DE10140913A1

DE10140913A1 - Verfahren zur Reinigung von Kunststoffen

Info

Publication number: DE10140913A1
Application number: DE2001140913
Authority: DE
Inventors: Bernd Bungert; Brigitte Heller; Steffen Ruf; Robert Schleich; Andreas Thiele; Guido Gorski
Original assignee: Der Gruene Punkt Duales System Deutschland AG; Siemens Axiva GmbH and Co KG
Current assignee: Der Gruene Punkt Duales System Deutschland AG; Siemens Axiva GmbH and Co KG
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2001-08-21
Publication date: 2003-03-06
Also published as: EP1419193A1; WO2003018679A1

Abstract

Ein Verfahren zur Reinigung von Kunststoffen, die mindestens ein Polymer und mindestens einen festen, im Polymer unlöslichen Bestandteil in Form von Feinstpartikeln aufweisen, bei dem DOLLAR A a) die Kunststoffe in einem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch bei einer ersten Temperatur in eine Lösung mit einer Konzentration an Polymer von 0.1 bis 50 Gew.-% überführt werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß DOLLAR A b) die Lösung auf eine zweite Temperatur abgekühlt wird, bei der eine Teilmenge des oder mindestens eines Polymers oder der Polymere unter Einbindung von Feinstpartikeln ausfällt; DOLLAR A c) die die Feinstpartikel enthaltende Teilmenge von der Lösung mit reduziertem Anteil an Feinstpartikeln abgetrennt wird und DOLLAR A d) die Restmenge des Polymers oder der Polymere aus der Lösung gewonnen wird. DOLLAR A Als Alternative wird das Ausfällen mit Hilfe eines Fällungsmittels durchgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Kunststoffen, die mindestens ein Polymer und mindestens einen festen, im Polymer unlöslichen Bestandteil in Form von Feinstpartikeln aufweisen.

Technische Kunststoffe enthalten neben Polymeren lösliche Bestandteile beispielsweise Weichmacher, lösliche Farbstoffe, Stabilisatoren, und auch feste, im Polymer unlösliche Bestandteile, wie Talkum, Calciumcarbonat und manche Farbpigmente, beispielsweise Titanoxid. Aus diesen technischen Kunststoffen hergestellte Gegenstände werden zudem oftmals bedruckt, wobei die für das Bedrucken verwendeten Farbgemische ebenfalls unlösliche Pigmente enthalten. Diese verschiedenen unlöslichen Partikel zeichnen sich unter anderen dadurch aus, daß sie geringe Teilchengrößen aufweisen, die teilweise unter einem Mikrometer liegen. Solche Partikel mit einer Teilchengröße in dieser Größenordnung werden im Rahmen der Anmeldung als "Feinstpartikel" bezeichnet.

Beim Recycling von Kunststoffen, die beispielsweise aus der Sammlung des gelben Sackes oder der gelben Tonne des Dualen System Deutschland stammen, werden unter anderem Regranulate erzeugt, die nach dem Aufschmelzen über Siebwechsler von unlöslichen festen Bestandteilen befreit und dann granuliert werden. Bei diesen unlöslichen festen Bestandteilen handelt es sich insbesondere um unlösliche Polymere höherer Schmelztemperatur, Duroplaste, Papier und Aluminium. Die zuvor genannten Feinstpartikel lassen sich wegen ihrer geringen Korngröße nicht oder nur unvollständig entfernen. Recyclate oder Regranulate weisen daher zumeist eine typische schwarzgraue Färbung auf, die von der Vielzahl unlöslicher Farbpigmente herrührt. Eine Schmelzefiltration ist somit nicht ausreichend, um auch von Feinstpartikeln weitgehend befreite Polymere zu gewinnen.

Es ist daran gedacht worden, die Kunststoffe in einem geeigneten Lösungsmittel aufzulösen und die Feinstpartikel in einem Zentrifugalfeld abzutrennen. Zum Auflösen werden in der Regel hohe Temperaturen benötigt, die oberhalb von 120°C liegen. Daraus resultieren hohe technische Anforderungen an die zu verwendende Zentrifuge. Um weiterhin bei den üblicherweise vorliegenden Verweilzeiten in Zentrifugen eine Abtrennung der Partikel zu ermöglichen, ist eine starke Verdünnung der Lösung notwendig, um die Viskosität herabzusetzen und damit die Sinkgeschwindigkeit zu erhöhen. Dies führt zu technisch unrentablen Apparatedimensionen und Volumenströmen.

Die WO 91/03515 beschreibt ein Verfahren, bei dem Polymergemische selektiv aufgelöst werden, wobei unlösliche Bestandteile nach einer Fest-Flüssig-Trennung zurückbleiben. Selbst wenn man annimmt, daß in diesem Rückstand ein Großteil der Feinstpartikel enthalten ist, sind die Nachteile des bekannten Verfahrens offensichtlich. Aufgrund der hohen Viskosität des aufgeqollenen Polymerrestes, der nicht gelöst wird, gelingt eine Trennung nur bei technisch nicht sinnvollen Lösezeiten und/oder hohem Lösungsmittelverbrauch. Insbesondere versagt das Verfahren für Verbundmaterialien.

Die DE 196 53 076 A1, die zur Formulierung des Oberbegriffs der Ansprüche 1 und 2 verwendet wurde, beschreibt die Gewinnung von farblosem Recyclat durch Lösen der Kunststoffe in einem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch bei einer ersten Temperatur in einer Lösung mit einer Konzentration an Polymer von 0.1 bis 50 Gew.-%. Die unlöslichen Bestandteile werden durch Fest-Flüssig-Trennung abgetrennt. Anschließend wird Bleicherde und/oder Aktivkohle zur Adsorption störender Additive zugegeben. Später wird das Adsorptionsmittel durch Fest-Flüssig-Trennung entfernt und das Polymergemisch gewonnen. Im großtechnischen Maßstab kann aus den bereits genannten Gründen durch Fest-Flüssig- Trennung eine Abtrennung der Feinstpartikel nicht erfolgen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Reinigung von Kunststoffen bereitzustellen, das wirtschaftlich und mit hoher Effektivität, was die Reinheit der gewünschten Endprodukte betrifft, arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird die Lösung auf eine zweite Temperatur abgekühlt, bei der eine Teilmenge des oder mindestens eines Polymers oder der Polymere unter Einbindung von Feinstpartikeln ausfällt, die die Feinstpartikel enthaltende Teilmenge von der Lösung mit reduziertem Anteil an Feinstpartikeln abgetrennt wird und die Restmenge des Polymers oder der Polymere aus der Lösung gewonnen wird. In der Alternative wird ebenfalls erfindungsgemäß der Lösung ein flüssiges Fällungsmittel in einer Menge derart zu gesetzt, daß die Einbindung der Feinstpartikel erfolgt.

Es wurde überraschend gefunden, daß beim Abkühlen einer Lösung beispielsweise von Polyolefinen aus gebrauchten Kunststoffverpackungen in einer Kohlenwasserstoffraktion die enthaltenen Feinstpartikel in den zuerst ausfallendem Polymer gebunden werden, während die Mutterlauge praktisch frei von Partikeln ist. Bei konstanter Temperatur wird die Partikelenthaltende Teilmenge durch Fest-Flüssig-Trennung entfernt, während die in der Mutterlauge enthaltene Restmenge durch geeignete technische Prozesse der Lösungsmittelentfernung, wie Fällen und/oder Trocken und Eindampfen, bei erhöhten Temperaturen gewonnen wird.

Die angesprochene erste Temperatur wird abhängig vom verwendeten Lösungsmittel eingestellt. Das verwendete Fällungsmittel ist ein Lösungsmittel, das mit dem zum Lösen des Kunststoffs verwendeten Lösungsmittels bzw. Lösungsmittelgemisches mindestens teilweise mischbar ist. Durch die Zugabe von Fällungsmittel wird das Lösungsvermögen der sich dann bildenden Mischung geringer, wodurch die Ausfällung hervorgerufen wird. Diese Ausfällung kann nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens noch verbessert werden, indem die mit dem flüssigen Fällungsmittel versetzte Lösung auf eine dritte Temperatur gebracht wird, die niedriger ist als die erste Temperatur. Durch Zugabe eines kalten Fällungsmittels kann derselbe Effekt erreicht werden.

Wenn mit Fällungsmitteln gearbeitet ist, ist es weiter bevorzugt, dieses in bezug auf die Menge an Lösung im Überschuß zuzusetzen. Bevorzugt wird etwas die vierfache Menge an flüssigem Fällungsmittel zugesetzt.

Die Konzentration von Polymer in Lösung sollte weiter bevorzugt auf 2 bis 25 Gew.-% eingestellt werden, noch weiter bevorzugt auf 5 bis 20 Gew.-%.

Die Ausfällung wird in beiden alternativ geführten Verfahren gestoppt, wenn die gewünschten Feinstpartikel in ausreichendem Maße aus der Lösung abgetrennt sind. Dies kann beispielsweise mittels optischer Methoden nach der Sedimentation des ausgefällten Polymers festgestellt werden.

Bevorzugt enthält die ausgefällte Teilmenge mindestens ein Polymer in angereicherter Form, bevorzugt in einer Reinheit größer als 80 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Reinheit von größer als 90 Gew.-% und noch weiter bevorzugt in einer Reinheit von größer als 95 Gew.-%. Auch die in Lösung verbleibende Restmenge enthält bevorzugt ein Polymer in angereicherter Form, bevorzugt in einer Reinheit größer als 80 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Reinheit von größer als 90 Gew.-% und noch weiter bevorzugt in einer Reinheit von größer als 95 Gew.-%.

Je nach Zusammensetzung des Kunststoffes oder Kunststoffgemisches kann es vorteilhaft sein, einen Teil der festen, im Polymer unlöslichen Bestandteile vorab durch Fest-Flüssig- Trennung abzutrennen.

Als Polymere werden bevorzugt Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE) oder Polypropylen (PP) oder Gemische der genannten Polymere eingesetzt, die überwiegend bei der Abfallsortierung gewonnen werden.

Als Lösungsmittel oder Fällungsmittel werden aliphatische, aromatische oder zyklische, gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Carboxylsäuren, Amine, Esther, Ketone, Aldehyde, Ether, Wasser, Dimethylformaid, Dimethylsulfoxid, N-Methylpyrrolidon, N-Methylcaprolactam oder deren Mischungen verwendet, wobei das Verträglichkeitskriterium zwischen Lösungsmittel und Fällungsmitteln zu beachten ist.

Besonders bevorzugt wird nach alledem das erfindungsgemäße Verfahren für das Recycling von Kunststoffen eingesetzt.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1

Der Mischkunststoff aus der Sammlung des Dualen Systems Deutschlands, der LDPE, HDPE und Polypropylen enthält, wird bei 150°C in Petroleum Benzin (Riedel-de-Haën, 24551) für zwei Stunden gelöst. Nach dem Abtrennen des Grobguts durch eine Filtration bei 150°C verbleibt eine graue Lösung, die neben LDPE, HDPE und Polypropylen weiterhin die im Mischkunststoff enthaltenen Feinstpartikel enthält. Durch Absenken der Temperatur auf 70°C fällt ein Teil des Mischkunststoffes aus, der reich an HDPE und Polypropylen ist. Das nach einer weiteren heißen Filtration gewonnene Filtrat ist grüngelb und weitgehend partikelfrei; der Filterkuchen ist grau und enthält die Feinstpartikel.

Beispiel 2

Der Mischkunststoff, der Polystyrol, LDPE, HDPE und Polypropylen enthält, wird bei 130°C in Xylol (Merck, 818754) für mindestens zwei Stunden gelöst. Nach dem Abtrennen des Grobguts durch eine Filtration bei 130°C verbleibt eine graue Lösung, die neben Polystyrol, LD-Polyethylen, HD-Polyethylen und Polypropylen weiterhin die im Mischkunststoff enthaltenen Feinstpartikel enthält. Durch Absenken der Temperatur auf etwa 50°C fällt ein Teil des Mischkunststoffes, der reich an LDPE, HDPE und Polypropylen ist, aus. Das nach einer weiteren heißen Filtration (bei 50°C) gewonnene Filtrat ist grüngelb und weitgehend partikelfrei; der graue Filterkuchen ist sehr reich an LDPE, HDPE und PP und enthält die Feinstpartikel.

Beispiel 3

Der Mischkunststoff, der Polystyrol, LDPE, HDPE und Polypropylen enthält, wird bei 130°C in Xylol (Merck 818754) für mindestens zwei Stunden gelöst. Das so enthaltene Filtrat wird mit einem vierfachen Überschuß an Petroleum Benzin (Riedel-de-Haën, 24551) versetzt. Durch Absenken der Temperatur auf 90 bis 120°C fällt ein Teil des Mischkunststoffs aus, der reich an Polystyrol ist. Das nach einer weiteren heißen Filtration (110°C) gewonnene Filtrat ist sehr reich an Polyolefinen, grüngelb und weitgehend partikelfrei; der graue Filterkuchen ist reich an Polystyrol und enthält die Feinstpartikel.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Claims

1. Verfahren zur Reinigung von Kunststoffen, die mindestens ein Polymer und mindestens einen festen, im Polymer unlöslichen Bestandteil in Form von Feinstpartikeln aufweisen, bei dem

a) die Kunststoffe in einem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch bei einer ersten Temperatur in eine Lösung mit einer Konzentration an Polymer von 0.1 bis 50 Gew.-% überführt werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Lösung auf eine zweite Temperatur abgekühlt wird, bei der eine Teilmenge des oder mindestens eines Polymers oder der Polymere unter Einbindung von Feinstpartikeln ausfällt;

b) die die Feinstpartikel enthaltende Teilmenge von der Lösung mit reduziertem Anteil an Feinstpartikeln abgetrennt wird und

c) die Restmenge des Polymers oder der Polymere aus der Lösung gewonnen wird.

2. Verfahren zur Reinigung von Kunststoffen, die mindestens ein Polymer und mindestens einen festen, im Polymer unlöslichen Bestandteil in Form von Feinstpartikeln aufweisen, bei dem

dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Lösung ein flüssiges Fällungsmittel in einer Menge derart zugesetzt wird, daß eine Teilmenge des oder mindestens eines Polymers oder der Polymere unter Einbindung von Feinstpartikeln ausfällt;

c) die Restmenge des Polymers oder der Polymere aus der Lösung gewonnen wird.

3. Verfahren zur Reinigung von Kunststoffen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem flüssigen Fällungsmittel versetzte Lösung auf eine dritte Temperatur gebracht wird, die niedriger ist als die erste Temperatur.

4. Verfahren zum Reinigen von Kunststoffen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Fällungsmittel in bezug auf die Menge an Lösungsmittel im Überschuß zugesetzt wird.

5. Verfahren zum Reinigen von Kunststoffen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration von Polymer in Lösung 2 bis 25 Gew.-% beträgt.

6. Verfahren zum Reinigen von Kunststoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration von Polymer in Lösung 5 bis 20 Gew.-% beträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgefällte Teilmenge mindestens ein Polymer in angereicherter Form enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine angereicherte Polymer mit einer Reinheit von größer als 80 Gew.-% vorliegt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine angereicherte Polymer mit einer Reinheit von größer als 90 Gew.-% vorliegt.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine angereicherte Polymer mit einer Reinheit von größer als 95 Gew.-% vorliegt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Lösung verbleibende Restmenge mindestens ein Polymer in angereicherter Form enthält.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Lösung verbleibende Restmenge mindestens ein Polymer mit einer Reinheit von größer als 80 Gew.-% enthält.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Lösung verbleibende Restmenge mindestens ein Polymer mit einer Reinheit von größer als 90 Gew.-% enthält.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Lösung verbleibende Restmenge mindestens ein Polymer mit einer Reinheit von größer als 95 Gew.-% enthält.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ausfällen der Teilmenge, insbesondere nach Schritt a) und vor Schritt b) ein Teil der festen, im Polymer unlöslichen Bestandteile durch Fest-Flüssig-Trennung abgetrennt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymere Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) oder Polyethylen hoher Dichte (HDPE) oder Polypropylen (PP) oder Gemische der genannten Polymere eingesetzt werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel oder Fällungsmittel aliphatische, aromatische oder cyclische, gestättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Carboxylsäuren, Amine, Ester, Ketone, Aldehyde, Ether, Wasser, Tetrahydrofuran, Dimethylformaid, Dimethylsulfoxid, N-Methylpyrrolidon, N-Methylcaprolactam oder deren Mischungen verwendet werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß für das Recycling vorgesehene Kunststoffe eingesetzt werden.