Die Herstellung und das Recycling von PET-Flaschen und ihre Risiken für die Gesundheit


Studienarbeit, 2017

58 Seiten, Note: 1,7


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungen

1 Einleitung

2 Polyethylenterephthalat
2.1 Geschichte und Herkunft des Kunststoffs
2.2 Allgemein
2.3 Herstellung von PET
2.4 Eigenschaften von PET

3 Die PET-Flasche
3.1 Geschichte
3.2 Unterschied Einweg-/ Mehrwegflasche
3.2.1 Unterschiede im Pfandsystem
3.2.2 Reinigung
3.2.2.1 Reinigung der PET-Flaschen
3.2.2.2 Reinigung der Kästen
3.2.3 Herstellung und Abfüllung von Mehrwegflaschen
3.3 Der Kreislauf der PET-Flasche

4 Herstellung der PET-Flasche
4.1 Allgemeiner Ablauf der Herstellung
4.2 Das PET-Granulat
4.3 Herstellung der Preform
4.4 Die fertige PET-Flasche
4.5 Wandel der PET-Flaschen
4.5.1 Reduzierung von Material
4.5.2 Direktdruck auf der Flasche
4.5.3 Einsparungen des Verpackungsmaterials

5 Abfüllung der PET-Flaschen

6 Verkauf der PET-Flaschen

7 Sammlung der PET-Flaschen
7.1 Die Pfandpflicht in Deutschland
7.2 Die Sammlung im Supermarkt

8 Rücktransport der PET-Flaschen

9 Sortierung der PET-Flaschen

10 Die Rückgewinnung
10.1 Gesetzliche Regelung
10.2 Bottle-to-Bottle Recycling
10.3 Herstellung des Recyclats

11 Risiken für die Gesundheit
11.1 Einleitung
11.2 Weichmacher
11.2.1 Aufbau und Funktion der Weichmacher
11.2.2 Gesundheitliche Risiken von Weichmachern
11.3 Bisphenol A (BPA)
11.3.1 Aufbau und Vorkommen
11.3.2 Gesundheitliche Risiken von BPA

12 Fazit

Abbildungsverzeichnis

Literaturverzeichnis

Abkürzungen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Innerhalb Europas wird in den letzten Jahren ein steigenden pro Kopf Verbrauch an Erfrischungsgetränken mit anhaltender Prognose verzeichnet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Absatz pro Kopf im Markt für alkoholfreie Getränke1

Bei gleichbleibendem Anteil an Soft Drinks (CSD) und Säften steigt der Verbrauch an Mineralwasser in Europa kontinuierlich. (siehe Abb. 1)

Während in Deutschland, ein typisches Mehrweg-Vorzeigeland, der Anteil der Mehrweg-Glasflasche in den letzten 15 Jahren von knapp 65% auf unter 25% sank und der Anteil an PET-Mehrwegflaschen relativ gleich blieb, stieg der PET-Einweg Anteil im gleichen Zeitraum um den gleichen Marktanteil. (Zahlen stammen vom Verband Deutscher Mineralbrunnen e.V.)2

Einen entscheidenden Anteil daran hat sicherlich die Abkehr von der klassischen Mineralwasserflasche, der GDB Perlenflasche, auch Brunnenflasche genannt.

Fast jeder hatte sie schon einmal in der Hand. Die Rede ist von der Perlenflasche für natürliches Mineralwasser, einer Flasche mit schlanker Taille und den 230 Perlen, die ihr ihren Namen geben. Die Perlen sollen die Frische von Mineralwasser und das Prickeln der Kohlensäure repräsentieren. Seit ihrer Einführung im Jahr 1969 wurden mehr als fünf Milliarden Perlenflaschen produziert und von über rund 180 Mineral- brunnenunternehmen in Umlauf gebracht. Die Individualisierung erfolgt hier durch eine herstellerspezifische Etikettierung. Viele nutzen diese Flasche. Das Leergut muss nicht zwingend zum Erzeuger zurückgebracht werden, da sie als Poolflaschen von allen Brunnen benutzt wurde.3 Viele Anbieter, der Wettbewerbsdruck und die wachsende Tendenz der Differenzierung der Marktbegleiter leiteten die Abkehr von der Gemeinschaftsflasche ein und stellte die Hersteller auch vor wachsende Herausforderungen in der Logistik, besonders die des Leerguts.

So stieg der Anteil an Individualflaschen, die nur von einem einzigen Unternehmen verwendet werden. Sie tragen häufig individuelle Reliefs oder Prägungen und machen daher eine Nutzung durch andere Unternehmen unmöglich.

Durch neue Auslöser, wie zum Beispiel den Carbon Footprint zu vermeiden, sollten Flaschen aus einem anderen Material wie Glas entwickelt werden.4 Eine der getroffenen Maßnahmen ist die Reduzierung der Verpackung aber auch beispielsweise die Vermeidung unnötiger Transportwegen, hier der lange Rücktransport von Leergut.

Bei Verwendung von Mehrwegglasflaschen transportiert man 1,3kg bei 0,75l (=0,75kg) Getränk. Das ist nur ca. 58% Nutzlast und die nahezu gleiche Last an Leergut. Anders kann man auch sagen; die Verwendung einer Einwegverpackung reduziert die logistischen Aufwendungen auf quasi die Hälfte.

Glas als Verpackung für Getränke ist bekannt und anerkannt. Bei der Auswahl alternative Verpackungen sind neben den eben genannten wirtschaftlichen Aspekten auch andere wie das Handling, Akzeptanz und gesundheitliche Gesichtspunkte von großer Bedeutung.

Besonders Kunststoffe stehen im Verdacht durch Migration von Kohlen- Wasserstoff Verbindungen ins Packgut, diese negativ zu beeinflussen. Das haben Forscher mehrerer Universitäten in Experimenten herausgefunden. Es migrieren Chemikalien mit hormonähnlicher Wirkung aus dem Verpackungsmaterial ins Getränk. Man geht davon aus, dass deren Wirkung auf den menschlichen Körper gravierend sein kann. Laut Angaben des Naturschutzbundes Deutschland (Nabu) sind die Konzentrationen, die in PET-Flaschen nachgewiesen werden konnten allerdings so gering, dass die Getränke gesundheitlich unbedenklich sind.5 Diese Studienarbeit soll die Herstellung, die Abfüllung, das Recycling und die gesundheitlichen Risiken von PET-Flaschen nun beleuchten und einen Einblick in die Thematik verschaffen.

2 Polyethylenterephthalat

2.1 Geschichte und Herkunft des Kunststoffs

Schon 1953 begann in den USA die erste Großproduktion von PET. Ursprünglich geht es aber auf die Erfinder John Rex Whinfield (1902 - 19666 ) und J.T. Dickson zurück, denen 1941 in Großbritannien erstmals die Herstellung von PET gelang. Aufgrund des Zweiten Weltkrieges konnten weitere Entwicklungsarbeiten zunächst nicht durchgeführt werden und die Herstellung wurde zum Geheimpatent erklärt.

In den 1970er Jahren breitete sich die Produktion dann weltweit aus und die ersten Erfolge konnte man in der Textilbranche erkennen, denn Polyethylenterephthalat nahm die führende Stellung der Synthetikfasern ein. Das Hauptherstellerland von PET ist mittlerweile China.7

2.2 Allgemein

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: chemische Struktur von PET8

Polyethylenterephthalat (abgekürzt PET) ist ein technisch hergestellter thermoplastischer Kunststoff und gehört zur Familie der Polyester (Polymere mit Esterfunktionen in ihrer Hauptkette9 ). Hergestellt wird er durch ein Verfahren namens Polykondensation.10

Wie alle Polymere besteht PET aus langen, sich wiederholenden Molekülketten.

Das PET, welches zur Herstellung von Flaschen verwendet wird, hat in der Regel 100 bis 120 solcher Molekülketten.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: Schema der Polykondensation11

Bei der Polykondensation laufen stufenweise Kondensationsreaktionen ab, bei denen von mehreren niedrigmolekularen Stoffen (Monomeren) einfach gebaute Moleküle abgespalten werden (meinst Wasser).

Somit entsteht ein Granulat. Dieses gehört schon zur Gattung der Kunststoffe.12

Besteht das Granulat nur aus einer Monomerart, bezeichnet man es als homogenes Polymer. Häufig wird aber ein zweites Monomer beigemischt (sog. Co-Monomer), um die Eigenschaften des Granulats zu beeinflussen. Dieses wird dann Co-Polymer genannt. Beide Formen des PET-Granulats werden eingesetzt.13

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Monomere, aus denen PET hergestellt wird, sind Terephthalsäure und Ethlylenglkol.14 Beide Stoffe werden ebenfalls technisch hergestellt.15 16

Etwa 6% aller produzierten Kunststoffe sind PET. Es ist somit einer der bedeutendsten Thermoplaste. Die genaueren Eigenschaften von PET hängen von der Kristallinität ab. Insgesamt ist PET sehr beständig gegenüber verdünnten Säuren, Fetten, Ölen und Alkoholen.17

Das fertige PET wird dann hauptsächlich zur Herstellung von Fasern, Folien, Formmassen und Hohlkörpern verwendet.

Wegen seiner guten Gewebeverträglichkeit wird PET auch als Werkstoff für Gefäßprothesen (Implantat, das natürliche Blutgefäße ersetzt18 ) genutzt.

Es kann amorph verarbeitet werden und ist in dieser Form absolut farblos und von hoher Lichtdurchlässigkeit.19

2.3 Herstellung von PET

Es gibt einige chemische Wege zur Herstellung von PET. Prinzipiell ist es jedoch eine Verbindung von zwei Säuren und einem Alkohol, beispielsweise TPA (Terephthalsäure) oder Para-Phthalsäure (C8H6O4) und (Mono-) Ethylenglycol (MEG; Trivialname Glykol bzw. Glycol) (C2H6O2).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 4: Schema der Polymerisation20

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 5: durch Polykondensation hergestelltes PET21

Beide Komponenten werden verestert, als Abfallprodukt entsteht Wasser.

Durch diese chemische Reaktion können sich die Moleküle zu langen Ketten verbinden. Diese Veresterungsreaktion ist reversibel („umkehrbar“22 ), und der Schlüssel zum Verständnis von PET und dessen Verhalten.

Kommerziell erfolgt die Polymerisation in zwei Stufen.

In der großtechnischen Herstellung bei neueren Verfahren wird als erstes Ethandiol mit Terephthalsäure direkt verestert.

Bei diesem Schritt wird PET in teilkristalliner Form bevorzugt, es kristallisiert jedoch spontan nur sehr langsam, weshalb Nukleierungsmittel (Hilfsmittel, die die Erstarrung der flüssigen Polymere beschleunigen23 ) eingesetzt werden. Dadurch wird eine schnellere und gleichmäßigere Kristallisation der Schmelze erreicht, was letztendlich zu einem höheren Ertrag führt.

Um die Polymerisation fortzusetzen wird die sogenannte Festphasenpolykondensation, auch SSP-Verfahren (Solid State Polycondensation) eingesetzt. Das ist ein Verfahren, bei dem die Polymerkettenlänge durch Wärme in Abwesenheit von Sauerstoff und Wasser entweder mittels Vakuum oder durch Spülen mit einem Inertgas (reaktionsträges Gas24 ) erhöht wird.

Es ist ein wichtiger Schritt, der häufig nach der Schmelzpolymerisation verwendet wird, um die mechanischen und fließtechnischen Eigenschaften von Polymeren vor dem Spritzblasformen oder Extrudieren (unter Druck in Form pressen25 ) zu verbessern. Die SSP-Technik ist weit verbreitet in der industriellen Herstellung von Flaschen-PET, Folien und industriellen Fasern. Bei den beiden chemischen Hauptreaktionen werden unterschiedliche Katalysatoren benötigt um PET herzustellen. Spezielle Katalysatorkombinationen verbessern die Farbe oder erhöhen die Barriereeigenschaften (Durchlässigkeit von Dämpfen und Gasen26 ) des Endprodukts. Da die Katalysatorreste im PET auch nach der weiteren Verarbeitung vorhanden sind werden unterschiedliche Typen von PET von verschiedenen Herstellern für jeweils unterschiedliche Anwendungen bereitgehalten.27

2.4 Eigenschaften von PET

PET verzweigt sich nicht, jedes Molekül bildet eine lange lineare Kette.

Die Polymerkettenlänge in PET bestimmt das Molekulargewicht des Materials und damit die physikalischen Eigenschaften, die PET zu einem so nützlichen Verpackungsmaterial machen.

Ein wichtiges Qualitätsmerkmal ist die intrinsische Viskosität (IV), auch Grenzviskosität genannt. Sie ist ein Maß für das Molekulargewicht eines Polymers und spiegelt seinen Schmelzpunkt, seine Kristallinität und seine Zugfestigkeit wider.

Die Grenzviskosität wird im Rahmen der Spezifikation verwendet, um die richtige PET-Klasse für eine bestimmte Anwendung auszuwählen und wird an verschiedenen Stellen der Lieferkette gemessen.

Die klassische Bandbreite für PET Flaschen der Getränkeindustrie liegt zwischen 0,75 und 0,86.28

PET Co-Polymere werden häufig modifiziert, indem man ein paar Prozent eines der Ausgangskomponenten durch ein anderes Monomer ersetzt.

Welche Ersatzmonomere verwendet werden (beispielsweise Cydohexondimethonol CHDM oder Isophtholic acid IPA) ist hersteller-spezifisch.

Die sich ergebenden Strukturen sind beispielsweise:29

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Verwendung von Co-Polymeren kann besonders bei der Herstellung der Preform (siehe Kapitel 4.3) einige Vorteile haben:

1. Co-Polymere kristallisieren langsamer als homogene Polymere, wodurch es einfacher wird klare Preforms herzustellen.
2. Co-Polymere sind im Extruder aufgrund des niedrigen Schmelzpunkts und der niedrigen Kristallinität einfacher zu schmelzen.
3. Co-Polymere verleihen der Flasche eine bessere Spannungsrissbeständigkeit. (besteht aus der Spannungsrissbildung und dem Spannungsrisswiderstand, der einem Versagen entgegenwirkt30 )

Die allgemeinen Effekte von erhöhter intrinsischer Viskosität und der Verwendung von Co-Polymeren sind hier nochmal in einer Tabelle zusammengefasst.31

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 6: Allgemeine Effekte mehrerer Faktoren auf das PET32

PET ist ein halbkristallines Granulat. Das Wort "kristallin" bezieht sich auf einen Bereich von geordneten Ketten, im Gegensatz zu amorphen Strukturen, bei denen die Polymerketten fehlen. Geschmolzenes PET ist per Definition amorph.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 7: unterschiedliche Strukturen33

Wenn die Polymere amorph sind kann man die Molekülketten mit einem verworrenen Netz von Spaghetti oder Federn vergleichen. Die Analogie zu verwickelten, gedehnten Federn eignet sich besonders für semikristalline Polymere, weil unter bestimmten Bedingungen diese Polymerketten dazu neigen, geordnete, kristalline Regionen zu bilden, wodurch sich eine dicht gepackte Matrix (Array) bildet. Dieser Bereich hat eine höhere Dichte als im amorphen Zustand.

Beim Streckblasformen werden die amorphen Ketten in der Preform (siehe Kapitel 4.3) gestreckt und ausgedehnt. Dabei wird das Material auch in seiner kristallinen Struktur verändert und die Ketten werden in Richtung ihrer Beanspruchung ausgerichtet.

Diese gewollte linear geordnete Struktur über den gesamten Bereich (sog. spannungsinduzierte Kristallinität) ist eine notwendige Voraussetzung für die mechanische Festigkeit der Flaschen nach dem Streck-Blas-Vorgang.

Insgesamt tritt PET also in drei Formen auf:34

Amorph, nicht orientiert und klar wie z.B. in den Preforms oder im geschmolzenen PET-Granulat

Thermisch kristallisiert (durch die Temperatur) als PET-Granulat

letztendlich dehnungsinduziert kristallisiert wie in den Seitenwänden der Flaschen

3 Die PET-Flasche

3.1 Geschichte

Die Geschichte der PET-Flasche geht zurück auf die späten 1960er Jahre. Nathaniel Wyeth, ein amerikanischer Forscher, entwickelte das PET weiter und machte es formbar. Anschließend stellten amerikanische und deutsche Maschinenbauunternehmen erste Maschinen zur Herstellung von Kunststoffflaschen her.

1978 wurde dann von Coca Cola erstmals die 2-Liter-Flasche aus PET eingeführt.

Diese Flasche hatte zunächst eine Bodenschale aus anderem Kunststoff, sodass die Flasche trotz des großen Innendrucks stehen konnte.

In Deutschland führte die Coca Cola GmbH 1987 zuerst eine 1,5-Liter- Einwegflasche und 1990 dann eine 1,5-Liter-Mehrwegflasche ein, die damals als „unkaputtbar“ galt.

In den 1990er Jahren konnten auch auf dem gesamten Markt einteilige PET- Flaschen hergestellt werden (Flasche und Flaschenboden aus PET).35 Im Jahr 2000 wurde erstmalig eine Ökobilanz für Getränkeverpackungen im Auftrag des Umweltbundesamtes angefertigt.36 Durch diese Forschungen sollten umweltrelevante Stoffe und die Energieströme von Verpackungsmaterialien auf dem Markt zusammengestellt werden.37 Nach Einführung der Pfandpflicht für viele PET-Einwegflaschen im Jahr 2003, wurde im Bereich der Gewichtsverringerung bei den Flaschen viel geforscht und entwickelt, um den Transport und das Recycling (Wiederverwertung oder Wiederaufbereitung38 ) effizienter zu gestalten. Nachdem bei der Herstellung noch Senkungen des Energieverbrauchs erreicht wurden, gelang es der Branche, die Umwelteigenschaften der PET-Flaschen zu verbessern. Im Jahr 2010 wurde dann durch eine vom Forum PET in Auftrag gegebene Studie belegt, dass die weit verbreitete kohlensäurehaltigem Wasser weder Vor- noch Nachteile zu einer GlasMehrwegflasche aufweist.39

3.2 Unterschied Einweg-/ Mehrwegflasche

3.2.1 Unterschiede im Pfandsystem

Der Unterschied zwischen den Einweg- und den Mehrwegflaschen ist nach Studien rund jedem zweiten Bürger nicht bewusst. Das liegt unter anderem daran, dass der Bund und die Länder sich bis heute auf keine einheitliche Kennzeichnung auf den Flaschen geeinigt haben.40

Mehrwegflaschen kann man am besten an diesen beiden Zeichen erkennen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 8: Zwei gültige Zeichen für Mehrwegflaschen41

Obwohl über 140 Hersteller das Mehrweg-Zeichen benutzen, ist es keine Pflicht.42 Ist es nicht vorhanden, sind Mehrwegflaschen an den Aufschriften Leihflasche, Pfandflasche oder Mehrweg-Flasche zu erkennen. Für Mehrwegflaschen muss man immer Pfand bezahlen, egal welches Getränk abgefüllt ist. Meist beträgt es 15ct pro Flasche. (nähere Angaben siehe Abb. 9)

[...]


1 [90] Statista (2017)

2 Vgl.[28] Statista (2017)

3 Vgl.[14] Genossenschaft Deutscher Brunnen eG (o.J.)

4 Vgl.[55] Wikipedia: CO2-Bilanz (o.J.)

5 Vgl.[13] Fit for Fun (o.J.)

6 Vgl.[41] Wikipedia: John Rex Whinfield (o.J.)

7 Vgl.[42] Wikipedia: Polyethylenterephthalat (o.J.)

8 [62] Wikipedia: Polyethylenterephthalat (o.J.)

9 Vgl.[43] Wikipedia: Polyester (o.J.)

10 Vgl.[6] Chemie.de: Polyethylenterephthalat (o.J.)

11 [63] FU-Berlin.de (2001)

12 Vgl.[7] Chemie.de: Polykondensationsreaktion (o.J.)

13 Vgl.[4] Brandau, O. (2005), S.72ff

14 Vgl.[6] Chemie.de: Polyethylenterephthalat (o.J.)

15 Vgl.[8] Chemie.de: Terephthalsäure (o.J.)

16 Vgl.[9] Chemie.de: Ethylenglykol (o.J.)

17 Vgl.[21] Kunststoffe.de (o.J.)

18 Vgl.[30] Symptomat.de (o.J.)

19 Vgl.[5] Chemgapedia.de (o.J.)

20 [4] Brandau, O. (2005), S.73

21 [64] Seilnacht.com (o.J.)

22 Vgl.[44] Wikipedia: Reversible Reaktion (o.J.)

23 Vgl.[22] Molsource.eu (o.J.)

24 Vgl.[10] Chemie.de: Inertgas (o.J.)

25 Vgl.[45] Wikipedia: Extrusion (o.J.)

26 Vgl.[26] Silver Plastics (o.J.)

27 Vgl.[4] Brandau, O. (2005), S.73ff

28 Vgl.[2] AMETEK (o.J.)

29 Vgl.[4] Brandau, O. (2005), S.74

30 Vgl.[25] polymerservice-merseburg.de (o.J.)

31 Vgl.[4] Brandau, O. (2005), S.75

32 [4] Brandau, O. (2005), S. 75

33 [65] Wikipedia: Kristallisation (o.J.)

34 Vgl.[4] Brandau, O. (2005), S.74ff

35 Vgl.[56] Wikipedia: PET-Flasche (o.J.)

36 Vgl.[57] Forum PET (o.J.)

37 Vgl.[1] Umweltbundesamt (2000), S.3

38 Vgl.[85] Wikipedia: Recycling (o.J.) 1,5-Liter-PET-Einwegflasche mit

39 Vgl.[57] Forum PET (o.J.)

40 Vgl.[58] Spiegel (2015)

41 [66] Verbraucherzentral.de (2016)

42 Vgl.[59] Mehrweg.org (o.J.)

Ende der Leseprobe aus 58 Seiten

Details

Titel
Die Herstellung und das Recycling von PET-Flaschen und ihre Risiken für die Gesundheit
Hochschule
Duale Hochschule Baden-Württemberg Mannheim, früher: Berufsakademie Mannheim
Note
1,7
Autor
Jahr
2017
Seiten
58
Katalognummer
V370442
ISBN (eBook)
9783668478039
ISBN (Buch)
9783668478046
Dateigröße
1888 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
herstellung, recycling, pet-flaschen, risiken, gesundheit
Arbeit zitieren
Joelle Monzel (Autor), 2017, Die Herstellung und das Recycling von PET-Flaschen und ihre Risiken für die Gesundheit, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/370442

Kommentare

  • Noch keine Kommentare.
Im eBook lesen
Titel: Die Herstellung und das Recycling von PET-Flaschen und ihre Risiken für die Gesundheit



Ihre Arbeit hochladen

Ihre Hausarbeit / Abschlussarbeit:

- Publikation als eBook und Buch
- Hohes Honorar auf die Verkäufe
- Für Sie komplett kostenlos – mit ISBN
- Es dauert nur 5 Minuten
- Jede Arbeit findet Leser

Kostenlos Autor werden