Best Practice: Entwicklung einer recycelbaren, papierähnlichen Folie Kombination von Blasfolien- und Schaumextrusion
© IKVFlexible Kunststoffverpackungen bestehen häufig aus Polyolefinen. Diese Materialien werden zunehmend mit hohen Anteilen an Calciumcarbonat gefüllt, um sogenannte „papierähnliche Folien“ zu erzeugen. Diese Folien bieten ökologische und funktionale Vorteile, da sie fossile Rohstoffe einsparen, eine natürliche Optik sowie verbesserte Bedruckbarkeit aufweisen und eine haptische Ähnlichkeit zu Papier besitzen. Anwendung finden sie vor allem in der Verpackung von Frischwaren, Butter und Margarine sowie für Etiketten und Tragetaschen.
Ein zentrales Problem dieser hochgefüllten Folien ist ihre erhöhte Dichte von über 1 g/cm³, wodurch sie im Schwimm-Sink-Verfahren nicht als Polyolefine erkannt und damit nicht in den Kunststoffkreislauf zurückgeführt werden können. Da dieses Sortierverfahren auf der Dichtetrennung basiert, sinken hochgefüllte Folien ab und werden nicht als recycelbare Kunststoffe identifiziert.
Eine Verfahrenskombination aus Blasfolien- und Schaumextrusion, könnte eine Lösung sein, um die Dichte der Folie zu reduzieren, ohne ihre gewünschten mechanischen Eigenschaften zu stark zu beeinträchtigen.
Schaumbildung zur Dichteverringerung
Um die Recyclingfähigkeit zu verbessern, wird eine Kombination aus Blasfolien- und Schaumextrusionsverfahren angewendet. Dabei wird ein chemisches Treibmittel in die Schmelze eingebracht, um die Dichte der Mittelschicht zu verringern und damit die Gesamtfoliendichte unter 1 g/cm³ zu senken. Die Herausforderung besteht darin, die mechanischen Eigenschaften der Folie beizubehalten, insbesondere Zugfestigkeit und Dead-Fold-Verhalten.
Optimierung der Schaumstruktur
Drei wesentliche Parameter beeinflussen die Folienstruktur und -eigenschaften:
Treibmittelanteil
Eine optimale Menge muss gefunden werden, um eine homogene Zellstruktur zu gewährleisten. Zu wenig Treibmittel führt zu unzureichender Schaumbildung, während ein zu hoher Anteil große, instabile Blasen erzeugt und die Materialviskosität stark verringert.
Molekulargewicht und Seitenkettenlänge
Diese beeinflussen die Schmelzfestigkeit und das Dehnverhalten während der Extrusion. Lange Seitenketten erhöhen die Stabilität und führen zu feinerer Schaumbildung.
Massenstromverhältnis der Schichten
Durch eine gezielte Variation des Durchsatzes der einzelnen Extruderschichten kann das Schaumprofil beeinflusst werden. Eine hohe Massenzufuhr in der Mittelschicht verbessert die Homogenität der Zellstruktur, kann jedoch die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigen.
Herstellung der optimierten Folien
Im Extrusionstechnikum wird eine Versuchsreihe durchgeführt, die die Extrusion dreischichtiger Folien mit geschäumter Mittelschicht aus PE-HD und PE-LD umfasst.
Dabei werden verschiedene Treibmittelmengen und Materialkombinationen getestet. Ziel ist es, eine stabile Folienstruktur zu erzeugen, die gleichzeitig mechanisch belastbar bleibt und eine Dichte unter 1 g/cm³ aufweist.
Analyse und Ergebnisse
Die Tests zeigen, dass die optimierte Kombination der Parameter die Dichte erfolgreich senken kann, ohne die Funktionalität der Folie wesentlich zu beeinträchtigen:
Reduzierte Dichte:
Die hochgefüllte Folie erreicht durch Schaumbildung eine Dichte unter 1 g/cm³ und ist somit im Schwimm-Sink-Verfahren sortierbar.
Mechanische Eigenschaften:
Die Zugfestigkeit nimmt durch das Aufschäumen zunächst ab, verbessert sich jedoch mit einer feineren Zellstruktur.
Dead-Fold-Verhalten:
Durch gezielte Modifikation der Materialzusammensetzung konnte der Dead-Fold-Winkel auf 86,5° optimiert werden, sodass die Folie ihre papierähnlichen Eigenschaften beibehält.
Fazit
Die Kombination aus Blasfolien- und Schaumextrusion bietet eine innovative Lösung für die Recyclingproblematik papierähnlicher Folien. Durch gezielte Prozessanpassungen können nachhaltige Verpackungsmaterialien geschaffen werden, die sowohl die Bedürfnisse der Industrie als auch die Anforderungen an Recyclingfähigkeit erfüllen.
Dr.-Ing. Lisa Leuchtenberger-Engel
Leiterin der Abteilung Extrusion und Kautschuktechnologie
Gemeinsam finden wir zur besten Lösung für Ihr Projekt
Wir stehen Ihnen mit unserer Expertise zur Seite und beraten Sie gerne individuell zu Ihren Fragestellungen. Gemeinsam entwickeln wir maßgeschneiderte Lösungsansätze, die genau auf Ihre Bedürfnisse abgestimmt sind.
Wenn Sie ein unverbindliches Angebot wünschen oder weitere Informationen benötigen, kontaktieren Sie uns gerne – wir freuen uns darauf, von Ihnen zu hören!
