Wetenschappelijk verpakt: Het ontinkten van plastic verpakkingen

Inkten en coatings kunnen in de recycling van plastics geur- en gelvorming veroorzaken door niet-hittestabiele componenten. Ze kunnen ook kleurverandering veroorzaken door pigmenten uit de inkt. Het volledig verwijderen van inkt en coating zou de recycling van bedrukte plastics aanzienlijk doen verbeteren. Onderzoeker Andrey Charkovskiy van inktproducent Siegwerk heeft het ontinkten van bedrukte plastic verpakkingen onderzocht.

Twee oplossingsrichtingen voor inktverwijdering

Als het om inkten gaat, stellen de onderzoekers dat twee oplossingsrichtingen de voorkeur hebben gekregen. Bij de eerste oplossing worden de niet-hittestabiele bindmiddelen gebaseerd op polyvinylchloride (PVC) en nitrocellulose (NC) vervangen door meer hittestabiele alternatieven, zoals polyvinylbutyral of polyurethaan. Voor sommige eindmarkten geeft dit een goed resultaat, omdat het recyclaat beter verwerkbaar is, maar verkleuring treedt nog steeds op. Bij de tweede oplossing wordt getracht de inkt volledig te verwijderen van het plastic voordat dit in een extruder terechtkomt.
Deels kan dit door mechanische processen waarbij labels en sleeves verwijderd worden gedurende malen en wassen. Dit werkt goed voor veel rigide verpakkingen, maar niet voor direct bedrukte verpakkingen, in-mould labels en flexibele  verpakkingen. Chemische processen, aangeduid met de term ontinkten (de-inking), zijn daarom als aanvullende techniek ontwikkeld.

Heet wassen

Veel oplossingen om inkt te verwijderen zijn mogelijk, maar heet wassen met natronloog heeft in de industrie de voorkeur gekregen. Een oplossing van natronloog (NaOH) in water van 85°C wordt op grote schaal gebruikt voor recycling van PET-flessen en -trays en voor polyolefinen verpakkingen, zoals bedrukte polypropeen bekers. De onderzoekers verwijzen naar onderzoek van Guo et al. waarbij gekeken is naar het gebruik van verschillende oplosmiddelen, wat de aanzet was van een groot onderzoeksproject waarbij de hele keten betrokken was (pigmentproducenten, converters en recyclers) en wat leidde tot DIN SPEC 91496, een reproduceerbare methode voor ontinkten. De methode gaat uit van wassen met 1% NaOH en 0,2% cetrimoniumchloride (CTAC), een oppervlakte-actieve stof, op variërende temperaturen van 40, 60 en 80°C gedurende 15 minuten. De behandeling van het water wordt ook meegenomen om een goede alkalische oplossing te behouden.

Wasprocedure cruciaal

De onderzoekers onderzochten een aantal verpakkingen met de procedure uit de norm. Polypropeen bekers bedrukt met kleuren rood, zwart en blauw zijn hiervoor gebruikt. Op labschaal zijn de bekers vermalen en daarna gereinigd met de genoemde  oplossing en onderzocht. Van de vermalen plastic bekers zijn de kleuren vergeleken waarbij de eenheid Delta-E gebruikt is, een eenheid om kleurverschillen weer te geven die veel gebruikt wordt door drukkers. Een Delta-E van 1 wordt gezien als de ondergrens van wat door mensen als kleurverschil waarneembaar is, maar dit kan verschillen per kleur. De onderzoekers hielden een Delta-E-ondergrens van 3 aan en kwamen tot uitkomsten van 0,5 tot 1,5 voor de laboratoriumtest.
Deze goede resultaten waren de opstart tot een test in een pilot plant van Krones AG waar een batch van ruim 500 kg bedrukte bekers vermalen en ontinkt is. De beginwaarden van Delta-E waren laag, maar liepen gedurende de dag langzaam op naar waarden die ook boven de 3 uitkwamen. De onderzoekers geven aan dat de wasprocedure van het water een cruciale factor is.

Huishoudafval

In een de volgende stap testten de onderzoekers het ontinkten van post consumer-huishoudafval. DKR 324 sorteerfracties Transparant en Wit, gesorteerd, koud gewassen en vermalen zijn hiervoor gebruikt. Als eerste zijn de fracties onderzocht. De transparante fractie bevatte naast transparante flakes blauwe stukjes met en zonder inkt, stukjes met restanten label eraan, direct bedrukte stukjes, en een aanzienlijk deel flexibele plastics afkomstig van sorteerfouten, labels en sleeves, zowel bedrukt als onbedrukt. Analyse van de witte fractie gaf een soortgelijk beeld. De ontinktprocedure gaf in eerste instantie een visuele verbetering weer. Van zowel stukjes rigide plastic als folie werden meer transparante deeltjes aangetroffen, waaruit geconcludeerd werd dat de procedure werkt en ook voor flexibele fracties resultaat oplevert. Daarnaast werden deeltjes gevonden die ingekleurd zijn en nog steeds bedrukt zijn. Deze laatstgenoemde fractie betreft de tussenlaags  bedrukte folies. Om te kijken of deze vervangen kunnen worden door oppervlaktebedrukking is aanvullend onderzoek uitgevoerd waarbij een folie op basis van PE bedrukt is en voorzien is van een tweecomponentenlak (overprint varnish, OPV). Als lak is een CIRKIT HeatGuard gekozen en de inkt is een electronbeam (EB) offset drukinkt. De folie is samengesteld om koffie te verpakken met een watergebaseerde zuurstofbarrière coating, CIRKIT Oxybar BC 1582, die als eerste is aangebracht op het oppervlak voor het bedrukken waarbij deze twee functies uitoefent (naast zuurstofbarrière versnelt de coating het loslaten van de inkt tijdens de wasprocedure). De folie is versnipperd en onderworpen aan de testprocedure. Uit de testresultaten bleek dat de inkt volledig van de folie af te wassen was, maar met de coating geleid had tot inktvlokken die niet weggespoeld waren. In een aanvullende test in een 20 liter Sorema-pilot reactor bleek dat de inkt door een hogere frictie volledig verwijderd werd.

Conclusies

De onderzoekers geven aan dat ontinkten grote mogelijkheden biedt en standaard opgenomen moet worden in de design for recycling-richtlijnen en dat door de juiste samenstelling van folies te kiezen hogere recyclingresultaten behaald kunnen worden. Een relevant onderzoek dat laat zien dat er  mogelijkheden liggen om tot betere recyclingresultaten te komen.