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Polymeranalyse

Analytische Techniken steuern die Polymereigenschaften

Trends und Technologien in der Polymeranalyse

| Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Kunstoffverpackungen haben sich in vielen Bereichen durchgesetzt. Eigenschaften wie Steifigkeit, Stabilität aber auch das Aussehen werden über die chemische Zusammensetzung gesteuert. Zur Analyse werden Techniken wie die IR-Spektroskopie oder die DSC eingesetzt.

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Abb. 1: Mit der IR-Spektroskopie können die Eigenschaften von Kunststoffen genau untersucht werden. (Bild: PerkinElmer)
Abb. 1: Mit der IR-Spektroskopie können die Eigenschaften von Kunststoffen genau untersucht werden. (Bild: PerkinElmer)

Wenn es um Verpackungen geht, steht die Lebensmittel- und Getränkeindustrie häufig im Fokus. In dieser Branche werden Produkte gekauft, konsumiert und ihre Verpackung direkt entsorgt. In den letzten Jahren sind jedoch Umweltaspekte in das Bewusstsein gerückt, und viele Verbraucher zeigen heute mehr Interesse an Produkten und ihrer Verpackung, einschließlich der CO2-Bilanz bei der Produktion und Recyclingfähigkeit.

Dieses Interesse treibt Veränderungen in der Verpackungsindustrie voran, und viele Hersteller suchen nach Wegen, Recyclate zu nutzen und das Gewicht ihrer Produktverpackungen zu reduzieren, um den Energie- und Materialverbrauch zu minimieren. Dies äußert sich in einem zunehmenden Anstieg des Recycling-Anteils von PET (Polyethylenterephthalat), des bevorzugten Materials: Eine aktuelle Studie schätzt das Jahresaufkommen an recyceltem PET in der EU auf jährlich 1,4 Mio. Tonnen. Recycling kann in Verbindung mit kleinen, aber bedeutenden Verbesserungen der Produktionsverfahren eine wichtige Rolle auf dem Weg zu mehr Nachhaltigkeit spielen. Wichtig bei der Förderung von nachhaltigen Fertigungstechnologien ist eine eingehende Poly-meranalyse mit den entsprechenden Techniken und Methoden.

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Leichtere Verpackungen durch Kunststoffe

Einer der am häufigsten verwendeten Grundstoffe für die Herstellung von kohlensäurehaltigen Getränken ist PET. Sowohl aus Umwelt- als auch aus wirtschaftlichen Gründen ist die Herstellung einer Flasche, die dieselbe Steifigkeit mit weniger Material bietet, das ultimative Ziel vieler Hersteller. Leichte Verpackungen reduzieren den Materialverbrauch und damit die Transportkosten sowie den Energiebedarf. Hersteller suchen daher verstärkt nach gewichtsreduzierenden Additiven und Verfahren. Die Aufrechterhaltung der Steifigkeit, Stabilität und Stoßfestigkeit bei gleichzeitiger Verringerung der Kosten ist dabei ausschlaggebend.

Die Steifigkeit und Stoßfestigkeit der fertigen Verpackung wird von verschiedenen Prozessen beeinflusst, insbesondere der Polymerkristallisation. Der Prozess ist nicht vollständig erforscht, und seine Analyse könnte den Schlüssel zur Entwicklung von stabileren Flaschen und Verpackungen bei gleichzeitiger Minimierung des Bedarfs an Rohmaterial liefern. Bekannt ist, dass sowohl das Ausgangsmaterial als auch die Verarbeitungsbedingungen den Prozess beeinflussen. Die Kristallinität beeinflusst außerdem die optische Transparenz, die für hochwertige Produktverpackungen wichtig ist, sowie die Barriereeigenschaften, die sich auf die Haltbarkeit des Produkts auswirken.

Die Herausforderung: kristallklares PET herstellen

Daher ist der Kristallisationsprozess bei der PET-Herstellung für viele Anbieter einer der primären Forschungsbereiche. Bei der Herstellung von PET-Flaschen wird die fertige Form der Flasche durch Blasformung eines amorphen Kunststoffkegels hergestellt. Wenn das sich ausdehnende geschmolzene Polymer in Kontakt mit der kalten Metallform kommt, nimmt es in kurzer Zeit die Form der fertigen Flasche an. Dies ist jedoch kein einheitlicher Prozess – die Ergebnisse können von Flasche zu Flasche variieren, ebenso wie in verschiedenen Teilen desselben Behälters. PET ist teilkristallin, im Polymer gibt es also sowohl geordnete kristalline als auch ungeordnete amorphe Bereiche. Die Steuerung der Entstehung dieser Regionen wirkt sich auf die Eigenschaften der fertigen Flasche aus.

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