Flammgeschützte Kunststoffe: Ein werkstoffliches Recycling lohnt sich

Wie recyclingfähig sind flammgeschützte Kunststoffe? Der Antwort auf diese Frage scheinen Forscher des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF näher gekommen zu sein: Ein Recycling kann sich lohnen – wirtschaftlich und aus ökologischen Gesichtspunkten, wie es in einer Mitteilung heißt.

Das ist eine gute Nachricht, denn Kunststoffabfälle nach ihrem Gebrauch wiederzuverwerten, wird immer bedeutsamer. Dies gilt auch für flammgeschützte Kunststoffanwendungen, die aus Umweltgründen zunehmend mit halogenfreien Flammschutzmitteln ausgerüstet werden. Das betont auch Elke Metzsch-Zilligen, die das Forschungsprojekt am Fraunhofer LBF leitet: „Wir werden in Zukunft ohne das Recycling flammgeschützter Kunststoffe nicht auskommen und können auf diese Weise die energetische Verwertung umgehen.“

Flammschutzmittel verhindern das Entzünden für eine bestimmte Zeit oder verzögern die Brandausbreitung signifikant. Über ihre werkstoffliche Recyclingfähigkeit war jedoch bisher nur wenig bekannt. Daher hat das Fraunhofer LBF vor über zwei Jahren ein Forschungsprojekt dazu angestoßen.

Wissenschaftler simulieren Belastungen und Alterungsprozesse

Im Rahmen des Forschungsvorhabens untersuchen die Darmstädter Wissenschaftler das werkstoffliche Recycling verschiedener Flammschutzmittel/Polymerkombinationen. Dabei gehen sie vor allem Alterungsprozessen und Schädigungsmechanismen auf den Grund. Denn diese können einen erheblichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften und das Brandverhalten haben.

„Beim Recyclingprozess kann es nicht nur zu irreversiblen Veränderungen des Kunststoffes kommen, die auf chemische und physikalische Vorgänge zurückzuführen sind“, erklärt Projektleiterin Metzsch-Zilligen. „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.“

Mittels einer Mehrfachextrusion wollen die Wissenschaftler die Belastungen nachstellen, die der Kunststoff durch wiederholte Verarbeitung erfährt. Alterungsprozesse würden sie durch beschleunigte Ofenalterung simulieren, wie es in der Institutsmitteilung heißt. Bei ihren Analysen untersuchen die Forscher demzufolge marktrelevante Rezepturen mit halogenfreien Flammschutzmitteln, die in gängigen Polymerklassen wie PE, PP, PA und PC/ABS eingesetzt werden.

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[su_spoiler title=“Stichwort: Halogenfreie Flammschutzmittel“]

• Nach Angaben von Fraunhofer LBF werden in Europa rund 70 Prozent sogenannte halogenfreie PIN-Flammschutzmittel verwendet, die auf Basis von Phosphor (P), anorganischen Substanzen (I) und Stickstoff (N) hergestellt werden – und nicht auf Basis von Halogenen wie beispielsweise Brom oder Chor.

• Der Anteil der halogenfreien PIN-Flammschutzmittel werde wachsen, da sie dem Wunsch vieler Anwender nach guter Umweltverträglichkeit, Kosteneffizienz und verlässlichem Flammschutz in der Endanwendung entgegenkommen.

• Zum werkstofflichen Recycling dieser Kunststoffe ist bislang nur wenig bekannt.

• Mit einem geschätzten Wert von drei Milliarden Euro haben halogenfreie PIN-Flammschutzmittel eine hohe wirtschaftliche Bedeutung auf dem europäischen Markt. Anwendung finden sie vor allem in der Elektro- und Elektronik-Industrie sowie im Bau und Transportwesen.[/su_spoiler]

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Hohes Kosteneinsparungspotenzial für Unternehmen möglich

Die bisherigen Ergebnisse seien aussichtsreich, so das Fraunhofer LBF. Einige flammgeschützte Kunststoffe würden auch nach Mehrfachverarbeitung und Ofenlagerung ihre Flammschutzwirkung behalten. Dazu zählten flammgeschützte Kunststoffe, die auf den Polyamiden PA6 und PA6/GF sowie PA 66/GF basieren. GF steht dabei für Glasfaser. Die Einkürzung der mittleren Glasfaserlänge bei den verstärkten Polyamiden hätte keinen Einfluss auf das Brandverhalten gehabt.

Das Verständnis der ablaufenden Prozesse hat dazu offensichtlich noch einen willkommenen Nebeneffekt. Denn dadurch hätten die Wissenschaftler eine gezielte Additivierung mit maßgeschneiderten Rezyklat-Additiven einsetzen können. Durch diese gezielte Additivierung soll sich die die Qualität des Recyclats verbessern lassen.

Für Kunststoff produzierende Unternehmen können die Forschungsergebnisse vermutlich einige Vorteile mit sich bringen. Denn laut Fraunhofer LBF können sie eigene Produktionsabfälle bei flammgeschützten Formulierungen besser nutzen und Kosten einsparen. Bei einem Marktvolumen in Europa von drei Milliarden Euro für halogenfrei flammgeschützte Kunststoffe hatte das Fraunhofer-Institut zu Projektbeginn das Kosteneinsparungspotenzial durch die Verwendung von Produktionsabfällen auf 150 Millionen Euro jährlich geschätzt.

Durch eine gezielte Additivierung würden zudem Produkte geschaffen, die mit Neuware konkurrieren könnten. Weitere Wettbewerbsvorteile sieht das Institut darin, Recycling-Kunststoffe als Marketing-Instrument zu nutzen und neue Produkte auf dieser Basis aufzubauen.

© 320° | 08.06.2018