Recycling halogenfrei-flammgeschützter Kunststoffe lohnt sich

Im Rahmen eines Forschungsprojektes untersuchen Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF das werkstoffliche Recycling verschiedener Flammschutzmittel/Polymerkombinationen.
Flammschutzmittel können Leben retten und sollen die Umwelt schonen. Foto: Fraunhofer LBF

Dabei konzentrierten sie sich auf die Identifizierung auftretender Alterungs- und Schädigungsmechanismen, die einen erheblichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften und das Brandverhalten haben können. Zudem erlaube ihnen das Verständnis der ablaufenden Prozesse eine gezielte Additivierung mit maßgeschneiderten Rezyklat-Additiven, wodurch sich die Qualität des Rezyklats verbessern lasse. „Die vielversprechenden Ergebnisse unseres Forschungsprojektes machen deutlich, wie wichtig es ist, vorhandene Stoffströme zu nutzen. Wir werden in Zukunft ohne das Recycling flammgeschützter Kunststoffe nicht auskommen und können auf diese Weise die energetische Verwertung umgehen. Das Recycling lohnt sich also wirtschaftlich und aus ökologischen Gesichtspunkten“, erklärt Dr. Elke Metzsch-Zilligen, die das Forschungsprojekt am Fraunhofer LBF leitet.

Einfluss durch die Mehrfachextrusion bedingte Glasfaserverkürzung auf die Zugfestigkeit von glasfaserverstärktem PA66, mit und ohne Flammschutzmittel FSM. Graphik: Fraunhofer LBF

Kunststoffe aus einem Recycling-Prozess würden sich grundsätzlich von Neuware unterscheiden. Während der Verarbeitung und Anwendung könne es zu irreversiblen Veränderungen des Kunststoffes kommen, die auf chemische und physikalische Vorgänge zurückzuführen sind. „Auch das eingesetzte Flammschutzmittel kann einem Schädigungsmechanismus unterliegen, wodurch ein sicherer Flammschutz nicht mehr gewährleistet ist. Das Risiko ist umso größer, je öfter der Kunststoff rezykliert wird und je anspruchsvoller die Verarbeitungsbedingungen sind“, erläutert Metzsch-Zilligen.

Um die Belastungen nachzustellen, die der Kunststoff durch wiederholte Verarbeitung erfährt, führten die Wissenschaftler eine Mehrfachextrusion durch. Alterungsprozesse, die der Kunststoff in der Anwendung erfährt, simulierten sie durch beschleunigte Ofenalterung. Bei ihren Analysen untersuchten die Forscher marktrelevante Formulierungen mit halogenfreien Flammschutzmitteln, die in gängigen Polymerklassen (PE, PP, PA, PC/ABS) eingesetzt werden.

Gezielte Additivierung verbessert mechanische Kennwerte

Nach der Brandpüfung: Einfluss der Mehrfachextrusion auf das Brandverhalten von glasfaserverstärktem PA66. Graphik: Fraunhofer LBF

Die bisherigen Ergebnisse seien aussichtsreich. Flammgeschützte Kunststoffe, basierend auf PA6 und PA6/GF (= Glasfaser) sowie PA 66/GF, behielten nach Mehrfachverarbeitung und Ofenlagerung ihre Flammschutzwirkung. Die Einkürzung der mittleren Glasfaserlänge bei den verstärkten Polyamiden habe keinen Einfluss auf das Brandverhalten gehabt. „Erwartungsgemäß stellten wir im Rahmen der Mehrfachextrusion einen Abfall der mechanischen Kennwerte fest, die wir aber durch gezielte Additivierung wieder verbessern konnten“, betont Metzsch-Zilligen.

Das Forschungsprojekt am Fraunhofer LBF findet im Rahmen der Projektförderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung der AiF (Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen, hier Forschungsgesellschaft Kunststoffe e.V.) und unter Beteiligung von Mitgliedsfirmen der PINFA (Phosphorus, Inorganic & Nitrogen Flame Retardants Association, www.pinfa.org) statt.

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