Vom frischen Steak bis zum neuen Handy – die Waren, die wir kaufen, sind in der Regel in Plastik verpackt. Es ist kein Wunder, dass Kunststoff bei der Verpackung und Lagerung von Produkten dominiert – er ist leicht, kostengünstig und langlebig. Kunststoffverpackungen ermöglichen es uns, Waren in einwandfreiem Zustand zu transportieren und zu erhalten, wodurch die Lebensmittelverschwendung verringert wird und man verhindert, dass beschädigte Waren auf der Mülldeponie landen.¹
Der Umgang mit Kunststoffen nach dem Öffnen einer Verpackung stellt jedoch eine entscheidende Hürde auf unserem Weg zur Nachhaltigkeit dar. Verbraucher:innen, Regierungen, Umweltwissenschaftler:innen und Produkthersteller üben Druck auf die Polymerindustrie aus, um Kunststoffabfälle zu reduzieren.
Die Wiederverwendung von Kunststoffen nach dem Gebrauch (Post-Consumer Resin – PCR) ist ein wichtiger Ansatz, um Plastikmüll aus unserer Umwelt zu entfernen.² Anstatt brandneue Polymere zu verwenden, arbeiten Kunststoffproduzenten mit Rohstoffen, die aus gebrauchten Verpackungen stammen, um neue Plastikbehälter, Folien und andere Produkte herzustellen. Die Nutzung von PCR ermöglicht eine Verlängerung der Lebensdauer von gebrauchtem Kunststoff, und Kunststoffe können mit fortschreitender Recyclingtechnologie mehrfach wiederverwendet werden.

Weltweit entstehen neue Rechtsvorschriften, die sicherstellen sollen, dass alle Hersteller von Polymeren zum Fortschritt in Sachen Nachhaltigkeit beitragen. Länder mit einer bedeutenden Kunststoffindustrie setzen das Recycling schrittweise durch, wobei der geforderte Prozentsatz von PCR im nächsten Jahrzehnt steigen wird. Bis 2030 muss der Anteil von PCR in neuen Kunststoffprodukten in der EU 30 %, in Kalifornien (USA) 50 %, in Kanada 50 % und in Großbritannien 30 % betragen.
Die Verwendung von PCR entwickelt sich von einer Anregung zu einer Verpflichtung für Kunststoffhersteller. Obwohl der Wandel notwendig ist, ist er nicht unbedingt leicht umzusetzen. Das Ausgangsmaterial für PCR stellt zahlreiche Herausforderungen dar, da es von Charge zu Charge oder sogar innerhalb einer Charge stark variieren kann und PCR durch vorherige Verwendung verunreinigt sein kann.³ Wie können Hersteller die Eigenschaften ihrer PCR-Charge bewerten und erfolgreich konsistente, sichere Produkte herstellen? Hersteller von Polymeren bedienen sich der Materialwissenschaft, um ihre PCR-Chargen zu charakterisieren und anschließend ihre Formulierungen für optimale Ergebnisse anzupassen.

Unbehandelte PCRs werden in der Regel durch DSC, TGA und Rheologie charakterisiert, bevor sie zu verwendbaren Gemischen und schließlich zu Polymerprodukten formuliert werden. Techniken wie die Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) messen Temperaturen und Wärmeströme in Zusammenhang mit thermischen Übergängen in einem Material. Diese Daten sind nützlich, um die thermischen Eigenschaften eines Polymers, wie z. B. den Schmelzpunkt und die Kristallisationsraten, zu bewerten und um das Vorhandensein von anderen Polymerverunreinigungen im PCR zu identifizieren. Die thermogravimetrische Analyse (TGA) misst die Masse eines Materials im Laufe der Zeit bei einer Temperaturänderung. Bei der Prüfung von Polymeren kann die TGA zur Messung des thermischen Abbaus des Polymersverwendet werden. Die Rheologie ist die Lehre vom Fließen der Materie, die gemessenen Eigenschften sind mit der Verarbeitbarkeit eines Polymers korreliert. Bei der Herstellung von Polymerprodukten mit PCR nutzen Hersteller rheologische Messungen, um die Schmelz- und Dehnungsviskosität sowie die viskoelastischen Eigenschaften der Probe zu testen. Bei der Produktion von recycelten Ausgangsstoffen können die Informationen aus diesen Verfahren genutzt werden, um vor der Verarbeitung die richtige Menge an Additiven hinzuzufügen.

Nachdem die Polymeremit Additiven formuliert wurden, werden die Masterbatches, die auch PCR enthalten, auf Qualität und Konsistenz getestet. DSC kann nun die thermische Stabilität der Masterbatchesmessen, die je nach der Mischung der verwendeten Polymere und Additive variieren kann. Die dynamisch-mechanische Analyse (DMA) misst die mechanischen Eigenschaften von Materialien in Abhängigkeit von Zeit, Temperatur und Frequenz. Polymerwissenschaftler:innen verwenden DMA, um die Modulnund die Glasübergänge ihrer Produkte zu messen. Diese Messungen unterstützen die Wissenschaftler:innen bei der Bewertung der Produktleistung, der Kompatibilität von Mischungen und der Untersuchung von Fehlchargen.

Insgesamt setzen die Polymerhersteller diese materialwissenschaftlichen Techniken ein, um ein besseres Verständnis ihrer Polymerformulierungen zu entwickeln, insbesondere wenn sie den PCR-Gehalt erhöhen, um die von den lokalen Behörden gesetzten Ziele und Fristen einzuhalten.

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