Verkenning maximaal haalbarekwaliteiten gerecyclede PET uit schalen: Praktische studie naar de maximaal haalbare kwaliteit van mechanisch gerecyclede PET uit schalen

Research output: Book/ReportReportProfessional

Abstract

Dit rapport beschrijft een technische verkenning naar de maximaal haalbare kwaliteit gerecycled poly(ethyleen tereftalaat) (rPET) die verkregen kan worden uit PET-schalen met een mechanisch recyclingproces. PET is een veel gebruikt verpakkingsmateriaal voor verschillende verse levensmiddelen als vlees, vis, kaas, maaltijdsalades, noten, etc. Voor flessen zijn goed functionerende mechanische recyclingprocessen ontwikkeld waarmee food-grade rPET wordt verkregen. Voor de grotere markt van PET-schalen is dit tot nu toe nog niet op industriële schaal gelukt, ondanks meerdere pogingen door verschillende bedrijven. Deze pogingen om uit het sorteerproduct PET-schalen PET te recyclen zijn tot nu toe gestrand op te lage massa-opbrengsten PET-product, teveel afvalstromen en een te lage kwaliteit van het eindproduct. PET-schalen zijn een ingewikkelde grondstof: ze zijn divers in grootte, kleur en samenstelling. Bovendien bestaan PET-schalen uit meerdere componenten en materialen. Mede hierdoor zijn er ook problemen met de kwaliteit van het gerecyclede PET materiaal, die de toepasbaarheid van het gerecyclede PET-materiaal aanzienlijk beperken. Om te bepalen wat de maximaal haalbare kwaliteit gerecycled PET uit schalen is, werden vier soorten schone PET-schalen getest in dit onderzoek. Het ging hier om mono-PET-schalen, maar ook om schalen met een sealmedium, een PE-laag of een rest top-folie. Al deze soorten schalen werden apart van elkaar gemalen, gedroogd, geëxtrudeerd en spuit-gegoten tot testsamples. De materiaaleigenschappen van deze mechanisch gerecyclede schalen-PET-soorten werden bestudeerd in relatie tot de samenstelling van de ingaande PET-schalen. Hieruit bleek dat gerecycled PET gemaakt van zuivere PET-schalen, waaraan dus geen sealmedium is toegevoegd, transparant en nauwelijks gekleurd is. Helaas was de intrinsieke viscositeitswaarde van dit soort gerecycled PET veel te laag, waardoor het materiaal te bros wordt. Dit materiaal zal eerst een nacondensatie-proces moeten ondergaan. Hierna zal dit materiaal sterker zijn, eenvoudiger te verwerken en breder toe te passen. Een andere en aanvullende optie om de intrinsieke viscositeit te verhogen is bijmengen met nieuw PET. In het geval de grondstof voor recycling nog een sealmedium of een restant top-folie bevat, wordt het gerecyclede PET grijs en ondoorzichtig. De intrinsieke viscositeitwaarden voor deze typen gerecycled PET waren wel iets beter, maar eigenlijk nog steeds te laag om goed te kunnen verwerken. Ook deze soorten gerecycled PET zullen dus een nacondensatie moeten ondergaan. Voor deze soorten gerecycled PET bestaat momenteel geen markt van betekenis. Deze resultaten laten zien dat de gewenste kwaliteit van transparante gerecyclede PET alleen kan worden verkregen uit PET-schalen die ook echt alleen uit PET bestaan en waaraan dus geen andere materialen zijn toegevoegd. Dit betekent dat PET-schalen die ontworpen worden voor mechanische recycling alleen uit PET mogen bestaan en uit andere verpakkingscomponenten (zoals labels) die met zeer hoge efficiëntie kunnen worden afgescheiden tijdens het wasproces. Overigens is de afwasbaarheid van verpakkingscomponenten niet onderzocht in deze studie, aangezien dit buiten de opdrachtbeschrijving valt. Deze studie opent – op basis van de eigenschappen van het gerecyclede materiaal - mogelijkheden voor de mechanische recycling van een deel van de PET-schalen. Het gaat om het deel waarvoor een gegarandeerde luchtdichte afsluiting niet noodzakelijk is, en waarvoor dus geen sealmedium nodig is, zoals bij klemdeksels voor druiven, tomaten, zacht-fruit, noten, etc. Voor PET-schalen die wel gegarandeerd luchtdicht afgesloten moeten worden (vlees, vis, kaas, vleeswaar, vleesvervangers, etc.) is een seal-systeem nodig dat of verenigbaar is met PET of volledig afgescheiden kan worden in het mechanische recyclingproces. Om verder te komen met de mechanische recycling van PET-schalen is meer onderzoek naar een dergelijk sealsysteem en de afwasbaarheid daarvan in een mechanisch recyclingproces noodzakelijk. In de tussentijd kan alleen een beperkte hoeveelheid PET-schalen mechanisch worden gerecycled mits er een sorteertechnologie wordt ontwikkeld om de zuivere PET-schalen uit het mengsel van PET-schalen te halen. Los hiervan, blijven er nog uitdagingen met het beperkte massa-rendement van het mechanische recycling proces.---A technical exploration study has been executed to define the maximal achievable quality of recycled poly(ethylene terephthalate) (rPET) that can be made from PET trays with a standard mechanical recycling process. PET is a versatile packaging material used to package multiple fresh food products such as meat, fish, cheese, salads, nuts, etc. Multiple recycling processes have been developed for PET bottles that deliver food-grade rPET. For the larger market of PET trays this has not been successful, yet, on an industrial scale, despite multiple attempts by various companies. The attempts to process the sorted product PET trays into recycled PET have failed because of low mass yields for the PET product, large volumes of waste being generated and insufficient quality of the final product. Sorted PET trays are a complicated feedstock. It is heterogeneous in size, colour and composition. Moreover, PET trays are composed of multiple components and materials. This translates in quality issues with the recycled PET material, which limit the applicability of the PET material largely. To determine the maximum achievable quality of rPET that can be made from trays, four types of trays were studied. It involved PET trays that were composed of only PET, but also PET trays with a sealing layer on the flange, PET trays with a PE coating on the inside and PET trays with sealing layers and residues of top-film. All these trays were separately comminuted, dried, extruded and injection moulded into test specimen. The material properties of the mechanically recycled PET trays were studied in relation to the composition of the feedstock trays. This revealed that recycled PET made from pure PET trays, to which no seal medium has been added, is transparent and hardly coloured. The intrinsic viscosity of this type of recycled PET is unfortunately too low, which results in a brittle material. This material will first have to be subjected to a solid-state post-condensation process. This will make the material stronger, easier to process and wider applicable. An additional and alternative option to increase the intrinsic viscosity is to mix with virgin PET. In case the feedstock contains a seal medium or a residue of top-film the rPET turns grey and hazy. Although the intrinsic viscosities of these types of rPET were slightly better, they are still too low to process the material smoothly. Also these types of rPET will need to be subjected to solid state postcondensation. For these types of recycled PET there is currently no market of significance. These results show that the desired quality of transparent recycled PET can only be obtained from PET trays that are solely composed of PET and to which no other material has been added. This implies that PET trays that are designed for mechanical recycling are only allowed to be composed of PET and the packaging components (such as labels) should be removed during recycling with very high separation efficiencies. The removal efficiency of packaging components during the washing step of the recycling process was not analysed, as this fell outside the scope of this study. According to this study the mechanical recycling should be possible for the subset of PET trays that does not rely on a gas tight closure of the trays, such as clam shells for grapes, tomatoes, soft fruit, nuts, etc. For PET trays used in modified atmosphere packages, that hence need to be sealed hermetically (meat, fish, cheese, cured meats, meat replacements, etc.), first a sealing system is required that is either compatible with PET or can be completely removed during recycling. To progress with the mechanical recycling of PET trays, further research into such a sealing system, including its removal during a mechanical recycling process, is paramount. In the meantime, only a limited amount of PET trays can be mechanically recycled, provided that a sorting technology is developed that can sort out pure PET trays from a mixture of PET trays. Besides these challenges, also the limited mass yield of the mechanical recycling process for PET trays has to be resolved.
Original languageDutch
Place of PublicationWageningen
PublisherWageningen Food & Biobased Research
Number of pages37
ISBN (Electronic)9789463954662
DOIs
Publication statusPublished - Jul 2020

Publication series

NameRapport / Wageningen Food & Biobased Research
No.2069

Cite this