Kunststoffe Flashcards
Wie hat sich die Produktion von Kunststoff geschichtlich entwickelt?
- schon immer: Natürliche Polymere, z.B. Amber, Horn, Schildpatt
- 1862: Erfindung des halbsynthetischen Kunststoffs Xylonit (Zellulosenitrat)
- 1870: Zelluloid (Billardkugeln, Zahnersatz)
- 1907: Bakelite aus Phenol & Formaldehyd, erster rein synthetischer Kunststoff (Isolierungen, später Telefone,
Radios…) - 1912: PVC, PVA (Polyvinylacetat) für Lacke (z. B. Laminierungen von Sicherheitsglas)
- 1913: Zellophan erster Folienkunststoff
- 1940er: rasante Weiterentwicklung durch den 2. Weltkrieg (Ziel: Unabhängigkeit von Rohstoffen aus dem
Ausland), PE, PS, Polyester, PET, Silikon, Nylon (erste rein künstliche Faser), PVC (Schallplatten) - 1970er: Superpolymere ersetzen Metalle, Bedeutende Rolle der Kunststoffe in Technologie & im
Hygienebereich - 1990er: Umweltgedanke -> Wiederverwendung & Wiederverwertung
Erläutern Sie die werkstofflichen Unterschiede zwischen Thermoplasten, Duroplasten und Elastomeren. Nennen Sie für jede Polymergruppe jeweils ein Produkt, das bei der Aufbereitung in der LVP-Sortieranlage anfällt.
- Thermoplaste
o Lineare/verzweigte Makromolekülketten, nicht vernetzt
o je nach Kunststoffsorte flexibel oder spröde
o plastisch verformbar unter Wärmeeinwirkung; schweißbar, wiedereinschmelzbar o z.B. Müllsäcke, Lego-Steine, PS - Duroplasten
o Netzförmig engmaschig verknüpft
o Nicht umformbar, nicht schweißbar, nachdem sie in Form gebracht wurden, behalten ihren starren
Zustand (unschmelzbar)
o z.B. Schutzhelme, Bremsbeläge, Plexiglas - Elastomere
o Weitmaschig vernetzt, hochpolymer, flexibel
o Elastisch verformbar, nicht schweißbar
o können aufgrund der Verknüpfung der einzelnen Polymerketten an den Vernetzungsstellen nicht
viskos fließen (Ausnahme: verformbare thermoplastische Elastomere) o z.B. Reifen, Gummibänder, Silikone
Nennen Sie 3 Rohstoffe, die für die Produktion von Kunststoffen verwendet werde.
- Erdöl
- Erdgas
- Kohle
Ist das Kunststoffrecycling für die Schonung von natürlichen Erdölressourcen relevant? Begründen Sie!
- etwa 15% des Erdölbedarfs entfallen auf die stoffliche Nutzung in der Chemie (Kunststoffe) & 75% der
Kunststoffe bestehen aus Erdöldaher relevant
Welche weitere Umweltrelevanz hat Kunststoff neben Einsparpotentialen für Treibhausgasemissionen?
- Mikroplastik
Welche Eintragspfade von Mikroplastik in die Umwelt gibt es?
- über die Produktion (primäres MP)
- über die Nutzung (primäres MP & Makroplastik -> sekundäres MP)
Nach welchem Kriterium werden Kunststoffe im Aufbereitungsprozess in der LVP-Sortieranlage sortiert? Nennen Sie die Stoffströme, die voneinander getrennt werden und ordnen Sie jedem Stoffstrom ein Produkt zu
- Sortenreine Trennung (sensorgestützte/manuelle Trennung):
Stoffströme
Polyethylen (PE-LD / LLD / PE-HD) Polypropylen (PP)
Polyolefine (PO)
Polyvinylchlorid (PVC)
Polystyrol (PS)
Polyester (PES) Polyethylen-terephthalat (PET) Polyamid (PA)
Polyurethan
Produkt
Flaschen
Verpackungen =PPundPE Medizinprodukte Lebensmittelindustrie Textilien
Verpackungen Regen-Sport Bekleidung Zahnräder
Seit wann werden Kunststoffe einer Wiederverwendung bzw. Wiederverwertung zugeführt?
- seit 1990er
In welchen industriellen Bereichen werden Kunststoffe eingesetzt? Welcher Einsatzbereich ist für das Recycling besonders interessant und warum?
- Verpackungen -> kurzlebig (< 1 Jahr), große Mengen
- Bau -> langlebig (> 20 Jahre) -> zu 23% aus Rezyklat
- Automobil
- Elektro -> hoher Exportanteil
- Landwirtschaft -> zu 37% aus Rezyklat
- sonstige (Medizin etc.)
Nennen Sie typische Standortfaktoren für Produktionsstandorte von Polymeren.
- Nähe zu Raffinerien
- Energieverfügbarkeit
- gute Transportanbindungen & Logistik
- Oft alte Chemiestandorte (z.B. Ruhrgebiet)
Wie hoch ist das Abfallaufkommen an Kunststoffabfällen im Vergleich zur Produktion? Nennen Sie Zahlenwerte! Durch welche Faktoren entstehen die Unterschiede zwischen Produktion und Abfallaufkommen?
- Abfallaufkommen: ca. 6 Mio. t
- Produktionsmenge: ca. 18 Mio. t -> 3 mal so hohe Produktion wie Abfallaufkommen (2019)
- Unterschied durch: Lebensdauer, Einsatzgebiet, Export
Welche Stoffgruppen dominieren die Kunststoffabfälle?
- Verpackungen (59%)
- Bau (10%)
- Elektro/Elektronik (6%)
- Landwirtschaft (6%)
Welche Verwertungswege sind Ihnen für die Verwertung von Kunststoffabfällen bekannt? Benennen und definieren Sie die drei verschiedenen Verwertungswege.
- Energetische Verwertung
o Abfälle substituieren Primärbrennstoffe (Öl, Gas, Kohle)
o Energieinhalt des Kunststoffs wird in einem Verbrennungsprozess mit Energienutzung (Strom,
Wärme) genutzt
o seit 1998 neben werkstofflicher Verwertung eine für Verpackungs-kunststoffe zugelassene
Verwertungsoption - Rohstoffliches Recycling
o der Kunststoff substituiert die chemische Eigenschaft eines Primärrohstoffs (z.B. Kohle), z.B. als
Reduktionsmittel im Stahlwerk
o Nutzung des stofflichen Charakters des Kohlenstoffes im Kunststoff - Werkstoffliches Recycling
o Polymer-Eigenschaft bleibt erhalten -> aus einem Kunststoff wird nach Reinigung & erneutem
Extrudieren wieder ein Produkt mit ähnlichen kunststofftypischen Merkmalen
o zur Herstellung neuer Produkte aus Kunststoff (z.B. durch Umschmelzen in Press- & Formteile oder
durch Herstellung von Regranulaten)
o Bekannte Verfahren: Extrusion & Intrusion, Press- & Spritzgießverfahren, Folienblasen
Welche Produktkategorien werden in den jeweiligen Verwertungswegen erzeugt?
- werkstofflich: (Re-)Granulat, Recyclingprodukte
- energetisch: Wärme, Strom (Energie)
- rohstofflich: Monomere, Gase, Öle
2019 wurden etwa die Hälfte der Gesamt-Kunststoffabfälle werkstofflich verwertet. Von den werkstofflich verwerteten Abfällen machten Post-Consumer-Abfälle 70% aus. Die restlichen 30% machten Kunststoffe aus, die bei der Herstellung und Verarbeitung anfielen. Zum Gesamt Abfallaufkommen tragen diese Post-Industrial Abfälle allerdings nur 15% bei. Wie erklären sie sich diese Diskrepanz? Wie bewerten Sie diesbezüglich die Diskussion über den gelben Sack und die Wertstofftonne, in der auch stoffgleiche Nichtverpackungen erfasst werden?
-?
Wie erfolgt die Aufbereitung von Kunststoffen von der Ballenware bis zum Sekundärrohstoff beim werkstofflichen Recycling?
- Ballen öffnen & Partikel freilegen
- Störstoffe entfernen (Sortierung)
- Reinigung, Waschen
- Zerkleinerung & Homogenisieren der Stückgrößen
- Sortierung für Zielsorten
- Entwässerung, Trocknung
- Formgebung (Zerkleinerung (bei Duroplasten)/Agglomeration & Extrusion (bei Thermoplasten))
In welcher Form werden aufbereitete Kunststoffe als Sekundärrohstoffe auf dem Markt angeboten? Können die angebotenen Produkte in Ihrer Wertigkeit (hinsichtlich der Vermarktung oder des Verkaufspreises) abgestuft werden? Wenn ja, geben Sie eine Reihenfolge an.
- nach Verkaufspreis: Ballenware < Mahlgut < (Re)Granulat
Warum wird ein Großteil der gesammelten Kunststoffabfälle exportiert?
- Export ins Ausland meist günstiger als Recycling
o Für Rezyklate nur wenige Abnehmer
o Weniger Vorgaben/behördliche Überwachung & niedrigere Umweltstandards in
Entwicklungsländern
Nennen Sie mögliche Treiber für das Kunststoffrecycling
- Markt
o Hoher Marktwert von Rezyklaten wie Mahlgut bzw. Regranulaten - Rechtlicher Rahmen
o Quoten für Mindestmengen für Verwertung o Minimal Content Vorgaben
o Vorgaben „Design for Recycling“
Definieren Sie die drei möglichen Verwertungswege für Kunststoffe. Erläutern Sie den Zusammenhang zwischen werkstofflicher und energetischer Verwertung von Kunststoffen.
- Energetische Verwertung
o Abfälle substituieren Primärbrennstoffe (Öl, Gas, Kohle)
o Energieinhalt des Kunststoffs wird in einem Verbrennungsprozess mit Energienutzung (Strom,
Wärme) genutzt
o seit 1998 neben werkstofflicher Verwertung eine für Verpackungs-kunststoffe zugelassene
Verwertungsoption - Rohstoffliches Recycling
o der Kunststoff substituiert die chemische Eigenschaft eines Primärrohstoffs (z.B. Kohle), z.B. als
Reduktionsmittel im Stahlwerk
o Nutzung des stofflichen Charakters des Kohlenstoffes im Kunststoff - Werkstoffliches Recycling
o Polymer-Eigenschaft bleibt erhalten aus einem Kunststoff wird nach Reinigung & erneutem
Extrudieren wieder ein Produkt mit ähnlichen kunststofftypischen Merkmalen
o zur Herstellung neuer Produkte aus Kunststoff (z.B. durch Umschmelzen in Press- & Formteile oder
durch Herstellung von Regranulaten)
o Bekannte Verfahren: Extrusion & Intrusion, Press- & Spritzgießverfahren, Folienblasen - bei werkstofflicher Verwertung entsteht immer ein Rest, dieser wird dann energetisch verwendet
- Werkstoffliches Recycling nicht unendlich oft möglich, anschließend energetische Verwertung
Welche Verfahren zur Sortierung von Kunststoffen gibt es? Welche Kunststoffsorten können durch die einzelnen Verfahren sortenrein abgetrennt werden?
- Dichtesortierung (Schwimm-Sink-Trennung)->PE & PP
- Sensorgestütze Sortierung ->PP, PE, PS, PET, PVC
o Trennung nach Farbe/Art
o (PE + PP) = PO, PS, PET, PVC
Erläutern Sie das Prinzip der Schwimm-Sink-Sortierung. Welche Grenzen bestehen?
o Trennprinzip Dichteunterschied mit Wasser als Trennmedium
o PS, PET, PVC schwerer als Wasser
o nur Polyolefine (PO = PE + PP) können als Leichtgut angereichert werden o Störstoffe mit Dichte <1 problematisch -> Störstoffe können in das
gelangen
aufbereitete
Konzentrat
