Insights in Sustainable Recycling and Reuse of Pure PolyAl from the Food Packaging Industry

Abstract

In the recycling process of Tetra Pak packaging, the recycling and reuse of pure polyAl is not as explored as the rest of the materials. After the fiber has been removed from the recycled packages through repuling, the need to separate the polyAl from other polymers and better understand how this material behaves is crucial.

In order to explain the material properties and investigate how the polyAl behaves, a material model has been derived. The experimental data was retrieved from uniaxial tensile tests, where the material displayed its anisotropic behavior. Numerical tensile tests in Abaqus were compared to the experimental results and a simulation cutting the polyAl was developed. The simulations coincide well with the experimental data, and anisotropic and ductile damage behavior was captured. However, the model needs further development, and more experiments need to be conducted on the polyAl to determine the extent of the possibilities of reusing repulped polyAl.

Through the help of CFD and experiments, a sink/float separation method has been evaluated. The numerical model, developed using Star-CCM+, was employed to capture the particles’ movement and the velocity field presented in the experiments. It was found that the polyAl used in the experiments exhibits difficulties in naturally sinking. The cause of this still remains unexplored, thus it is in need of further research. Actions taken to achieve a good separation despite this included altering critical parameters. The conclusion states that many wet particles show an overall good separation and that in some cases, the help of a mechanical barrier may improve the result. The CFD
simulations coincide well with the experiments, capturing the separation process well. However, further development of both the model and the experiments is needed in order to determine if the separation method is beneficial on a larger scale.

Popular Abstract (Swedish)

Materialets andra liv - Återanvändning och återvinning av polyAl

Tetra Paks ständiga strävan att utveckla sina förpackningar inom ramarna av en cirkulär ekonomi ligger till grund för utvärderingen av alla möjligheter till återvinning och återanvändning. PolyAl, materialet som skyddar både förpackningen och dess innehåll, tillhör ett område där ett större fokus inom detta behövs.

För att utforska möjligheterna av materialets andra liv, så behöver kunskapen kring dels återvinningen av materialet och dels materialets egenskaper, utökas. Materialet i centrum är polyAl, en sammansättning av plast och aluminium, som används i Tetra Paks förpackningar.

Vad vet vi egentligen om det som händer med materialet efter vi har slängt en förpackning i soporna? För att få en större förståelse av det återvunna materialets beteende, har man genom experiment fått en bild av dess egenskaper. Det blev då tydligt att det återvunna materialet var väldigt skadat. Processen av att återvinna fibrerna från förpackningen tog hårt på det material som var kvar. PolyAl:et visade däremot fortfarande en viss styrka, som kan jämföras med återvunnen plast. Det är därför naturligt att anta att deras fortsatta livscykler skulle efterlikna varandra. Möjligt återbruk hade då kunnat innefatta ett nästa liv i form av plastpåsar eller skyddsfilm. För att helt kunna utforska möjligheterna av återanvändning, är det fördelaktigt att använda sig av simuleringar som verktyg. Det går då snabbt att analysera materialets lämplighet. Till grund för det har en materialmodell tagits fram, som återspeglar polyAl:ets beteende. Det visade sig att även en enkel modell kunde fånga egenskaperna och ge verklighetstrogna resultat. Det tyder på att modellen fortsatt kan användas i syfte att utforska vilka återanvändningsmöjligheter som finns. Men, för att kunna ta hänsyn till alla möjligheter hade fortsatta undersökningar för att utforska fler av polyAl:ets egenskaper varit nödvändiga.

För att kunna förbättra kvaliteten på återvunnet material och samtidigt öppna dörren för nya sätt att återanvända det, är det viktigt att olika material sorteras rätt. Att sortera plast från glas hemma är en bra början! Men eftersom det finns många olika typer av plaster krävs mer avancerad sortering längre fram i återvinningsprocessen. En metod som kan användas för detta kallas Sink/Float och bygger på en enkel princip. Material med högre densitet än vatten sjunker, medan lättare material flyter. För att testa om metoden fungerar för att separera plastlock och polyAl, genomfördes experiment i en liten vattentank. Målet var att ta reda på vilka faktorer som har störst påverkan på hur väl materialen separeras. Resultaten visade att separationen fungerar bättre om materialen redan är blöta när de släpps in i tanken. Detta berodde på ett oväntat beteende från polyAl. Trots att det är tyngre än vatten ville det inte sjunka som förväntat. För att förstå bättre hur man kan få till en mer effektiv separation krävs fler och mer omfattande undersökningar. Simuleringar kan användas för att återskapa experiment i en virtuell miljö och undersöka metoden vidare. De bygger på fysikens lagar och visar hur det återvunna materialet rör sig i tanken genom att dela upp flödet i miljontals små delar. Simuleringarna lyckades trots sina begränsningar återskapa experimenten och kan användas för att utvärdera separationsmetoden vidare.

För att bidra till en cirkulär framtid är det viktigt att det kontinuerligt läggs fokus på effektiva återvinningsprocesser. Det är ett viktigt steg för den hållbara förpackningsindustrin att utvärdera materialen och dess fortsatta livscykel. För att hänga med i den gröna omställningen måste alla möjliga alternativ för återvinning och återanvändning fortsätta undersökas. Den gröna omställningen sker nu!

• author: Eklund, Anastasia and Robertsson, Sofia
• supervisor: Fatehi Hesameddin; Aurélia Vallier; Anton Kjellander
• organization: Department of Energy Sciences
• course: MVKM01 20251
• year: 2025
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: CFD, FEA, Star-CCM+, Abaqus, Experiments, PolyAl, Sink/Float, Separation Method, Recycling, Reuse, Polymer, Tensile Test, Sustainability, Food Packaging
• report number: ISRN LUTMDN/TMPH-25/5626-SE
• ISSN: 0282-1990
• language: English
• id: 9192032
• date added to LUP: 2025-06-16 08:47:06
• date last changed: 2025-06-16 08:47:06