Charakterisierung von Mono- und Multimaterial-Kunststofffolien mittels FTIR-Spektroskopie

Zur Wahrung eines hohen Substitutionspotentials müssen Kunststoffe möglichst präzise charakterisiert und sortiert werden. Die Fourier-Transformations-Infrarot-Spektrometer (FTIR) mit ihren verschiedenen Messmethoden ist hierfür aufgrund ihrer kurzen Messzeit und zerstörungsfreien Analyse geeignet. In dieser Masterarbeit wurden Kunststofffolien mit bekannter Struktur (Polymertyp, Schichtdicke) sowohl ohne Probenvorbereitung, mit der abgeschwächten Totalreflexion (ATR), also auch mit geringer Probenvorbereitung, im Transmissionsmodus, gemessen. Anschließend wurden zur Erhöhung der Probenvielfalt und Feststellung der Übertragbarkeit auf Abfallproben, künstliche Laminate durch das Übereinanderlegen verschiedener Folien hergestellt. Zusätzlich wurden marktübliche Verpackungsproben (z. B. Standbeutel oder Tiefziehfolien) mit industrietypischen Spezifikationen (Polymertyp, Schichtreihenfolge) gemessen.
Die Spektren wurden mittels MATLAB qualitativ ausgewertet. Hierfür wurden polymerspezifische Banden recherchiert und zugeordnet. Insgesamt konnten neun Polymertypen (HDPE, MDPE, LLDPE, LDPE, PA, PP, EVOH, COC, PET) detektiert werden. Die Detektion des Polymertyps war abhängig von der Anzahl der eingesetzten Polymere sowie deren Schichtdicke.
Mithilfe der Transmissionstechnik konnte eine qualitative Unterscheidung zwischen den Monomaterialfolien LLDPE und HDPE getroffen werden. Multimaterialfolien mit denselben spezifischen Banden führen zu einer erschwerten Charakterisierung. Im Zuge dieser Arbeit wurde festgestellt, dass LLDPE und HDPE eine maximal bestimmbare Dicke von 100 µm und PET eine von 13 µm mit dem verwendeten Spektrometer (Agilent Cary 630) aufweisen. Daher ist aufgrund der polymerabhängigen Dicken diese Messtechnik begrenzt anwendbar.
Bei der Anwendung der ATR-Technik ist eine Unterscheidung zwischen LLDPE und HDPE limitiert möglich. Diese Technik eignet sich aufgrund der geringen Penetrationstiefe für die Detektion von Monomaterial-Folien. Die Bestimmung von Multimaterialfolien ist abhängig von Wellenzahl und Schichtdicke. Beispielsweise konnte festgestellt werden, dass bei einer Kunststofffolie mit einem Skinlayer von 1 µm PP und folgendem HDPE-Kern, dieser ausgeprägter nachweisbar ist als bei einer Kunststofffolie mit 2,5 µm Skinlayer.
In dieser Masterarbeit konnten durch das Übertragen von IR-spektroskopischen Grundlagenverständnis auf komplexe Verpackungsfolien Limitationen und Potenziale für die Praxis der Abfallcharakterisierung aufgezeigt werden.