Wetenschappelijk verpakt: verpakkingsmaterialen vaker recyclen

Voor ieder materiaal bestaat een punt waarbij het verhogen van het percentage dat gerecycled wordt onevenredig veel energie en kosten met zich zal meebrengen. Indien 90% wordt ingezameld, 90% correct wordt gesorteerd, waarvan 90% omgezet wordt naar bruikbaar materiaal waarvan 90% wordt toegepast, dan komen we uit op 66%. Dit laat zien dat de recycledoelen uit de PPWR best wel ambitieus zijn.

Verliezen

Tijdens het hele proces van inzamelen tot opnieuw inzetten verliezen alle materialen kwaliteit. Bij metaal gaat het om legeringen en beschermlagen met coatings die opgenomen worden in de smelt, bij glas kunnen problemen ontstaan doordat consumenten drinkglazen en keramiek in de glasbak gooien. Bij de recycling van plastics wordt het materiaal mechanisch tot  stukjes verwerkt waarbij polymeerketens gebroken worden. Bij papier en karton worden vezels opnieuw verwerkt in water met mechanische processen, waardoor fibrillen afbreken en vezels korter en dunner worden doordat nieuwe fibrillen loskomen. Om hogere recyclingpercentages mogelijk te maken doet men onderzoek naar het herstellen van materialen of hoe ervoor gezorgd kan worden dat materialen minder kwaliteit verliezen, zowel bij papier als bij plastic.

Afnemende slagsterkte

PET heeft eigenschappen waardoor het materiaal zichzelf voor een deel herstelt tijdens het extruderen. Verbroken ketens zijn reactief en door de lage viscositeit van PET kunnen deze ketens elkaar vinden, wat leidt tot een soort van herstel. Dit kan ook actief gedaan worden. Het zullen niet de verbroken ketens zijn die elkaar weer weten te vinden, maar ketenopbouw vindt plaats. Alhoewel eigenschappen - zoals kristalliniteit - kunnen wijzigen, is dit gedrag een voordeel dat polyolefinen met hogere viscositeit niet hebben, de ketens zijn minder bewegelijk. In Spanje heeft Alejandro Guillema van Itene met collega-onderzoekers laten zien dat HDPE voor een deel repareerbaar is door peroxidegel en oligomeren toe te voegen in de extruder. Oligomeren zijn korte ketens van een aantal PE-monomeren die met het reactieve peroxide zorgen voor het verbinden van verbroken ketens. In het onderzoek werden HDPE-flessen versnipperd en met peroxidegel en de oligomeren opnieuw verwerkt tot flessen, (reactieve extrusie genoemd). Een kritisch aspect voor HDPE-flessen is de slagsterkte: een fles die valt mag niet breken of scheuren. Het is bekend dat bij recycling van HDPE de slagsterkte afneemt en na circa vier of vijf keer recyclen wordt een kritische grens bereikt. Ook de environmental stress cracking restistance, de weerstand van het materiaal tegen wisselende omgevingsomstandigheden neemt af. 

Cellulose vezels

De vraag is of cellulosevezels langer gebruikt kunnen worden door er anders mee om te gaan. Onderzoeker Mrittika Debnath van Department of Forest Biomaterials, North Carolina State University heeft met medeauteurs gekeken naar de verwerking van gerecyclede vezels die worden gebruikt voor het maken van golfkarton. Het percentage recyclaat dat toegepast wordt voor golfkarton is hoog en neemt nog steeds langzaam toe. Het maken van goede kwaliteit papier voor de liners en flute is daarom van groot belang. De vezels die gebruikt worden komen vaak vanuit ongesorteerd oud-papier en kennen diverse oorsprongen. Ze kenmerken zich volgens de onderzoekers door slechte eigenschappen om er papier van te maken, ze hebben een matige sterkte, de fysisch-chemische eigenschappen zijn niet goed door veranderingen van vezellengte, de vezels zwellen en verliezen flexibiliteit, de oppervlaktegesteldheid is matig, en er zijn contaminanten aanwezig. Met de toename van het aantal cycli dat vezels gerecycled worden nemen de waterafstotende eigenschappen geleidelijk af.

Maler met twee schijven

Om kwaliteitsverlies van het papier te verminderen worden verschillende strategieën toegepast. Het gebruiken van een maler met twee schijven (dubbel-disc refiner), het wijzigen van de samenstelling van de vezels door hoge kwaliteit vezels bij te mengen, of door droog-sterkte middelen toe te voegen. Tijdens het malen worden vezels in elkaar gedrukt en ondervinden ze wrijving wat leidt tot verandering van de vezeleigenschappen, inclusief interne en externe fibrillatie, dat is het loskomen van de fibrillen uit de vezels, het verkorten van de vezellengte, het ontstaan van fijnstof en vervorming van vezels.

Milde behandeling

De onderzoekers zijn de vezels op een andere wijze gaan behandelen. Ze hebben gekozen voor een milde mechanische behandeling zonder het ontwateren te beïnvloeden. Een hoge-frictie (high-shear) homogeniseerder is gebruikt op kleine schaal en de vezels zijn vergeleken met vezels die verwerkt zijn met een dubbeleschijfmaler en met een tandem van dubbeleschijfmaler met frictiehomogeniseerder. De vezellengte, concentratie van fijne deeltjes en fibrillatie van de methoden zijn met elkaar vergeleken. Handgeschepte vellen zijn gemaakt van vier varianten: onbehandelde, gehomogeniseerde, vermalen, vermalen plus gehomogeniseerde vezels. De resultaten tonen aan dat gehomogeniseerde vezels betere sterkte-eigenschappen hebben en dat de drainage (de mate waarin de vezels water doorlaten op de zeef) ook beter is dan dat van de andere gemaakte vellen. Gehomogeniseerde vezels verbeterden bulk, treksterkte en de kortstondige compressiesterkte zonder dat de drainage van de pulp verminderde. De onderzoekers stellen daarom voor om de wijze van behandelen van de vezels milder te maken waardoor de eigenschappen van de papiersoorten beter worden en de vezels langer mee kunnen gaan.