Biel, MarkusHanich, RonnyBenzekri, HoussamHoussamBenzekri2022-05-062022-05-062022https://publica.fraunhofer.de/handle/publica/416633Untersuchung chemischer Recyclingpotentiale von Polyamid 6 Kunststoffabfällen mittels Glykolyse Plastik findet heutzutage in unserem Alltag vielseitige Anwendung, es ist energiegünstiger im Vergleich zu anderen Werkstoffen (z.B. Metalle) herzustellen und ist aufgrund seines leichten Gewichts und seiner langlebigen Nutzungsdauer weit verbreitet. Die Kunststoffproduktion von Neuware in Deutschland betrug im Jahr 2019 rund 18,2 Mio. t, darunter entfallen rund 10,3 Mio. t Kunststoffneuware und ca. 7,9 Mio. t auf sonstige Materialien wie z.B. Klebstoffe, Farben, Lacke, Fasern. Am Ende der Nutzungsdauer fallen in Deutschland im Jahr 2019 rund 6,3 Mio. t Abfällen an. Die weltweit entstehenden Abfällen erzeugen ökologische, wirtschaftliche, technische und soziale Probleme, da während des gesamten Lebenszyklus von Kunststoffen, das heißt von der Herstellung über die Nutzungsdauer bis zur Entsorgung, der Plastikmüll Gesundheitsprobleme der Menschen, Umweltverschmutzung und Verschwindung von Ressourcen und Energie verursacht. Landet der Plastikmüll auf Deponien oder gelangt er in Flüssen und Ozeanen, so braucht er lange Zeit, bis er sich zersetzt, da die Mehrheit der Standardkunststoffe im Verpackungssektor biologisch nicht abbaubar sind. Zur Verminderung der negativen Effekte der Kunststoffabfälle auf unsere Gesundheit und Umwelt kommt das Recycling als Lösung zu einer geregelten Abfallbehandlung und zur Erreichung einer ressourceneffizienten stofflichen Rückführung von Sekundärrohstoffen in die Kreislaufwirtschaft. Das Ziel vom Recycling ist die Reduzierung der Ressourcenknappheit, Erreichung des Klimaschutzes bzw. der Kreislaufwirtschaft von Rohstoffen. Diese Ziele lassen sich unter anderem durch das chemische Recycling erreichen, indem hochwertige Sekundärrohstoffe (Monomere oder Ausgangstoffe) gewonnen werden. Eine Voraussetzung für chemische Abbaureaktionen ist das Vorhandensein von Heteroatomen in der Polymerkette, wie z.B. Ester-, Amid-, Urethan- oder Acetalverbindungen. Zu den Kunststoffklassen, die chemisch abgebaut werden, gehören Polyamide (PA), Polyester (z.B. PET), Polyurethane (PU) und Polyacetale (z.B. POM). Solvolyse ist ein allgemeiner Begriff der chemischen Depolymerisation und darunter kommen je nach dem eingesetzten Depolymerisationsmittel verschiedene Verfahren zum Einsatz (z.B. Glykolyse, Alkoholyse, Hydrolyse, Aminolyse und Acidolyse usw.). Diese Verfahren werden am liebsten bei sortenreinen Kunststoffabfällen eingesetzt. Bei gemischten Abfallströmen oder Abfällen, die aus verschiedenen Materialien bestehen (z.B. Verbundkunststoffe, Blends usw.) ist eine Vorreinigung durchzuführen, dafür werden die Abfälle zerkleinert und anhand mechanischer oder elektrostatischer Trennungsverfahren von Verunreinigung befreit. Zielstellung dieser Arbeit ist die Untersuchung von neuen chemischen Recycling-Verfahren von PA 6-Abfällen durch Einsatz von wenig aggressiven, umweltschädlichen und korrosiven Lösemitteln, wie z.B. Schwefelsäure, Ameisensäure, Dimethylformamid, Benzol, Chloroform, und möglicherweise bei milderen Bedingungen gegenüber dem aktuellen Stand der Technik. Bei Verbundstoffen thermoplastischer Basis soll ebenfalls die Rückgewinnung von Fasern berücksichtigt werden. Ein vollständiges Recycling lässt sich auf diese Weise erreichen, die Fasern können von der Matrix getrennt werden und das PA 6 wird zu e-Caprolactam abgebaut. Eine stoffliche Rückführung der Sekundärrohstoffe in die Kreislaufwirtschaft ist dann möglich. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Löslichkeit von PA 6-Abfällen in verschiedenen Lösemitteln untersucht, die eine geringe Toxizität aufweisen. Ziel der Löslichkeitsuntersuchung ist einerseits die Bestimmung der Löslichkeit, das bedeutet die Menge an löslichem PA 6 in einer definierten Menge an Lösemittel, andererseits die Bestimmung der maximalen Löslichkeit mit der Zeit. Eine gute Löslichkeit bedeutet, dass das Polymerknäuel mit Lösemittel gequollen wird, so sind die Polymerketten weit voneinander entfernet. Dies ermöglicht eine leichte Diffusion von Reaktanten. Nach Auswahl des Lösemittels wurde im zweiten Teil die Depolymerisation bei 190 °C in Ethylenglykol, 1,2-Propandiol und Benzylalkohol durchgeführt. Die Beschleunigung des Abbaus erfolgte durch Verwendung eines eutektischen Lösemittels als Katalysator, es geht um eine Kombination von 1,3-Dimethylharnstoff (1,3-DMU) und Zinkacetat Dihydrat (Zn(OAc)2.2H2O).deRecyclingKunststoffabfallPA 6660master thesis