Extrusion 4-2023

37 Extrusion 4/2023 D as neue Verfahren basiert auf der Druckwasser-Extraktion. Es entfernt den Tracer-Duftstoff Limonen aus kom- merziellen HDPE-Verpackungen und kommt ohne organische Lösemittel aus. Das senkt die Kosten und schont die Um- welt. Auf diese Weise lässt sich die Ma- terialqualität aufbereiteter Kunststoffabfälle innerhalb einer Stunde steigern. Prozessbegleitende Analysen mit Infrarotspektroskopie und Mas- senspektrometrie liefern dem Forscherteam Daten zur chemi- schen Zusammensetzung der Proben in Abhängigkeit unter- schiedlicher Extraktionsbedingungen. Diese analytischen Daten zeigen, dass nach der Extraktion wesentlich weniger Limonen in den Proben vorhanden ist. Darüber hinaus werden neben dem Duftstoff noch weitere Verunreinigungen und kurzkettiges HDPE aus den Proben entfernt, die ursprünglich in der Verpackung enthalten sind. Mit dieser Datenbasis als Grundlage ermittelten die Darmstädter Experten optimale Verfahrensparameter für die Druckwasserextraktion von Duftstoffen aus HDPE-Verpackun- gen. “Die Projektergebnisse zeigen den Nutzen einer systemi- schen Herangehensweise zur Lösung aktueller kunststoff- technischer Fragestellungen mit großer gesellschaftlicher Rele- vanz”, betont Dr.-Ing. Guru Geertz, der das Projekt am Fraun- hofer LBF betreut. Materialanalytik mit Machine-Learning-Methoden optimiert Extraktionsprozess Zur Entwicklung des Verfahrens waren detaillierte Einblicke in die chemische Kinetik des Extraktionsprozesses notwendig, die mithilfe eines innovativen Ansatzes zur prozessbegleitenden Analytik ermöglicht wurden: Durch die Auswertung der Daten mit Hilfe von Machine-Learning-Methoden konnten die Extrak- tionsparameter im Sinne einer wirtschaftlichen Prozessführung optimiert werden. In dem derzeitigen Entwicklungsstadium zeichnet sich für den neuen Prozess ein Anwendungsszenario zur verbesserten Aufbereitung von Kunststoffabfällen ab. “Das von uns entwickelte Extraktionsverfahren zeigt einen Weg zu aufbereiteten Einwegkunststoffen mit vergrößertem Anwen- dungsspektrum, und das dient dem Umweltschutz”, sagt Dr. Geertz. Aufgrund des zugrundeliegenden Konzepts eigne sich der Prozess für Industrie-, Schwellen- und Entwicklungsländer gleichermaßen, so dass potenziell alle Marktteilnehmer davon profitieren, die Kunststoffprodukte in den Handel bringen. Gefördert wurde das Projekt im Rahmen der Internen Pro- gramme der Fraunhofer-Gesellschaft. Schematische Darstellung der multivariaten Analyse einer Reihe von FTIR-Spektren. Die Farbskala gilt für die Intensität sowie den Anteil von HDPE und den extrahierbaren Bestandteilen (Geruchsstoffe, Verunreinigungen). Die zusätzlichen Inhaltsstoffe in den HDPE-Proben werden nachweislich durch die Extraktion entfernt. Der Extraktions- prozess wurde auf der Grundlage dieser analytischen Daten optimiert Percentage of components within each spectrum 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Wavenumber [1/cm] 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Decomposed Scores Experimental FTIR Data Set 250 200 150 100 50 0 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 50 100 150 200 250 0 2 Component no. [a.u.] Component no. [a.u.] 0 2 FTIR Spectrum no. [a.u.] 288 FTIR spectra 3 component-spectra ➠ Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF Bartningstr. 47, 64289 Darmstadt, Deutschland www.lbf.fraunhofer.de Auswirkungen des neuen Extraktions- verfahrens auf den Gehalt an extrahierbaren Stoffen (Geruchsstoffe, Verunreinigungen) in handelsüblichem HDPE-Verpackungsmaterial 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Remaining extractables [a.u.] Extraction conditions 120 °C 5 h 120 °C 1 h 120 °C 0.5 h 100 °C 1 h