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Untersuchung der Möglichkeiten für die Verwertung von Verbundstoff-Verpackungen bei der Herstellung der Profilteile

Die Untersuchungen der Verwertungsmöglichkeiten von verbrauchten Verbundstoff-Verpackungen vom Typ Tetrapack wurden im Forschungs- und Entwicklungszentrum der Holzplattenindustrie (OBRPPD) in Czarna Woda als ein Projekt aufgenommen und durchgeführt, das von dem Woiwodschaftsfonds für Umweltschutz und Wasserwirtschaft (WFOŚiGW) in Danzig finanziell unterstützt wurde. Der Antrag des OBRPPD auf finanzielle Unterstützung des Projektes wurde angenommen und bei dem WFOŚiGW in Danzig unter der Nr. RX-16/2005 eingetragen. Der Vertrag ist am 8. August 2005 als “ Subventionsvertrag Nr. WFOŚ/D/553/157/2005” unterzeichnet worden.
Eine weit verbreitete Art von den Verbundstoff-Verpackungen bilden Verpackungen für Getränke und sonstige flüssige Lebensmittel. Ihre Hauptbestandteile sind Karton und Polyethylenschicht sowie, in den meisten Fällen, ebenfalls Alufolie. Außerdem enthalten sie eine gewisse Menge an Polypropylen, aus dem Ausgüsse, Verschlusskappen und Drehverschlüsse hergestellt werden. Zum Schutz der Oberflächen vor Feuchtigkeit dienen geringe Wachsmengen. Diese Verpackungen gelangen als Einwegverpackungen auf die kommunalen Mülldeponien. Ihre Menge wird landesweit auf 45.000 Mg jährlich geschätzt, wobei Wiederverwendung dieses Stoffes als schwierig gilt. Es fehlt bislang an bewährten technischen Verfahren seiner Zerlegung in die einzelnen Bestandteile, d.h. die Papiermasse, Polyethylen und Aluminium. Aus diesem Grund wurden im OBRPPD in Czarna Woda Untersuchungen zur Materialverwertung dieser Art von Verpackungen ohne ihre erforderliche Zerlegung in die Einzelbestandteile vorgenommen. Das Materialrecycling ist die für die Umwelt harmloseste Abfall-Entsorgungsart dank seiner Nutzung für die Herstellung neuer Erzeugnisse. Der gemittelte Dichtenwert des für die Verpackungswände Stoffes (Karton, Alufolie, Polyethylen) überschreitet gewöhnlich 1g/cm3. Der aus den Mülldeponien stammende Stoff ist mit Sand sowie anderen Mineral- und Metalleinschlüssen, Lebensmittelresten und Mikroorganismen verunreinigt, die sich auf diesen Lebensmittelresten entwickeln. Vor der Verabeitung müssen daher die Verunreinigungen entfernt werden. Beim Waschen mit dem Wasser der Verpackungs-Probepartie wurde der Wert des Gehalts an festen Verunreinigungen (Sand und sonstige Einschlüsse) von cira 8,3 kg/Mg auf die Masse umgerechnet ermittelt. Der CSB des zum Waschen verwendeten Wassers betrug ohne Detergenzien circa 2 kgO2/Mg, mit Detergenzien und Desinfektionsmitteln – circa 10,5 kgO2/Mg. Diese Ergebnisse sind mit einer gewissen Vorsicht zu betrachten, indem sie sich auf Verpackungen beziehen, die über eine längere Zeit hinaus gelagert wurden, in der die Lebensmittelreste teilweise biologisch abgebaut werden konnten, während die Anwendung von Detergenzien nicht nur ein besseres Wegwaschen von Nahrungsstoffen bzw. Mikroorganismen, sondern darüber hinaus die Auslaugung von Wachsen verursachen konnte, die die Verpackungen vor Feuchtigkeit schützen, wodurch der CSB der Abwässer erhöht wurde. Das gereinigte und getrocknete Material wurde in einer Mühle in unregelmäßge Flocken zerkleinert. Dank Anwendung in der Mühle von Sieben mit unterschiedlichem Maschendurchmesser entstanden Flocken mit der Fläche von einigen Dutzend bis zu über 100 mm2. Das gewonnene Material war sehr geräumig. Das Schüttgewicht der losen Flocken betrug je nach Verpackungsart und Zerkleinerungsgrad von 70 kg/m3 bis zu 130 kg/m3 und nach Veridchtung durch das Behälterrütteln – von circa 100 kg/m3 bis zu 180 kg/m3. Die Erhöhung des Zerkleinerungsgrades führte zum grüßeren Material-Schüttgewicht.
Es kann angenommen werden, dass die Zusammensetzung des durch die Zerkleinerung gewonnenen Materials, in dem der Gehalt an Polyethylen auf 12÷15% geschätzt wurde, der Zusammensetzung vom Material ähnelt, das für die Herstellung von Verbundstoffen Holz/Kunststoff Anwendung findet und unter dem Namen WPC (Wood-Plastics Composites) bekannt ist, wobei in diesem Fall die Holzteile durch zerkleinerten Karton und Alufolien-Verschnitt ersetzt worden sind. Der Anteil von Kunststoffen beträgt in den WPC-Stoffen von 10% bis zu 90%, wobei die Zusätze an Kunststoffen gewöhnlich 40÷50% nicht übersteigen. Das thermoplastische Material in den Holz/Kunststoff-Verbundstoffen wird bei höheren Temperaturen plastisch bzw. verschmolzen und bindet nach dem Abkühlen die Teile von sonstigen Stoffen zu einem Ganzen fest. Die Festigkeit dieser Fugen ist jedoch kleiner als bei den klassischen Leimfugen. Die Verarbeitung von diesen thermoplastischen Stoffen kann unter Verwendung von Verfahren erfolgen, die jenen ähnlich sind, welche in der Holzplattenindustrie oder in der Verarbeitung der thermoplastischen Kunststoffe angewandt werden. Die Holz/Plastik-Verbundstoffe zeichnen sich durch gute hydrophobe Eigenschaften aus, weil Kunststoffe kein Wasser aufnehmen. Die guten hydrophoben Eigenschaften erhöhen zugleich die Widerstandsfähigkeit gegen Einwirkung von Pilzen und Insekten. Aus den zerkleinerten Kartonverpackungen wurden im Labor Platten nach einem Verfahren hergestellt, das dem Verfahren zur Herstellung von Spanholzplatten ähnlich ist, wobei jedoch aufs Verkleben verzichtet wurde. Die erhaltenen Platten wurden Prüfungen unterzogen, die für die Ermittlung von Eigenschaften der Holzplatten Anwendung finden. Im Vergleich zu den Anforderungen an die Holzplatten zeichnen sich diese Platten durch ihre sehr niedrige Quellung in der Dicke positiv aus. Ihre statische Biegefestigkeit entspricht den Anforderungen an Spanplatten, die für die Anwendung unter feuchten Bedingungen bestimmt sind, ist jedoch niedriger als bei Anforderungen an MDF-Platten, die zur Anwendung unter gleichen Bedingungen vorgesehen sind. Ihre senkrechte Zugfestigkeit ist niedrig und liegt weit von den Anforderungen an die Holzplatten. Ein negatives Merkmal dieser Platten ist ebenfalls ihre hohe Dichte, die ca. um 50% höher liegt als bei den Holzplatten. Dies resultiert aus der hohen Dichte des Verbundstoffes, aus dem die Verpackungswände hergestellt werden sowie aus den beim Pressen angewandten Drücken, die für die Entstehung von Fugen zwischen Polyethylen und sonstigen Bestandteilen des Verbundstoffes erforderlich sind. Ein großer Vorteil ist bei diesem Verbundstoff die Tatsache, dass er keine Schadstoffe bzw. Toxine in die Umwelt emittiert. Dies resultiert aus hohen Anforderungen, die an die Lebensmittelverpackungen gestellt werden sowie aus der Nichtanwendung bei der Verarbeitung von jeglichen chemischen Fremdstoffen. Erzeugnisse aus diesem Verbundstoff, der keine Schadstoffemissionen aufweist, eignen sich besonders für Gebrauch in den Innenräumen.
Weitere Arbeiten bezogen sich auf die Herstellung von Platten aus zerkleinerten Verpackungen mit Polyethylenzusatz. Das als Zusatz verwendete Polyethylen wurde aus zerkleinerten Folie gewonnen, die ebenfalls dem Recycling entstammte. Die Erhöhung in den Platten des Polyethylenanteils erhöhte ihre Wasserfestigkeit, verminderte jedoch ihre Beständigkeit und Steifheit, wodurch die Platten unter Einwirkung von externen Kräften leichter deformierbar waren. Dies kam unter anderem in Form von einem großen Biegepfeil bei der Ermittlung der statischen Biegefestigkeit zur Geltung. Dieses Merkmal ist bei manchen Anwendungen zu einem wichtigen Vorteil. Ein Beispiel dafür liefern die Auto-Instrumententafeln: bei einer Kollision ändern sie unter der Stoßeinwirkung ihre Form und absorbieren zum Teil diese Kraft. Dabei entstehen keine scharfen Bruchstellen, wodurch die Insassen weniger gefährdet werden. Aus heißen Platten bzw. Formatstücken können durch Biegen Profilteile hergestellt werden, die anschließend durch Abkühlung fixiert werden. Es wurden Versuche durchgeführt, nach diesem Verfahren Wellplatten sowie L- und U-Profile herzustellen. Außerdem wurden heiße, dünne Platten mittels kurzfristigen Drucks in der Dicke miteinander verbunden. Es wurden feste Verbindungen erzielt, die keine geringere senkrechte Zugfestigkeit als sonstige Plattenschichten aufwiesen. Für die Praxis bedeutet dies die Möglichkeit der Herstellung von dicken Platten bzw. Blöcken, die im Rahmen eines einfachen Verfahrens aus technischen Gründen nicht erzeugt werden können. Um die Möglichkeit der Herstellung von tief gestanzten Erzeugnissen zu überprüfen, wurden Versuche durchgeführt, Formpressstücke in Form eines leeren Kegelstumpfs zu erzielen, dessen Grundfläche ein flacher Ring mit gleicher Stärke, wie die Stärke der Kegelwände war. Die ausgeführte Form ermöglichte Herstellung von solchen Teilen mit der Höhe von ca. 140 mm und dem Durchmesser von 90 mm, die sich auf einen Ring mit dem Außendurchmesser von 125 mm stützten. Die Stärke der Kegel- und Ringwände betrug 10 mm. Das vorausgesetzte spezifische Gewicht betrug 1,0 g/cm3. Eine große Gruppe der WPC-Erzeugnisse bilden Profilstücke, die nach dem Extrusionsverfahren, d.h. durch Dauerextrusion mittels einer entsprechend profillierten Düse von dem durch Erwärmung plastifizierten Materials hergestellt werden, wobei ihre Form durch Abkühlung fixiert wird. Rohstoff können hier, je nach gewähltem Verfahren und zur Verfügung stehender Vorrichtung, sowohl Flocken, als auch Pellets sein. Die erkundeten Verfahren zur Verarbeitung von verbrauchten Verbundstoff-Verpackungen deuten darauf hin, dass für die Verarbeitung einige Technologien angewandt werden können, die flache Platten herstellen lassen, welche wiederum zu den Profilstücken, wie L- und U-Stücke, Wellplatten u.Ä., Formpressstücken als Raumformstücke sowie im Dauerverfahren extrudierten Formstücken verarbeitet werden können. Möglich, sogar empfohlen, wird die Verarbeitung von verbrauchten Verpackungen in zwei Phasen. Phase 1, die möglichst nah an der Mülldeponie erfolgt, umfasst Maßnahmen zur Erhaltung des Halbprodukts in Form von Flocken von einer bestimmten Größe und mit einem bestimmten Polyethylenanteil oder von Granulat, ebenfalls mit einem bestimmten Anteil an Polyethylen. Phase 2 umfasst eine zerstreute Verarbeitung des Halbprodukts zum Enderzeugnis durch verschiedene Hersteller, unter Anwendung von unterschiedlichen Verfahren und Anlagen in einem Umfang, der der Nachfrage bzw. dem Bedarf des lokalen Marktes angepasst ist.

Autoren: Kazimierz Rodzeń, Leszek Danecki