IKV: Plasmabeschichtung von Mehrwegflaschen

06.05.2020

Im Projekt „PECVD-Gasbarrierebeschichtung von PET-Mehrwegflaschen“ arbeitet das IKV zusammen mit KHS Corpoplast an der Erhöhung des Mehrweganteils bei Kunststoffflaschen. (Foto: congerdesign)

Im Projekt „PECVD-Gasbarrierebeschichtung von PET-Mehrwegflaschen“ arbeitet das IKV zusammen mit KHS Corpoplast an der Erhöhung des Mehrweganteils bei Kunststoffflaschen. (Foto: congerdesign)

Der Deutsche Rohstoffeffizienz-Preis des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) zeichnet herausragende Produkte, Prozesse und Forschungsergebnisse aus, bei denen durch neue, intelligente Verfahren Rohstoffe und Material besonders effizient verwendet bzw. genutzt werden. Unter diesem Aspekt nominierte eine Jury unter fachlicher Leitung der Deutschen Rohstoffagentur (DERA) nun das Projekt „PECVD-Gasbarrierebeschichtung von PET-Mehrwegflaschen“, in dem die Arbeitsgruppe Plasma- und Oberflächentechnik am IKV, Aachen, gemeinsam mit dem Projektpartner KHS Corpoplast GmbH, Hamburg, forscht. Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Sonderforschungsbereichs SFB-TR87 als sogenanntes Transferprojekt gefördert.

Schichtsystem soll Waschvorgänge bei PET-Mehrwegflaschen überstehen

Eine erfolgreiche Kunststoff-Kreislaufwirtschaft strebt danach, den Wert der Produkte im Kreislauf so lange wie möglich zu erhalten. Die Mehrfachnutzung von Produkten ist also das Ziel. Ein Beispiel hierfür sind PET-Mehrwegflaschen, die nach Gebrauch mit Natronlauge gewaschen und erneut befüllt werden. PET ist im Gegensatz zu Glas allerdings nicht gasdicht, was die Haltbarkeit von in PET-Flaschen abgefüllten Säften oder karbonisierten Getränken wie Softdrinks oder Bier im Vergleich zur Glas-Flasche deutlich herabsetzt. Trotz vieler ökologischer Vorteile betrug daher der PET-Mehrweganteil bei Säften in Deutschland 2018 gerade einmal 0,5 %. Im Bereich der PET-Einwegflaschen ist es bereits Stand der Technik, diesen Nachteil des PET durch eine mittels Plasmatechnologie applizierte SiOx-Barrierebeschichtung auszugleichen. Diese konventionellen SiOx -Schichten können allerdings der aggressiven Waschlauge im Waschprozess der Mehrwegflaschen nicht standhalten. Das IKV und KHS haben daher ein Schichtsystem entwickelt, das den Waschvorgang mit NaOH überstehen kann. Damit wurde der Weg für mehr Mehrweg geöffnet, ohne dabei auf einen guten Produktschutz verzichten zu müssen.

Vom Einweg-PET zum Mehrweg-PET

Das deutsche Pfandsystem für PET-Flaschen unterscheidet zwischen PET-Einwegflaschen und PET-Mehrwegflaschen. PET-Einwegflaschen werden nach dem Einsammeln geschreddert und für das Recycling aufbereitet. Einen vollständig geschlossenen Kreislauf stellt dies aber nicht dar, denn nur 30 % des aufbereiteten PET wird zur Herstellung von neuen PET-Einwegflaschen eingesetzt. Dies liegt unter anderem daran, dass PET nur maximal bis zu 10-mal rezykliert werden kann, denn die Molekülketten werden bei jeder Verarbeitung verkürzt, und damit verschlechtern sich die Materialeigenschaften. Die restlichen 70 % werden unter anderem in der Textilindustrie weiterverarbeitet und sind danach nicht mehr zu Flaschen recyclebar. 2018 wurden 72 % aller nicht-alkoholischen Getränke in Deutschland in PET-Einwegflaschen vertrieben. Das entspricht 16,4 Milliarden PET-Einwegflaschen oder 394.000 t neu produziertes PET in Deutschland pro Jahr –
unter der Annahme, dass alle Flaschen 0,5-l-PET-Flaschen mit einem Gewicht von 24 g sind.

PET-Mehrwegflaschen hingegen werden nach Gebrauch in einem Waschprozess mit starker NaOH-Lösung gereinigt, sterilisiert und anschließend erneut befüllt. Diesen Zyklus können PET-Mehrwegflaschen aktuell bis zu 20-mal durchlaufen. Hier verbirgt sich also enormes Potential zur Einsparung von Ressourcen: Nimmt man an, dass eine PET-Mehrwegflasche die Arbeit von 15 PET-Einwegflaschen leistet, dann könnten bei einer konsequenten Umstellung auf Mehrweg jedes Jahr in Deutschland ca. 260.000 t PET eingespart werden.

Neue Spielräume für PET-Mehrwegflaschen

Insbesondere vor dem Hintergrund des aktuellen Kunststoffverpackungsgesetzes, das eine Mehrwegquote von mindestens 70 % verfolgt, kann das Forschungsprojekt zur Beschichtung von PET-Mehrwegflaschen entscheidend zur Zielerreichung beitragen. Die Qualität und Haltbarkeit der abgefüllten Produkte bleibt dabei auf dem gewohnten Niveau, denn im gleichen Prozessschritt wie die Barriereschicht, die die Haltbarkeit von kohlensäurehaltigen Getränken und Säften erhöht, wird mittels mikrowellenangeregtem Niederdruckplasma eine eigens entwickelte Schutzschicht gegen aggressive Waschlaugen aufgebracht. Im Ergebnis können Getränkehersteller und Abfüller nun jedes Füllgut uneingeschränkt in PET-Mehrwegflaschen abfüllen. Damit wird der Weg freigemacht, um in hohem Maße Einsparpotentiale auf der Ressourcenebene ausnutzen zu können.

Das IKV freut sich sehr über die Nominierung für den deutschen Rohstoffeffizienz-Preis, die unter anderem das Engagement des Instituts im Bereich der Kreislaufwirtschaft würdigt. Ob das Projekt den Preis gewinnt wird am 21.Oktober 2020 bei der Preisverleihung in Berlin bekannt gegeben.

Das Transferprojekt „PECVD-Gasbarrierebeschichtung von PET-Mehrwegflaschen“ erhält eine Förderung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Sonderforschungsbereichs SFB-TR87 „Gepulste Hochleistungsplasmen zur Synthese nanostrukturierter Funktionsschichten“. Der DFG gilt unser Dank.

www.ikv-aachen.de

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