Thermoplastische Werkstoffe können durch verschiedene Recyclingverfahren wiederverwertet werden, wobei die Sortierung der Materialien den wichtigsten Schritt darstellt. Laboruntersuchungen können dazu dienen, die Bestandteile eines unbekannten Werkstoffs zu bestimmen. Im Folgenden werden einige sehr einfache Prüfverfahren vorgestellt, um die notwendigen Anhaltspunkte für die einfache Identifizierung der grundlegenden Arten thermoplastischer Polymere zu liefern.
Polymerharze lassen sich anhand der folgenden grundlegenden Prüfverfahren identifizieren:
• Normkennzeichnung
• Physikalisches Erscheinungsbild
• Einwirkung von Wärme
• Belstein-Test
• Löslichkeit
• Relative Dichte
Standardisierte Kennzeichnung
Die Society of the Plastics Industry (SPI) führte 1988 den Code zur Kennzeichnung von Kunststoffen ein, um das Recycling zu fördern, die Umweltverschmutzung zu verringern und damit ein einheitliches System für die gesamten Vereinigten Staaten zu etablieren.
Die Codes sind auf dem Boden der meisten Kunststoffbehälter eingeprägt oder aufgedruckt; für die Sortierung in großem Maßstab ist die visuelle Identifizierung jedoch nicht praktikabel genug.
Physikalisches Erscheinungsbild
Das physikalischeoder optische Erscheinungsbildkann einen Anhaltspunkt für die Identifizierung von Kunststoffen liefern. Es ist schwieriger, Kunststoffe als unvermischten Rohstoff oder in Form von Granulat zu identifizieren als Fertigerzeugnisse. Thermoplaste werden in der Regel in Form von Granulat hergestellt. Duroplaste liegen meist als Pulver oder Harze vor.
Von den gängigsten thermoplastischen Harzen weisen Polyethylenterephthalat (PET) und Polypropylen (PP) eine durchscheinende, wachsartige Textur auf.
Auch die Herstellungsverfahren und die Anwendungsbereiche des Produkts liefern Hinweise auf die Art des Kunststoffs. In der Regel werden thermoplastische Kunststoffe durch Extrusion, Spritzguss, Kalandrieren, Blasformen und Vakuumformen verarbeitet. Polyethylen, Polystyrol und Zellulosekunststoffe werden häufig in der Behälter- und Verpackungsindustrie eingesetzt. Stoffe wie Polyethylen, Polytetrafluorethylen, Polyacetale und Polyamide haben eine charakteristische wachsartige Haptik. Duroplaste werden in der Regel im Formpressverfahren (Transferverfahren) geformt.
Auswirkungen von Hitze
Wenn Kunststoffproben in Reagenzgläsern erhitzt werden, lassen sich die charakteristischen Gerüche bestimmter Kunststoffe erkennen. Auch die jeweilige Art des Verbrennens kann einen Hinweis darauf geben.
PET brennt schnell, verströmt Paraffingeruch und entwickelt beim Erlöschen der Flamme weißen Rauch.
Polyethylen verbrennt mit einer durchsichtigen blauen Flamme und tropft beim Schmelzen.
Polyvinylchlorid (PVC) kann sich entzünden, erlischt jedoch von selbst, sobald die Feuerquelle entfernt wird. PVC verströmt beim Verbrennen einen sehr beißenden Geruch, da Chlorwasserstoff als Verbrennungsprodukt entsteht.
PP hingegen verbrennt langsamer, wobei die entstehenden Gase die Flamme nähren.
Polystyrol (PS) und seine Copolymere setzen schwarzen Rauch (Kohlenstoff) frei, verbrennen schnell, verströmen einen starken Gasgeruch und produzieren große Mengen an Ruß.
Der tatsächliche Schmelzpunkt ist ein weiteres Erkennungsmerkmal. Duroplaste schmelzen nicht. Einige Thermoplaste hingegen schmelzen bereits bei Temperaturen unter 195 °C. Man kann auch mit einem elektrischen Schweißbrenner auf die Oberfläche eines Kunststoffs drücken. Wenn das Material weich wird und die heiße Spitze einsinkt, handelt es sich um einen Thermoplasten. Bleibt es hart und verkohlt es lediglich, handelt es sich um einen Duroplast.
Beilstein-Test
Der Beilstein-Test ist eine einfache Methode zum Nachweis von Halogenen (Chlor, Fluor, Brom und Jod). Für diesen Test muss ein sauberer Kupferdraht in einer Bunsenbrennerflamme erhitzt werden, bis er glüht. Anschließend wird der heiße Draht kurz mit der Probe in Kontakt gebracht und wieder in die Flamme gehalten. Eine grüne Flamme weist auf das Vorhandensein von Halogen hin.
Wie bereits erwähnt, gehören zu den chlorhaltigen Kunststoffen Polychlortrifluorethylen, PVC, Polyvinylidenchlorid und andere, die im Halogentest positiv reagieren. Ist der Test negativ, besteht das Polymer möglicherweise ausschließlich aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff oder Silizium.
Löslichkeit
Die Tests zur Bestimmung der Löslichkeit oder Unlöslichkeit von Kunststoffen sind einfache Identifizierungsmethoden. Mit Ausnahme von Polyolefinen, Acetalen, Polyamiden und Fluorkunststoffen kann davon ausgegangen werden, dass alle thermoplastischen Werkstoffe bei Raumtemperatur löslich sind; so ist beispielsweise PET gegenüber chemischen Lösungsmitteln undurchlässig, während sich PP in heißem Toluol auflöst. Duroplaste hingegen sind lösungsmittelbeständig.
Relative Dichte
Die Klassifizierung nach Dichte mittels eines Flotationsverfahrens erfolgt durch den Vergleich der Dichten des Kunststoffmaterials mit denen von Flüssigkeiten bekannter Dichte. Schwimmt ein Kunststoff in einer Lösung mit einer Dichte von 0,94 g/cm³, kann es sich um einen Polyethylen-Kunststoff mittlerer oder niedriger Dichte handeln. Schwimmt die Probe in einer Lösung mit einer Dichte von 0,92 g/cm³, kann es sich um Polyethylen niedriger Dichte oder um Polypropylen handeln. Sinkt sie in allen Lösungen mit einer Dichte unter 2,00 g/cm³, handelt es sich bei der Probe um einen Fluorkohlenstoffkunststoff.
Das Vorhandensein von Füllstoffen oder anderen Additiven sowie der Polymerisationsgrad können die Identifizierung von Kunststoffen anhand der relativen Dichte erschweren, da sie die Dichte eines Kunststoffs erheblich verändern können. Polyolefine, Ionomere und Polystyrole mit niedriger Dichte schwimmen auf Wasser (das eine Dichte von 1,00 g/cm³ hat).