Noch zögern viele Kunststoffverarbeiter auf Rohstoffe mit Post-Industry- oder Post-Consumer-Qualitäten zurückzugreifen, obwohl eine Reihe an Gründen dafür sprechen und der Gesetzgeber zunehmend dazu verpflichtet. Eine Entscheidungshilfe, diesen Schritt zu gehen, kann die Technologie von Polytives sein. Deren polymere Additive optimieren die Verarbeitbarkeit von Materialien für den kunststoffverarbeitenden Markt und tragen somit zu einem stärkeren Kreislaufgedanken bei.

Kunststoffe auf rein petrochemischer Basis werden zunehmend hinterfragt. Dies zeigt sich in der historischen Entwicklung der vielfältig eingesetzten Polymere und dem einsetzenden Umdenken bei der Suche nach nachwachsenden und nachhaltigeren Alternativen. Es spielt dabei keine Rolle, ob Hochleistungskunststoffe, wie z. B. PEEK oder Commodities wie bspw. PVC betrachtet werden. Gemeinsam ist ihnen, dass sich ihre technische Performance, ihre wirtschaftliche Notwendigkeit und ihre gesellschaftliche Akzeptanz auch auf ihre Additivinhalte stützen. Kunststoffadditive sind in aller Regel unerlässlich, um die adressierten Materialien für ihre Verwendungszwecke zu adaptieren. Sie wirken u. a. als Weichmacher, Antioxidantien, Schlagzähmodifikatoren, Flammschutzmittel. Zudem können sie eine antibakterielle Wirkung schaffen oder durch Pigmente Kunststoffe individualisieren. Die Bandbreite der am Markt erhältlichen Additive verdeutlicht, wie notwendig ihr Einsatz ist. Damit ergibt sich gezwungenermaßen ein Hauptproblem im Recycling und weiterführend für die Kreislaufwirtschaft.

Rückbesinnung auf intrinsische Sortenreinheit

Im Zuge des mechanischen Recyclings werden Kunststoffabfälle im Allgemeinen gesammelt, sortiert, zerkleinert, gewaschen und in Regranulat überführt. In einem idealen Sortierprozess würde jeder Kunststoff sortenrein getrenntwerden, um als hochwertige Post-Consumer-Qualität wieder eingesetzt zu werden. Real liegt aber oft ein Verbundwerkstoff vor – das schließt auch die enthaltenen Additive ein. Prozessoptimierung würde bedeuten, die Unterschiede zwischen Polymer und Additiv zu verringern – da aber gerade die Unterschiedlichkeit der Materialien zur Modifizierung der Eigenschaften dient, ist ein Vorstoß in diese Richtung schwierig.

Der Polytives GmbH aus Rudolstadt (Thüringen) ist es mit smartem Additiv-Polymer-Design dennoch gelungen, dieser Herausforderung zu begegnen. Das Unternehmen stellt polymere Additive her, welche sich von den gängigen Kunststoffen in ihrer molekularen Architektur unterscheiden. Soll z. B. die Schmelzeviskosität eines Polymers durch ein Prozesshilfsmittel gesenkt werden, ergänzt das kompatible Additiv mit seiner Struktur das vorliegende Design ideal. Ein Einsatz ist in allen gängigen Kunststoffen möglich – neben der sortenreinen Lösung können auch Blends bearbeitet werden.

Nachhaltigkeit für Energie, Material und Lieferketten adressieren

Aus dem Einsatz von polymeren Additiven als Prozesshilfsmittel folgen drei Kernaussagen, welche für petrochemische Kunststofferzeugnisse, für nachwachsende Alternativen und für Post-Consumer-Qualitäten gültig sind:

1. Der Einsatz eines smarten Additivs reduziert den benötigten Energieeintrag.

Dies liegt daran, dass sich im Verarbeitungsprozess durch Einbringen des Additivs die Druckverhältnisse deutlich reduzieren, womit die Verarbeitungstemperaturen signifikant gesenkt werden können. Eine niedrigere Schmelztemperatur ermöglicht eine schonendere Verarbeitung, belastet das System wesentlich weniger und trägt, durch die Reduktion des benötigten Energiebedarfs, auch zu einer CO₂-Einsparung bei.

Die schonendere Prozessführung wirkt sich ebenso positiv im Sinne der Kreislaufwirtschaft aus: Die Anzahl der möglichen Zyklen, in denen ein Rezyklat die gestellten Anforderungen erfüllen kann, wird deutlich erhöht. Nachhaltigkeit ist folglich wortwörtlich gegeben, da das Material öfter als bisher zirkulieren kann.

2. Verarbeitungsprozesse profitieren von niedrigerer Schmelzeviskosität.

Am Beispiel des Spritzgussverfahrens sei gesagt, dass sich beim Einsatz von polymeren Additiven die Viskosität einer Spritzgussmasse massiv verringern lässt. Im Prozess führt dies zur einfacheren Füllung der Spritzgussform, wodurch filigrane Bauteile manchmal gar erst möglich und mit weniger Ausschuss produziert werden können. Eine enorme Verkürzung der Zykluszeiten bis zu 40% sind darüber hinaus durchaus im Bereich des Möglichen.

Durch Regulierung der Additivmenge kann die Viskosität derart optimiert werden, dass eine ursprüngliche Extrusionsqualität auf das Level einer Spritzgussqualität gehoben werden kann. In Abbildung 1 ist dargestellt, welchen Einfluss eine Additivierung mit polymerem Additiv auf die Schmelze-Volumenfließrate (MVR) bzw. auf die Länge des Fließweges von Fließspiralen hat.

Dies ermöglicht es Recyclern/Compoundeuren/Verarbeiteren, flexibel in die Maschinenbelegung einzugreifen und unterschiedliche Fließprofile – oder größer gedacht – das komplette Sortiment zu harmonisieren und effizient prozessierbar zu gestalten. Diese Effekte werden hier teilweise bereits in Dosagen von 1 – 3 Ma.-% erreicht. Auch für Regranulat

3. Polymere Additive tragen zur Rohstoffdiversität und Resilienz der Lieferketten bei.

In Verbindung mit der bereits erwähnten Absenkung von Schmelzedrücken und einhergehender Temperaturreduktion erschließt sich das womöglich größte Potential: Einige Rohstoffe stoßen auf Herausforderungen aufgrund der niedrigen thermischen Zersetzungstemperatur des Materials selbst oder der vermehrten Verwendung von thermisch sensiblen Verstärkungs- und Funktionsstoffen. Smarte Additive hingegen können diesen Spielraum deutlich erweitern und damit Virgin- oder Recyclingmaterialien, welche vorher nicht verarbeitbar waren, für eine Prozessführung verfügbar machen. Dies gibt der Wertschöpfungskette mehr Möglichkeiten, das Rohstoff-Portfolio zu erweitern und Risiken aus Angebotsverknappung am Markt zu dämpfen.

Eine diversere Aufstellung in den Ausgangsmaterialien bzw. ein verstärkter Zugriff auf biobasierte und/oder bioabbaubare sowie Post-Consumer-Qualitäten wird die Implementierung von Kreislaufwirtschaften stärken und die Auswirkungen von Störungen der Lieferketten verringern. Es ist wichtig, im Sinne der Nachhaltigkeit, ökologisch wie ökonomisch zu prüfen, inwieweit ein Produkt auf Basis unterschiedlicher Rohstoffe realisiert werden kann.

Entwicklungsergebnisse haben gezeigt, dass polymere Additive z. B. die Performance von recyceltem Flaschen-PET-Material derart verbessern, dass diese problemlos in Spritzgusswerkzeugen verarbeitet werden können, die ursprünglich für ABS-Typen und hochwertige technische Komponenten ausgelegt worden sind. Mit diesem exemplarischen Ausblick in die Möglichkeiten, die polymere Additive geben, kann der Rückgriff auf recycelte Ware zu einem neuen „Geschäftsnormal“ werden.

Rezyklat als Chance begreifen

Das schlechte Image, welches Kunststoffen leider inzwischen eigen ist, lässt sich auf wenige Stichworte herunterbrechen: Umwelt- und Meeresverschmutzung, Gefahr durch toxische Inhaltsstoffe, Energiebedarf und Materialverschwendung bei Erdöl und Erdgas bzw. bei chemischen Grundstoffen für die Synthese. Da Kunststoff aber als verlässlicher Werk- und Wertstoff unser gesellschaftliches Leben unveränderlich geprägt und technologisch durchdrungen hat, ist eine Abkehr davon illusorisch. Vielmehr gilt es nun, das vorhandene Material bedacht einzusetzen und möglichst effizient aufzuarbeiten.

Mit smarten, polymeren Additiven kann die Effizienz von Sammel- und Sortiersystemen über eine sortenreinere Prozessbearbeitung gesteigert werden. Die Additivierung erfolgt nach dem Design-für-Recycling-Prinzip: Durch Harmonisierung unterschiedlicher Fließprofile kann eine Materialqualität mit gleichzeitiger Wirtschaftlichkeit der Rezyklate geschaffen werden. Im Zusammenspiel dieser Punkte und mit einem Hauptaugenmerk auf zirkulärem Wirtschaften und Nachhaltigkeit kann auch die gesellschaftliche Akzeptanz der Kunststoffe wieder eine Steigerung erfahren.

Als Beitrag zu dieser Vision entwickelt Polytives polymere Additive wie den Fließverbesserer bFI A 3745. Das neueste Forschungsprojekt, umgesetzt mit starken Partnern in der Region, untersucht das Zusammenspiel zwischen smartem Additiv, biobasiertem und bioabbaubarem Material. Die in den letzten Jahren erlangten Erkenntnisse aus Anwendungen mit petrochemisch erzeugten Kunststoffen lassen sich nun auch auf biobasierte Polymere und Rezyklatwaren übertragen. Die nächste Gelegenheit mit Polytives ins Gespräch zu kommen, bietet sich auf der Plastics Recycling Show Europe (PRSE) in Amsterdam (Halle 10, Stand Y4). Dort stellt das Team Anwendungsbeispiele vor und beantwortet weiterführende Fragen zu ihren Produkten.

Bild ganz oben: Fließspirale eines mit polymerem Additiv bearbeiteten Materials. Die Viskositätserniedrigung führt zur Verlängerung des Fließweges (farbig hervorgehoben). Foto: Polytives