KMU-innovativ Folienverbunde ohne Primer und recyclebar – Entwicklung einer neuartigen Atmosphärendruck-Plasmabehandlung für die Co-Extrusion (REPLACE)

Problemstellung
Die Produktionsmengen im Bereich von Verpackungsfolien umfassen ca. 1,6 Mio. Tonnen pro Jahr in Deutschland. Sie sind für ca. 60 Prozent der Kunststoff-Abfälle verantwortlich. Solche Folien müssen heutzutage als Mehrschichtsystem komplexe Anforderungen, wie beispielsweise UV-Schutz und Dichtigkeit, erfüllen. Bei deren Herstellung werden daher eigenschafts-spezifische Einzelschichten auf Basis unterschiedlicher Kunststofftypen im sogenannten Co-Extrusionsprozess miteinander kombiniert. Um eine gute Haftung zwischen den einzelnen Folienschichten zu erzielen, werden meist lösungsmittelbasierte Haftvermittler eingesetzt. Hierin besteht das Potenzial, haftvermittlerfreie und recyclingfähige Folien mit hoher Umweltverträglichkeit zu erforschen. Denn obwohl der Marktanteil von Mehrschichtfolien annähernd bei 30 Prozent liegt, werden sie kaum in den Stoffkreislauf zurückgeführt und gehören damit zu den größten Herausforderungen für die Kreislaufwirtschaft.

Zielsetzung
Ziel des KMU-innovativ Projekts REPLACE ist die Entwicklung einer Plasmatechnik, welche innerhalb des Herstellungsprozesses eine Oberflächenbehandlung von Folien im Schmelze-zustand ermöglicht. Mit dieser energiezuführenden Plasma-Behandlung lässt sich folglich eine Anhaftung verschiedener Kunststofftypen ohne zusätzliche Haftvermittler erzeugen. Weiter soll ein wasser- und wärmebasiertes Verfahren geschaffen werden, welches Mehrschichtfolien am Ende ihrer Nutzungsdauer sortenrein in seine anteiligen Kunststofftypen lösen und trennen kann. Ein werkstoffliches Recycling wird somit möglich.

Vorgehensweise
Mit den Erkenntnissen von Voruntersuchungen zu Anforderungen für Mehrschichtfolien und einzusetzender Kunststofftypen werden Prozessparameter abgeleitet. Auf dieser Basis soll mit Hilfe der adaptierten Plasmatechnik eine erste Mehrschichtfolie ohne chemische Haftvermittler realisiert werden. Dazu sind zwei Plasmaerzeuger mit einem unterschiedlichem Ansatz zur Energieeintragung zu entwickeln und an die geometrischen und thermischen Bedingungen des Extrusionsprozesses anzupassen. Nach erfolgreicher Demonstratorfertigung folgt die Bewertung beider Plasmaerzeuger nach technischen Kriterien und ihrer Einsatzfähigkeit. Im weiteren Projektverlauf findet die Prozessintegration an einer Extrusionsanlage statt, wo fortgeschrittene Versuchsreihen umgesetzt und evaluiert werden. Anschließend werden Untersuchungen zur Folienanhaftung und zu Alterungsphänomenen bezüglich Trenn- und Rezyklierbarkeit im Vergleich zu konventionellen Mehrschichtfolien angestrebt.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Bei erfolgreicher Projektumsetzung ist es zukünftig möglich, die derzeitige Recyclingquote von Mehrschichtfolien signifikant zu erhöhen und damit die Produktion von nachhaltigen Verpackungsfolien in Deutschland zu etablieren. Des Weiteren kann die zu entwickelnde Plasmatechnik zur Behandlung weiterer Vorerzeugnisse, wie z. B. Bahnwaren und Flachmaterialien, der Kunststoffindustrie eingesetzt werden und ermöglicht verfahrenstechnische Vorteile, was neben der gesteigerten Recyclingquote auch zur Wirtschaftlichkeit in Unternehmen beiträgt.

• PlasmaTreat GmbH - Abt. Forschung und Entwicklung
• Universität Duisburg-Essen