Recyclingfähigkeit Kunststoffe:
Sortierbarkeit prüfen
Alle wesentlichen Anbieter von Sortiertechnik im Kunststoffrecycling arbeiten mit NIR Sensoren. Was liegt näher als bereits bei der Entwicklung und Auswahl der Kunststoffe diese auf Sortierbarkeit zu prüfen? Vor allem Carbon Black free Kunststoffe sind gefragt.
Dieser Artikel zeigt die Möglichkeiten von NIR auf und stellt ein faustgroßes NIR Spektrometer vor.
Rohstoffe im Kreislauf zu führen ist nicht erst seit Kurzem in der Gesellschaft ein heiß diskutiertes Thema. Doch steht und fällt der Wunsch einer möglichst hohen Recyclingquote mit der Recyclingfähigkeit des Materials. Da nur sortenreine Materialien gut recycelt werden können, ist die Sortierbarkeit ein entscheidender Aspekt bei der Entwicklung und Auswahl geeigneter Kunststoffe.
Was liegt da näher als bereits bei der Entwicklung der Materialen darauf ein Augenmerk zu legen?
Alle wesentlichen Anbieter von Sortiertechnik im Bereich Kunststoffrecycling arbeiten mit NIR Sensoren. Nahinfrarottechnik ist ein optisches Messverfahren, ausgereift, schnell und für die allermeisten Kunststoffe gut geeignet. Wer Kunststoffe herstellt oder verarbeitet, der kann sich sicher sein, dass sein Material früher oder später mittels NIR Sensoren sortiert wird.
Totale Reflexion und totale Absorption: Optisches PTFE und Schwarz
Dieser Beitrag zeigt, welche Kunststoffe gut mit NIR erkannt werden können und welche nicht. Der Nahinfrarotsensor misst dabei das vom Material reflektierte Licht. Für jeden Kunststoff ist das zurückgeworfene Signal eindeutig: Das ist die Basis für die Kunststofferkennung.
Daraus ergeben sich die beiden Extreme:
- totale Absorption des NIR Signals und
- totale Reflexion des NIR Signals.
Rußgefärbte Kunststoffe absorbieren das NIR Signal nahezu vollständig; Reflexionsstandards aus optischem PTFE hingegen reflektieren nahezu 100% des Signals. Beide Extreme eignen sich damit nicht für die Identifikation von Kunststoffen mittels NIR. Insbesondere bei schwarzen Kunststoffen ist das ein großes Manko und industrieweit bekannt.
Wie NIR Sortierbarkeit bewerten? 2 technische Lösungen vorgestellt
Natürlich gibt es neben der qualitativen Bewertung die Möglichkeit der quantitativen Bewertung der NIR Detektierbarkeit. Im folgenden stellen wir einige technischen Lösungen hierfür vor.
trinamiX Scanner & Plastics Reflectivity: Die Qualität eines NIR Signals sehr einfach überprüfen
Um als Entwickler, Verkäufer oder Einkäufer die Sortiereignung nachweisen oder überprüfen zu können, benötigt man ein einfaches Werkzeug, das leicht verständliche Ergebnisse liefert.
Der trinamiX Scanner ist ein sehr kompaktes NIR-Spektrometer, das durch intuitive Bedienung und ein modernes Produktkonzept überzeugt. Für die Bewertung der NIR-Sortierbarkeit bietet trinamiX eine eigene Applikation: Plastics Reflectivity.
Die Applikation Plastics Reflectivity kann neben der Sortierbarkeit basierend auf der NIR Reflektivität den Plastiktyp identifizieren. Unterstützt werden: HDPE, LDPE, PP, PET, PS und PVC. Wird ein anderer Plastiktyp erkannt, ist das Ergebnis „Sonstiges“.
Für Anwendungen in der EU wird die „NIR Reflektivität“ durch die Anzeige des korrekten Polymers ausgewiesen: Wenn das korrekte Polymer identifiziert wurde, ist das Muster auch dann NIR detektierbar, wenn die NIR Reflektivität kleiner als 10% beträgt und anhand der amerikanischen APR-Norm als nicht detektierbar ausgewiesen wird. D.h. das Ergebnis „sortierbar: ja/nein“ ist nur gültig für den US-Markt gemäß der APR-Norm.
Sie erhalten damit 3 Aussagen:
Die Plastics Reflectivity App in Aktion. Sie zeigt einfach und klar verständlich:
- Erkannter Kunststofftyp
- Detektierbar: Ja/Nein?
- Reflexion in %
Mit Hilfe eines schwarzen Kunststoffes, einem Reflexionsstandards und verschiedenen anderen Proben kann das obige Bild schnell nachgestellt und die Funktionsweise von NIR auch Unbeteiligten erklärt werden. Zu bewertende Kunststoffe lassen sich leicht einsortieren und auf ihre Eignung prüfen.
Folgende Fragen sind damit rasch beantwortet:
Solid Scanner Anwendung NIR Detektierbarkeit
/// Unsere Softwaresuite bietet die Möglichkeit unterschiedliche Aufgaben abarbeiten zu lassen, wir nennen das „Anwendungen“. Im obigen Text wurden die grundsätzlichen Möglichkeiten von NIR vorgestellt und wie man die Qualität von NIR Spektren qualitativ bewertet. Oftmals reicht das jedoch nicht aus, vor allem bei der Entwicklung neuer Kunststoffe:
Welches Additiv wirkt sich wie stark auf die Qualität des NIR Signals meines Kunststoffes aus?
Das ist eine Frage, die sich nicht immer einfach beantworten lässt, vor allem wenn man bei der Entwicklung nur kleine Variationen bei den Zusätzen vornimmt. Eine zahlenbasierte Methode muss her!
Genau an dieser Stelle spielt unsere Softwaresuite ihren Vorteil aus: Sie kann verschiedene Anwendungen „abspielen“. Die Anwendung NIR Detektierbarkeit hat nur ein Ziel: Wie gut ist ein NIR Signal im direkten Vergleich zu einer gegebenen Referenz? ///
Unsere eigene Anwendung zur Bestimmung der NIR-Detektierbarkeit von Kunststoffen setzt ein Inno Spectra NIR-S-G1 Spektrometer voraus. Die Anwendung vergleicht neue Messungen mit bekannten NIR-Spektren und zeigt den Grad der Übereinstimmung an. Eine direkte Aussage über die NIR-Sortierbarkeit wird nicht gemacht, da diese von zu vielen Faktoren abhängt.
Die Vorteile
Im Gegensatz zu trinamiX können wir die hinterlegten Referenzen und den Berechnungsalgorithmus ändern. Außerdem arbeitet das NIR-S-G1 im Wellenlängenbereich von 900 nm - 1.700 nm und deckt damit den gleichen Bereich ab wie die meisten NIR-Kameras von HSI Technik, die in Sortieranlagen eingesetzt werden. Dies erleichtert die Übertragung der Ergebnisse auf Sortieranlagen.
Unsere Software gibt die Daten im offenen JDX-Format aus bzw. kann dieses Format einlesen. Die Algorithmen, die hier zum Einsatz kommen, können auch 1:1 in NIR-Kameras auf HSI-Technik übertragen werden. D.h. Sie können einen Prototyp einer Sortieranlage mit der NIR-S-G1 aufbauen und dann die Erkenntnisse in Ihre Produktion übertragen.
Was sie damit erreichen können
- Sie erhalten einen konkreten Zahlenwert für die Übereinstimmung ihres NIR Signals mit einer Referenz und damit eine konkrete Aussage darüber, wie „gut“ ihr Kunststoff von einem NIR Sensor erkannt werden kann
- Sie können mit diesen Ergebnissen ihre Kunststoffe klar nach der NIR Sortiereignung sortieren, eine wesentliche Voraussetzung für Recyclingfähigkeit
Was sie damit nicht erreichen können
- Die Anwendung kann ihnen nicht sagen, wie der Kunststoff von den verschiedenen Sortieranlagen erkannt wird. Wobei natürlich gilt: Je höher die Übereinstimmung ihres Kunststoffes mit einer perfekten Referenz ist, desto wahrscheinlicher ist die korrekte Zuordnung durch die Sortiermaschine.
Fazit
Wer sich tiefer mit NIR Technik beschäftigt, stellt schnell fest, dass es viele entscheidende Parameter bei der korrekten Bestimmung von Kunstsoffen gibt: Die Leistung der Sensorik und die Verarbeitung der erzeugten Daten. In der Praxis kommt dann natürlich noch die tatsächliche Verschmutzung der Kunststoffe, die Wartung der Anlage und die Parametrierung der Anlage mit ins Spiel. Viele unbekannte Faktoren, doch mit den hier vorgestellten Lösungen können sie schnell, einfach und vor allem selbst die NIR Detektierfähigkeit ihrer Materialien bestimmen. Ein konkreter Zeit- und Kostenvorteil!
Vorgestellte Hard- und Software
- trinamiX NIR Spektrometer mit Anwendung Plastics Reflectivity
- Solid Scanner und Softwaresuite mit Anwendung NIR Detektierbarkeit
