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rPS4FoodPackaging

Polystyrol-Recycling für Lebensmittelkontakt-Anwendungen

Projektbeschreibung

Bei der Suche nach Alternativen zu rezykliertem Polyethylenterephtalat (rPET) als Recycling-Kunststoff für Lebensmittelkontakt-Anwendungen sind kaum Ergebnisse zu finden. Obwohl es weltweit vereinzelt Zulassungen für andere rezyklierte Polymerwerkstoffe gibt, ist eine breite Marktdurchdringung durch eine fehlende Realisierung von Großmengen nicht gegeben.
Generell kommen derzeit für Lebensmittelverpackungen neben Polyethylen, Polypropylen und PET auch Polystyrol (PS) als virgin-Polymere zum Einsatz. Vor allem bei Verpackungen für Milchprodukte ist der Einsatz von PS aufgrund des Eigenschaftsprofils dieses Kunststoffes gängig. Erste Studien zeigen, dass Verfahren, die bei PET zu einer Lebensmittelkontakt-Zulassung geführt haben, unter Berücksichtigung von gewissen Adaptierungen auch für PS einsetzbar wären. Dieses Projekt zielt darauf ab, Abfallströme aus PS aus ursprünglicher Lebenskontakt-Anwendung zu identifizieren, für eine weitere Verarbeitung nutzbar zu machen, in einen zu entwickelnden Recycling-Prozess für Lebensmittelkontakt-Zulassung von rezykliertem Polystyrol (rPS) überzuführen und bei rPS-Produkten auszutesten. Die in diesem Projekt gesammelten Daten sollen als Grundlage für ein Verfahren zur Zulassung von rPS für Lebensmittelkontakt-Anwendungen herangezogen werden.

Abstract

In the search for alternatives to recycled polyethylene terephthalate (rPET) as a recycled plastic for food contact applications, few results can be found. Although there are isolated approvals for other recycled plastics around the world, broad market penetration does not exist due to lack of realization of large volumes.
In addition to polyethylene, polypropylene and PET, polystyrene (PS) is currently being used as a virgin polymeric material for food packaging. In particular, the use of PS is common in packaging for dairy products due to the property profile of this polymeric material. Studies show that processes that led to approval of rPET for food contact packaging can also be applied to recycled polystyrene (rPS). However, specific adaptations are required to function properly. This project aims to identify waste streams of PS from original food contact applications, make them useful for further processing, transfer them to a recycling process which will be developed for approval of rPS for food contact applications, and test them on rPS products. The data collected in this project will serve as the basis for a procedure for the approval of rPS for food contact applications.

Endberichtkurzfassung

Die globale Produktion von Kunststoffen ist seit der Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts massiv angestiegen und folgt bisher überwiegend einer Linearwirtschaft. Besonders im Bereich der Lebensmittelverpackungen stellt die Kreislaufführung eine enorme technologische Herausforderung dar. Polystyrol gilt aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften und seiner Geschmacksneutralität als das ideale Material für Milchproduktverpackungen wie Joghurtbecher. Dennoch existiert im Gegensatz zu PET bisher kein etablierter sowie geschlossener mechanischer Kreislauf für gebrauchtes Polystyrol zurück in den Lebensmittelkontakt. Bisher wurde dieses Material meist in weniger anspruchsvolle Anwendungen wie Blumentöpfe oder Dämmstoffe überführt. Die europäische Verordnung setzt hohe Hürden für mechanisch recycelte Kunststoffe im Lebensmittelkontakt fest. Es muss zweifelsfrei nachgewiesen werden, dass Kontaminationen aus dem Abfallstrom durch den Recyclingprozess so weit entfernt werden, dass keine Gefahr für die menschliche Gesundheit besteht. Während für PET bereits Lösungen existieren, fehlten für Polystyrol bisher die notwendigen wissenschaftlichen Daten und validierten großtechnischen Prozesse, um eine Zulassung durch die Behörden zu erwirken.

Das Projekt rPS4FoodPackaging verfolgte einen ganzheitlichen Ansatz entlang der gesamten Wertschöpfungskette vom Abfallstrom bis zum finalen Produkt. Die zentralen Ziele umfassten die Erreichung einer hohen Fraktionsreinheit durch moderne Sortierung sowie die Validierung einer neuartigen Technologie zur Materialkonversion. Diese Technologie entfernt Kontaminanten im Schmelzezustand unter Hochvakuum. Ein wesentlicher Bestandteil war zudem der Sicherheitsnachweis durch sogenannte Challengetests mit verschiedenen Testsubstanzen. Zur Umsetzung dieser Ziele setzte das Konsortium bestehend aus der Johannes Kepler Universität Linz, PreZero Polymers Austria, Next Generation Recyclingmaschinen und Greiner Packaging International auf eine dreistufige Methodik. Zunächst wurden Abfälle mittels Nahinfrarottechnik sortiert und einer intensiven Heißwäsche unterzogen. Danach erfolgte die Materialkonversion bei sehr niedrigen Drücken zwischen einem und drei Millibar unter konstanter Oberflächenerneuerung der Schmelze. Im Anschluss erfolgten die Produkterzeugung und Validierung. Parallel zur Prozesskette wurden an der Universität die physikalischen Prozesse überprüft und mathematisch modelliert, um Diffusions- und Migrationsverhalten vorhersagen zu können. Zusätzlich wurde die gesamte Prozesskette durch eine detaillierte Prüfung der mechanischen, rheologischen und chemischen Eigenschaften sowie eine ökologische Bewertung mittels einer Ökobilanz begleitet.

Die Ergebnisse des Projekts belegen die technologische Machbarkeit des gewählten Ansatzes. Durch die optimierten Sortierprozesse wurde eine Reinheit von fast neunundneunzig Prozent erreicht. Dies liegt deutlich über den regulatorischen Erwartungen. In den Sicherheitsprüfungen konnte nachgewiesen werden, dass die Reinigungstechnologie die Konzentrationen aller Testsubstanzen unter die kritischen Grenzwerte senkt. Somit ist das Material für einen Einsatz im vollständigen Kreislauf geeignet. Eine interessante wissenschaftliche Erkenntnis waren die Eigenschaftsveränderungen infolge von Kettenspaltung und Vernetzung, welche das Eigenschaftsprofil des Materials jedoch nicht aus dem Anwendungsfenster heraus verschob. Die hergestellten Becher aus hundert Prozent Rezyklat bestanden alle industriellen Standardtests sowie chemische Migrationstests und zeigten ein identisches Verarbeitungsverhalten wie herkömmliche Produkte.

Mit diesen Daten wurde die wissenschaftliche Grundlage für eine offizielle Einreichung bei der europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit geschaffen. Der nächste Schritt umfasst die großtechnische Implementierung der Anlagen bei den Partnern, um den Markteintritt in Österreich zu realisieren. Die Ergebnisse zeigen zudem einen signifikant geringeren Kohlendioxidfußabdruck im Vergleich zur Primärware. Zudem bietet die entwickelte Methodik ein großes Potenzial für den Transfer auf andere Polymere wie Polypropylen oder Polyethylen. Das Projekt leistet damit einen wesentlichen Beitrag zur Transformation hin zu einer echten Kreislaufwirtschaft für Kunststoffverpackungen in Europa.

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