Naar meer circulariteit voor PP en PE

Achtergrond

De markt voor recyclaat gemaakt van huishoudelijke kunststofverpakkingen is in onbalans; vraag en aanbod sluiten niet goed op elkaar aan. Potentiële klanten zoeken zuiver recyclaat van hoge kwaliteit voor een courante prijs om nieuw kunststof mee te vervangen. Recyclingbedrijven produceren nu relatief kleine hoeveelheden zuiver recyclaat en grotere hoeveelheden van meer verontreinigd recyclaat. De zuivere recyclaten zich relatief makkelijk te vermarkten, maar ze zijn niet geschikt (en zullen dat ook niet snel worden) geschikt als voedselcontactmateriaal. De minder zuivere recyclaten hebben vaak ook minder aantrekkelijke eigenschappen en zijn lastiger te verkopen. In dit project werd de kwaliteit van PE en PP recyclaat, gemaakt van huishoudelijke verpakkingen, onderzocht in relatie tot de verontreinigingen die hier regulier in voorkomen. Dit heeft nieuwe inzichten verschaft in de relatie tussen de kwaliteit van de recyclaten en hun toepasbaarheid.

Analyse van de huidige kwaliteit van gerecycled PP en PE

Verschillende rPE en rPP recyclaten die door recyclingbedrijven worden aangeboden zijn geanalyseerd. Alle rPP monsters (maalgoed en granulaat) hebben een zuiverheid van ongeveer 90-95%. Ze bevatten meer dan 3% PE en verschillende andere polymeren en materialen in gehaltes onder de procent. De rPE monsters hebben een vergelijkbare zuiverheid, met PP als belangrijkste verontreiniging. De gemeten eigenschappen (MFI en kleur) komen overeen met de opgegeven specificaties in het product-datablad.

Bereiden van hoog zuiver gerecycled PE en PP

Gewassen PE en PP maalgoederen met een hoge polymeerzuiverheid (hoog zuiver rPE en rPP) werden handmatig gemaakt in het laboratorium door sorteerproducten rigoureus objectgewijs te sorteren, te ontdoen van andere componenten en vervolgens mechanisch te recyclen. Polymere zuiverheden van meer dan 99,5% werden bereikt. Deze bereidingswijze van hoog zuiver rPE en rPP is arbeidsintensief en lastig op een industriële schaal uit te voeren. Daarnaast bevat dit materiaal verschillende typen van het beoogde polymeer en onbekende hoeveelheden additieven van verschillende huishoudelijke kunststofverpakkingen en componenten.

Impact van verontreinigingen in PP en PE recyclaat op de eigenschappen

Afgaand op de verontreinigingen die werden aangetroffen in de industriële monsters, werden verschillende gangbare polymere verontreinigheden (PET, PS, PVC, folies) toegevoegd in realistische hoeveelheden variërend van 0,5 tot 10% aan het hoog zuivere recyclaat. Dit resulteerde in relatief beperkte schommelingen in de gemeten eigenschappen.

De belangrijkste inzichten aangaande het effect van verontreinigheden op de eigenschappen van rPP zijn:

• Duidelijke vermindering van de verwerkbaarheid met 0,5% PET of 0,5% gemetalliseerde folie, doordat de smeltfilters verstopten.
• De maximale vloei (MFI) die kan worden bereikt met rPP is beperkt tot gemiddelde vloei-waarden (~20 g/10 min. bij 230°C). HDPE en LDPE verlagen de MFI, zelfs als ze in geringe mate worden toegevoegd. Andere verontreinigingen verlagen de MFI ook, maar in mindere mate. Alleen bij monsters waar 50% van de verpakkingen zijn vervangen door verpakkingen met in-mould-labels (50IML) zien we het omgekeerde gedrag, hier stijgt de MFI ten opzichte van die van 100% rPP.
• Alle rPP monsters hebben een groengrijze kleur, afkomstig van de verschillende verpakkingen en inkten die in de gerecyclede verpakkingen aanwezig zijn. De kleur is donkerder als er ook PET of in-mould-labels aanwezig zijn.
• Het thermo-mechanisch gedrag, de smelttemperatuur en de kristallisatiegraad worden nauwelijks beïnvloed door verontreinigingen toe te voegen. Dit suggereert dat deze parameters eerder verband houden met het typen PP (grades) die aanwezig zijn in de matrix en dus niet met de verontreinigingen.
• Als HDPE aanwezig is als verontreiniging neemt de slagsterkte toe.

Belangrijkste inzichten aangaande het effect van verontreinigingen op de eigenschappen van rPE:

• De vloei verbetert duidelijk als er 5 of 10% rPP aan het rPE wordt toegevoegd.
• De slagsterkte vermindert als er meer dan 5% rPP aanwezig is in het rPE.
• Verontreinigingen als PS, PET en PVC beïnvloeden de kleur in belangrijke mate.

Vergelijking met nieuw kunststof

De eigenschappen van gerecycled kunststof verschillen nog het meeste met die van nieuw kunststof. Elke vergelijking tussen een gerecyclede kunststof en een nieuw kunststof loopt mank omdat nieuwe kunststoffen op de markt worden gezet met specifieke eigenschappen die zijn toegesneden op bepaalde toepassingen. Dit terwijl recyclaat op basis van huishoudelijk kunststofverpakkingsafval van nature een mengsel is van verschillende specifieke grades met als resultaat gemiddelde eigenschappen. Deze situatie is – los van juridische en zakelijke uitdagingen – een belangrijke reden voor de huidige mismatch en vraag en aanbod van recyclaat.

Naar meer hergebruik van PE en PP in verpakkingen

Om deze uitdagende situatie te doorbreken en een hoger niveau van circulariteit te bereiken voor PP en PE, zijn meerdere routes mogelijk. Allereerst zal design-for-recycling van verpakkingen in combinatie met een betere naleving van bestaande specificaties voor de sorteerproducten de hoeveelheid onzuiverheden in het gewassen maalgoed reduceren, en daarmee ook in het granulaat. Bovendien kan de introductie van kwaliteitsspecificaties op tussenproducten zoals gewassen maalgoed de kwaliteit van de geproduceerde granulaat verbeteren. Dit onderzoek kan gebruikt worden als een eerste verkenning. Echter, om specificaties op te stellen, is meer diepgaand onderzoek nodig.

Een tweede route is  de toepasbaarheid van bestaande gerecyclede kunststoffen te verbeteren door verwerkbaarheid te verbeteren en nieuwe toepassingsgebieden te introduceren. In een vervolgproject zouden extra meetmethoden moeten worden toegevoegd om de scope van toepasbaarheid te vergroten. Als alternatief, kan het recyclaat meer geschikt worden gemaakt voor een specifieke toepassing door het gebruik van additieven, aanpassing van de verwerkingsparameters en/of herontwerp van het eindproduct. Dit wordt design-from-recycling genoemd en hierbij moeten alle partners in de keten betrokken worden.

De meest uitgebreide route zou een nieuw systeem zijn, gebaseerd op geavanceerde sorteer technieken. Ideeën zijn bijvoorbeeld om op verschillende grades te gaan sorteren of om markeertechnologie te gebruiken om food-safe toepassingen voor rPP en rPE mogelijk te maken.

Samengevat zijn er meerdere routes mogelijk om de circulariteit van PE en PP te verhogen. Ongeacht welke route(s) gevolgd wordt/worden, is actieve deelname van alle belanghebbenden noodzakelijk, inclusief de EU en nationale overheden om beleid op te zetten in één of meer van deze richtingen.