Clariant untersucht die Rolle der Farbe in einer Kreislaufwirtschaft

Wie bei anderen Lieferanten von Materialien und Additiven, über die ich in unserer kommenden September-Ausgabe in einem Vorschauartikel zur K 2019 berichte, teilt Clariant seine Ansichten zu einigen der Probleme, mit denen die Kunststoffindustrie im Rahmen der „Circular Economy“ konfrontiert ist.

Philippe Lazerme, einer der Top-Pigment-Experten von Clariant und Leiter des Marketingsegments Plastics in der Business Unit Pigment, fasst die Kompatibilität von Farben mit der Kunststoff-Kreislaufwirtschaft zusammen. Er befasst sich mit den Herausforderungen des recyclinggerechten Designs und den spezifischen Fragen der Farbmittelwahl für mechanische, chemische und organische Recyclingtechnologien. Mit dem Schwerpunkt Verpackung geht er auf einige der neuesten Produkte und Kooperationen von Clariant ein, die den Wandel vorantreiben.

Wenn es um Verpackungen geht, ist das Unternehmen fest davon überzeugt, dass die notwendige Betonung von recycelbaren Kunststoffen, der Wiederverwendung der Harze und der biologischen Abbaubarkeit nicht bedeuten sollte, sich von den leuchtenden Farben und auffälligen Designs zu verabschieden, die die Verbraucher erwarten. Hier sind die wichtigsten Punkte von Lazerme, wie die Industrie Farbe mit der „Kreislaufwirtschaft“ kompatibel machen kann.

▪ Primäres Ziel der „Circular Economy for Plastics“ ist, dass Kunststoffe nie als Abfall in der Umwelt gefunden werden. Dazu gibt es verschiedene Wege, angefangen bei der bedarfsgerechten Gestaltung des Kunststoffartikels über die effiziente Sammlung und Sortierung der verschiedenen Polymere bis hin zum Recycling und der Wiedereinführung in den Lebenszyklus. Darüber hinaus bietet der Einsatz von biologisch abbaubaren Polymeren weitere Möglichkeiten.

▪ Die führenden Konsumgüterhersteller und Hersteller von Kunststoffverpackungen, die über 20 % des weltweiten Verpackungsmarktes ausmachen, haben sich verpflichtet, bis 2025 100 % ihrer Kunststoffverpackungen wiederverwendbar, recycelbar oder kompostierbar zu machen. Farbe wird zweifellos weiterhin eine Schlüsselrolle spielen in der Verpackungswelt. Aber die Auswahl der richtigen Farbstoffe wird entscheidend sein.

Lassen Sie uns die verschiedenen Teile des Zyklus durchgehen und zeigen, wie ein Hersteller von pigment- und polymerlöslichen Farbstoffen den Interessengruppen helfen kann, den Bedarf an Farbe und den ebenso wichtigen Bedarf an Nachhaltigkeit zu vereinen:

▪ Design für Recycling . Alles beginnt mit dem Designer der Verpackung. Die Aufgabe besteht darin, Verpackungen zu schaffen, die ansprechend sind, das Markenimage verbessern, differenzieren und sachgerecht recycelt und als Harz für neue Kunststoffprodukte wiederverwendet werden können.

Je nach Recyclingtechnologie (mechanisch, chemisch) ist die Wahl des Farbstoffs unterschiedlich. Der Designer muss wissen, welche Verarbeitungsschritte der Artikel durchlaufen wird, nicht nur für seine Herstellung, sondern auch für die Zeit nach der Verwendung. Dies beeinflusst die Auswahl der Pigmente. Außerdem wird es einen Wechsel von Polymeren und Änderungen in der Zusammensetzung der Verpackung geben.

Da sich die Markeninhaber dazu verpflichtet haben, erhebliche Mengen an Rezyklaten in ihre neuen Verpackungsartikel zu integrieren, wird es eine weitere Herausforderung sein, brillante und ansprechende Farben zu erzielen.

Clariant Pigments arbeitet an Lösungen für diese Herausforderungen, beispielsweise an einer schnelleren und einfacheren Farbabstimmung mit recycelten Harzen oder dem Aufbau einer Pigmentpalette, die verschiedenen Recyclingkreisläufen standhält, ohne sich zu zersetzen und für zukünftige Anwendungen und die Arbeitsumgebung sicher zu bleiben.

Wiederverwendung ist ein weiterer Aspekt der Nachhaltigkeit. Auch hier bedarf die Farbmittelauswahl besonderer Aufmerksamkeit, da sie ansprechend und sicher bleiben muss. Die Farbe sollte nicht ausbleichen, damit das Produkt auch nach zahlreichen Wiederverwendungen sein Aussehen behält. Hohe Licht- und Wetterechtheit sind entscheidende Kriterien.

Der Sicherheitsaspekt ist noch wichtiger, insbesondere wenn es um Getränkeflaschen geht. Die Pigmente sollten auch nach mehrmaligem Waschen der Flasche mit heißem Wasser, das zB starke Reinigungsmittel enthält, nicht in das Getränk übergehen.

Das Pigmentportfolio von Clariant bietet eine breite Palette von Lösungen.

▪ Recycling : Dort sind drei Hauptmethoden das mechanische Recycling; lösemittelbasiertes Recycling; und chemisches Recycling (Depolymerisation, Pyrolyse, Vergasung).

Was auch immer der Prozess ist, richtiges Recycling beginnt mit der ordnungsgemäßen Sammlung und Sortierung des Plastikmülls. In einem optimalen Sortierzentrum wird der Kunststoff mithilfe der Near Infra-Red (NIR)-Technologie automatisch nach Polymertyp und Farbe sortiert. Er kann die Kunststoffe nach ihrer Art trennen, z.B. LDPE-, HDPE-, PP-, PET-, PS-Ströme.

Damit diese Technologie richtig funktioniert, muss eine minimale Energiemenge zum Sensor reflektiert werden. Problematisch wird es, wenn das Kunststoffteil die NIR-Energie absorbiert, anstatt sie zu reflektieren. Das Problem tritt bei Kunststoffen auf, die mit einem Rußpigment eingefärbt sind. Ruß absorbiert im NIR-Bereich, was bedeutet, dass mit Ruß eingefärbte Kunststoffartikel bei der Sortierung nicht erkannt werden und somit bei den weiteren Recyclingschritten viel Ärger verursachen oder auf der Deponie landen.

Clariant hat drei Farbstoffe entwickelt, die im NIR-Spektrum reflektieren können und es der Kunststoffindustrie ermöglichen, weiterhin schwarze und sortenreine Artikel herzustellen. Diese Typen können für HDPE, LDPE, PP, PET, PS, PA und PVC verwendet werden.

▪ Mechanisches Recycling : Dies ist derzeit das bei weitem am häufigsten verwendete Verfahren – 80 % der für das Recycling gesammelten Kunststoffe werden mechanisch recycelt.

Derzeit funktioniert das mechanische Recycling bei PET-Flaschen relativ gut, bei anderen Polymeren oder Mischkunststoffen stößt es jedoch zumindest bei hochwertigen Rezyklaten an Einschränkungen. Nach einigen Recyclingkreisläufen haben sich die Polymereigenschaften so stark verschlechtert, dass eine Wiederverwendung der Rezyklate sehr schwierig wird.

Es besteht auch Bedarf an einem besseren Verständnis des Farbmittelverhaltens nach mehreren Recyclingschleifen.

Es ist äußerst wichtig sicherzustellen, dass sich die Pigmente und polymerlöslichen Farbstoffe, die zum Färben der gesammelten Harze verwendet werden, während des Compoundierungsprozesses nicht zersetzen oder giftige Substanzen erzeugen.

Einige Pigmentchemien sind in Bezug auf Hitzestabilität oder Migrationsverhalten stabiler als andere. Es wird jedoch intensive Arbeit erfordern, eine sicherere Palette von Pigmenten auszuwählen, die zum Einfärben von Kunststoffartikeln, die recycelt werden sollen, verwendet werden. Denn ein organisches Pigment ist oft nicht nur ein einzelnes Molekül; Je nach Herstellungsverfahren können weitere Stoffe vorhanden sein, die das toxikologische Profil negativ beeinflussen können.

Hier kann ein Pigmenthersteller mit langjähriger Erfahrung und Expertise in Produktsicherheit und Aufzeichnungen die Industrie, Markeninhaber, Verpackungsverarbeiter und Masterbatch-Hersteller unterstützen. Clariant richtet seine Aufmerksamkeit bereits in diese Richtung.

Eine weitere Herausforderung ist die Grundfarbe des von den Recyclern kommenden Rezyklats. Es kann jede Art von Grau sein, von einem hellen, einem dunklen oder einem bräunlichen. Die Umfärbung dieser recycelten Polymere wird für den Masterbatch-Hersteller zum Problem. Es gibt starke Qualitätsunterschiede zwischen den verschiedenen Recyclern.

Um eine schnellere und konstante Farbabstimmung zu gewährleisten, entwickelt Clariant Pigments zusammen mit einem Softwareanbieter ein Kalibrierungsset, das einfache Korrekturen des Grundtons des Harzes ermöglicht. Dies wird eine wesentliche Verbesserung sein, um die Verwendung von Post-Consumer-Rezyklaten (PCRs) zu verbessern.

▪ Chemisches Recycling: Dies kann als ergänzende Technologie angesehen werden, die das Angebot an recycelten Harzen in einer Qualität erweitert, die den Anforderungen der Verpackungsindustrie gerecht wird. Es gibt verschiedene Arten des chemischen Recyclings, aber alle befinden sich derzeit noch in einem aufstrebenden Stadium.

Ein lösungsmittelbasierter Prozess ist eine Mischung aus chemischem und physikalischem Recycling. Es handelt sich um ein Lösungsmittel, das eine bestimmte Art von Polymer spezifisch auflöst. Die Praxis zeigt, dass einige Rückstände im Polymer verbleiben und selbst die Farben nicht vollständig extrahiert wurden. Das Rezyklat sieht gräulich aus. Weitere Forschungsarbeit ist erforderlich. Insbesondere sollte untersucht werden, welche Art von Pigmentchemie besser aus dem Polymer entfernt werden kann. Dies ist ein langfristiges Projekt.

Eine andere Art des chemischen Recyclings ist die „Depolymerisation“, bei der die Molekülbindungen in die Ausgangsmonomere aufgebrochen werden. Dafür gibt es verschiedene Technologien:mit Enzymen oder Katalysatoren.

Pyrolyse oder Vergasung sind weitere Methoden, um ein Polymer zu zersetzen und Kraftstoffe zu erzeugen, aus denen dann neue Kunststoffe hergestellt werden können.

Für die Farbmittel- und Masterbatch- oder Compoundierindustrie wäre chemisches Recycling der ideale Weg, da das recycelte Harz einem neuen Polymer sehr ähnlich sieht und somit genau wie ein neues Harz eingefärbt werden kann.

▪ Biologische Abbaubarkeit Obwohl noch ein kleiner Markt, erfreuen sich biologisch abbaubare Polymere zunehmender Aufmerksamkeit bei Markeninhabern und Verpackungsunternehmen.

Nicht jedes Pigment kann zum Einfärben von biologisch abbaubaren Polymeren verwendet werden, da sie sehr strenge Standards in Bezug auf Verunreinigungen erfüllen müssen.

Clariant Pigments hat aus seiner Graphtol- und PV Fast-Produktlinie ein Sortiment von 26 organischen Pigmenten zusammengestellt, die die Anforderungen der europäischen Norm EN 13432 erfüllen. Sie decken das gesamte Farbspektrum ab und bieten damit Masterbatch-Herstellern und Designern eine wertvolle Unterstützung bei der Erweiterung des Farbhorizonts für biologisch abbaubare Kunststoffe.

▪ Schritte in die richtige Richtung Entwicklungen wie diese im Bereich der Farbstoffe tragen dazu bei, einen geschlossenen Kreislauf für Kunststoffverpackungen voranzutreiben. Da der notwendige Fokus auf Wiederverwendung und Recycling an Dynamik gewinnt, wird Farbe keine Herausforderung für die Technologien, für die effiziente und tragfähige Rückgewinnung von Kunststoffabfällen und die Schaffung hochwertiger PCR darstellen, sondern harmonisch auf das Ziel hinarbeiten Erreichen einer Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe.