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Der folgende Blogbeitrag ist eine Neuveröffentlichung des Originalartikels „Formulating for Sustainability“ (Formulating for Sustainability), der erstmals am 12. Dezember von Plastics Technology (PTonline.com) veröffentlicht wurde. Alle redaktionellen Rechte liegen bei Plastics Technology.
Den Originalartikel in englischer Sprache finden Sie hier: Formulating for Sustainability (Plastics Technology)
Die Nachfrage nach der Verwendung von recycelten Kunststoffen wächst, sowohl durch den Druck der Gesetzgeber als auch durch den Einfluss der wichtigsten globalen Marken. Viele dieser Ziele sind ehrgeizig und einige haben sich durch technische Herausforderungen verzögert, aber sie werden nicht verschwinden.
Das Farbmanagement So viele Faktoren können zu Farbabweichungen führen, dass eine gleichbleibende Farbqualität niemals als selbstverständlich angesehen werden kann.
Glücklicherweise sind diese zusätzlichen Komplexitäten nicht unüberwindbar. Digitales Farbmanagement kann einen großen Beitrag dazu leisten, dass das Endprodukt alle geltenden Marken- oder Branchenfarbstandards erfüllt. Darüber hinaus entwickeln Kunststoffhersteller eine Vielzahl von Strategien, um recycelte Materialien zu integrieren und deren Verwendung auszuweiten Kreative Ideen finden sich in jeder Phase, von der Beschaffung und Verarbeitung bis hin zu Produkten und Verpackungen, die unter Berücksichtigung der Variabilität von recycelbaren Materialien entworfen wurden
Veränderungen in der Kunststoffindustrie werden häufig von Regierungen vorangetrieben, und das Streben nach mehr Nachhaltigkeit bildet da keine Ausnahme In Europa und in umweltbewussten US-Bundesstaaten wie New York, Kalifornien und Oregon wurden strenge Gesetze erlassen, die einen höheren Anteil an recycelten Inhaltsstoffen vorschreiben In vielen Regionen werden Einwegkunststoffe zunehmend verboten, während in China, Indien und anderen Teilen Südostasiens die Recyclingbemühungen verstärkt werden. Obwohl die strengsten Standards nur in der EU und in Kalifornien gelten, müssen globale Marken, die in diesen Märkten verkaufen wollen, diese einhalten.
Jeder Farbstoff in recyceltem Kunststoff erschwert den Farbabgleich; es gibt keine Möglichkeit, ihn herauszufiltern.
Gleichzeitig haben große Marken wie Adidas, Patagonia, Coca-Cola, Walmart und Amazon recycelte Kunststoffe zu einem Kernstück ihrer Nachhaltigkeitsverpflichtungen gemacht, was oft einen „Trickle-Down“-Effekt bei den kleinen und mittleren Partnern auslöst, die mit ihnen Geschäfte machen. In vielen Branchen, insbesondere in der Verpackungs-, Bekleidungs- und Konsumgüterindustrie, ist recycelter Inhalt nicht mehr optional, sondern unverzichtbar.
Infolgedessen passen sich die Lieferanten weltweit an diese neuen Normen an, was sich auf die Preisgestaltung, die Verfügbarkeit und die Innovation von recycelten Kunststoffen weltweit auswirkt.
Die meisten recycelten Kunststoffe stammen aus Post-Consumer-Verpackungen: den Gegenständen, die wir täglich in die Recyclingbehälter werfen Die am häufigsten wiederverwendeten Arten sind Polyethylenterephthalat (PET), das üblicherweise zur Herstellung von Getränkeflaschen verwendet wird, und hochdichtes Polyethylen (HDPE), das in Produkten wie Milchkannen, Shampooflaschen und einigen Lebensmittelbehältern zu finden ist.
Es ist kein Zufall, dass PET und HDPE den Nummern 1 und 2 entsprechen, die auf den Recycling-Symbolen auf der Unterseite dieser Artikel zu finden sind. Für diese Materialien gibt es gut etablierte Recyclingsysteme und starke Märkte, die durch eine stetige Nachfrage gestützt werden
Andere gängige Kunststoffe wie Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS) und Polyethylen niedriger Dichte (LDPE – wird zur Herstellung von Plastiktüten verwendet) sind schwieriger zu recyceln Sie sind alle anfälliger für Verunreinigungen und haben einen geringeren Wiederverkaufswert, sodass sie oft auf Deponien landen
Industrieabfälle, wie z.B. Schrott aus Fabriken, sind eine weniger verbreitete Quelle, aber auch sie können recycelt werden, weil sie sauberer und einfacher zu verarbeiten sind.
Unternehmen finden immer wieder innovative Wege, um recycelte Materialien zu verwenden, insbesondere in Branchen wie der Mode-, Konsumgüter- und Verpackungsindustrie. Recycelte Kunststoffe finden sich in allen möglichen Produkten wieder, von neuen Behältern und Muschelschalen über Flaschen und Kleidung bis hin zu Möbeln und sogar Baumaterialien. PET aus Limonadenflaschen wird oft zu neuen Flaschen verarbeitet oder zu Polyestergewebe für Kleidung und Schuhe gesponnen. HDPE aus Milchkannen kann für Kunststoffhölzer, Rohre oder Waschmittelflaschen verwendet werden. Einige recycelte Kunststoffe werden für Autoteile, Spielplatzgeräte und sogar für Filamente für den 3D-Druck verwendet.
Der Aufbau eines Farbstoffsets erfordert ein wenig Aufwand, aber es ist eine wichtige Arbeit, die sich schnell auszahlt, wenn Sie recycelte Materialien verwenden.
Einige wenige Branchen – vor allem Textilien und Non-Food-Verpackungen – haben Wege gefunden, 100 % recycelte Inhalte zu verwenden. Dies ist jedoch selten, da vollständig recycelter Kunststoff Probleme wie Sprödigkeit, Verfärbung oder unbeständigen Schmelzfluss aufweisen kann, was ihn für viele Anwendungen weniger zuverlässig macht.
Für die meisten Produkte wird eine Mischung aus recyceltem und neuem Kunststoff verwendet, um die Festigkeit, die einfache Verarbeitung und die Konsistenz von Leistung und Farbe zu gewährleisten. Die endgültige Mischung hängt von der Qualität des recycelten Materials, den Vorschriften und den Anforderungen an die Produktleistung ab.
Jeder Farbstoff in recyceltem Kunststoff erschwert den Farbabgleich; es gibt keine Möglichkeit, ihn herauszufiltern. Daher werden klare und ungefärbte Kunststoffe mit größerer Wahrscheinlichkeit wiederverwendet und sind gefragter. Auch ohne Farbstoffe für die Erstverwendung weisen recycelte Kunststoffe oft leichte Farbtonabweichungen auf, die durch frühere Verwendungen oder Verunreinigungen verursacht werden. Hohe Temperaturen können die Molekularstruktur des Polymers schwächen und Verfärbungen verursachen. Dieser thermische Abbau ist oft unvermeidbar. So werden z.B. Wasserflaschen nach dem Gebrauch in der Regel trüb, wenn sie gefiltert oder gereinigt werden, so dass Klärmittel erforderlich sind, um ihr ursprüngliches Aussehen wiederherzustellen. Chemische Zusätze, Lebensmittelreste, Klebstoffe oder andere Verunreinigungen können ebenfalls zu Farbabweichungen führen.
Recycelter Kunststoff mag nachhaltiger sein, aber er ist selten grün – zumindest nicht in Bezug auf seinen Farbton. Je nachdem, wie es verarbeitet wird, sieht wiedergewonnenes Harz oft grau, gelb oder braun aus. Grau ist in der Regel das Ergebnis der Vermischung verschiedenfarbiger Kunststoffe, wodurch ein neutraler Farbton entsteht. Vergilbung wird durch Hitze und ultraviolettes (UV) Licht verursacht, die das Polymer mit der Zeit abbauen. Brauntöne werden in der Regel durch Verunreinigungen, Farbstoffreste oder Oxidation verursacht.
Da es schwierig ist, reinen, klaren, recycelten Kunststoff zu erhalten, fügen die Hersteller manchmal Pigmente hinzu, um die Farbe auszugleichen, oder verwenden diese gedämpften Töne für Produkte, bei denen das Aussehen keine Rolle spielt. Farbstoffe und Additive können beim Masterbatching beigemischt werden, um Unregelmäßigkeiten auszugleichen, aber der Grad der Kontrolle hängt von der Qualität des recycelten Ausgangsmaterials ab. Bei hochwertigen Anwendungen wie Verpackungen oder Textilien werden manchmal zusätzliche Filtrations- und Sortierschritte eingesetzt, um Farbschwankungen vor der Mischung zu minimieren. Im weiteren Verlauf des Prozesses können zusätzliche Anpassungen erforderlich sein, um sicherzustellen, dass das Endprodukt den Farbstandards der Marke oder der Branche entspricht, insbesondere wenn die neue Mischung für das Spritzgießen, Extrudieren oder Blasformen verwendet werden soll.
Es ist wichtig zu wissen, dass die Farbe nur ein Aspekt ist, der berücksichtigt werden muss. Andere physikalische Eigenschaften bestimmen in der Regel den maximalen Anteil an recyceltem Material und wie viel Kontrolle Sie über das Aussehen der Mischung haben werden. Der Prozess der Farbanpassung muss oft gegen die Auswirkungen von Füllstoffen, Stabilisatoren, Schlagzähigkeitsmodifikatoren, UV-Inhibitoren, Schmiermitteln oder anderen Additiven abgewogen werden.
Recycler unternehmen große Anstrengungen, um Kunststoffe nach Farbe und Typ zu sortieren, bevor sie verarbeitet werden Obwohl die Hersteller bestrebt sind, einen möglichst sauberen Lieferstrom – vorzugsweise aus einer einzigen Quelle – zu etablieren, ist eine perfekte Farbgleichmäßigkeit schwer zu erreichen. Aufgrund von Unterschieden in den Rohstoffen, insbesondere bei Post-Consumer-Produkten, treten immer noch viele Abweichungen auf.
Konsistentere Ergebnisse sind oft mit „nachbearbeitetem“ Material möglich: Kunststoff-Nebenprodukte, die im eigenen Betrieb eines Herstellers anfallen oder von einer anderen Fabrik bezogen werden.
Die Hersteller können die Farben während der Produktion mit Zusätzen, Farbstoffen und Mischtechniken anpassen. Je einheitlicher das Ausgangsmaterial ist, desto weniger Anpassungen müssen Sie vornehmen.
Trotz dieser Bemühungen erreichen recycelte Kunststoffe selten die Konsistenz von Neuware. Daher verwenden viele Marken den Mindestanteil an recyceltem Material, der den Vorschriften entspricht. Eine weitere gängige Strategie ist die Verwendung neutraler oder dunklerer Farben, um Unvollkommenheiten zu verbergen. Wenn ein Produkt nicht mit den Farben einer bestimmten Marke übereinstimmen muss, ist es auch möglich, die natürlichen Farbtöne und die Variabilität des recycelten Materials einzubeziehen.
Das meiste Recycling ist ein mechanischer Prozess, bei dem Kunststoffe gesammelt, sortiert, zerkleinert, gewaschen und geschmolzen werden, um neue Produkte herzustellen. Dies hat oft unerwünschte Auswirkungen auf die Farbe, da Kunststoffe aufgrund von Farbstoffresten, Verunreinigungen und Wärmeabbau milchig, stumpf oder leicht gräulich aussehen. Wie bereits erwähnt, macht sich dies besonders bei klaren Kunststoffen wie PET bemerkbar, die an Transparenz verlieren und trüb werden.
Eine aufkommende Alternative ist das chemische Recycling, bei dem Lösungsmittel, Depolymerisationsmittel oder andere Chemikalien verwendet werden, um Kunststoffe bis auf ihre molekulare Ebene aufzuspalten. Dies ermöglicht eine viel größere Reinheit, wobei der Preis dafür höhere Kosten sind. Chemisches Recycling kann Kunststoffe in einen nahezu unberührten Zustand versetzen, was das Farbmanagement erheblich erleichtert.
Der Schlüssel zur Farbabstimmung mit recyceltem Material liegt in der Quantifizierung seines Farbbeitrags. Dies ist ein komplexer und fortlaufender Prozess, der sich am einfachsten mit digitalen Management-Tools bewältigen lässt.
Hersteller, die diesen Arbeitsablauf verwenden, messen jedes recycelte Material mit einem Spektralphotometer und erstellen eine Reflexionskurve, die seine einzigartigen Farbeigenschaften quantifiziert. Diese Daten können dann von einer Rezeptur-Software mit einem oder mehreren recycelten Materialien und zusätzlichen Pigmenten verwendet werden, um die gewünschte Endfarbe zu erzielen.
Führende Rezepturpakete verfügen über Recycling-Funktionen, die sowohl die Farbe als auch andere Eigenschaften berücksichtigen und es Ihnen ermöglichen, mehrere Faktoren zu berücksichtigen. Zum Beispiel kann die Zugabe von Titandioxid die Helligkeit erhöhen und gleichzeitig die Schlagfestigkeit und Mohs-Härte verbessern.
Wenn Sie völlig neu in der digitalen Farbabstimmung sind, benötigen Sie ein Spektralphotometer und eine Rezeptur-Software, die in der Lage ist, die einzigartigen optischen Eigenschaften von Polymeren, Additiven und Pigmenten zu verwalten. Wenn Sie diese Tools bereits für neue Kunststoffe verwenden, müssen Sie sicherstellen, dass Ihre Hardware, Software und Farbstoffsätze auf dem neuesten Stand sind. Danach müssen Sie nur noch ein oder mehrere neue recycelte Materialien hinzufügen, die zur Farbe beitragen und die inhärente Variabilität berücksichtigen.
Recycelter Kunststoff mag zwar nachhaltiger sein, aber er ist selten grün – zumindest nicht in Bezug auf seinen Farbton.
Obwohl Pigmentlieferanten Ihnen bei der Entwicklung Ihrer Farbstoffsets helfen können, ist es für Ihr Unternehmen am besten, wenn Sie diese mit eigenen Maschinen und Laborgeräten herstellen. So stellen Sie sicher, dass Sie alle Variationen bei Polymeren, Pigmenten, Zusatzstoffen und Prozessen berücksichtigen, die sich möglicherweise auf die Farbe auswirken könnten. Außerdem ist es wichtig, sie zu aktualisieren, wenn sich Polymere, Vorschriften, Anbieter oder Pigmente ändern.
Der Aufbau eines Farbstoffsatzes erfordert ein wenig Aufwand, aber es ist eine wichtige Arbeit, die sich schnell auszahlt, wenn Sie recycelte Materialien verwenden. Sie müssen für jedes Pigment eine Reihe von Proben erstellen, wobei Sie für jede Art von Polymer, die Sie messen möchten, mehrere Mischungen mit Weiß sowie eine Mischung mit Schwarz und/oder Mattstein herstellen sollten, vorzugsweise unter Verwendung von Neumaterial, um Ausgangswerte zu ermitteln. Sobald Sie Ihre Proben haben, messen Sie sie mit Ihrem Spektralphotometer. Die Pigmentkonzentrationen können dann in die Farbabgleich-Software eingegeben werden, um die optischen Daten unter Berücksichtigung von Pigment, Polymer, Schichtdicke, Additiven usw. zu berechnen.
Dieser Vorgang sollte für jede Polymerfamilie, mit der Sie arbeiten, wiederholt werden, da sich die Pigmente in jedem Typ anders verhalten. Sie sollten auch bereits vorhandene Proben mit bekannten Pigmentkonzentrationen messen, um Ihren Farbstoffsatz zu validieren.
Wenn Sie viele Pigmente verwenden, ist es am besten, mit einer begrenzten Anzahl zu beginnen, vielleicht mit denen, von denen Sie wissen, dass Sie sie am häufigsten oder für eine bestimmte Produktlinie verwenden werden. Sie können das Set erweitern, sobald Sie die erste Gruppe von Pigmenten festgelegt und die Ergebnisse der Rezeptur validiert haben. Um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen, ist die richtige Schulung entscheidend. Die Anwender benötigen zumindest ein grundlegendes Verständnis der Farbtheorie, einschließlich Farbräumen wie CIELAB oder L*a*b* (Helligkeit, Rot/Grün, Gelb/Blau-Achsen) und verschiedener Metriken wie Delta E (∆E), Metamerie und Opazität. Sie brauchen auch eine praktische Ausbildung in der Software für die Rezeptur, die sie verwenden. Die Datacolor Colibri Software zum Beispiel erfordert in der Regel eine dreitägige Schulung für Bediener mit Vorkenntnissen im Bereich Farbe – länger, wenn sie eine Einführung in die Farbtheorie benötigen. Anwender, die noch nicht mit dem Farbmanagement vertraut sind, sollten mit einer Qualitätskontrollsoftware beginnen, um Vertrauen und Fachwissen aufzubauen, bevor sie sich an vollständige Rezepturen wagen.
Die Einrichtung eines digitalen Arbeitsablaufs kann komplex sein, aber es lohnt sich, wenn Sie planen, regelmäßig mit recycelten Materialien zu arbeiten. Ein gut abgestimmtes Farbmanagementsystem kann Ihnen helfen, trotz der inhärenten Schwankungen bei recycelten Materialien präzisere Farbübereinstimmungen zu erzielen. Eine gute Software-Suite hilft Ihnen auch dabei, das richtige Gleichgewicht zwischen neuen und recycelten Materialien zu finden und zu bewerten, welche Farbergebnisse mit einer bestimmten Kombination erzielt werden können.
ÜBER DIE AUTOREN: In seiner Funktion als Senior Applications Engineer bei Datacolor ist Earl W. Balthazar III für Softwareanwendungen für Kunden verantwortlich. Er ist seit mehr als 20 Jahren im Unternehmen tätig. Mit 40 Jahren Erfahrung in den Bereichen Farbanpassung und Qualitätssicherung ist Balthazar der Fachexperte für die Farbmanagement-Softwareanwendungen und kundenspezifischen Lösungen von Datacolor.
Seit mehr als 30 Jahren ist Rik Mertens ein fester Bestandteil von Datacolor. Als Experte für die Farben- und Lackindustrie und Anwendungsspezialist für die gesamte Datacolor-Software kennt er sich bestens mit dem Farbmanagement entlang der gesamten Lieferkette aus. Mertens arbeitet mit globalen Großkunden in der PCS-Branche zusammen, um auf ihre Bedürfnisse zugeschnittene Farbmanagementlösungen zu definieren und zu implementieren. Außerdem arbeitet er mit Produktmanagern und der Forschungs- und Entwicklungsabteilung zusammen, um die Software von Datacolor zu aktualisieren und zu verbessern.
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