Rezyklierbarkeit Da das eingesetzte Nano-Ferrit-Pigment wesentlich teurer ist als herkömmliche Streichpigmente, ist es von Interesse, die Materialien dem Produktionskreislauf zurückzuführen. Papier, Karton und Pappe können grundsätzlich stofflich
wie-beitung erzeugten Fertigprodukte auf der Basis von Papier, Karton und Pappe erfüllen müssen, macht jedoch häufig die Kombination mit anderen Materialien und Hilfsmitteln erforderlich. Dadurch kann die grundsätzlich gegebene Rezyk-lierbarkeit des Produkts eingeschränkt oder gar unmöglich gemacht werden.
Hauptziel der stofflichen Verwertung von Erzeugnissen aus Papier, Karton und Pappe ist das Recycling der papiereigenen Stoffe. Der Schwerpunkt liegt dabei üblicherweise fast ausschließlich auf der Rückgewinnung der Faserstoffe. Füll-stoffe und Pigmente werden noch keinem aktiven Recycling unterzogen, sind aber im vorliegenden Fall zusammen mit dem eingesetzten Zellstoff Haupt-Komponenten der Faserstoffsuspension. Aufgrund des hohen monetären Wer-tes bzw. der Qualität dieser Komponenten besitzen sie einen hohen Stellenwert hinsichtlich der stofflichen Wiederverwertung als Bestandteil des Faserstoffes und stellen damit einen wertvollen Rohstoff dar.
Ziel des Recyclings war hier neben der Rückgewinnung der Faserstoffe auch eine vollständige Wiederaufbereitung der Nano-Ferrit-Partikel. In Labormaßstab wurde deshalb untersucht, inwieweit die hergestellten Papiere so wieder aufbe-reitet werden können (Zerkleinern und Lösen in Wasser), dass die Nano-Ferrit-Partikel abgetrennt werden können.
Methode Die Rezyklierbarkeit der an der Technikumsanlage hergestellten Etiketten er-folgte nach PTS-Methode PTS-RH: 021/97 „Kennzeichnung der Rezyklierbar-keit von Packmitteln aus Papier, Karton und Pappe sowie von grafischen Druckerzeugnissen“. Unter Rezyklierbarkeit im Sinne dieser Prüfmethode ist die Eigenschaft eines gebrauchten oder gebrauchsfähigen Produktes aus Papier, Karton oder Pappe zu verstehen, in einer den anerkannten Regeln der Technik entsprechenden Altpapieraufbereitungsanlage so aufbereitbar zu sein, dass der erzeugte Altpapierstoff die störungsfreie Herstellung eines qualitativ akzeptab-len, altpapierhaltigen Neupapiers erlaubt.
Die Kriterien, die zur Bewertung der Rezyklierbarkeit herangezogen werden, sind:
• stippenfreie Zerfaserbarkeit,
• störungsfreie Blattbildung (Fehlen klebender Verunreinigungen und opti-scher Inhomogenitäten (Schmutzpunkte)).
Rezyklierbarkeits
prüfung Die Rezyklierbarkeit wird durch Prüfung der stippenfreien Zerfaserbarkeit des Probenmaterials und durch die Prüfung der störungsfreien Blattbildung (Blatt-klebetest, visuelle Beurteilung von Laborblättern des zerfaserten Stoffes auf vorhandene optische Inhomogenitäten) gekennzeichnet.
Bewertung der
Rezyklierbarkeit Etikettenpapier mit Klebeschicht ohne Vorstrich:
1. Stippenfreie Zerfaserbarkeit:
Die Probe ließ sich sehr gut zerfasern. Der Rückstand auf der Lochplatte war <1%.
2. Laborprüfblätter:
Prüfblätter aus dem Gesamtstoff:
Die aus dem Gesamtstoff hergestellten Prüfblätter zeigten beim Blattklebe-test Haftwirkung. Die Haftwirkung trat an den Stellen auf, an denen Kleb-stoffpartikel in das Blatt eingelagert waren.
Die Prüfblätter wiesen optische Inhomogenität (dunkelbraune Punkte) auf.
Prüfblätter aus dem Durchgangsstoff (Gutstoff) der Sortierung:
Die aus dem Durchgangsstoff hergestellten Prüfblätter zeigten beim Blatt-klebetest keine Haftwirkung.
Die Prüfblätter wiesen optische Inhomogenität (dunkelbraune Punkte) auf.
Etikettenpapier mit Klebeschicht mit Vorstrich:
1. Stippenfreie Zerfaserbarkeit:
Die Probe ließ sich sehr gut zerfasern. Der Rückstand auf der Lochplatte war <1%.
2. Laborprüfblätter:
Prüfblätter aus dem Gesamtstoff:
Die aus dem Gesamtstoff hergestellten Prüfblätter zeigten beim Blattklebe-test Haftwirkung. Die Haftwirkung trat an den Stellen auf, an denen Kleb-stoffpartikel in das Blatt eingelagert waren.
Die Prüfblätter wiesen optische Inhomogenität (dunkelbraune Punkte) auf.
Prüfblätter aus dem Durchgangsstoff (Gutstoff) der Sortierung:
Die aus dem Durchgangsstoff hergestellten Prüfblätter zeigten beim Blatt-klebetest keine Haftwirkung.
Die Prüfblätter wiesen optische Inhomogenität (dunkelbraune Punkte) auf.
Gesamtbewer-tung Aufgrund der durchgeführten Rezyklierbarkeitsprüfung und entsprechend den Kriterien der PTS-Methode PTS-RH: 021/97 werden die Etikettenpapiere mit Klebeschicht wie folgt bewertet: „Wegen optischer Inhomogenitäten im aufberei-teten Stoff nur bedingt rezyklierbar"
Die Qualitätsbeeinträchtigung durch die Schmutzpunkte kann gegebenenfalls durch eine wirksame Dispergierung reduziert werden.
Über eventuelle Abwasserbelastungen durch die Aufbereitung der Probe kön-nen keine Aussagen gemacht werden.
Wiedergewinnun g MagSilca Parti-kel
Mit den Mustern aus den Technikumsversuchen wurde untersucht, ob die Mög-lichkeit besteht, die MagSilica-Partikel aus den Etiketten wiederzugewinnen.
Hierzu wurde nach der Veraschung der Etiketten versucht, die magnetischen Partikel herauszulösen.
Reststoffrecyclin g –
Zerfasern, Sortieren und Veraschen
Die mit der Klebeschicht beschichteten Papiere wurden in einem Standard-Desintegrator als eine Suspension (Wasser + Papierschnitzel, 40°C, 5% Stoff-dichte) bei einer Drehzahl von 3000 U/min 20 Minuten zerfasert. Anschließend wurden die aufgeweichten Suspensionen mittels eines 150µm-Filters abfiltriert.
Die Filterkuchen wurden anschließend verascht, da eine vollständige Trennung zwischen Papierfasern und dem Nano-Ferrit-Pigmenten nicht zu erreichen war.
Die abfiltrierten, wässrigen Phasen beinhalteten vermutlich ebenfalls noch Na-no-Ferrit-Pigmente, da das Filtrat eine leicht bräunliche Färbung aufwies. Es war jedoch nicht möglich, die magnetischen Nano-Ferrit-Pigmente unter Einsatz eines Dauermagneten aus der Lösung zurückzugewinnen. Eine weitere Alter-native durch Zentrifugieren der Lösung mit anschließendem Trocknen der se-dimentierten Nano-Ferrit-Partikel war ebenfalls nicht erfolgreich.
Einen Überblick über den Recycling-Prozess der beschichteten Papiermuster gibt Abbildung 30.
Abbildung 30: Überblick über den Recycling-Prozess von Nano-Ferrit-Partikeln
Untersuchung mit Rasterelekt-ronenmikroskop (REM / RMA)
Die nach der Zerfaserung aus dem Filterkuchen gewonnen Ascherückstände wurden in einem REM mittels Röntgenmikroanalyse (RMA) analysiert. Zum Vergleich wurde das eingesetzte Nano-Ferrit-Pigment analog untersucht. In den REM-Aufnahmen (vgl. Abbildung unten) ist zu erkennen, dass im Ascherück-stand überwiegend Streichfarben- bzw. Füllstoffpigmente enthalten sind und nur ein marginaler Anteil des Ascherückstands aus Nano-Ferrit-Pigmenten besteht.
Dies wird auch durch die RMA-Spektren bestätigt (vgl. Abbildung). Die Spektren zeigen ein deutliches Übergewicht von Calcium (Ca) und etwas weniger von den Elementen Aluminium (Al) und Silizium (Si) im Ascherückstand. Dies ist ei-ne typische Anordnung für die Pigmente Calciumcarbonat und Kaolin. Der Ei-sen-Peak (FE) bei ca. 6,5 keV besitzt nur eine sehr geringe Intensität. Im Ge-gensatz dazu ist beim reinen Nano-Ferrit-Pigment natürlich ein sehr deutlicher Eisen-Peak (FE) und ein ausgeprägter Silizium-Peak (Si) zu erkennen. Das
spiegelt die Zusammensetzung der MagSilica®-Partikel wieder. Auf Grund des geringen Ferritgehalts im Glührückstand war eine Isolierung der Nano-Ferrit-Partikel mit den vorhandenen Labormethoden nicht möglich.
Abbildung 31: REM-Aufnahmen von Ascherückstand (links) und eingesetzten Nano-Ferrit-Pigment (rechts)
Abbildung 32: RMA-Spektren von Ascherückstand (links) und eingesetzten Na-no-Ferrit-Pigment (rechts; Au-Peaks für Gold sind auf die Proben-präparation zurückzuführen)
Ergebnis Die im Rahmen dieses Forschungsprojekts hergestellten mit Klebstoff beschich-teten Papiermuster wurden gemäß der obigen Beschreibung behandelt. Durch eine Kombination aus Veraschen, Zentrifugieren/Trocknen sowie magnetischer Trennung konnte das anfangs eingesetzte Nano-Ferrit-Pulver nicht zurück ge-wonnen werden. Die Vermischung mit den vorhandenen Streichfarbenpigmen-ten war auf Grund der relativ geringen Einsatzmenge des Nano-Ferrits (< 1%
im beschichteten Papier) zu stark. Der Versuch der magnetischen Trennung, um das Nano-Ferrit-Pulver wieder zu isolieren und zurückzugewinnen, war nicht erfolgreich.
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