|
Ein verantwortungsvoller Umgang mit Ressourcen ist für immer mehr Betriebe ein ernsthaftes Unternehmensziel, das ganz oben auf der Agenda steht. In der Kunststoffverarbeitung spielt vor allem der Einsatz von Rezyklaten als Ergänzung und Alternative zu Neuware eine entscheidende Rolle im Engagement für Umwelt- und Klimaschutz. Dies stellt Unternehmen vor neue Herausforderungen hinsichtlich der Verarbeitung, Verklebung, Bedruckung, Etikettierung und mehr. Die atmosphärische Plasmatechnologie, auf die sich die Plasmatreat GmbH spezialisiert hat, hat sich hier als Schlüsseltechnologie etabliert: Die Verwendung von Plasma vereinfacht bzw. ermöglicht in vielen Fällen überhaupt erst die Nutzung von Recycling-Kunststoffen – und erweist sich auch darüber hinaus als Mittel der Wahl auf dem Weg zu umweltfreundlicheren, ressourceneffizienteren Produktions- prozessen.
Beim Einsatz von Openair-Plasma arbeitet der Plasmastrahl ortsselektiv und folgt millimetergenau der Bauteilgeometrie. Bei der Plasmabehandlung entsteht nur sehr wenig Wärme, so dass die behandelten Bauteile formstabil bleiben.
Mit der Umstellung auf Werkstoffe mit Anteilen aus Rezyklaten oder sogar auf reine Recycling-Kunststoffe stehen Unternehmen vor neuen Herausforderungen. Denn bei der Aufbereitung der Materialien zur Wiederverwendung kommt es auf Sortenreinheit an: Ist diese sichergestellt, so lassen sich Kunststoffe im Allgemeinen gut wieder einschmelzen und hervorragend noch einmal zur Herstellung unterschiedlichster Produkte einsetzen. „In vielen Fällen ist dies jedoch nicht vollständig möglich. Gerade Kunststoffe wie Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) lassen sich mit klassischen Methoden nicht sortenrein trennen, da sie sich chemisch nur geringfügig unterscheiden“, erklärt Dr. Alexander Knospe, Head of Innovations and Patents bei Plasmatreat. Doch schon kleine Veränderungen des Materials können den gesamten Verarbeitungsprozess beeinflussen.
Hier kommt die Kompetenz von Plasmatreat ins Spiel: Das Unternehmen ist auf den Einsatz von atmosphärischer Plasmatechnologie in der industriellen Fertigung spezialisiert. Tritt Plasma in Kontakt mit Materialien, so verändern sich die Oberflächeneigenschaften, z. B. von hydrophob zu hydrophil. Plasmatreat hat verschiedene Lösungen zur Oberflächenbehandlung entwickelt, die für nahezu alle Materialien eingesetzt werden: Bei der Feinstreinigung mit Openair-Plasma werden die Substrate von Verschmutzungen befreit. Die Plasmaaktivierung erhöht die Oberflächenenergie und verbessert die spätere Haftung von Klebstoffen und Lacken. Das Verfahren PlasmaPlus schafft durch Nanobeschichtung funktionalisierte Oberflächen mit definierten Eigenschaften, wie z. B. eine Korrosionsschutzbeschichtung oder eine Haftvermittlerschicht. Innovative Steuerungssysteme sorgen dabei für Kontrolle und Reproduzierbarkeit der Prozesse. Zahlreiche Branchen nutzen bereits für unterschiedlichste Prozesse die Wirkungskraft von Plasma. In der Verwendung von Recycling-Kunststoffen bekommt die Plasmatechnologie noch einmal eine besondere Bedeutung: Durch die nicht immer 100-prozentige sortenreine Trennung entstehen beim Recyclingprozess Kunststoffe, die (geringfügig) andere Eigenschaften aufweisen als Neuware, z. B. in der Qualität der Oberfläche. Dies wirkt sich negativ auf Prozesse wie das Verkleben, Bedrucken, Lackieren, Etikettieren, Auftragen von Dichtungen und mehr aus. „Plasmatreat bietet hier mit verschiedenen Plasmaanwendungen effiziente Lösungsmöglichkeiten. Diese vereinfachen die Weiterverarbeitung von Recycling-Kunststoffen, z.B. durch gezielte Aktivierung des Kunststoffs oder durch die Aufbringung einer Nanoschicht, die die Oberfläche mit zusätzlichen Eigenschaften versieht. So erweitern wir die Einsatzmöglichkeiten von Rezyklaten, verbrauchen dabei selbst nur Strom und Druckluft und tragen so zu mehr Umwelt- und Klimaschutz bei“, meint Lukas Buske, Head of Plasma Applications bei Plasmatreat.
Der im Spritzgussverfahren gefertigte Recycling-Becher wird mit Openair-Plasma behandelt um die Oberflächenenergie des unpolaren Kunststoffs zu erhöhen.
Makelloser, langzeitbeständiger UV-Digitaldruck auf Recycling-Becher
Wie dies in der Praxis aussehen kann, zeigt Plasmatreat unter anderem in Zusammenarbeit mit dem Spritzgießanlagen-Hersteller Arburg GmbH + Co. KG aus Loßburg in Baden-Württemberg: Auf der Digital Edition der Hannover Messe 2021 demonstrierte Arburg, wie sich ein im Spritzgussverfahren gefertigter Trinkbecher im Knitter-Look aus recyceltem PP im UV-Digitaldruck ohne den Einsatz zusätzlicher Haftvermittler bedrucken lässt. Der Recycling-Becher wird nach der Entnahme aus dem Spritzgusswerkzeug einer Openair-Plasmabehandlung unterzogen, die eine hochwirksame Aktivierung der Druckfläche vollzieht. Die Plasmaaktivierung sorgt dafür, dass die Oberflächenenergie des unpolaren Kunststoffs deutlich erhöht und eine vollflächige Benetzbarkeit der Druckfläche erzielt wird. Das ist entscheidend für die Benetzung der Druckfarbe beim UV-Digitaldruck und schafft die Voraussetzung für eine gute Haftung der lösemittelfreien Druckfarben auf dem Untergrund, wie beispielsweise auf dem hier eingesetzten Recycling-PP. Das Ergebnis ist ein brillantes, scharfes Druckbild, das dauerhaft beständig gegen Abrieb und Feuchtigkeit ist. In dem beschriebenen Projekt, das Arburg im Rahmen der R-Cycle-Initiative realisiert hat, ist dies nicht nur aus optischen, sondern auch aus praktischen Gründen von Bedeutung: Bei der Herstellung erhält der Recycling-Becher einen „Digitalen Pass“ und wird mit DM-Codes bedruckt, die auch nach längerer Nutzung gut lesbar sein sollen. Ãœber einen DMC sind die in der R-Cycle-Datenbank hinterlegten Materialinformationen für das Recycling abrufbar. Diese machen den Becher nach Verwendung wieder zum Wertstoff und unterstützen eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft unterstützen.
Eine hohe Oberflächenenergie ist entscheidend für die Benetzung der Druckfarbe beim UV-Digitaldruck und schafft die Voraussetzung für eine gute Haftung der lösemittelfreien Druckfarben.
Feste Verbindung im 3D-Druck von Metall und recyceltem Kunststoff
In einem weiteren Gemeinschaftsprojekt demonstriert Plasmatreat zusammen mit dem Kunststoffspezialisten AKRO-PLASTIC GmbH und der Yizumi Germany GmbH, Hersteller von 3D-Druckern für industrielle Anwendungen, den Einsatz eines hochfesten nachhaltigen Kunststoffs im 3D-Druck. Auf der FAKUMA 2021 zeigten die beteiligten Unternehmen die Herstellung eines flexiblen 3D-Bauteils aus einem biobasierten und carbonfaserverstärkten Polyamid auf einem Metallträger. Ein mit plasmapolymerisiertem Haftvermittler beschichtetes Edelstahlblech diente dem 3D-Druck als Untergrund. Dabei kam die PlasmaPlus-Technologie von Plasmatreat zum Einsatz: Über einen speziellen Düsenkopf werden dem Plasma dabei je nach Anwendung spezifische Zusatzstoffe zugeführt. Diese werden durch das Plasma angeregt. Ihre Reaktivität wird dabei signifikant erhöht. So können sich die Substanzen während der Plasmabeschichtung an der Materialoberfläche optimal anlagern und fest anbinden. Es entsteht eine Schicht mit individuell auf den Prozess abstimmbaren funktionellen Oberflächeneigenschaften. In dem beschriebenen Beispiel wird auf dem Blech eine PT-Bond-Nanoschicht abgeschieden, welche eine feste Verbindung zwischen dem Metallträger und der ersten Schicht der recycelten Kunststoffschmelze schafft, also zwischen normalerweise inkompatiblen Materialien. Anwender profitieren mit diesem Verfahren zukünftig von erweiterten Einsatzfeldern bei 3D-gedruckten Bauteilen und der Möglichkeit, verstärkt nachhaltige Materialien einzusetzen.
Durch die Haftvermittlerschicht, die mittels PlasmaPlus Verfahren auf den Metallträger aufgebracht wird, hält der aus carbonfaserverstärktem, biobasiertem Polyamid gefertigte Stiftehalter auf dem Untergrund.
Automobilindustrie setzt auf Dashboards mit Recycling-Anteil
Im Automotive-Bereich mit den hohen Qualitätsanforderungen und strengen Vorgaben an die Zulieferer ist die Verwendung von Recycling-Kunststoffen längst angekommen. Viele Hersteller geben in ihren Lastenheften konkrete Recyclingquoten vor. Die Zulieferer stehen vor der Herausforderung, diese Vorgaben prozesssicher zu realisieren. Hier hat sich die Plasmatechnologie bereits auf unterschiedliche Weise bewährt. In der Gestaltung des Innenraumdesigns verwenden schon zahlreiche Fahrzeughersteller zu einem gewissen Anteil Recycling-Materialien, so beispielsweise in der Produktion von Instrumententafeln aus Kunststoff. Diverse Hersteller nutzen für die Oberflächenvorbehandlung die Plasmatechnologie von Plasmatreat: Die Vorbehandlung mit Plasma macht unpolare (Recycling-)Kunststoffe für Haftungsprozesse empfänglich und sorgt für eine feste Verbindung der unterschiedlichen, zum Teil sogar inkompatiblen Materialien, z. B. bei der Kaschierung von Dashboards aus Recycling-Materialien mit pulvergesinterten Formhäuten aus Weichkunststoff.
Die Aktivierung der Oberfläche mit Plasmatechnologie erhöht die Oberflächenenergie und verbessert die Haftung von Klebstoffen und Lacken, auch bei Kunststoffteilen, die aus Rezyklat hergestellt sind.
Umweltfreundlichere Prozesse und Rohstoffeinsparungen
Doch nicht nur durch die verbesserte Nutzung von Recycling-Kunststoffen unterstützt die Plasmatechnologie die Industrie in ihren Anstrengungen für mehr Umwelt- und Klimaschutz. Sie hilft außerdem dabei, umweltbelastende Prozesse durch weniger schädliche zu ersetzen. So setzen renommierte Hersteller, z. B. aus der Automobilbranche, die Plasmavorbehandlung als Alternative zur traditionell verwendeten Oberflächenbehandlung ein. Die Plasmatechnologie verhilft den Herstellern zu deutlichen CO2-Einsparungen: Während z. B. die Beflammung mit Propan- oder auch Methangas erfolgt, werden Plasmadüsen mit Strom und Druckluft betrieben. Setzt man nun grüne Energie ein, so findet die Plasmabehandlung CO2-neutral statt. Doch selbst wenn ein konventioneller Strommix genutzt wird, beträgt die CO2-Bilanz bezogen auf die behandelte Fläche allenfalls ein Fünftel des Ausstoßes, der bei einer Beflammung anfällt. Lukas Buske ergänzt: „Auch umweltschädliche Chemikalien, wie zum Beispiel der sonst übliche Primer-Einsatz beim Verkleben, macht die Plasmatechnologie überflüssig. Das verbessert ebenfalls die Umweltbilanz.“ Das Beispiel der Instrumententafel-Produktion zeigt darüber hinaus, dass Plasmatechnologie zudem noch durch effizientere Prozesse und Rohstoffeinsparungen in puncto Ressourcenschonung punkten kann: Der Prozess der Beflammung erfordert, dass alle Bereiche der Bauteile, an denen später keine Haftung erfolgen soll, mit thermisch stabilen Masken abgedeckt werden. Durch den Einsatz von Openair-Plasma entfällt dieser Arbeitsschritt komplett, da der Plasmastrahl ortsselektiv arbeitet millimetergenau der Bauteilgeometrie folgt. Darüber hinaus entsteht bei der Plasmabehandlung nur sehr wenig Wärme. Dadurch bleiben die behandelten Bauteile auch dann formstabil und unbeschädigt, wenn sie insgesamt dünnwandiger ausgelegt werden. Hier profitieren Umwelt und Hersteller zusätzlich von Materialeinsparungen, die ganz besonders die Automobilindustrie in ihrem Bestreben nach Leichtbau unterstützen, um mit gewichtsoptimierten und gleichzeitig belastungsfähigen Bauteilen für weniger Gesamtgewicht der Fahrzeuge und damit weniger Kraftstoffverbrauch zu sorgen.
Die Vorbehandlung mit Plasma macht unpolare Kunststoffe für Haftungsprozesse empfänglich und sorgt für eine feste Verbindung der unterschiedlichen, zum Teil sogar inkompatiblen Materialien, z. B. bei der Kaschierung von Dashboards aus Recycling-Materialien mit pulvergesinterten Formhäuten aus Weichkunststoff.
Plasmatechnologie treibt nachhaltige Entwicklungen voran
Die vorgestellten Beispiele belegen, wie die Plasmatechnologie Unternehmen nicht nur mit besonders leistungs- fähigen und effizienten Prozessen unterstützt, sondern gleichzeitig Umweltschutz und Ressourcenschonung vorantreibt. Sie sind nur der Anfang – hinter den Kulissen von Plasmatreat und in unterschiedlichsten Forschungseinrichtungen stehen viele weitere spannende Projekte in den Startlöchern, die ebenfalls zu Serienlösungen werden sollen. Dr. Alexander Knospe führt mit seinem Ausblick auf den Ausgangspunkt dieses Artikels, die Recycling-Kunststoffe, zurück: „Aufgrund der großen eingesetzten Kunststoffmengen spielen im werkstofflichen Recycling vor allem Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE) eine wichtige Rolle. Wie beschrieben, ist eine sortenreine Trennung bei der Wiederverwertung aufgrund der ähnlichen Materialeigenschaften herausfordernd und teilweise nicht wirtschaftlich. Zur Steigerung der Verträglichkeit werden heute bis zu 10 Gew.-% kostenintensive Additive hinzugefügt, damit die Vermischung der Materialien im Extruder gewährleistet ist und akzeptable Materialeigenschaften erzielt werden – damit recycelt man zwar den wertvollen Werkstoff, fügt dafür jedoch Stoffe hinzu, bei deren Herstellung CO2-Emissionen angefallen sind und die den Materialpreis deutlich steigern. Aktuelle Forschungen, die am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen im Rahmen des AIF-Projektes ‚Schmelzefunktionalisierung’ durchgeführt werden, sollen dies zukünftig überflüssig machen: Eine Funktionalisierung der Kunststoffschmelze mithilfe von Atmosphärendruck-Plasma direkt im Extruder könnte die Verträglichkeit der Materialien durch Einbau funktioneller Gruppen in die Polymerketten erhöhen. Dadurch müssten dann in Zukunft beispielsweise Mischungen aus PE- und PP-Folien nicht mehr mit großem Aufwand separiert werden.“
Ãœber Plasmatreat
Plasmatreat ist international führend in der Entwicklung und Herstellung von atmosphärischen Plasmasystemen zur Vorbehandlung von Materialoberflächen. Ob Kunststoff, Metall, Glas oder Papier - durch den industriellen Einsatz von Plasmatechnologie werden die Eigenschaften der Oberfläche zu Gunsten der Prozessanforderungen modifiziert.
Die Openair-Plasma®-Technologie wird in automatisierten und kontinuierlichen Fertigungsprozessen in nahezu allen Branchen eingesetzt. Beispiele hierfür sind die Automobil-, Elektronik-, Transport-, Verpackungs-, Konsumgüter- oder Textilindustrie, aber auch in der Medizintechnik und im Bereich erneuerbare Energien werden die Technologie-, Kosten- und Umweltvorteile der Plasmatechnologie genutzt.
Die Plasmatreat-Gruppe verfügt über Technologiezentren in Deutschland, USA, Kanada, China und Japan und ist mit seinem weltweiten Vertriebs- und Servicenetzwerk in über 30 Ländern mit Tochtergesellschaften und Vertriebspartnern vertreten.
Produkte / Prozesse
Für mehr Informationen bitte auf die untenstehenden Links klicken:
Besuchen Sie uns auf der K-Messe. Wir freuen uns auf Ihren Besuch an unserem Stand:
Halle 11 / Stand I65 |
Plasmatreat Schweiz AG
