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Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Sortierverfahren für zum Recycling vorgesehene Verpackungsmaterialien, die aus demselben Basismaterial bestehen und bezogen auf zumindest ein Unterscheidungsmerkmal in unterschiedliche Gruppen klassifizierbar sind, wobei das zumindest eine Unterscheidungsmerkmal durch zumindest einen unterschiedlichen Materialbestandteil und/oder zumindest ein unterschiedliches Additiv und/oder eine unterschiedliche Vorgeschichte und/oder einen unterschiedlichen Verwendungszweck der Verpackungsmaterialien begründet ist, und wobei die Verpackungsmaterialien, zumindest einer Gruppe, mit zumindest einem Markierungsstoff versehen sind.
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Die Sortierung ist ein wesentlicher Schritt im Recyclingprozess von Verpackungsmaterialien, z. B. Kunststoffen, und ist der Weiterverarbeitung bzw. der Entsorgung der Kunststoffe vorgelagert. Vor der Materialsortierung werden die Verpackungsmaterialien in der Regel zerkleinert. Danach werden die zerkleinerten Materialien in verschiedene Kategorien aufgetrennt, z. B. nach ihrer chemischen Zusammensetzung, z. B. in PE, PP, PVC, PET. Standardmäßig erfolgt dies in Schwimm-Sink Anlagen, wobei die Verpackungsmaterialien gemäß der ihnen zu Grunde liegenden Dichteunterschiede getrennt werden. Auch ist bekannt, die Materialien spektroskopisch über die Zuordnung verschiedener materialspezifischer Infrarotabsorptionsbanden zu differenzieren, beispielsweise in der
US 2014/0299523 A1 beschrieben. Der Materialzerkleinerung bzw. Materialtrennung können weitere Sortierungsschritte vor- oder nachgestaltet sein, z. B. eine Vorsortierung. Dabei können beispielsweise Kunststoffe von anderen Materialien wie Blech getrennt werden. Auch kann eine Vorsortierung hinsichtlich verschiedener Kunststoffe stattfinden.
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In Deutschland entfallen etwa 73,9 % der produzierten Kunststoffe auf die thermoplastischen Kunststoffe Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS) bzw. expandiertes Polystyrol (PS-E) und Polyamid (PA). Weitere 15 % der produzierten Gesamtmenge entfallen auf andere thermoplastische Kunststoffe, beispielsweise Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET) oder Styrol-Copolymere wie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und Styrol-Acrylnitril (SAN). Die verbleibenden 11 % entfallen auf sonstige Kunststoffe, unter anderem Duroplaste wie Polyurethan (PUR), Polyester oder Formaldehydharze.
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Auch in Zeiten moderner Recyclinganlagen können nicht mehr als 50 % der anfallenden Kunststoffabfälle werk- oder rohstofflich weiterverwendet werden. Der Großteil der Abfälle wird energetisch genutzt, zum Beispiel als Brennstoff in Zement- oder Kraftwerken. Ökologisches und wirtschaftliches Ziel muss es also sein, den Anteil von werk- oder rohstofflich genutzten Kunststoffabfällen zu erhöhen. Sortierverfahren, die eine saubere, schnelle und zuverlässige Trennung solcher Materialien erlauben, sind von großem Interesse.
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Zusätzliches Interesse besteht dabei in der Trennung von sich in zumindest einem Unterscheidungsmerkmal unterscheidenden Materialien, die jedoch aus den gleichen Basismaterialien bestehen. Als Beispiel seien jene aus ein und demselben Basismaterial gefertigten Kunststoffe genannt (z. B. PET-Behältnisse), die einerseits für die Verpackung von Lebensmitteln verwendet werden und andererseits zur Verpackung von anderen Produkten, insbesondere Non-Food Produkten wie Medikamenten, Kosmetika, Wasch- und Reinigungsmitteln. Derzeit ist es nicht möglich, Verpackungsmaterialien desselben Basismaterials, z. B. PET, im Recyclingprozess dahingehend zu unterscheiden, ob sie zuvor als Lebensmittelverpackung verwendet wurden oder nicht.
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Ein Verfahren, dass sich für eine solche Differenzierung eignet, wäre von großem wirtschaftlichen und ökologischen Interesse. Denn beispielsweise kann vom Gesetzgeber vorgeschrieben sein, dass recycelte, originär nicht für die Verpackung von Lebensmitteln verwendete Kunststoffmaterialien auch nach dem Recycling nicht zur Verpackung von Lebensmitteln verwendet und somit nicht zu recycelten Lebensmittelverpackungen weiterverarbeitet werden dürfen.
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Auch wäre ein solches Verfahren zur Trennung von jenen Kunststoffen hilfreich, die mit zusätzlichen Materialien oder Additiven funktionalisiert sind. Als Beispiel seien mit Ethylen-Vinylalkohol-Copolymeren (EVOH) versehene PE-Folien genannt. PE und EVOH werden dabei zu mehrlagigen Folien verarbeitet. EVOH, EVOH-Folien oder EVOH-Folienbestandteile werden dabei zur Gewährleistung bestimmter Barrierefunktionen eingesetzt. Nach dem Recycling bzw. der Weiterverarbeitung können Restbestände von EVOH jedoch zu nachteiligen Materialeigenschaften der recycelten Folien führen. Gelangen die geschichteten Folienverbünde nach dem Recycling zurück in die Folienproduktion, können sich die eingelagerten EVOH-Schichten während des Folienziehprozesses aufstellen und zur Lochbildung in der Folie führen. Daher ist auch hier eine zuverlässige Trennung mit einem hohen Trennfaktor bzw. einer hohen Trenngüte von großem Interesse. Aufgrund der gewaltigen Produktionsmengen an Kunststoff und des großen Abfalldurchsatzes, müsste ein solches Verfahren zudem in ausreichend hoher Geschwindigkeit durchführbar sein.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Sortierverfahren für zum Recycling vorgesehene Verpackungsmaterialien bereitzustellen, welches eine zuverlässige und schnelle Trennung von unterschiedlich klassifizierten Verpackungsmaterialien ermöglicht und unter Einsatz von herkömmlicher Sensortechnik aus dem Bereich der Abfall- bzw. Materialsortierung durchführbar ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Sortierverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.
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Erfindungsgemäß wird ein Sortierverfahren für zum Recycling vorgesehene Verpackungsmaterialien vorgeschlagen. Die mit dem Verfahren zu sortierenden Verpackungen bestehen aus demselben Basismaterial und sind bezogen auf zumindest ein Unterscheidungsmerkmal in unterschiedliche Gruppen klassifizierbar. Basismaterial meint, dass das Verpackungsmaterial zu einem überwiegenden Anteil, z. B. zu einem Gewichtsanteil > 50%, aus einem bestimmten Material (dem Basismaterial) besteht. Das Unterscheidungsmerkmal kann auf zumindest einem unterschiedlichen Materialbestandteil und/oder zumindest einem unterschiedlichen Additiv und/oder einer unterschiedlichen Vorgeschichte und/oder einem unterschiedlichen Verwendungszweck der Verpackungsmaterialien beruhen.
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Handelt es sich beispielsweise um zwei unterschiedlich klassifizierbare Gruppen von Verpackungsmaterialien desselben Basismaterials, z. B. PE oder PET, so weisen die Materialien der einen Gruppe zumindest ein Unterscheidungsmerkmal auf, an welchem es den der anderen Gruppe zugeordneten Materialien fehlt. Zur Differenzierung beider Gruppen von Materialien sind die Verpackungsmaterialien zumindest einer Gruppe mit zumindest einem Markierungsstoff versehen.
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Vorzugsweise ist der zumindest eine Markierungsstoff ein organischer und/oder anorganischer und/oder metallorganischer Farbstoff, ein Pigment und/oder eine Komplexverbindung. Vorteilhaft ist, wenn es sich bei dem Markierungsstoff um einen lumineszierenden organischen und/oder anorganischen und/oder metallorganischen Farbstoff, ein Pigment und/oder eine Komplexverbindung handelt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Sortierverfahren werden in einem ersten Schritt die zunächst unsortierten Verpackungsmaterialien mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt. Als solche kommt beispielsweise UV-Strahlung, VIS-Strahlung oder Infrarotstrahlung in Betracht. Als Strahlungsquelle eignet sich jedwede Strahlungsquelle zur Aussendung von elektromagnetischer Strahlung im ultravioletten, sichtbaren oder im Infrarotbereich, vorzugsweise im infraroten Strahlungsbereich der vorhandenen Sortiertechnik/Sortieranlagen.
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Vorteilhaft ist, dass in den meisten Fällen die in herkömmlichen Sortieranlagen häufig ohnehin schon vorhandenen Infrarotscanner bzw. Strahlungsquellen für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden können oder die Sortieranlage nur geringfügig erweitert oder umgerüstet werden muss. Auch ist es mit nur geringem Aufwand möglich, eine für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Strahlungsquelle in einer bereits bestehenden Sortieranlage neu zu installieren. Die Strahlungsquelle befindet sich in einem bestimmten Abstand zu den zu bestrahlenden Verpackungsmaterialien und ist an ein Absorptions- und/oder Emissionsspektrometer in Verbindung mit einer Datenverarbeitungseinrichtung gekoppelt. Es ist vorstellbar, die Strahlungsquelle samt Spektrometer und Datenverarbeitungseinrichtung als kompakte Baueinheit auszuführen und diese an geeigneter Position in der Sortieranlage zu montieren. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Strahlungsquelle eine LED, ein Laser, eine Gasentladungslampe, eine Halogen- oder eine Glühlampe sein. Die von der Strahlungsquelle ausgesendete Strahlung kann dann auch eine außerhalb des Infrarotbereichs liegende Wellenlänge aufweisen.
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Das erfindungsgemäße Sortierverfahren wird vorzugsweise einem oder mehreren Vorsortierschritt(en) nachgeschaltet. Während der Vorsortierung werden Verpackungen desselben Basismaterials von anderen Materialien bzw. Müll getrennt, so dass nur diejenigen Verpackungsmaterialien in einem gemeinsamen Materialstrom verbleiben, die dasselbe Basismaterial aufweisen und somit mit dem erfindungsgemäßen Sortierverfahren sortiert werden können.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Sortierverfahren um ein in-line Verfahren. Dies bedeutet, dass die Baueinheit mit der Strahlungsquelle, dem Spektrometer und der Datenverarbeitungseinrichtung, also die Spektrometer- und Analyseeinheit, in eine laufende Sortieranlage integriert wird. Das Sortierverfahren verläuft vorzugsweise kontinuierlich, kann aber auch diskontinuierlich ausgeführt werden, d. h. die Anlage wird kurzfristig gestoppt, um einen Teil der Verpackungsmaterialien mit elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise Infrarotstrahlung zu bestrahlen, die Daten auszuwerten die Materialien ihren zugehörigen Gruppen zuzuordnen. Erst dann erfolgt die Trennung und der nächste Teil der Verpackungsmaterialien kann untersucht werden.
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Mit dem Absorptions- bzw. Emissionsspektrometer werden in einem zweiten Verfahrensschritt berührungslos Emissions- und/oder Absorptionsspektren des bestrahlten Bereichs aufgenommen und mithilfe der Datenverarbeitungseinrichtung analysiert. Der Begriff Analyse meint an dieser Stelle die datentechnische Auswertung der Emissions- und/oder Absorptionsspektren. Die Emissions- und/oder Absorptionsspektren können ein, zwei- oder dreidimensional aufgenommene Spektren umfassen. Bei einer zweidimensionalen Aufnahme werden für eine bestimmte Anzahl von Bildpunkten bzw. Pixeln des bestrahlten Bereichs jeweils eindimensionale Spektren aufgenommen. Die wellenlängenabhängigen oder frequenzabhängigen Spektralinformationen werden also örtlich kodiert (spatial encoding). Die Aufnahme von ein- oder mehrdimensionalen Spektren kann im single-shot Modus oder durch mehrere aufeinander folgende Einzelaufnahmen erfolgen. Im letzteren Fall kann es förderlich sein, mehrere Detektionseinheiten und/oder Strahlungsquellen an räumlich verschiedenen Positionen anzuordnen. Auch ist denkbar die Strahlungsquelle ringförmig, z. B. als Ring von mehreren Einzelstrahlern auszuführen und die unsortierten Verpackungsmaterialien über ein transparentes Transportband durch den Strahlungsring hindurchzuführen. Auch die Detektionseinheiten bzw. Spektrometer können ringförmig angeordnet werden. Eine dreidimensional aufgelöste Spektralaufnahme wäre insbesondere für Schüttungen von zerkleinerten Verpackungsmaterialien von Interesse. Die Detektion bzw. Aufnahme der Spektren kann auf einen oder mehrere Wellenlängenbereich(e) oder eine oder mehrere spezifische Wellenlängen beschränkt werden.
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In einem dritten Schritt werden dann die mit dem zumindest einen Markierungsstoff versehenen Verpackungsmaterialien anhand der Emissions- und/oder Absorptionsspektren identifiziert. Anhand der prozessierten Emissions- und/oder Emissionsspektren werden die untersuchten Verpackungsmaterialien verschiedenen Gruppen zugeordnet, bzw. es wird eine Feststellung getroffen, ob sie einen Markierungsstoff aufweisen oder nicht. Je nach Markierungsstoff wird die eingehende Infrarotstrahlung absorbiert oder infolge der eingehenden Infrarotstrahlung Strahlung mit einer bestimmten für den Markierungsstoff charakteristischen Wellenlänge emittiert. Anhand der aufgenommenen Emissions- und/oder Absorptionsspektren kann anhand von charakteristischen Peaks und/oder Signalabschwächungen und/oder Absorptionsbanden festgestellt werden, ob es sich bei dem untersuchten Material um einen den Markierungsstoff aufweisenden Verpackungsbestandteil handelt oder nicht. Mittels der Datenverarbeitungseinrichtung wird also eine die Klassifizierung der Gruppen wiedergebende Positiv- oder Negativentscheidung getroffen.
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Je nachdem, ob das an der Strahlungsquelle bzw. dem Spektrometer vorbeigeführte Verpackungsmaterial den zumindest einen Markierungsstoff aufweist oder nicht, also in Abhängigkeit der Positiv- oder Negativentscheidung, wird das Verpackungsmaterial in einem vierten Schritt von den markierten bzw. nicht markierten Verpackungsmaterialien getrennt. Dies kann durch eine einfache Gabelung im Transport- bzw. Förderweg erfolgen.
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In einem fünften Schritt des erfindungsgemäßen Sortierverfahrens werden die getrennten Verpackungsmaterialien weiterverarbeitet bzw. recycelt. Häufig werden die zu recycelnden Verpackungsmaterialien aufgeschmolzen und schließlich zu neuen Verpackungen verarbeitet. Auch eine Nutzung als Brennmaterial ist möglich.
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Vorteilhaft ist ferner, wenn der zumindest eine Markierungsstoff vor oder während der Weiterverarbeitung gemäß Schritt 5 des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest teilweise zerstört und/oder entfernt wird. Entscheidend dabei ist die Inaktivierung des Markierungsstoffes. Dadurch wird gewährleistet, dass die recycelten Produkte keinen aktiven Markierungsstoff mehr aufweisen. Denn dieser könnte das Sortierverfahren bei erneutem Recycling der Materialien stören. Auch ist es möglich durch die zumindest teilweise Zerstörung des zumindest einen Markierungsstoffs eine größere Biokompatibilität durch biokompatible Zersetzungsprodukte zu erreichen. Die Zerstörung kann eine Zersetzung beinhalten und thermisch oder strahlungsinduziert erfolgen, z. B. durch UV-Strahlung, Mikrowellenstrahlung, Radiowellen, Röntgenstrahlung oder radioaktive Strahlung. Auch kann der Markierungsstoff ausgewaschen werden, z. B. durch eine Säure oder Lauge oder ein geeignetes Lösungsmittel. Auch andere chemische Behandlungen sind denkbar.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für die Trennung von Verpackungsmaterialien, bei denen das Basismaterial aus einem oder mehreren synthetischen Polymer(en) und/oder natürlichen Polymer(en) und/oder Copolymer(en) besteht. Beispielhaft seien die folgenden Basismaterialien genannt: Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), expandiertes Polystyrol (PS-E), Polyamid (PA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Styrol-Acrylnitril (SAN), Polyurethan (PUR), Polyester, Formaldehydharze, Epoxidhare, Klebstoffe, Celluloseether, Latex, synthetischer oder natürlicher Kautschuk. Auch Schichtstrukturen aus Polymeren und/oder Co-Polymeren können Basismaterialien sein. Diese Auflistung ist jedoch nicht abschließend.
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Besonders effizient ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Trennung von Verpackungsmaterialien basierend auf Polyethylen oder Polyethylenterephthalat.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das zumindest eine Unterscheidungsmerkmal durch zumindest einen unterschiedlichen Materialbestandteil begründet sein. Dieser ist vorzugsweise ein sich von dem Basismaterial unterscheidendes synthetisches und/oder natürliches Polymer und/oder Copolymer. Solange sich der weitere Materialbestandteil von dem Basismaterial unterscheidet, kann auch der weitere Materialbestandteil aus der folgenden Liste von Materialien ausgewählt werden: Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), expandiertes Polystyrol (PS-E), Polyamid (PA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Styrol-Acrylnitril (SAN), Polyurethan (PUR), Polyester, Formaldehydharze, Epoxidhare, Klebstoffe, Celluloseether, Latex, synthetischer oder natürlicher Kautschuk. Diese Auflistung ist jedoch nicht abschließend.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung handelt es sich bei dem zumindest einen unterschiedlichen Materialbestandteil um Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH). Sowohl das Basismaterial als auch der zumindest eine unterschiedliche Materialbestandteil können in Form von Folien vorliegen, und zu einem Folienverbund aus mehreren Lagen verarbeitet werden.
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Auch kann das zumindest eine Unterscheidungsmerkmal ein Additiv sein. Als Additiv kommen Weichmacher, Streckmittel, Stabilisatoren, Farbmittel oder Verstärkungsstoffe in Betracht. Verstärkungsstoffe können insbesondere faserartig vorliegen. Als Beispiel seien Glasfasern und Carbonfasern genannt.
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Auch kann das zumindest eine Unterscheidungsmerkmal auf der unterschiedlichen Vorgeschichte des Verpackungsmaterials beruhen. Insbesondere kann die Vorgeschichte durch die Anzahl der durchlaufenen Recyclingzyklen und/oder die thermische Vorbehandlung und/oder den Alterungszustand des Materials geprägt sein.
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Ferner kann das zumindest eine Unterscheidungsmerkmal durch einen unterschiedlichen vorherigen Verwendungszweck des Verpackungsmaterials begründet sein. Als unterschiedlicher Verwendungszweck kommt eine Verwendung des Verpackungsmaterials für Lebensmittel oder davon abweichende Inhaltsstoffe, beispielsweise Kosmetika, Reinigungsmittel oder Medikamente in Betracht. Unterscheidungsmerkmal ist in diesem Fall also eine Food- bzw. Non-Food Verwendung des Verpackungsmaterials. Eine zuverlässige Abgrenzung bzw. Trennung im Recyclingprozess ist hierbei von besonderem Interesse, denn je nach Gesetzgebung kann es untersagt sein jene für Non-Food Produkte verwendete Verpackungsmaterialien nach dem Recycling für Lebensmittelverpackungen, also Food-Produkte, zu verwenden.
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Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, dass der Markierungsstoff Infrarotstrahlung absorbiert und/oder emittiert, vorzugsweise im nahinfraroten Bereich. Handelt es sich um einen lumineszierenden Markierungsstoff, so kann dieser nach Anregung mit elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise mit einer Wellenlänge im UV, VIS oder Infrarotbereich, Strahlung mit von der Anregungsstrahlung abweichender Wellenlänge emittieren, wobei die Emissionsstrahlung vorzugsweise eine ebenfalls im Infrarotbereich liegende Wellenlänge aufweist. Die emittierte Strahlung kann von kürzerer oder längerer Wellenlänge sein als die Anregungsstrahlung und wird mit dem Spektrometer detektiert. Im zugehörigen Emissionsspektrum ist die emittierte Strahlung anhand von Emissionspeaks oder Banden erkennbar. Alternativ kann es möglich sein, den Markierungsstoff mit Strahlung einer vom Infrarotbereich abweichenden Wellenlänge anzuregen. Handelt es sich bei dem zumindest einen Markierungsstoff um eine die elektromagnetische Strahlung absorbierende Substanz, so absorbiert diese die elektromagnetische Strahlung in einem oder mehreren Wellenlängenbereich(en) bzw. bei einer bestimmten Wellenlänge. Auch dies ist im Analysespektrum sichtbar.
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In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann der Markierungsstoff dem Basismaterial und/oder den weiteren Materialbestandteilen bei dessen Fertigung zugesetzt werden, insbesondere batchweise. Dies ist dann vorteilhaft, wenn eine homogene Verteilung des Stoffs im Basismaterial gewünscht ist und beispielsweise große Mengen von Basismaterial markiert werden müssen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass das Verpackungsmaterial zumindest teilweise mit dem Markierungsstoff beschichtet ist. Vorstellbar ist, das Verpackungsmaterial vollständig oder nur teilweise mit dem Markierungsstoff zu beschichten. Als Beschichtungsverfahren kommen beispielsweise chemische Gasphasenabscheidung (CVD), physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), Sputtern, Lackieren, Rotationsbeschichtung, thermisches Spritzen, Tauchlackieren, Rakelbeschichten, Sprühbeschichten, Walzenbeschichten, Galvanisieren oder Pulverbeschichten in Betracht. Für eine hohe Trenngüte ist es vorteilhaft, das gesamte Verpackungsmaterial homogen zu beschichten. Dann ist es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Sortierverfahren die markierten Materialbestandteile auch nach deren Zerkleinerung zuverlässig zu erkennen und von unmarkierten Materialien zu trennen.
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Auch kann das Verpackungsmaterial zumindest teilweise mit Etiketten und/oder Labeln versehen sein, die den Markierungsstoff aufweisen. Dies ist in der Praxis wohl am einfachsten zu realisieren. Dabei können ohnehin an dem Verpackungsmaterial anzubringende Etiketten und/oder Label, die beispielsweise zur Produktinformationen oder als Preisschild an den Verpackungen angebracht sind, mit dem zumindest einem Markierungsstoff versehen sein. Jedoch kann es auch möglich sein, spezielle Etiketten und/oder Labels an den Verpackungsmaterial vorzusehen, die ausschließlich Träger für den zumindest einen Markierungsstoff sind. Eine Markierung des Verpackungsmaterials über Etiketten und/oder Label ist jedoch nachteilig, da das Verpackungsmaterial im Recyclingprozess in der Regel zerkleinert wird und dann in der Sortieranlage nicht vollständig durch das erfindungsgemäße Sortierverfahren erkennbar wäre. Dies würde sich nachteilig auf die Trenngüte bzw. den Trennfaktor auswirken.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Recyclingkreisläufe, bei denen das erfindungsgemäße Sortierverfahren zum Einsatz kommen kann. In den Figuren zeigen
- 1: einen ersten beispielhaften Verfahrensablauf zum Recycling von Verpackungsmaterialien mit Food-Kontakt bzw. Non-Food-Kontakt;
- 2: einen weiteren beispielhaften Verfahrensablauf zum Recycling von Verpackungsmaterialien, insbesondere PE-Folien mit und ohne Barrierefunktion.
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In den 1 und 2 sind zwei beispielhafte Verfahrensabläufe von Recyclingprozessen für Verpackungsmaterialien dargestellt, bei denen das erfindungsgemäße Sortierverfahren zum Einsatz kommen kann.
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Das Recyclingverfahren nach 1 eignet sich beispielsweise zur Trennung von zur Verpackung von Lebensmitteln eingesetzten Verpackungsmaterialien (Food-Kontakt Verpackungen) von Verpackungsmaterialien, die zur Verpackung von anderen Substanzen, wie beispielsweise Medikamenten, Kosmetika, Pflege- und Reinigungsmitteln zum Einsatz kommen (Non-Food-Kontakt Verpackungen). Die Verpackungsmaterialien weisen also in dieser Hinsicht ein Unterscheidungsmerkmal auf, den Food-Kontakt bzw. Non-Food-Kontakt. Da die Trennung von Verpackungsmaterialien in der Praxis auf einer Vielzahl von verschiedenen Unterscheidungsmerkmalen beruhen kann und es eine Reihe von möglichen Anwendungsgebieten gibt, werden in dem Verfahrensdiagramm nach 1 allgemeine Begrifflichkeiten verwendet.
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Im Materialstrom von links nach rechts werden ausgehend von einem Kunststoff-Basismaterial Verpackungsmaterialien hergestellt. Die Verpackungsmaterialien können sodann in verschiedene Gruppen von Verpackungsmaterialien unterteilt werden, beispielsweise in Abhängigkeit von bestimmten Unterscheidungsmerkmalen. Gemäß dem hiesigen Beispiel erfolgt eine Trennung in zwei Gruppen von Verpackungsmaterialien, eine Gruppe weist dabei ein Unterscheidungsmerkmal auf, während es der anderen Gruppe an diesem Unterscheidungsmerkmal fehlt. So können die Verpackungsmaterialien mit Unterscheidungsmerkmal beispielsweise für die Verpackung von Lebensmitteln angedacht sein (Food-Kontakt).
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Den Verpackungsmaterialien mit Unterscheidungsmerkmal, den Food-Kontakt Verpackungen, wird ein Markierungsstoff, beispielsweise ein lumineszierender Farbstoff, zugesetzt. Dies kann wie eingangs beschrieben durch originäre Zugabe des Markierungsstoffes in das Basismaterial, durch Beschichten oder durch Etikettieren erfolgen.
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Danach gelangen die Verpackungsmaterialien samt ihren Inhaltsstoffen als Produkte 1 und 2 in den Handel. Dabei weist die Verpackung von Produkt 1 den zumindest einen Markierungsstoff auf, während die Verpackung des Produkts 2 keinen Markierungsstoff enthält. Nach der Verwertung der Produkte 1 und 2 durch den Verbraucher gelangen sie in den Abfall- bzw. Müllkreislauf. Im Rahmen des Recyclingprozesses werden die Verpackungen der ehemaligen Produkte 1 und 2 sortiert und getrennt. Genau in diesem Schritt kommt das erfindungsgemäße Sortierverfahren zum Einsatz, insbesondere in einer Sortieranlage.
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Dabei werden die unsortierten Verpackungen beispielsweise über Transportbänder an einem Infrarotscanner oder einer anderweitigen geeigneten Bestrahlungsquelle vorbeigeführt und vorzugsweise mit Infrarotlicht bestrahlt. In der Regel handelt es sich um einen Belichtungsbereich, d. h. nicht jeder einzelne Verpackungsbestandteil wird selektiv bestrahlt, sondern eine in dem Belichtungsbereich befindliche Menge der noch unsortierten Verpackungsmaterialien. Eine flächige Bestrahlung ist dann vorteilhaft, wenn es sich bei den zu trennenden Materialien um zerkleinerte Materialbestandteile handelt. Denn häufig werden Verpackungen zum Recycling vor dem eigentlichen Sortierschritt zerkleinert.
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Über einen geeigneten Detektor bzw. ein Spektrometer werden infolge der Bestrahlung Absorptions- und/oder Emissionsspektren aufgenommen und ausgewertet. Die Auswertung kann mit einer an das Spektrometer gekoppelten Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt werden. Dies kann automatisiert erfolgen. Die Absorptions- bzw. Emissionsspektren können räumlich aufgelöst sein und die örtlich unterschiedlichen spektroskopischen Eigenschaften in Bezug auf den bestrahlten Bereich bzw. einen Ausschnitt davon wiedergeben. Anhand der (räumlich aufgelösten) Spektren kann festgestellt werden, ob einzelne Verpackungsbestandteile in dem Bestrahlungsbereich den zumindest einen Markierungsstoff aufweisen oder nicht. Dies ist in den Spektren anhand von selektiven Absorptions- und/oder Emissionspeaks, Banden, Signalabschwächungen oder Signallöschungen, Intensitätsmaxima oder Intensitätsminima, oder anderer charakteristischer Signalformen erkennbar.
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In Abhängigkeit der spektroskopischen Ergebnisse erfolgt die Materialtrennung, wodurch die Verpackungsmaterialien erneut zumindest in zwei Gruppen unterteilt werden. Die Gruppe der Verpackungsmaterialien mit dem zumindest einem Unterscheidungsmerkmal (z. B. Food-Kontakt) wird von der Gruppe der Verpackungsmaterialien ohne Unterscheidungsmerkmal (z. B. Non-Food) getrennt. Die Spektrometer- und Datenverarbeitungseinrichtung ist dazu mit einer Steuer- und Regelungseinheit der Sortieranlage signaltechnisch gekoppelt bzw. in diese integriert.
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Die das zumindest eine Unterscheidungsmerkmal aufweisenden Verpackungsmaterialien, zum Beispiel Lebensmittel-Verpackungen, können im Recyclingprozess ohne Weiteres wieder zu neuen Verpackungsmaterialien für Gebrauchsgüter, also Verpackungsmaterialien ohne Unterscheidungsmerkmal, weiterverarbeitet werden, sofern der Markierungsstoff entfernt wird. Sollten Markierungsstoffe in den Verpackungsmaterialien zurückbleiben, würden diese den Erkennungsprozess in einem zweiten Recyclingzyklus stören. Denn nur die Verpackungsmaterialien mit Food-Kontakt werden markiert.
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Die nach der Sortierung der Gruppe der Verpackungsmaterialien ohne Unterscheidungsmerkmal (Non-Food-Kontakt) zugehörigen Verpackungsmaterialien weisen ohnehin keinen Markierungsstoff auf und können somit unmittelbar wieder als Verpackungsmaterialien ohne Unterscheidungsmerkmal für Non-Food Verpackungen eingesetzt werden. Eine Weiterverarbeitung der Verpackungsmaterialien ohne Unterscheidungsmerkmal, d.h. hier der Non-Food Verpackungen zu beispielsweise Food-Kontakt-Verpackungsmaterialien ist nicht erwünscht bzw. nicht erlaubt. Durch das erfindungsgemäße Sortierverfahren werden die Verpackungsmaterialien zuverlässig und sicher getrennt und eine nicht gewünschte bzw. nicht erlaubte Rückführung verhindert.
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Verpackungsmaterialien, die bereits zur Verpackung von Lebensmitteln verwendet wurden, können erneut für die Verpackung von Lebensmitteln verwendet werden. Selbst wenn Restbestandteile des zumindest einen Markierungsstoffes in den weiterverarbeiteten Verpackungen verbleiben, ist dies nicht unbedingt problematisch. Denn die Verpackungsmaterialien werden ohnehin wieder mit zumindest einem Markierungsstoff versehen. Dies führt also nicht zu Erkennungsfehlern. Das Verfahrensschema nach 1 ist nicht auf die Trennung von Food-Kontakt bzw. Non-Food Kontakt Verpackungen beschränkt.
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Die 2 gibt einen ähnlichen Recyclingprozess wieder. Unterschiede ergeben sich in der Rückführung nach dem oder den Sortierungsschritt(en). Die sortierten Materialien können je nach Anforderung wieder als (recyceltes) Verpackungsmaterial verwendet werden. Sie werden also in die Produktion zurückgeführt. Das in 2 dargestellte Verfahren eignet sich insbesondere zur Trennung von PE-Folien mit EVOH Anteilen von PE-Folien ohne EVOH Anteile.
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EVOH kann den PE-Folien als Barrierefunktion zugesetzt werden, bzw. es können verschiedene Lagen EVOH und PE zu einer geschichteten Folie verarbeitet werden. Die EVOH Anteile sind also in diesem Beispiel das Unterscheidungsmerkmal. Die PE-Folien mit Unterscheidungsmerkmal, also mit EVOH, werden mit dem Markierungsstoff versehen. Dadurch können auch diese in einem späteren Sortierschritt von dem Verpackungsmaterial ohne Unterscheidungsmerkmal getrennt werden, denn das Verpackungsmaterial ohne Unterscheidungsmerkmal, also ohne EVOH, ist nicht mit einem Markierungsstoff versehen, der über das erfindungsgemäße Sortierverfahren erfasst werden könnte.
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Nach der Sortierung wird das zumindest eine Unterscheidungsmerkmal aufweisende Verpackungsmaterial, also die PE-Folien mit EVOH, nicht erneut zu Folien verarbeitet. Insbesondere können die PE-Folien mit EVOH als Brennstoff zur Energiegewinnung verwendet werden. Die Verpackungsmaterialien ohne Unterscheidungsmerkmal, im hiesigen konkreten Beispiel also ohne EVOH, können zu reinen PE-Folien oder PE-Folien mit EVOH weiterverarbeitet werden. EVOH wird dann bei der Fertigung neu zugesetzt bzw. recycelte PE-Lagen werden mit EVOH-Lagen zusammengefügt.
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Erfindungsgemäß wird der Markierungsstoff vor oder während der Weiterverarbeitung zumindest teilweise zerstört und/oder entfernt. Dies kann z. B. durch thermische Zersetzung erfolgen, beispielsweise beim Einschmelzen der zu recycelnden Verpackungen. Die thermische Zersetzung kann dabei vollständig oder teilweise erfolgen. Auch ist eine Zersetzung des Markierungsstoffes durch Bestrahlung mit Strahlung von geeigneter Wellenlänge möglich. Beispielsweise seien an dieser Stelle UV-Strahlung, Mikrowellenstrahlung, Radiowellenstrahlung, Röntgenstrahlung und radioaktive Strahlung genannt. Nahezu jeder Prozess, der zur Inaktivierung, bzw. Zersetzung, oder Zerstörung des Markierungsstoffes führt, kann im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Sofern der Markierungsstoff durch Beschichtung auf die Verpackungen aufgebracht wurde, kann dieser auch durch einen geeigneten Waschprozess mit einer Säure, einer Lauge oder einem geeigneten Lösungsmittel entfernt werden. Auch andere chemische Behandlungen kommen in Betracht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014/0299523 A1 [0002]
