Vier Herausforderungen bei der Arbeit mit Post-Consumer-Recyclingmaterial (PCR)

Post-Consumer-Resin ist ein recyceltes Harzgranulat, das aus der Aufbereitung bestehender Kunststoffprodukte gewonnen wird.

Die PCR-Herstellung umfasst die folgenden Prozesse:

Phasen des Kunststoffabfallrecyclings zur Herstellung von Kunststoffgranulat

Die Verarbeitung/das Recycling von Kunststoffen klingt spannend, birgt aber auch eigene Herausforderungen. Diese sind:

Was ist Post-Consumer-Resin (PCR) und wie wird es hergestellt?

Post-Consumer-Resin ist ein recyceltes Harzgranulat, das aus der Aufbereitung bestehender Kunststoffprodukte gewonnen wird.

Die PCR-Herstellung umfasst die folgenden Prozesse:

Phasen des Kunststoffabfallrecyclings zur Herstellung von Kunststoffgranulat

Warum die PCR-Technologie immer häufiger eingesetzt wird – aber nicht ohne Hürden

Die Verarbeitung/das Recycling von Kunststoffen klingt spannend, birgt aber auch eigene Herausforderungen. Diese sind:

Herausforderung 1: Sammlung von Plastikmüll in großem Umfang

1. Sammlung

In einer dicht besiedelten und vielfältigen Welt findet man zwar große Mengen an Plastikmüll, doch dessen Sammlung zum Recycling gestaltet sich schwierig. Es gibt etablierte Verfahren, um den Plastikmüll zu sammeln und ihn zur Weiterverarbeitung zu PCR-Produkten an Fabriken zu transportieren.

Recyclingzentren & Pfandautomaten

Erstens schafft die Einrichtung von Kunststoffrecyclingzentren an jedem Standort von Verbrauchermärkten Bewusstsein für solche Recyclingmöglichkeiten. Organisationen können auch Pfandautomaten aufstellen, an denen Kunden für die Rückgabe von Kunststoffabfällen Geld erhalten.

Mülldeponie- und Haustürabholmethoden

Zweitens sammeln Müllsammler und Umweltschützer tonnenweise Plastikflaschen und Abfälle von Müllkippen und Deponien und verkaufen diese an die Industrie zum Recycling. In Entwicklungsländern wird diese Aufgabe mittlerweile von Maschinen übernommen.

Die Rolle der Verbraucheraufklärung bei der Mülltrennung

Drittens, die Verbraucher dazu anzuhalten, Nass- und Trockenmüll zu Hause zu trennen, damit öffentliche oder private Organisationen diesen Abfall leichter abholen und zum Recycling an bestimmte Verarbeitungsanlagen weiterleiten können.

Abfallsammlung zuerst

Abfallsammlung Zweite

Abfallsammlung Dritte

Herausforderung 2: Kontamination – Das versteckte Qualitätsrisiko bei der PCR

1. Kontamination

Um Kunststoff vom Restmüll zu trennen, ist es wichtig zu verstehen, was die Trennung bewirkt. Kunststoff wird an verschiedenen Orten gesammelt, wo Menschen unterschiedliche Produkte verwenden. Diese Produkte liegen bei der Sammlung in Kombination mit anderen Materialien vor. Beispiele hierfür sind PP-Verschlüsse, PET-Flaschen, PS-Produkte, Metall- und Holzteile und vieles mehr.

Gemischte Farbstufen & Probleme bei der Farbtrennung

Selbst nach der Sortierung nach Güteklasse sind noch Mikropartikel unerwünschter Materialien wie Holz, Metalle und andere Kunststoffe vorhanden. Ein weiteres Problem in diesem Verfahrensschritt sind unterschiedlich gefärbte Produkte derselben Güteklasse. Zeit- und Kostenfaktoren machen eine farbbasierte Trennung nahezu unmöglich.

Das PET-Recyclingproblem: Eine Fallstudie

Lassen Sie uns den Prozess anhand eines Beispiels verdeutlichen. Der am häufigsten verwendete Kunststoff ist PET (Polyethylenterephthalat). Alle Getränke- und Wasserflaschen werden daraus hergestellt. Das Recycling von PET ist eine Herausforderung, da für Getränke-, Saft- und Wasserflaschen unterschiedliche Qualitäten verwendet werden.

Die unterschiedliche Farbe und die verschiedenen Materialeigenschaften (z. B. Viskosität) von PET-Flaschen sowie die Vielfalt der PET-Behälter erschweren das Recycling von Kunststoff in großen Mengen. Die unterschiedlichen Viskositäten verschiedener Materialien können dazu führen, dass recycelter Kunststoff in verschiedenen Bereichen unterschiedliche Viskositäten aufweist. Die Viskosität beschreibt den Beitrag eines gelösten Stoffes zur Viskosität einer Lösung.

Mikroverunreinigungen und ihre Auswirkungen auf Formteile

Weitere Verunreinigungen in der Charge sind mikroskopisch kleine Partikel aus Sand, Glas, Kunststoffen oder Metallen. Diese werden zusammen mit den Hauptkunststoffprodukten verarbeitet, und das resultierende Polymer-Kautschuk (PCR) enthält deren Mikropartikel. Kleine Partikel/Verunreinigungen können beim Formen des PCR schwarze Flecken, Risse oder Fließmuster verursachen.

Herausforderung 3: Materialvariationen und deren Auswirkungen auf die Formgebungsleistung

1. Variation:

Obwohl PCR üblicherweise aus Kunststoffen derselben Sorte gewonnen wird, verändern Verunreinigungen oder das Vorhandensein anderer Sorten, die beim Recyclingprozess verarbeitet werden, die Materialeigenschaften. Beispielsweise kann PE beim Recycling in PP enthalten sein. Die Trennung dieser Bestandteile ist schwierig und kostspielig. Daher enthält PCR, das aus 100 % recyceltem PP gewonnen wird, üblicherweise 5–20 % PE, was das Endprodukt weicher und weniger elastisch macht. Darüber hinaus schwankt der PE-Anteil in PP-basiertem PCR von Charge zu Charge.

Warum die PCR-Eigenschaften von Charge zu Charge variieren

Darüber hinaus variiert der PE-Gehalt in PP-basierten PCR von Charge zu Charge.

PCR-Mischen mit Neuware-Harz – Das richtige Verhältnis finden

Um die Eigenschaften der Verpackung zu steuern, mischen Unternehmen PCR-Harz in unterschiedlichen Anteilen mit Neuware, je nach den Qualitätsanforderungen der Verpackung. Beispiele hierfür sind 25 % PCR – 75 % Neuware, 50 % PCR – 50 % Neuware usw.

Erzielung einer gleichbleibenden Farbe in PCR-Produkten

Ein weiteres Problem ist das Aussehen des PCR-Produkts. PCR ist von Natur aus gräulich. Auch nach dem Formen behält das Produkt diesen gräulichen Farbton. Um deckende, nicht-gräuliche Farbtöne zu erzielen, wird dem PCR-Harz Masterbatch/Pigment beigemischt. Die benötigte Menge an Masterbatch hängt von der gewünschten Farbtiefe und der Geometrie des Bauteils ab. Für ein dunkles Blau ist beispielsweise mehr Masterbatch erforderlich als bei reinem Harz. Daher ist es mit PCR ohne entsprechendes Fachwissen schwierig, leuchtende oder transparente Farben zu erzielen.

Die Verarbeitungsbedingungen für PCR-Spritzguss unterscheiden sich etwas von denen für Neuware derselben Güteklasse. Beispielsweise ist der Einspritzdruck bei PCR aufgrund der uneinheitlichen Viskosität in der Regel anders als bei Neuware. Manchmal muss sogar der Nachdruck angepasst werden.

Herausforderung 4: Infrastrukturinvestitionen erforderlich für den Einsatz von PCR

1. Investition:

Obwohl PCR umweltfreundlich ist, müssen manche Unternehmen gelegentlich ihre Grenzen erweitern, um PCR anstelle von Neuware-Harz zu verwenden. Ein Produktionsunternehmen müsste in bestimmte Aspekte seiner Produktionsinfrastruktur investieren, um PCR einsetzen zu können.

PCR-Silos & Lageranforderungen

Ein PCR-Silo ist eine grundlegende Zusatzvoraussetzung. Die Eigenschaften von PCR variieren von Charge zu Charge. Um Schwankungen in der Endproduktqualität zu vermeiden, muss ein Unternehmen PCR in großen Mengen bestellen, lagern und in einem Silo aufbewahren. Ein zusätzliches Silo stellt für manche Unternehmen eine erhebliche Investition dar.

Gravimetrische Mischer & Masterbatch-Kosten

Der höhere Bedarf an Masterbatch bei PCR im Vergleich zu Neuware würde auch den Stückpreis erhöhen. Wenn Neuware mit PCR gemischt werden soll, muss ein gravimetrischer Mischer für eine gleichmäßige Vermischung eingesetzt werden.

Wie EIPL Sie bei der Umstellung auf PCR unterstützt

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Darüber hinaus unterstützen wir umfassend das Management und die Durchführung von F&E-Projekten zur Qualifizierung der dimensionalen, funktionalen und ergonomischen Aspekte eines Produkts, wodurch die Projektlaufzeit verkürzt wird. Wir bieten eine detaillierte Analyse der Prozessfähigkeiten, um die Kompatibilität von PCR-Verpackungen mit Verpackungen in Neuware-Qualität sicherzustellen.

Unsere Expertise im Bereich Lieferkettenmanagement hat unseren Kunden bei der optimalen Verlagerung ihrer Anlagen in Bezug auf ihre Lieferanten äußerst geholfen. Für eine erfolgreiche Verlagerung führen wir eine gründliche Prüfung der Kompatibilität des Lieferanten, des Anlagendesigns, der Lieferkettendokumente, des Angebots usw. durch.

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Unser Team verfügt über globale Expertise im Bereich Spritzguss. In den letzten 15 Jahren haben wir durch die Zusammenarbeit mit globalen Branchenführern in Indien und über 42 weiteren Ländern umfangreiches Wissen und Erfahrung gesammelt.

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Artikel von

Darshak Mehta

Projektmanager

EIPL

Häufig gestellte Fragen: Post-Consumer-Rezyklat (PCR) im Spritzguss

1. Was ist Post-Consumer-Resin (PCR) und wie unterscheidet es sich von Neuware-Kunststoff?
   PCR ist recycelter Kunststoff, der aus gebrauchten Konsumprodukten hergestellt wird. Im Gegensatz zu Neuware weist er aufgrund vorheriger Verwendung, Verunreinigungen und Wiederaufbereitung variable Eigenschaften auf.
2. Welche Hauptschritte sind bei der Umwandlung von Kunststoffabfällen in PCR-Granulat erforderlich?
   Der Prozess umfasst Sammeln, Sortieren, Reinigen, Zerkleinern, Schmelzen und Granulieren zu wiederverwendbaren Kunststoffgranulaten.
3. Welche Kunststoffsorten werden am häufigsten zu PCR recycelt?
   Gängige Sorten sind PET, PP und HDPE, die häufig für Flaschen, Verschlüsse und Verpackungen verwendet werden.
4. Ist die Verwendung von PCR-Produkten in Lebensmittel- und Getränkeverpackungen sicher?
   Es kann sicher sein, wenn es unter strengen Vorschriften verarbeitet und für Anwendungen im Lebensmittelbereich zertifiziert wird.
5. Welche Hauptmethoden werden zur Sammlung von Plastikabfällen für die PCR-Produktion eingesetzt?
   Zu den Methoden gehören Recyclingzentren, Pfandautomaten, die Sammlung von Restmüll auf Deponien und Abfalltrennsysteme direkt an der Haustür.
6. Was ist ein Pfandautomat und wie unterstützt er das Kunststoffrecycling?
   Es handelt sich um einen Automaten, der gebrauchte Plastikbehälter annimmt und die Nutzer belohnt, um das Recycling zu fördern und die Sammeleffizienz zu verbessern.
7. Warum ist die Mülltrennung durch Verbraucher für die Herstellung hochwertiger PCR-Produkte so wichtig?
   Durch eine ordnungsgemäße Trennung werden Verunreinigungen reduziert, die Materialqualität und die Recyclingfähigkeit verbessert.
8. Welche Arten von Verunreinigungen kommen häufig in PCR-Harzen vor?
   Zu den Verunreinigungen gehören andere Kunststoffe, Metalle, Holz, Glas, Sand und Zusatzstoffe.
9. Warum ist die farbbasierte Trennung von Kunststoffen beim Recycling so schwierig?
   Gemischte Farben lassen sich nur schwer effizient trennen, und der Prozess ist zeitaufwändig und kostspielig.
10. Wie wirken sich Mikroverunreinigungen wie Sand, Glas oder Metall auf geformte PCR-Teile aus?
    Sie verursachen Defekte wie schwarze Flecken und Fließlinien und können Formen oder Heißkanäle beschädigen.
11. Warum ist das Recycling von PET im Vergleich zu anderen Kunststoffen besonders schwierig?
    Unterschiedliche Qualitäten und intrinsische Viskositäten von PET-Produkten führen beim Recycling zu Unregelmäßigkeiten.
12. Was verursacht schwarze Flecken oder Fließmuster in aus PCR geformten Teilen?
    Mikroverunreinigungen und Verunreinigungen im Material führen beim Formgebungsprozess zu sichtbaren Fehlern.
13. Warum variieren die Eigenschaften von PCR-Materialien von Charge zu Charge?
    Abweichungen entstehen durch gemischte Ausgangsmaterialien, Verunreinigungen und uneinheitliche Verarbeitungsbedingungen.
14. Wie wirkt sich eine PE-Verunreinigung in PP-basierten PCR-Formteilen auf das fertige Formteil aus?
    Dadurch wird das Produkt weicher und weniger steif, was sich auf die Leistung auswirkt.
15. Welche Mischungsverhältnisse von PCR-Harz zu nativem Harz werden üblicherweise in der Produktion verwendet?
    Gängige Mischungsverhältnisse sind beispielsweise 25:75, 50:50 oder andere Mischungen, je nach Qualitätsanforderungen.
16. Warum ist es schwieriger, mit PCR-Harz leuchtende oder durchscheinende Farben zu erzielen als mit Neuware?
    PCR hat einen natürlichen Grauton, weshalb mehr Pigment benötigt wird und helle oder klare Farben schwer zu erzielen sind.
17. Wie beeinflusst die ungleichmäßige Viskosität von PCRs die Einstellungen des Einspritzdrucks?
    Es erfordert Anpassungen beim Einspritz- und Haltedruck, um eine gleichmäßige Füllmenge und Teilequalität zu gewährleisten.
18. Welche Infrastrukturinvestitionen sind erforderlich, um PCR in der Produktion einzusetzen?
    Zu den Investitionen gehören Lagersilos, Mischsysteme und zusätzliche Qualitätskontrollmaßnahmen.
19. Was ist ein PCR-Silo und warum ist es für eine gleichbleibende Produktionsqualität notwendig?
    Ein PCR-Silo lagert große Materialmengen, um Schwankungen zu minimieren und eine gleichbleibende Produktion zu gewährleisten.
20. Was ist ein gravimetrischer Mischer und wann wird er für die PCR-Verarbeitung benötigt?
    Es mischt PCR-Material präzise mit Neuware-Harz und gewährleistet so eine gleichbleibende Materialzusammensetzung während der Verarbeitung.
21. Wie wirkt sich der höhere Masterbatch-Bedarf bei PCR auf die Stückkosten aus?
    Um die gewünschten Farben zu erzielen, wird mehr Pigment benötigt, was die Materialkosten pro Teil erhöht.
22. Warum steigen Marken trotz der Herausforderungen auf PCR-Materialien um?
    Um Nachhaltigkeitsziele zu erreichen, die Umweltbelastung zu reduzieren und die Vorschriften einzuhalten.
23. Welcher Anteil an PCR kann verwendet werden, ohne die Verpackungsleistung zu beeinträchtigen?
    Je nach Anwendung variiert der Wert und liegt typischerweise zwischen 10 % und 100 %, abhängig von Design- und Qualitätsanforderungen.
24. Wie trägt der Einsatz von PCR zu den Nachhaltigkeitszielen eines Unternehmens bei?
    Es verringert die Abhängigkeit von neuem Kunststoff, reduziert Abfall und unterstützt Initiativen zur Kreislaufwirtschaft.
25. Wie unterstützt EIPL Unternehmen beim Übergang von Neuware-Harz zu PCR?
    EIPL bietet Designoptimierung, Prozessvalidierung, F&E-Unterstützung und eine Komplettimplementierung für die PCR-Einführung.