Clariant onderzoekt de rol van kleur in een circulaire economie

Zoals het geval is met andere leveranciers van materialen en additieven waarover ik verslag uitbreng in een K 2019-previewartikel in ons komende septembernummer, deelt Clariant zijn mening over enkele van de problemen waarmee de kunststofindustrie wordt geconfronteerd terwijl zij de 'Circulaire Economie' omarmt.

Philippe Lazerme, een van Clariants toppigmentexperts en hoofd van het marketingsegment plastics bij de business unit pigment, somt de compatibiliteit van kleur op met de circulaire economie van plastic. Hij beschouwt de uitdagingen van ontwerpen voor recycling en de specifieke kwesties van kleurkeuze voor mechanische, chemische en organische recyclingtechnologieën. Met een focus op verpakkingen, raakt hij enkele van de nieuwste producten en samenwerkingen van Clariant aan die de verschuiving bevorderen.

Als het gaat om verpakkingen, is het bedrijf er sterk van overtuigd dat de nodige nadruk op recyclebare kunststoffen, hergebruik van de harsen en biologische afbraak niet mag betekenen dat we afscheid moeten nemen van de levendige kleuren en opvallende ontwerpen die consumenten verwachten. Dit zijn dan de belangrijkste punten van Lazerme over hoe de industrie kleur compatibel kan maken met de 'circulaire economie'.

▪ Het primaire doel van de 'Circulaire economie voor kunststoffen' is dat kunststoffen nooit als afvalstof in het milieu mogen worden aangetroffen. Er zijn verschillende manieren om dit te bereiken, van het juiste ontwerp van het plastic artikel via efficiënte inzameling en sortering van de verschillende polymeren tot recycling en herintroductie in de levenscyclus. Daarnaast biedt het gebruik van biologisch afbreekbare polymeren nog meer mogelijkheden.

▪ Topbedrijven in consumptiegoederen en producenten van plastic verpakkingen die meer dan 20% van de wereldwijde verpakkingsmarkt vertegenwoordigen, hebben zich ertoe verbonden om tegen 2025 100% van hun plastic verpakkingen herbruikbaar, recyclebaar of composteerbaar te maken. Kleur zal ongetwijfeld een sleutelrol blijven spelen in de verpakkingswereld. Maar de selectie van de juiste kleurstoffen zal cruciaal zijn.

Laten we de verschillende onderdelen van de cyclus doornemen en laten zien hoe een producent van pigment- en polymeeroplosbare kleurstoffen de belanghebbenden kan helpen de behoefte aan kleur en de even belangrijke behoefte aan duurzaamheid te combineren:

▪ Ontwerp voor recycling . Alles begint bij de ontwerper van de verpakking. De opgave is om verpakkingen te maken die aansprekend zijn, het merkimago versterken, onderscheidend zijn en goed recyclebaar en hergebruikt kunnen worden als hars voor nieuwe plastic producten.

Afhankelijk van de recyclingtechnologie (mechanisch, chemisch) zal de keuze van de kleurstof anders zijn. De ontwerper moet weten met welke verwerkingsstappen het artikel wordt geconfronteerd, niet alleen voor de productie, maar ook voor de tijd na gebruik. Dit zal de selectie van de pigmenten beïnvloeden. Ook zal er worden gewisseld van polymeren en veranderingen in de samenstelling van de verpakking.

Aangezien de merkeigenaren zich ertoe hebben verbonden aanzienlijke hoeveelheden recyclaten in hun nieuwe verpakkingsartikelen op te nemen, zal er een nieuwe uitdaging zijn om schitterende en aantrekkelijke kleuren te bereiken.

Clariant Pigments werkt aan oplossingen voor deze uitdagingen, zoals snellere en gemakkelijkere kleurafstemming met gerecyclede harsen of het opzetten van een pigmentreeks die verschillende recyclingkringlopen kan weerstaan ​​zonder te vergaan en veilig blijft voor toekomstige toepassingen en voor de werkomgeving.

Hergebruik is een ander aspect van duurzaamheid. In dit geval vereist ook de kleurstofselectie bijzondere aandacht, omdat deze aantrekkelijk en veilig moet blijven. De kleur mag niet vervagen om het product zijn uiterlijk te laten behouden, zelfs niet na veelvuldig hergebruik. Hoge licht- en weersbestendigheid zijn belangrijke criteria.

Het veiligheidsaspect is nog belangrijker, zeker als we het hebben over drinkflessen. De pigmenten mogen niet in de drank migreren nadat de fles vele malen is gewassen met bijvoorbeeld heet water met sterke reinigingsmiddelen.

Het pigmentportfolio van Clariant biedt een breed scala aan oplossingen.

▪ Recycling : Er zijn drie belangrijke methoden:mechanische recycling; recycling op basis van oplosmiddelen; en chemische recycling (depolymerisatie, pyrolyse, vergassing).

Wat het proces ook is, een goede recycling begint met een goede inzameling en sortering van het plastic afval. In een optimaal sorteercentrum wordt kunststof automatisch in verschillende stadia gesorteerd op polymeertype en kleur met behulp van Near Infra-Red (NIR) technologie. Het kan de kunststoffen scheiden volgens hun type, b.v. LDPE, HDPE, PP, PET, PS-stromen.

Om goed te werken, vereist deze technologie een minimale hoeveelheid energie die naar de sensor wordt gereflecteerd. Het wordt een probleem als het plastic onderdeel de NIR-energie absorbeert in plaats van weerkaatst. Het probleem doet zich voor bij kunststoffen die gekleurd zijn met een carbonzwartpigment. Carbon black absorbeert in het NIR-bereik, wat betekent dat met carbon black gekleurde kunststof artikelen niet worden geïdentificeerd tijdens het sorteerproces en dus veel problemen veroorzaken in de verdere recyclingstappen of op de stortplaats belanden.

Clariant heeft drie kleurstoffen ontwikkeld die kunnen reflecteren in het NIR-spectrum en waarmee de kunststofindustrie nog steeds zwarte artikelen kan produceren die goed kunnen worden gesorteerd. Deze kwaliteiten kunnen worden gebruikt voor HDPE, LDPE, PP, PET, PS, PA en PVC.

▪ Mechanische recycling : Dit is momenteel verreweg het meest gebruikte proces:80% van het plastic dat voor recycling wordt ingezameld, wordt mechanisch gerecycled.

Momenteel werkt mechanische recycling relatief goed voor PET-flessen, maar voor andere polymeren of gemengde kunststoffen kent het enkele beperkingen, althans voor hoogwaardige recyclaten. Na enkele recyclinglussen zijn de polymeereigenschappen zo sterk afgenomen dat het zeer moeilijk wordt om de recyclaten opnieuw te gebruiken.

Er is ook behoefte aan een beter begrip van het kleurgedrag na meerdere recyclinglussen.

Het is uiterst belangrijk om ervoor te zorgen dat de pigmenten en in polymeer oplosbare kleurstoffen die worden gebruikt voor de kleuring van de verzamelde harsen tijdens het bereidingsproces niet zullen ontleden of giftige stoffen zullen genereren.

Sommige pigmentchemieën zijn stabieler dan andere in termen van hittestabiliteit of migratiegedrag. Het zal echter intensief werk vergen om een ​​veiligere reeks pigmenten te selecteren voor het kleuren van plastic artikelen die bedoeld zijn om te worden gerecycled. Omdat een organisch pigment vaak niet slechts één enkel molecuul is; afhankelijk van het productieproces kunnen er andere stoffen zijn die een negatieve invloed kunnen hebben op het toxicologische profiel.

Dit is waar een pigmentproducent met een lange ervaring en expertise op het gebied van productveiligheid en records de industrie, merkeigenaren, verpakkingsverwerkers en masterbatchproducenten kan ondersteunen. Clariant richt nu al de aandacht in deze richting.

Een andere uitdaging is de basiskleur van het recyclaat dat van de recyclers komt. Het kan elke soort grijs zijn, van een lichte, een donkere of een bruinachtige. Het opnieuw kleuren van deze gerecyclede polymeren wordt een probleem voor de masterbatchproducent. Er zijn sterke kwaliteitsverschillen tussen de verschillende recyclers.

Om een ​​snellere en constante kleurafstemming te garanderen, ontwikkelt Clariant Pigments samen met een softwareleverancier een kalibratieset die gemakkelijke correcties voor de basistint van de hars mogelijk maakt. Dit zal een grote verbetering zijn om het gebruik van post-consumer recyclaten (PCR's) te verbeteren.

▪ Chemische recycling: Dit kan worden gezien als een complementaire technologie die het aanbod van gerecycleerde harsen zal uitbreiden in een kwaliteit die kan voldoen aan de eisen van de verpakkingsindustrie. Er zijn verschillende soorten chemische recycling, maar ze bevinden zich momenteel allemaal in een opkomende fase.

Een op oplosmiddelen gebaseerd proces is een mix tussen chemische en fysische recycling. Het gaat om een ​​oplosmiddel dat specifiek een bepaald type polymeer oplost. De praktijk leert dat er wat resten in het polymeer achterblijven, en zelfs de kleuren zijn niet volledig geëxtraheerd. Het recyclaat ziet er grijzig uit. Verder onderzoek is nodig. Een aspect dat vooral moet worden onderzocht, is om erachter te komen welk type pigmentchemie het beste uit het polymeer kan worden verwijderd. Dit is een langetermijnproject.

Een ander type chemische recycling is "depolymerisatie", waarbij de moleculaire bindingen in de oorspronkelijke monomeren worden verbroken. Er zijn verschillende technologieën om dit te bereiken:met behulp van enzymen of katalysatoren.

Pyrolyse of vergassing zijn andere methoden om een ​​polymeer af te breken en brandstoffen te genereren die kunnen worden gebruikt om vervolgens nieuwe kunststoffen te produceren.

Voor de kleurstof- en masterbatch- of compounderingsindustrie zou chemische recycling de ideale manier zijn, aangezien de gerecyclede hars erg op een nieuw polymeer zal lijken en dus net als een maagdelijke hars kan worden gekleurd.

▪ Biologische afbreekbaarheid Hoewel het nog een kleine markt is, genieten biologisch afbreekbare polymeren steeds meer aandacht van merkeigenaren en verpakkingsbedrijven.

Niet elk pigment kan worden gebruikt om biologisch afbreekbare polymeren te kleuren, omdat ze moeten voldoen aan zeer strenge normen op het gebied van onzuiverheden.

Clariant Pigments heeft een reeks van 26 organische pigmenten uit zijn Graphtol- en PV Fast-productlijn opgezet die voldoen aan de eisen van de Europese norm EN 13432. Ze bestrijken het hele kleurenspectrum en bieden daarom waardevolle ondersteuning aan masterbatch-producenten en ontwerpers bij het verbreden van kleurhorizons voor biologisch afbreekbare kunststoffen.

▪ Stappen in de goede richting Dergelijke ontwikkelingen op het gebied van kleurstoffen dragen bij aan het bevorderen van een gesloten kringloop voor kunststof verpakkingen. Aangezien de noodzakelijke focus op hergebruik en recycling aan kracht wint, zal kleur geen uitdaging vormen voor de technologieën, voor de efficiënte, levensvatbare terugwinning van plastic afval en het creëren van hoogwaardige PCR, maar in plaats daarvan in harmonie werken aan het doel van het bereiken van een circulaire economie voor kunststoffen.