DE10054043A1 - Verfahren zur Verwertung von gebrauchten Verpackungsmitteln, vorzugsweise Tetra Pak - Google Patents

Abstract

Um ein polymermodifiziertes Bitumen mit vielfältigen Wirkungen für verschiedene Verwendungsformen ohne Einsatz neu zu erzeugender Polyethylene zu erhalten, wird ein Verfahren zur Verwertung von gebrauchten Verpackungsmitteln, vorzugsweise Tetra Pak, die feuchtfeste Materialverbunde aus Schichten organischer Natur und/oder Stoffen anorganischer Beschaffenheit umfassen, vorgeschlagen, wobei die Materialschichten dieser Verpackungsmittel zu einem Gemenge mit faserartigen Teilchen organischer und/oder anorganischer Beschaffenheit durch Zerkleinern aufgeschlossen werden, und das Gemenge als stabilisierender Zuschlagstoff den normierten Verfahrensschritten zur Herstellung eines Bitumens oder Mischgutes mit Bitumen zugemischt wird, wodurch eine Kombination von chemischer und physikalischer Stabilisierung des Bitumens erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von gebrauchten Verpackungsmitteln, vorzugsweise sogenannte Tetra Pak, die feuchtfeste Materialverbunde aus Schichten organischer Natur, wie z. B. Papier-/Pappstoffe und/oder anorganischer Beschaffenheit, wie z. B. Polyethylenen umfassen.

Die Erfindung setzt mit der Überlegung an, daß derartige gebrauchte Verpackungsmittel wie Tetra Pak potentiell einen hohen Anteil sowohl von nicht aufgeschlossenen organischen Bestandteilen als auch einen Anteil von nicht aufgeschlossenen anorganischen Bestandteilen wie Polyethylenen oder ähnlichen Stoffen aufweisen. Die weitgehende Verwertung bzw. Weiterverarbeitung von z. B. gebrauchten Tetra Pak im Sinne zu recycelnder Wertstoffe für andere Technologien und/oder Produkte ist noch nicht gelöst.

In die Betrachtungen zur Erschließung von Anwendungsgebieten dieser Art gebrauchter Verpackungsmittel hinsichtlich der darin enthaltenen potentiellen Wertstoffe wurden u. a. auch die geltenden Straßenbauvorschriften der ZTV Aspahlt-StB 94 einbezogen. Nach diesen müssen Splittmastixasphalte (Asphaltmischgüter) stabilisierende Zusätze enthalten, um eine größere Menge an Bitumen schadlos in der Asphaltmischung halten und wirksam verwenden zu können. Diese stabilisierenden Zusätze wirken als Bitumenträger und verhindern ein vorzeitiges Ablaufen des Bitumens von den Mineralstoffen während des Transports bis hin zum Einbau der Straßendecke (sogenannte hochstandfeste Binderschichten).

Durch analytische, aber auch empirische Auswertung der US-A-2,507,639, DE-A-20 52 720, DE-B-19 36 922, US-A-4,356,060, EP-B2-0 313 603, WO 99/11737 und der eigenen DE- Anmeldung 100 02 205.7 wird nach den Lehren dieser Schriften die Stabilisierung derartiger Asphaltmischgüter und auch Bitumen stets durch die Zugabe stabilisierender Füllstoffe oder Füllfasern in vielfältigen physikalischen Modifikationen bis hin zu granulatförmigen Preßlingen erreicht. Zusammengefaßt verfolgen all diese Lösungen mehr oder weniger das Ziel, das Endprodukt, z. B. die Asphaltstraßendecke im eingebauten Zustand wiederstandsfähi­ ger gegen den Verkehr auszubilden bzw. z. B. ein Bitumen, zu stabilisieren. Dabei sollen sowohl die Herstellungs- als auch die Einbautechnologien für die Asphaltmischgüter oder Eigenschaften eines Bitumens verbessert werden. Die Entwicklung auf diesem Gebiet ist noch nicht abgeschlossen. Dies sowohl hinsichtlich der zu verwendenden Füllstoffe mit Stabilisierungseffekt als auch hinsichtlich der zu verbessernden Eigenschaften besagter Mischgüter oder der Bitumen für ihre jeweiligen Anwendungsgebiete. Andererseits wird auch in der Praxis der Weg beschritten, besagte Stabilisierung, den einschlägigen Vorschriften folgend, durch sogenanntes polymermodifiziertes Bitumen, welches den Mischwerken oder dem jeweiligen Anwender zugeliefert wird, zu erreichen. Die Herstellung derartiger Bitumen erfordert jedoch gesonderte logistische Aufwendungen.

Hier setzt die Erfindung an und stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Verwertung von gebrauchten Verpackungsmitteln, vorzugsweise Tetra Pak, umfassend die eingangs genannten Stoffe, zu entwickeln, um speziell bei Asphaltmischgütern wie Splittmastixasphalten einerseits ein vorzeitiges Ablaufen des Bitumens von den Mineralstoffen während des Transports und Einbaus zur Straßendecke zu vermeiden und andererseits die Widerstandsfähigkeit der Straßendecke gegenüber Verschleiß und Verformungen infolge eines auch polymermodifizierten Bitumens zu stabilisieren. Allgemein soll die Erfindung aber auch bei Bitumen, wie z. B. bei Anstrichstoffen oder bei den bituminösen Massen für die Dachbahnenherstellung bzw. Dacheindeckung, diese Stabilisierung erzielen.

Dabei ist davon auszugehen, daß bisher zur wirksamen polymermodifizierten Stabilisierung des Bitumens z. B. ein Polyethylen oder ähnlich wirkender Stoff in dispergierbarer, vermischbarer Form dem Bitumen durch homogene Vermischung zugegeben werden mußte, um den notwendigen Stabilisierungseffekt infolge dann anorganisch ablaufender Wirkungen zu erzielen.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß gebrauchte Verpackungsmittel, vorzugsweise Tetra Pak, umfassend die eingangs definierten Stoffe, als Ausgangsmaterial für die Zuschlagstoffe wie Füllfasern mit besagtem Stabilisierungseffekt in Bitumen und seinen Verwendungs- oder Anwendungsformen, wie Asphaltmischgütern, z. B. Splittmastixasphalten, Anstrichstoffen, Dachbahnen, usw. dann verwertet werden können, wenn die Materialschich­ ten der Verpackungsmittel, wie Tetra Pak oder ähnlicher bzw. entsprechender Zusammen­ setzung, durch Zerkleinern so aufgeschlossen werden, daß ein Gemenge mit faserartigen Teilchen organischer Natur wie Papier- und/oder Pappefasern in Form von organischer Cellulose sowie zerkleinerten bzw. faserartigen Teilchen anorganischer Beschaffenheit wie Polyethylenfasern entsteht, welches den normierten Verfahrensschritten zur Herstellung des jeweiligen Asphaltmischgutes, wie Splittmastixasphalt, bituminösen Anstrichstoffes oder bituminöser Dachbahnen zugegeben wird. Im Sinne der Erfindung liegt es auch, daß das Gemenge aus faserartigen Teilchen organischer und anorganischer Natur nach dem vorange­ henden Zerkleinern anschließend durch Kompaktieren zu pelletartigen Granulen verpreßt wird, wobei dann diese Granulen als Zuschlagstoffe insbesondere bei der Herstellung des Asphaltmischgutes in der Vormischzeit den Mineralien zugegeben werden. In dieser Vormischzeit werden die Granulen durch die Scherkräfte der Mineralien aufgerieben und verteilen sich schon im Mineralgemisch so homogen, daß nach dem Zugeben von Bitumen in der weiteren Mischzeit die analogen Wirkungen zur polymermodifizierten Stabilisierung des Aspahltmischgutes - wie zuvor beschrieben - eintreten.

Vorteilhaft wirkt sich aus, daß die dem Bitumen anhaftenden Polyethylenteilchen und die ebenfalls zerkleinerten, faserartigen Teilchen organischer Natur in der Mischung mit dem Bitumen mit getragen und somit homogen verteilt werden. Durch diesen Effekt wird das Polyethylen rasch und gleichmäßig in der jeweiligen Bitumenmischung wirksam. Diese Wirkung wird mit den herkömmlichen Polyethylen-Beigaben zur Polymermodifizierung von Bitumen nicht erzielt.

Gemäß dem Ablauftest nach Schellenberg, der zur Überprüfung der homogenen Verteilung und der Wirksamkeit der Füllstoffe im Asphaltmischgut dient, konnte überraschend ein Wert von < 0,02 M.-% erreicht werden. Bedenkt man, daß Werte von < 0,2 eine gute Wirksamkeit aussagen und Werte von 0,2-0,3 noch akzeptabel sind, bedeutet dieser erfindungsgemäße Effekt einen hohen Entwicklungssprung zum derzeitigen Stand der Technik.

Hinsichtlich der Wirkungen auf die Qualität des einzubringenden bzw. eingebrachten Asphaltmischgutes sind infolge der Polymerstabilisierung durch die anorganischen Einwirkungen eine

• - zusätzliche Reduzierung der Nadelpenetration,
• - Verbesserung der Zugfestigkeit und
• - Erhöhung des Penetrationsindexes,

gegenüber bisherigen Zuschlagstoffen erreichbar.

Dies sind Voraussetzungen, um die Widerstandsfähigkeit des eingebauten Mischgutes gegenüber plastischen Verformungen wie Spurrinnen weiter zu erhöhen bzw. zumindest die nach herkömmlichen Verfahren erzielten Werte zu erhalten.

Schlüssig zur Aufgabenstellung, eine Polymerstabilisierung des Bitumens zu erzielen, was bisher - wie beschrieben - durch Dispergieren von Polyethylen in dem Bitumen erfolgte, entfällt dieser logistisch aufwendige Prozeßschritt, indem das Gemenge aus zerkleinerten und aufgeschlossenen Tetra Pak-Bestandteilen oder die daraus hergestellten Granulen einfach den üblichen Verfahrensschritten zugegeben werden, ohne noch besonderes polymermodifiziertes Bitumen vorhalten bzw. bereithalten zu müssen.

Somit wird für gebrauchte Verpackungen wie Tetra Pak ein Anwendungsgebiet erschlossen, welches bisher außerhalb jeglicher fachmännischer Betrachtung lag. Zudem wird die Produktqualität eines als Straßendecke einzubringenden Mischgutes erhöht, ohne neu zu erzeugende, polymermodifizierende Zuschlagstoffe herstellen zu müssen. In der Anwen­ dungsbreite des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eingeschlossen, daß auch wie bisher erzeugte, vorhandene Polymere in Bitumen durch die erfindungsgemäß recycelten Polymere angereichert werden können und den Stabilisierungseffekt unterstützen.

Der durch die Erfindung bewirkte überraschende technische Effekt für das zu erzeugende z. B. Asphaltmischgut besteht schließlich darin, daß sich die Stabilisierung des Mischgutes auf einen Kombinationseffekt aus organischer (durch die Papier-/Pappfasern) und anorganischer (durch die Polyethylenfasern) Einwirkung, d. h. einer sinnvollen Kombination von physikali­ scher und anorganischer bzw. chemischer Wirkung stützt, ohne auf besonders herzustellende neue Rohstoffe zurückgreifen zu müssen.

Die erfindungsgemäßen Merkmale sind den Ansprüchen 1 bis 4 zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben.

In einer nicht dargestellten Zerkleinerungsmaschine werden gebrauchte Tetra Pak so aufgeschlossen, daß ein Gemenge mit faserartigen Teilchen organischer Natur wie Papier- und/oder Pappefasern in Form von organischer Cellulose sowie Teilchen anorganischer Beschaffenheit wie Polyethylenfasern entsteht.

In einer ebenfalls nicht dargestellten herkömmlichen Anlage zur Herstellung eines Splittmastixasphaltes (SMA) für Straßenbeläge werden die üblichen Mineralien wie Gesteine in den erforderlichen Korngrößen sowie das flüssige Bitumen und auch das zuvor gewonnene Gemenge als stabilisierender Zuschlagstoff gemischt.

Dabei wird der erforderliche SMA in der genormten Verfahrensschrittfolge

• - Vormischen der Mineralien entsprechend den erforderlichen Korngrößen unter Zugabe der Zuschlagstoffe,
• - anschließendes Naßmischen unter Zugabe des flüssigen Bitumens und
• - abschließendes Nachmischen

innerhalb der vorgegebenen Mischzeiten hergestellt. In der bzw. mit Beginn der Vormischzeit kann auch den Mineralien besagter Zuschlagstoff in Form von Preßlingen als Schüttgut zugegeben werden.

In einer Vormischzeit von ca. 15 s wird der erfindungsgemäße Zuschlagstoff aus den zerklei­ nerten Polyethylenfasern von den organischen zerkleinerten Teilchen mitgeschleppt und in der Mineralmischung weitgehend verteilt. In der anschließenden Naßmischzeit von ca. 15 s unter gleichzeitiger Zugabe von Bitumen sind die Polyethylenfasern mittels der organischen Teilchen im Bitumen homogen verteilt, so daß im Ergebnis der Nachmischzeit von ca. 15 s

• - das Bitumen durch die Polymermodifizierung und physikalische Stabilisierung im nun gemischten SMA eine Reduzierung der Nadelpenetration von 25/10 mm (bei einem Gemenge als Zuschlagstoff) bzw. 26/10 mm (bei Preßlingen als Zuschlag­ stoff) erfährt, wobei
• - die Widerstandsfähigkeit gegenüber plastischen Verformungen wie Spurrinnen im eingebauten Zustand des SMA erhöht wird und
• - die Werte gemessen nach Ring und Kugel von 60 (bei einem Gemenge als Zuschlagstoff) bzw. 61 (bei Preßlingen als Zuschlagstoff) erreicht werden.

Der so hergestellte SMA wird nun als obere Deckschicht des Straßenbelages eingebaut. In diesem eingebauten Zustand weist der SMA eine verringerte Nadelpenetration auf. Dieser eingebaute SMA-Straßenbelag besitzt eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Verfor­ mungen wie Spurrinnen.

Es ist davon auszugehen, daß ein diesbezüglicher Abrolltest mit 20.000 Überrollungen bei 50° Wassertemperatur auf einem eingebauten SMA, der einen Anteil von 7,3% erfindungsgemäß polymermodifiziertes Bitumen 45 umfaßt, nur Spurrinnentiefen von 4,72 mm (bei einem Gemenge als Zuschlagstoff) bzw. 4,76 mm (bei Preßlingen als Zuschlagstoff) erreicht. Vergleichsweise Tests mit nicht erfindungsgemäß hergestelltem SMA bringen demgegenüber eine deutlich höhere Spurrinnentiefe von z. B. 7,31 mm, so daß sich der technische Fortschritt und überraschende Effekt der Erfindung allein aus diesen Daten erklärt.

Claims (4)

1. Verfahren zur Verwertung von gebrauchten Verpackungsmitteln, vorzugsweise Tetra Pak, die feuchtfeste Materialverbunde aus Schichten organischer Natur wie Papier- /Pappstoffen und/oder Stoffen organischer und/oder anorganischer Beschaffenheit wie Polyethylenen umfassen, wobei

• a) die Materialschichten dieser Verpackungsmittel durch Zerkleinern so aufgeschlos­ sen werden, daß ein Gemenge mit faserartigen Teilchen organischer Natur wie Papier- und/oder Pappefasern in Form von organischer Cellulose sowie Teilchen anorganischer Beschaffenheit wie Polyethylenfasern entsteht, welches Gemenge als stabilisierender Zuschlagstoff den normierten Verfahrensschritten zur Herstellung eines Bitumen oder Mischgutes mit Bitumen zugemischt wird,
• b) die anorganischen zerkleinerten Teilchen wie Polyethylenfasern von den organi­ schen, als Trägersubstanz wirkenden, zerkleinerten Teilchen im Mischprozeß mit geschleppt und homogen verteilt werden und diese anorganischen Teilchen wie Polyethylenfasern dabei eine polymermodifizierte und die organischen Teilchen eine physikalische Stabilisierung des Bitumens oder Mischgutes mit Bitumen erzeugen,
• c) die Dimension der homogenen Verteilung und der Wirksamkeit dieser Füllstoffe im Bitumen oder Mischgut mit Bitumen gemäß Ablauftest nach Schellenberg einen Wert von < 0,02 M.-% aufweist und
• d) das so erzeugte Bitumen oder Mischgut mit Bitumen infolge der durch die anorganischen Einwirkungen der homogen verteilten Zuschlagstoffe Werte einer Nadelpenetration im Bereich von 1/25. . .1/26 mm, Werte nach Ring und Kugel im Bereich von 60. . .61,5 und Werte einer erhöhten Spurrinnenfestigkeit besitzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zugeben des Gemenges als Zuschlagstoff dieses Gemenge durch Kompaktieren zu pelletartigen Preßlingen, Granulen, verpreßt wird, diese Granulen als Zuschlagstoff bei der Herstellung des bituminösen Mischgutes in der Vormisch-/Trockenmischzeit den Mineralien zugegeben werden und die Granulen durch die Scherkräfte der Mineralien aufgerieben und homogen verteilt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wie bisher erzeugte und zugegebene Polymere in Bitumen durch die aus gebrauchten Verpackungsmitteln, vorzugsweise Tetra Pack, aufgeschlossenen Fasern organischer und anorganischer Natur wie Polyäthylenen angereichert werden.

4. Pelletartiger Preßling zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser durch z. B. Extrudieren erzeugte Preßling in seiner Formstabilität und seinem Zusammenhalt durch die Bestandteile aus durch Zerkleinern aufgeschlossene Verpackungsmittel wie Tetra Pack, die Materialverbunde aus Schichten organischer Natur und anorganischer Beschaffenheit umfassen, bestimmt ist.