Rezyklatanalytik für Polyolefine Plastikmüll quantitativ charakterisieren per HT-2D-LC

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Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

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Für hochwertiges Re- bzw. Upcycling braucht es eine starke Analytik der Kunststoffabfälle. Am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) entwickeln Forscher deshalb eine spezielle 2D-Hochtemperatur-Flüssigchromatographie.

Kunststoffe aus Polyethylen (PE), so genannte Polyolefine, gehören zu den kommerziell relevantesten Kunststoffen mit den breitesten Anwendungsportfolios. Nach ihrer Verwendung gelangen diese Produkte entweder in die Gelbe Tonne oder werden, gemeinsam mit Restmüll, gesammelt und als den Post-Consumer-Abfall meist thermisch verwertet, also verbrannt. Selbst bei vorbildlicher Mülltrennung dominiert bei Kunststoffabfällen allerdings das stoffliche Downcycling, also die Zweitverwendung in minderwertigeren Artikeln wie Abfallsäcken oder Parkbänken. Unter ökonomischen und legislativen Gesichtspunkten ist ein stärkeres Upcycling, also die Verwendung in gleich- oder höherwertigen Produktkategorien, dringend geboten.

Methodenvergleich zur Polymerauftrennung

Kunststoffanalyse mal anders – per FFF statt GPC

Eine zentrale Herausforderung bei der zielgerichteten Entwicklung von hochwertigen Rezyklatkunststoffen besteht darin, die sich je nach geografischer Herkunft und Sammlungszeitraum wechselnden chemischen Zusammensetzungen der sortierten PE-Abfälle detailliert zu bestimmen. Im Gegensatz zu Neuwaren spielt die Identifizierung und Quantifizierung von Minderheitsanteilen (z. B. geruchswirksame flüchtige Bestandteile oder Verunreinigungen mit anderen Polymeren) eine bedeutsame Rolle, da diese bereits in geringen Mengen die Qualität des Rezyklats mindern und somit die Anwendung einschränken können. Hier besteht ein großer Entwicklungsbedarf im analytischen Arbeitsablauf an einer zeit- und ressourceneffizienten Charakterisierung von polymeren und nichtpolymeren Verunreinigungen in der Polymermatrix.

Mit Hightech den Kunststoffabfall entschlüsseln

Die bislang kaum zugänglichen Informationen zum molekularen Aufbau von Polyolefin-Rezyklaten (PORez) wollen Forschende aus dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF verfügbar machen. Dazu haben sie das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderte Projekt „Quantitative Molekularcharakterisierung von Polyolefin-Rezyklaten“ aufgesetzt, was die Informationslücke in der Rezyklatanalytik schließen soll.

Praxistag HPLC

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Die Hochleistungsflüssigchromatographie ist die am häufigsten eingesetzte Trennmethode im Labor. Der Praxistag HPLC vom 6. bis 7. November 2024 beschäftigt sich mit dieser wichtigen Analysemethode und hat sich als Anwendertreff von Labormitarbeitern, Laborleitern und Anwendungsexperten aus Industrie und Forschung etabliert. Erleben Sie praxisnahes Wissen zum Anfassen, lernen Sie von Applikationsspezialisten Tipps und Tricks für den täglichen Umgang mit HPLC-Systemen sowie ihren Komponenten und erweitern Sie Ihr Expertennetzwerk.

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Grundlage ist die 2-dimensionale Hochtemperatur-Flüssigchromatographie (HT-2D-LC). Sie stellt eine der höchstentwickelten flüssig-chromatographischen Methoden zur Charakterisierung von Polyolefinen dar und ist bei verarbeitenden kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) der Kunststoffbranche weit verbreitet.

In dem neuen Forschungsprojekt PORez werden die Fraunhofer Experten die etablierte HT-2D-LC-basierte Arbeitsweise in eine wirkungsvolle Methode zur Gewinnung der notwendigen Informationen für Polyolefin-Rezyklate weiterentwickeln. Dazu werden insbesondere die Entwicklung von Protokollen zur repräsentativen Probennahme und -vorbereitung, die Anpassung der Methodenparameter an die Durchsatzanforderungen von KMU und der Umgang mit Nebenphasen adressiert.

Mit modernster Analytik ausgestattet entwickeln Forscher am Fraunhofer LBF im Bereich Kunststoffe Methoden speziell für Rezyklate. Clip vom Youtube-Kanal „fraunhoferLBF“:

Beste Analytik auch kleinen Unternehmen zugänglich machen

Die entwickelte Methode wird unter Verwendung von Realproben verfeinert. Dabei wird auch ein Grundstock repräsentativer Daten über den Zusammenhang molekularer Parameter mit Herkunft und Verarbeitungseigenschaften der Polyolefin-Rezyklate für die Nutzung in KMU generiert und zur Verfügung gestellt. Abgerundet wird das Projekt durch Best-Practice-Beispiele, um die Implementation der neuen Methode soweit möglich zu vereinfachen.

Die Ergebnisse sollen es KMU erleichtern, Polyolefin-Rezyklate als alternative Rohstoffquelle in zu nutzen. Ziel ist auch ein gestärkter Recyclingmarkt. Das Wissen über die Zusammensetzung von Rezyklaten bzw. eines daraus hergestellten Compounds ist nicht nur essenziell für Wareneingangs- und Warenausgangskontrollen, sondern steigert den Wert der Waren und Halbfabrikate. Bei vorhandener Geräteinfrastruktur sei die Umsetzung der Ergebnisse laut den Projektpartnern niedrigschwellig. Auch analytische Dienstleister würden von den Ergebnissen profitieren, wenn sie diese in das eigene Methodenportfolio übernehmen und verarbeitende KMU gezielt unterstützen, heißt es in einer Pressemeldung des LBF. So werde der Transformationsprozess zum vermehrten Einsatz von Polyolefin-Rezyklaten zusätzlich gefördert.

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