1.1.Inleiding

Soorten kunststoffen

De origine van kunststoffen is terug te vinden in de natuur (hout, katoen en latex). De bestanddelen die uit planten werden onttrokken, vormden de kunstmatige kunststoffen. Op heden is het de synthese van materie van anorganische oorsprong die de brede meerderheid vormt van wat men de synthetische kunststoffen noemt (Coberec, s.d.). Polymeren zijn de meest toegepaste kunststoffen in gebruiksgoederen. Ze worden gevormd door monomeren zoals styreen, ethyleen, propyleen, … te laten reageren.

Een volledig overzicht van de soorten kunststoffen en additieven kunnen geraadpleegd worden in de BBT-studie voor kunststofverwerking (p. 59 en verder) (Jacobs et al., 2006).

Polymeren kunnen ingedeeld worden o.b.v. hun synthesereactie (bv. condensatie en additie/eliminatie bij polymeren), o.b.v. eigenschappen (bv. thermoplast, thermoharder, elastomeer), en o.b.v. de herkomst (natuurlijk of biologisch versus synthetisch).

Naast synthetische zijn er ook nog biologische, en biologisch afbreekbare kunststoffen te onderscheiden. Deze laatste groep kunnen zowel een synthetische als biologische oorsprong hebben.

Figuur 1: Classificatieschema van polymeren met toepassingsmogelijkheden (gebaseerd op Coberec, s.d.)

Er zijn, op basis van hun eigenschappen, drie grote ‘groepen’ polymeren te onderscheiden (Jacobs et al., 2006):

Thermoplasten

“Thermoplasten zijn kunststoffen die gekenmerkt worden door de fysische eigenschap dat ze bij verwarming boven een bepaalde temperatuur op reversibele wijze verwerkings- en smeltverschijnselen vertonen. De thermoplasten kunnen onderverdeeld worden in twee grote categorieën: de amorfe en de (semi)kristallijne. Amorfe thermoplasten worden gekarakteriseerd door een glasovergangstemperatuur. Vanaf deze temperatuur en erboven neemt de vormstabiliteit snel af en vertoont het polymeer vloeistofachtige eigenschappen. Amorfe thermoplasten worden meestal verwerkt boven deze glasovergangstemperatuur. Semikristallijne thermoplasten kunnen verschillende kristalliniteitsgraden hebben gaande van 50% tot 95%. Ze worden meestal verwerkt boven het smeltpunt van de kristallijne fase.” (Jacobs et al., 2006)

“Voor de thermoplasten is de vormgeving reversibel, wat betekent dat de thermoplastische voorwerpen bij verwarming opnieuw plastisch gemaakt kunnen worden en dus in principe opnieuw verwerkt kunnen worden. Bij koelen nemen ze in een nieuwe vorm aan. Dit is mogelijk indien de thermoplasten onvervuild en onderling van elkaar gescheiden (naar soort kunststof, soort kleur, soort additieven, enz.) ingezameld worden.” (Jacobs et al., 2006)

De, volgens Jacobs et al. (2006), meest gebruikte thermoplasten zijn:

• PE: polyetheen (LDPE lage densiteit PE, HDPE hoge densiteit PE)
• PP: polypropyleen
• PS: polystyreen
• PVC: polyvinylchloride
• PET: polyethyleentereftalaat
• ABS acrylonitril-butadieen-styreen
• PA: polyamides
• PC polycarbonaat.

“Het grootste deel van de verwerkte kunststoffen zijn thermoplasten. De grondstoffen voor thermoplasten worden meestal in korrelvorm (granulaten, pellets) of in poedervorm aangeleverd. Aan de grondstof is in de meeste gevallen door de producent reeds een aantal hulpstoffen/additieven toegevoegd. Ook gekleurde thermoplasten zijn beschikbaar, maar om praktische en economische redenen wordt de voorkeur gegeven aan het toevoegen van kleurconcentraten aan een ongekleurde kunststof. Dit zijn masterbatchen die de kleur van het product bepalen.” (Jacobs et al., 2006).

Thermoharders

Thermoharders zijn, in tegenstelling tot de thermoplasten, niet reversibel. De oorzaak hiervan ligt bij het feit dat de polymeerketens vernet zijn. De vormgeving die ze aanvankelijk meegekregen hebben, is niet omkeerbaar. Hierdoor zijn de recyclagemogelijkheden van de thermoharders beperkter (Jacobs et al., 2006).

Voorbeelden: Polyurethaan (PUR), Alkydharsen, Fenolformaldehyde (PF), Diallylftalaat (DAP), Melamineformaldehyde (MF), Polyesterharsen, Ureumformaldehyde (UF)

Elastomeren[1]

Elastomeren zijn de kunststofrubbers die onder andere te vinden zijn in elastiekjes. De naam is een samentrekking van ‘elastische polymeren’. Elastomeren zijn erg soepel en keren na uitrekking weer in hun oorspronkelijke vorm terug, tenzij de belasting de kritische grenzen heeft overschreden. In dat geval kan er een permanente vervorming van het elastomeer plaatsvinden, ‘kruip’ genaamd.

Voorbeelden: EPDM-rubber, Epichloorhydrinerubber (ECO), Isopreenrubber (IR), Neopreen (polychloropreen), Isopreen-butylrubber (IIR),…

De voormelde groepen polymeren kunnen zowel een natuurlijke als synthetische herkomst hebben. Ze kunnen versterkt worden door inbedding van bepaalde materialen. Traditioneel wordt voornamelijk glasvezel ingebed, maar afhankelijk van de vereiste materiaaleigenschappen en de te versterken kunststof, worden ook andere materialen zoals Kevlar, Twaron, Dyneema en grafeen ingebed (Ikink, 2014). Versterkte kunststoffen zijn gekend onder de noemer ‘composieten’.

Een indeling van de kunststoffen kan ook op basis van hun herkomst:

Biologische of natuurlijke kunststoffen

Dit zijn kunststoffen die gemaakt zijn van hernieuwbare grondstoffen zoals zetmeel, glucose, plantaardige oliën en cellulose. Deze kunststoffen zijn niet per definitie biologisch afbreekbaar. Hernieuwbare grondstoffen worden uit verschillende landbouwproducten gehaald en omgevormd tot polysachariden. Het kunststof is gevoelig voor vocht maar wordt veel gebruikt als verpakkingsmateriaal. Doorlaatbaarheid voor zuurstof is zeer laag. Door verschillende hoeveelheden flexibiliserende stoffen en weekmakers zoals glycerol en sorbitol toe te voegen veranderen de eigenschappen (Vissers & van Oorschot, 2011). De meeste natuurlijke polymeren zijn condensatiepolymeren, maar natuurlijk rubber (uit de rubberboom) is een additiepolymeer. Eiwitten als natuurlijke polymeren (‘biopolymeren’) kunnen zowel als thermoplast, thermoharder als elastomeer voorkomen.

Synthetische kunststoffen

Dit zijn in algemene zin alle chemische verbindingen die door niet-natuurlijke scheikundige processen worden gemaakt. Doorgaans bedoelt men met de term ‘kunststof’ (onterecht) hetzelfde als plastic[2], een organische polymeer. Onder de noemer ‘kunststoffen’ vallen echter meer dan alleen de organische polymeren.

De grondstoffen die dienen om synthetische kunststoffen te vervaardigen, komen uit de petrochemie. Verbindingen uit koolwaterstoffen (verkregen onder de vorm van ruwe aardolie, aardgas…) worden onder invloed van warmte omgezet in monomeren (styreen, ethyleen, propyleen,…). Deze monomeren worden op hun beurt door chemische procedés omgezet in polymeren. Elk polymeer heeft een eigen moleculaire structuur met dan ook specifieke eigenschappen en kenmerken (Coberec, s.d.)

Biologisch afbreekbare kunststoffen

Dit zijn kunststoffen die zowel gemaakt kunnen zijn van hernieuwbare grondstoffen als van fossiele grondstoffen. Biologisch afbreekbare kunststoffen kunnen wel biologisch afgebroken worden door middel van micro-organismen of ze kunnen gecomposteerd worden (Vissers & van Oorschot, 2011).

Verwerkingsmogelijkheden

Onder kunststofrecyclage wordt hier elke terugwinningsoperatie begrepen waarin polymere afvalstoffen opnieuw worden bewerkt tot producten, materialen of stoffen voor hun oorspronkelijke of andere doeleinden. De term 'materiaalrecyclage' wordt in de Europese Richtlijn 2008/98/EG gebruikt om de recyclage van verschillende materialen (metalen, papier, glas, plastics, …) te onderscheiden van niet-recyclageactiviteiten, zoals energie(terug)winning en storten (EuPR[3], 2012).

Figuur 1 toont de mogelijke manieren voor materiaalrecyclage van kunststoffen:

• mechanische recyclage; en
• grondstofrecyclage.

Figuur 2: Mogelijke valorisatiepistes voor kunststofafval (Federplast, s.d.)

Mechanische recyclage is eerder geschikt voor monostromen. Grondstofrecyclage (‘feedstock recycling’) is, net als energieterugwinning, eerder geschikt voor meng- en gecontamineerde stromen, en complexe materialen (Schanssema, 2007).

Enkele voorbeelden van afvalstromen waar kunststofafval uit voortkomt

Afgedankte elektrische en elektronische apparatuur (AEEA)

In AEEA kunnen zowel thermoplasten, thermoharders, elastomeren als composieten verwerkt zijn. Kunststoffen vertegenwoordigen circa 15% van de totale AEEA-afvalfractie (Goodship & Stevels, 2012).

PV-panelen

PV-panelen zijn ook een vorm van AEEA en bevatten, zoals weergegeven in Figuur 3, kunststoffen voor verbindingen, draden, frames of laminaten. Dit kunnen bijvoorbeeld een polyvinylchloride-film als achterplaat of een inkapselmiddel voor het paneel zoals ethyleenvinylacetaat zijn (Homepower, 2012).

Figuur 3: Anatomie van een silicium PV-paneel

Afgedankte voertuigen

De kunststoffen worden teruggewonnen via post-shreddertechnieken. Zo werd volgens Febelauto 37.885 kg kunststofafval, verkregen na de voorbehandeling (depollutie en ontmanteling), opnieuw ingezet in een nuttige toepassing (Febelauto, 2013).

Bouw- en sloopafval 

Kunststofafval bevindt zich in de niet-steenachtige fractie (ca. 5 % als gewichtspercentage van bouw- en sloopafval). Het kunststofafval is in deze fractie dikwijls vermengd met andere fracties zoals houtafval, oude metalen, papier en karton, gipsafval, glas, cellenbeton, bitumineuze materialen zoals dakbedekkingen, isolatie e.d.

Daarnaast wordt kunststofafval in de bouwsector ook selectief ingezameld. De selectieve inzameling van kunststoffen in de bouwsector wordt gestimuleerd door systemen zoals het Clean Site System.

Kwikdampverlichtingselementen 

De armaturen van kwikdampverlichtingselementen zijn veelal in (thermoplastisch) kunststof uitgevoerd. Bij verwerking van afgedankte lampen, zoals bij Indaver Relight in Beveren, wordt de kunststoffractie afgescheiden voor verder recyclage.

LCD-schermen

LCD-schermen behoren tot de AEEA-stroom. Polyvinylalcohol, polyamides, en bepaalde silanen zijn veelgebruikte kunststoffen bij de productie van LCD-schermen. Polyamides zijn het populairst, omdat polyvinylalcohol soms het onderwerp is van vochtproblemen, en silanen een dunne en onbetrouwbare coating produceren (Stone, s.d.). De omkasting van een LCD-TV of –monitor wordt veelal uitgevoerd in een polymeer zoals PC[4], ABS[5], HIPS[6], en PMMA[7] (EFRA, 2013).

Figuur 4: Schematische opbouw van een LCD-scherm (Stone, s.d.)

Medisch afval 

De fractie medisch afval bevat kunststof afval in de vorm van kunststof flacons, spuiten, recipiënten, … Dit afval wordt, naargelang het risico- of niet-risicohoudend is, anders verwerkt. Risicohoudend en vloeibaar of pasteus niet-risicohoudend medisch afval (NRMA) moet verbrand worden.[MP1] 

Bij vast NRMA dat niet onder een verbrandingsplicht valt, kan gekeken worden naar de recycleerbaarheid van de afvalstoffen in deze stroom. Hier spelen verschillende factoren een rol:

• wettelijke recyclageplicht;
• mogelijkheid tot selectief inzamelen van de afvalstof (hoeveelheid);
• zuiverheid van de afvalstof;
• bestaan van een recyclagemarkt.

PMD[8] 

In PMD-fractie zitten afgedankte lege plastic flessen en flacons die in de recyclagecircuit worden opgenomen. De flessen en flacons zijn vervaardigd uit PET en/of HDPE. Het afval mag bovendien niet langer dan 1,5 meter zijn.

“Alleen plastic flessen en flacons zijn beschikbaar in voldoende grote hoeveelheden, voldoende zuiver en van een voldoende homogene kwaliteit om op een duurzame manier gerecycleerd te worden. Kleurloze, blauwe en groene PET-flessen en HDPE-plastic worden gesorteerd in gespecialiseerde centra. Het sorteren kan zowel geautomatiseerd als met de hand gebeuren.” (FostPlus, 2013).

Niet alle PET- en HDPE-afval mogen echter via de PMD-fractie verwijderd worden. Zo zijn er zowel zachte als harde kunststoffen die er niet in thuis horen (Limburg.net, s.d.):

• Zachte kunststoffen: voorwerpen uit PVC, PET, PS, LDPE, LLDPE, HDPE, PP… van huishoudelijke[9] oorsprong zoals folies, kuipjes, vlootjes, schalen, potjes, zakjes, ….
• Harde kunststoffen: voorwerpen uit HDPE, PP … van huishoudelijke oorsprong zoals bijvoorbeeld emmers, vaten, kratten, bidons, bloempotten, wasmanden, buizen, profielen, latten, goten, stoelen, tafels, kleerhangers, speelgoed, …

Meer informatie voor PMD-sortering bij bedrijven is terug te vinden op http://www.sorterenophetwerk.be/.

Restafval 

De kunststoffen die niet bij het PMD horen, kunnen via het restafval worden verwijderd.

Elastische vloerbedekkingsmateriaal 

Vloerbedekkingsmaterialen kunnen volledig of deels uit kunststoffen vervaardigd zijn. Vander Beke en Devaere (2014) onderscheiden:

• gekalanderde vloerbedekking (Luxury Vinyl Tile, LVT) : ca. 40 % PVC + 40 % vulstoffen + 15 % weekmakers op glasvlies 

Figuur 5: Opbouw van een LVT (Vander Beke & Devaere, 2014)

• plastisol-gecoat (vinylvloer): +/- 50 % PVC + 30 % weekmaker + 20 % vulstoffen) op glas- of PET-vlies

Figuur 6: Opbouw van een vinylvloer (Vander Beke & Devaere, 2014)

“Elastische PVC-vloerbedekking wordt al dan niet aan de ondergrond gelijmd. Afgedankte vloerbedekking kan daardoor lijmresten, zand, metaal, … bevatten. De aanwezigheid van onzuiverheden bemoeilijkt het recycleren tot grondstof. Afgedankte vloerbedekking kan schadelijke weekmakers bevatten wat de inzetbaarheid als grondstof bemoeilijkt of onmogelijk maakt. Thermisch recycleren (verbranden) is te mijden door aanwezigheid van chloor (dioxinevorming) en glasvlies (verstopt roosters van verbrandingsovens)” (Vander Beke & Devaere, 2014).

Mogelijke recyclagepistes zijn (Vander Beke & Devaere, 2014):

• mechanisch recycleren: verkleinen (shredderen) en vervolgens extruderen of persen tot semi-harde plaatmateriaal;
• selectief chemisch scheiden van de substraatcoating en hergebruik van herwonnen plastisol[10]. Dit is echter een energie-intensief proces, en door beperkte industriële verwerkingscapaciteit is de beschikbaarheid voor derden nagenoeg beperkt.

[1] Ook gekend onder de noemers ‘Thermoplastisch elastomeer (TPE)’, ‘technische rubbers’, ‘synthetische rubbers’ of ‘elastoplastische kunststoffen’.

[2] Plastics zijn oorspronkelijk enkel de thermoplastische kunststoffen waarvan door plastische vormgeving - verhitting in een vorm onder druk - een voorwerp kan worden gemaakt.

[3] Plastics Recyclers Europe Association

[4] polycarbonaat

[5] acrylonitril butadieen styreen (ABS)

[6] hoge impact polystyreen

[7] poly(methyl methacrylaat)

[8] plastic flessen en flacons, metalen verpakkingen en drankkartons

[9] Bedrijven moeten sinds juli 2013 hun PMD-afval sorteren.

[10] Plastisol is een suspensie van PVC-partikels in een vloeibare weekmaker. Het gedraagt zich al een vloeistof en kan in een verhitte mal gegoten worden.