Überblick über Recyclingmethoden für thermoplastische Elastomere

1. Einführung

Im Allgemeinen kann das Recycling von thermoplastischen Materialien – unabhängig davon, ob sie aus Herstellungsprozessen oder Post-Consumer-Produkten stammen – in vier Hauptwege zur Ressourcenrückgewinnung eingeteilt werden:

• Als Allzweckkunststoffe wiederverwenden

• Verwendung beim Mischen von Kunststoffen (Polymermischungen)

• Rohstoffregeneration (chemisches Recycling)

• Energierückgewinnung

Konventionelles Kunststoffrecycling ist typischerweise eine Form des sekundären (mechanischen) Recyclings. Gebrauchte Produkte (z. B. Flaschen) werden gesammelt, gereinigt, zu Flocken oder Pulver zerkleinert oder durch Schmelzen, Schmelzfiltration und Pelletierung zu Kunststoffgranulat weiterverarbeitet. Diese Pulver oder Pellets werden häufig in definierten Verhältnissen mit Neuharz gemischt.

Es ist zu beachten, dass die meisten Thermoplaste nicht unbegrenzt wieder eingeschmolzen werden können. Wiederholte Verarbeitung kann sich negativ auf die Polymereigenschaften auswirken und zu einem Verlust der mechanischen Festigkeit, Verfärbung und möglicher teilweiser Vernetzung führen. Daher wird in Hochleistungsanwendungen nur selten 100 % recyceltes Material verwendet.

Beim Recycling gemischter Kunststoffe werden inkompatible Kunststoffe zu Polymermischungen kombiniert, die hauptsächlich in Low-End-Anwendungen wie Kunststoffholz verwendet werden.

Unter Rohstoffregeneration versteht man im Allgemeinen die Depolymerisation. Kondensationspolymere wie Polyethylenterephthalat (PET) und Polyamide können durch reversible Reaktionen wie Alkoholyse, Hydrolyse und Glykolyse chemisch in ihre ursprünglichen Monomere – Disäuren, Diole oder Diamine – zerlegt werden. Beispielsweise werden bei der PET-Methanolyse Dimethylterephthalat und Ethylenglykol regeneriert. Diese zurückgewonnenen Monomere werden hauptsächlich zur Herstellung neuer Neupolymere verwendet.

Die Energierückgewinnung umfasst die Verbrennung, bei der Kunststoffabfälle verbrannt werden, um Wärme oder Strom zu erzeugen, sowie fortschrittliche Prozesse wie Pyrolyse, Vergasung, Hydrierung und Verflüssigung. Die resultierenden Produkte können als Kraftstoffe oder Raffinerierohstoffe verwendet werden.

Recyclingmethoden für thermoplastische Elastomere (TPE)

Da sich thermoplastische Elastomere (TPE) ähnlich verhalten wie herkömmliche Thermoplaste, können sie mit denselben Methoden recycelt werden. Viele TPEs sind für mehrere Recyclingkreisläufe geeignet. Für Recyclingzwecke klassifiziert die Society of Automotive Engineers (SAE) kommerzielle TPEs in kompatible Gruppen, sodass sie effizient getrennt und recycelt werden können. In diesem System werden TPEs auf die gleiche Weise kategorisiert wie starre Thermoplaste wie Polypropylen (PP) und Polystyrol (PS).

Recycling von thermoplastischen Vulkanisaten (TPVs)

Thermoplastische Vulkanisate (TPVs) werden häufig in Automobilanwendungen eingesetzt – beispielsweise in Dichtungen, Faltenbälgen von Lenksystemen, Gelenkmanschetten für Gleichlaufgelenke, Airbag-Türabdeckungen, Karosseriestopfen, Innenhäuten und Kupplungsdichtungen – sowie in Haushaltsgeräten wie Spülmaschinenwannen, Türdichtungen und Kompressorhalterungen.

Post-Consumer-Produkte und Produktionsabfälle können einfach in Pelletierern gemahlen werden, und die Mahlgutpellets können in relativ hohen Anteilen wieder dem Neumaterial zugesetzt werden. TPV-Mahlgut ist mit Pellets aus thermoplastischen Polyolefinen (TPOs) kompatibel. Tatsächlich kann die Zugabe von TPV-Rezyklat bestimmte Leistungsmerkmale von TPO-Compounds verbessern.

Viele Automobilhersteller haben in Zusammenarbeit mit Polymerherstellern groß angelegte Programme zur Fahrzeugzerlegung durchgeführt. Bei diesen Initiativen handelt es sich häufig um geschlossene Recyclingsysteme, die es ermöglichen, Materialien zurückzugewinnen und in denselben oder ähnlichen Produkten wiederzuverwenden.

Andere Recyclingwege für TPE-Komponenten

Andere Recyclingwege für TPE-Komponenten ähneln denen herkömmlicher Elastomere, einschließlich der Energierückgewinnung durch Verbrennung. Ein wesentlicher Vorteil von TPEs ist in diesem Zusammenhang ihr relativ geringer Schwefelgehalt, der sich positiv auf die Rauchgaszusammensetzung von Verbrennungsanlagen auswirkt.

Eine große Herausforderung beim Recycling von TPE-Komponenten besteht jedoch darin, dass es sich häufig nicht um reine TPE-Materialien handelt. Viele Teile enthalten Einlagen, sind Teil umspritzter Strukturen oder bestehen aus Verbundwerkstoffen oder Polymermischungen. Bei der größten TPE-Familie – Styrol-Blockcopolymeren (SBCs) – wird etwa ein Drittel der Gesamtproduktion in grundsätzlich nicht recycelbaren Anwendungen wie Ölmodifikatoren, Klebstoffen und Asphaltmodifikatoren verwendet.

Magnetische Trenntechnologie für das TPE-Recycling

Eine aktuelle Entwicklung beim Recycling von umspritzten und coextrudierten TPE-Komponenten ist der Einsatz der magnetischen Trenntechnologie. Die magnetische Trennung ist eine ausgereifte Technik, die im Bergbau, bei der Zuschlagstoff- und Schüttgutverarbeitung weit verbreitet ist und bereits zur Entfernung von Metallverunreinigungen aus Kunststoffen und Gummi eingesetzt wird.

Um die Polymertrennung aus Mischungen (z. B. TPEs kombiniert mit Polypropylen oder anderen starren Kunststoffen) zu ermöglichen, wird eine kleine Menge eines magnetischen Additivs – typischerweise etwa 1 Gew.-% – in das TPE-Material eingearbeitet.

Studien haben gezeigt, dass diese Additive die physikalischen Eigenschaften des Materials oder die Haftungsleistung bei Overmolding-Anwendungen nicht negativ beeinflussen. Beim Recycling werden granulierte Abfälle auf einem Bandsystem transportiert, wobei Harzpellets mit magnetischen Zusätzen mithilfe von Walzen, die mit eingebetteten hochfesten Seltenerdmagneten ausgestattet sind, getrennt werden. Die angezogenen Pellets werden nach dem Lösen von der Walze in Trichtern gesammelt, während mechanische Umlenker dabei helfen, die beiden Materialströme effizient zu trennen.

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