymere aus Holz

Der nachwachsende Rohstoff, der weltweit am häufigsten vorkommt, ist die Cellulose. Diese wird aus Holz gewonnen.

Cellulose-basierte Kunststoffe:

  • Celluloid: Tischtennisbälle
  • Cellophan : Verpackungsfolie 
  • Viskose und Lyocell: als Fasern Ausgangsmaterial für Kleidung.
  • Celluloseacetat: als Faser für funktionelle Kleidung, Mobiltelefondisplays, Schraubendrehergriffe und Kunststoffbrillen 

Lignin-basierte Kunststoffe:

Lignin ein Abfallprodukt bei der Gewinnung von Cellulose aus Holz.

  • Bindemittel in der Viefutter und Klebstoffindustrie
  • Betonvergütungsmittel
  • Elektroartikel
  • Spielwaren

Stärke Biokunststoffe

Stärke ist der mengenmäßig wichtigste nachwachsende Rohstoff für die Herstellung von Biokunststoffen. Gewonnen wird Stärke vor allem aus Mais, Weizen und Kartoffeln. Zur Herstellung von Biokunststoffen kann man die Syntheseleistung der Natur beibehalten und Stärke direkt in Biokunststoffe umwandeln. Oder man zerlegt Stärke zunächst in ihre Grundbausteine (Zucker-Moleküle), aus denen dann Biopolymere hergestellt werden. Alternativ kann auch direkt Zucker aus Zuckerrüben oder Zuckerrohr eingesetzt werden. Über diesen Weg lassen sich sehr viele verschiedenartige Biopolymere herstellen.

Stärke- bzw. Zucker-basierte Kunststoffe:

Thermoplastische Stärke (TPS): Ausgangsmaterial für Tragetaschen, Catering-Geschirr, Pflanztöpfe, Windelfolien, Verpackungschips

Polymilchsäure bzw. Polylactid (PLA) : Verpackungsfolien, Joghurtbecher, Catering-Geschirr, Büroartikel, Medizinprodukte, 3D-Druck

Polyhydroxyalkanoate, wie PHB (Polyhydroxybuttersäure): Haushaltsartikel

Bio-Polyester, wie PET (Polyethylenterephthalat),:  Fasern für Textilien, Getränkeflaschen, Harzen für Lacke und Verbundwerkstoffe.

Aus Pflanzenölen

Aus Pflanzenölen lassen sich Fettsäuren gewinnen, die über mehrere chemischen Zwischenstufen in hochwertige Biokunststoffe umgewandelt werden.

Pflanzenölbasierte Kunststoffe:

Biopolyamide (Bio-PA): Textilien, Teppichböden, Seile, Kraftstoffleitungen.

Biopolyurethane (Bio-PU): werden als thermoplastische Elastomere in Schuhsohlen und Zahnbürsten eingesetzt.

Im Labor

Es wird der Versuch "Verpackung-Vorbeurteilung des Auflösens von Verpackungsmaterial unter simulierten Kompostierungsbedingungen im Labormaßstab nach der DIN EN 14806 durchgeführt. Es handelt sich hierbei um die Kunststoffe PLA und PHBV.

Im Leichtbau werden häufig Faser-Kunststoff-Verbunde verwendet. Faserverstärkte Kunststoffe bestehen aus Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix, die die Fasern umfassen. Zu den Vorteilen der Faser-Kunststoff-Verbunde gehören hohe Festigkeit bzw. und Steifigkeit in Verbindung mit relativ geringer Dichte.

Verstärkungsfasern

Die Verstärkungsfasern können anorganisch oder organisch sein. Zu den anorganischen Verstärkungsfasern gehören Basaltfasern, Glasfasern, Borfasern und Keramikfasern. Diese Fasern haben eine amorphe Struktur und sind durch hohe Temperaturbeständigkeit und niedrige Preise geprägt. Organische Verstärkungsfaser haben einen hohen Orientierungsgrad dazu gehören Aramidfasern, Kohlenstofffasern und Polyesterfasern.

Matrix

Man unterscheidet zwischen thermoplastischer und duroplastischer Matrix.

Thermoplastische Matrix

  • Polyetheretherketon (PEEK)
  • Polyphenylensulfid (PPS)
  • Polysulfon (PSU)
  • Polyetherimid (PEI)

Duroplastische Matrix

  • Epoxidharz (EP)
  • ungesättigtes Polyesterharz (UP)
  • Vinylesterharz (VE)

Anwendungsgebiete

  • Automobilbau
  • Bauwesen
  • Luft und Raumfahrttechnik

Im Labor

Es werden im Labor vergleichbare Versuche zu den laminierten Faser-Verbund-Kunststoffen durchgeführt.
Dabei werden Proben laminiert, die Kalt- bzw. Warmhärtung des Harzes beobachtet und deren spezifische Festigkeit ermittelt.