Identifikation von Kunststoffverpackungen mit TBS
Bei spezifischer Anregung wird der Verpackungstyp über die Fluoreszenz des Tracers eindeutig identifiziert. (Foto: HS Pforzheim / Polysecure GmbH)
Tracer-Based-Sorting (TBS) nutzt anorganische Tracer-Substanzen, deren Fluoreszenz bei Anregung mit elektromagnetischer Strahlung aktiviert wird. Die Fluoreszenz kann schnell gemessen und zur Identifizierung eines Artikels oder Werkstoffs genutzt werden. Hierzu reichen bereits Tracer-Mengen im ppm-Bereich. Die sichtbare Fluoreszenz benötigt spezielle Anregungsquellen, die TBS-Markierung ist außerhalb der Sortieranlagen vollständig unsichtbar.
Für die Identifikation und Sortierung von Kunststoffverpackungen mit TBS werden Verpackungen mit einem spezifischen Fluoreszenz-Tracer entsprechend ihres bevorzugten (z. B. des wirtschaftlichsten) Verwertungspfads gekennzeichnet. Dies erfolgt in der Regel auf dem, im Verwertungsprozess abtrennbaren, Etikett, so dass Verschleppungen des Tracers beim werkstofflichen Recycling vermieden werden.
Werden bereits heute hergestellte und gehandelte Sortier-Stoffströme durch einen TBS-Schritt nachsortiert, um die Produktreinheit zu erhöhen, so setzt dies den „TBS light“-Sortieransatz um. Ersetzt die TBS-Sortierung übliche Sortierschritte weitestgehend durch den einen TBS-Sortierschritt, so kann dies als „TBS complete“ bezeichnet werden. Ein konkretes Anwendungsbeispiel für die Weiterentwicklung bestehender Sortiertechnik durch TBS besteht in der verlässlichen Abtrennung von Multilayer-Verpackungen, so dass diese die Monomaterial-Ströme nicht verunreinigen.
Durch TBS ist die Zuweisung zu verschiedenen Verwertungswegen für Packmittel aus identischen Packstoffen, aber mit verschiedenen Verwertungswegen einfach möglich. (Foto: HS Pforzheim / Polysecure GmbH)
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Für Verpackungen wird die Upconversion-Fluoreszenz genutzt. Dabei werden von Polysecure und vom KIT entwickelte anorganische Upconversion-Tracer im Nah-Infrarot (NIR)-Bereich angeregt, worauf sie im sichtbaren Licht (VIS) emittieren. Dies ist eine einzigartige Eigenschaft der TBS-Tracer-Substanzen, die kein anderes natürliches oder synthetisch erzeugtes Material aufweist. Daher ist bei der Detektion im TBS-Verfahren nur das Fluoreszenzsignal der Tracer, jedoch kein Rauschen vorhanden. Von der Verpackung und ihrem sich ständig ändernden Design können im TBS-Prozess keine optischen Signale ausgehen, die sich über die Tracer-Signale legen könnten. Hinzu kommt, dass die Fluoreszenz-Emission der Tracer in alle Richtungen erfolgt (isotrop). Gegenüber anderen auf dem Packmittel angebrachten Kennzeichnungen wie Drucken oder Oberflächenstrukturierungen benötigt das TBS-Verfahren daher keine Ausrichtung der Verpackungen relativ zur Erkennungseinheit. Es ist damit robust gegenüber der Deformation von Verpackungen und für eine schnelle und sichere Identifikation auch unter schwierigen optischen Bedingungen geeignet.
Die physikalische Effizienz übersetzt sich direkt in geringe Tracer-Mengen pro Verpackung, zahlreiche gut differenzierbare Emissionsspektren bzw. Sortiercodes und mündet so in ein robustes, verlässliches Sortierverfahren, das für alle Verpackungen einsetzbar ist.
Tracer in Druckfarbe. (Foto: HS Pforzheim / Polysecure GmbH)
Die wichtigste Option zum Einsatz der TBS-Tracer bei Verpackungen aus Kunststoff ist die Einbringung über die Druckfarbe.
Die Tracer werden gemäß Sortiercode in heller Druckfarbe dispergiert und dann auf dem Etikett oder direkt auf der Verpackung aufgebracht. Auf der Verpackung reicht die Fläche eines Quadratzentimeters (z.B. die weiße Fläche rund um den EAN-Code) für die Kennzeichnung aus. Die Tracer werden nach der Sortierung mit dem Etikett und der Druckfarbe von der Verpackung abgelöst.
Die Tracer sind hochgeglühte anorganische Kristallpartikel, die chemisch sehr inert und weitgehend unlöslich sind. Sie verhalten sich daher vergleichbar mit Mineralien und ermöglichen so eine gute Biokompatibilität. Die Partikelgröße liegt deutlich über 100 nm und ist daher nicht lungengängig. Für eine Materialfamilie besteht bereits eine Zulassung für Trinkwasserkontakt als Additiv in Kunststoffen. Bisherige Laboruntersuchungen ergaben keinerlei Hinweise auf toxikologische Effekte der Tracer.