DE102007050784B4

DE102007050784B4 - Verfahren zum Herstellen von Kunststoffplatten aus einem thermoplastischen Kunststoffrecyclat

Info

Publication number: DE102007050784B4
Application number: DE102007050784.6A
Authority: DE
Inventors: Jörg Heinz Hüneke; Dr. Schöler Michael
Original assignee: Siempelkamp Maschinen und Anlagenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Siempelkamp Maschinen und Anlagenbau GmbH and Co KG
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2018-07-12
Anticipated expiration: 2027-10-25
Also published as: DE102007050784A1; WO2009053066A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen von Kunststoffplatten aus einem thermoplastischen Kunststoffrecyclat, insbesondere aus Mischfraktionen von Verpackungskunststoffen,wobei das thermoplastische Kunststoffrecyclat in einer Extrusionsvorrichtung unter Freisetzung von Gas und demzufolge Druckerhöhung auf eine Temperatur über 180 °C erwärmt wird,wobei das erwärmte Kunststoffrecyclat beim Austreten aus der Extrusionsvorrichtung unter Entspannung bei in etwa Atmosphärendruck aufschäumt und eine zähflüssige Kunststoffmasse bildet,wobei aus der erwärmten, aufgeschäumten Kunststoffmasse eine Kunststoff-Materialbahn mit einer Dichte von 400 bis 700 kg/cmgeformt wird undwobei die Kunststoff-Materialbahn in einer als Heiz-Kühl-Presse ausgebildeten kontinuierlichen Presse zu einer Kunststoffplatte bzw. zu Kunststoffplatten verpresst wird, wobei die Kunststoff-Materialbahn zunächst im Einlaufbereich und/oder nach dem Einlaufbereich zumindest eine Heizzone und anschließend zumindest eine der Heizzone nachgeordnete Kühlzone durchläuft, wobei die Materialbahn ohne Verdichtung durch die Heizzone geführt und anschließend in der Kühlzone auf die Enddichte der Kunststoffplatte verdichtet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kunststoffplatten oder dergleichen Kunststoffformteilen aus thermoplastischem Kunststoff.
Die Herstellung von Kunststoffplatten aus thermoplastischem Kunststoff ist bekannt. Sie kann beispielsweise durch das Verpressen einer geeigneten thermoplastischen Materialbahn in einer kontinuierlichen Presse erfolgen.
In der Praxis gewinnt die Verwertung von Recyclingkunststoffen bzw. von Kunststoffrecyclaten an zunehmender Bedeutung. Derartige thermoplastische Kunststoffrecyclate fallen in hohem Maß insbesondere als Mischfraktionen von Verpackungskunststoffen bzw. gewerblichen Verpackungsabfällen an. Die Wiederverwertung solcher Kunststoffrecyclate erfolgt in der Praxis in unterschiedlichster Weise. So ist insbesondere die Verarbeitung von Thermoplast-Recyclaten im Wege des Spritzgießens bekannt geworden.
Aus der DE 35 30 309 C2 kennt man ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von thermoplastischen Kunststoffbahnen, insbesondere für die Weiterverarbeitung zu Platten oder Folien, wobei eine extrudierte, auf Verarbeitungstemperatur erwärmte Thermoplastbahn in erwärmtem Zustand zwischen zwei ortsfest angeordneten Druckplatten abgekühlt wird, so dass die Oberfläche der Thermoplastbahn kalibriert und geglättet wird. In einem Extruder wird eine Kunststoffschmelze erzeugt, wobei die Kunststoffschmelze auf Verarbeitungstemperatur aus der Düse des Extruders austritt. Die Kunststoffschmelze wird von den Bändern der Doppelbandpresse aufgenommen und in die Einlaufzone der Doppelbandpresse eingeführt. Um die Kunststoffschmelze auf die gewünschte Innentemperatur beim Verlassen der Doppelbandpresse abkühlen zu können, werden die Druckplatten auf einer Temperatur gehalten, die sehr viel niedriger als die zu erreichende Endtemperatur der Kunststoffschmelze ist. Dazu sind in die Druckplatten Kanäle eingearbeitet, welche von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden, die die Wärme aufnimmt und abführt und somit die Solltemperatur der Druckplatte auf dem gewünschten niedrigen Niveau hält.
Die Herstellung von Schaumstoffkunststoffartikeln in einem kontinuierlichen Verarbeitungsprozess ist im Übrigen aus der US 3 243 485 A bekannt.
Die DE 39 07 748 C2 befasst sich mit der Verwertung von Kunststoff-RecyclingMaterial, wobei die Herstellung von stranggepressten Profilsträngen beschrieben wird. Das Recyclingmaterial wird zu einer Schmelze aufbereitet. In der Schmelze befinden sich nicht aufbereitete Kunststoffreste und Fremdkörper in einem wirren ungeordneten Durcheinander. Die aus einem Plastifikator austretende Schmelze hat deshalb eine strukturierte, warzenförmige Oberfläche. In einem anschließenden Vorbehandlungsgerät werden nichtaufbereitete Kunststoffreste und Fremdkörper in eine möglichst horizontale Lage gebracht und von der Oberfläche weitestgehend in die Schmelze hineingedrückt. In einem nachfolgend angeordneten Kalibrator wird dem Profilstrang dann die endgültige Form gegeben.
Schließlich befasst sich die US 7 794 224 B2 mit der kontinuierlichen Herstellung von Verbundartikeln in einer Doppelbandpresse. Die Doppelbandpresse ist mit Heizelementen und Kühlelementen ausgerüstet, welche im Rücklauf der Formbänder positioniert sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem sich Kunststoffplatten aus thermoplastischem Kunststoff mit hervorragenden Eigenschaften in besonders wirtschaftlicher Weise herstellen lassen.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Kunststoffplatten oder dergleichen Kunststoffformteilen aus einem thermoplastischen Kunststoffrecyclat, insbesondere aus Mischfraktionen von Verpackungskunststoff,
wobei das thermoplastische Kunststoffrecyclat in einer Extrusionsvorrichtung unter Freisetzung von Gas und demzufolge Druckerhöhung auf eine Temperatur über 180°C erwärmt wird,
wobei das erwärmte Kunststoffrecyclat beim Austreten aus der Extrusionsvorrichtung unter Entspannung bei in etwa Atmosphärendruck aufschäumt und eine zähflüssige Kunststoffmasse bildet,
wobei aus der erwärmten, aufgeschäumten Kunststoffmasse eine Kunststoff-Materialbahn mit einer Dichte von 400 bis 700 kg/cm³ geformt wird und
wobei die Kunststoff-Materialbahn in einer als Heiz-Kühlpresse ausgebildeten kontinuierlichen Presse zu einer Kunststoffplatte bzw. zu Kunststoffplatten oder einem Kunststoffplattenstrang verpresst wird, wobei die Kunststoff-Materialbahn zunächst im Einlaufbereich und/oder nach dem Einlaufbereich zumindest eine Heizzone und anschließend zumindest eine der Heizzone nachgeordnete Kühlzone durchläuft, wobei die Materialbahn ohne Verdichtung durch die Heizzone geführt und anschließend in der Kühlzone auf die Enddichte der Kunststoffplatte verdichtet wird.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass sich thermoplastische Kunststoffrecyclate, insbesondere aus Mischfraktionen von Verpackungskunststoffen, hervorragend für eine kostengünstige Herstellung von Kunststoffplatten eignen, wobei eine wirtschaftliche Fertigung von Platten mit hervorragenden Eigenschaften gelingt, wenn zunächst eine Verarbeitung des Kunststoffrecyclats in einer Extrusionsvorrichtung und anschließend ein Verpressen der Materialbahn in einer kontinuierlich arbeitenden Presse erfolgt. Das Kunststoffrecyclat wird dabei innerhalb der Extrusionsvorrichtung deutlich über den Erweichungspunkt der eingesetzten (Misch)Kunststoffe erhitzt. So beginnen bei üblichen Mischfraktionen aus z. B. Verpackungskunststoff einige Anteile bereits unterhalb von 160 °C zu erweichen. Im Rahmen der Erfindung wird das Kunststoffrecyclat auf Temperaturen über 180 °C, besonders bevorzugt auf Temperaturen über 200 °C erwärmt. Durch die Erwärmung der Kunststoffrecyclate kommt es zur Freisetzung von Gasen innerhalb der Extrusionsvorrichtung und damit zur Druckerhöhung des Gemisches innerhalb der Extrusionsvorrichtung. Dieses Ausgasen wird nun im Rahmen der Erfindung gezielt ausgenutzt, um Kunststoffplatten mit verhältnismäßig geringer Dichte und dennoch hoher Festigkeit zu erzeugen. Denn beim Austreten des Kunststoffrecyclates aus der Extrusionsvorrichtung bewirkt der durch die freigesetzten Gase entstehende Druck ein Aufschäumen am Austritt des Extruderspaltes durch Entspannung bei Atmosphärendruck. Der Extrusionvorgang wird dabei so gefahren, dass die austretende Kunststoffmasse eine Dichte von 400 bis 700 kg/m³ aufweist. Die Dichte kann insbesondere 500 bis 600 kg/m³, vorzugsweise 530 bis 580 kg/m³ aufweisen. Anschließend wird die Kunststoffmasse zu einer Kunststoff-Materialbahn geformt, welche in etwa die gleiche Dichte aufweisen kann. Diese Kunststoff-Materialbahn wird dann im Rahmen der Erfindung in einer kontinuierlich arbeitenden Presse zu der Kunststoffplatte bzw. einem Kunststoffplattenstrang verpresst, so dass eine Kunststoffplatte mit hervorragenden Eigenschaften, insbesondere mit einer verhältnismäßig geringen Dichte bei gleichzeitig hoher Festigkeit geschaffen wird, die (vollständig) aus einem thermoplastischen Kunststoffrecyclat besteht, welches kostengünstig als Ausgangsstoff zur Verfügung steht.
Platten mit besonders vorteilhaften Eigenschaften lassen sich dadurch herstellen, dass die Materialbahn in einer als Heiz-Kühlpresse ausgebildeten kontinuierlich arbeitenden Presse verpresst wird. Eine solche Heiz-Kühlpresse weist üblicherweise einerseits im Einlaufbereich und/oder nach dem Einlaufbereich zumindest eine Heizzone sowie andererseits zumindest eine der Heizzone nachgeordnete Kühlzone auf. Derartige Heiz-Kühl-Pressen sind aus der Praxis grundsätzlich bekannt, z. B. aus der Holzwerkstoffplattenindustrie oder als Pressen für die kontinuierliche Vulkanisation von Fördergurten und Gummibahnen. Insofern kann in vorrichtungsmäßiger Hinsicht auf derartige Erkenntnisse zurückgegriffen werden. Die Heiz-Kühl-Presse weist folglich zumindest eine Heizzone und zumindest eine Kühlzone auf, wobei Heizzone einerseits und Kühlzone andererseits jeweils als separate Pressen und folglich Heizpresse einerseits und Kühlpresse andererseits ausgebildet sein können. Heizzone und Kühlzone können jedoch auch in einer „einheitlichen“ Heiz-Kühl-Presse mit einem gemeinsamen Stahlbandumlauf untergebracht sein. Stets ist es zweckmäßig, wenn die Heizpresse im Pressenoberteil eine obere Heizplatte und im Pressenunterteil eine untere Heizplatte aufweist, wobei sich das endlos umlaufende Stahlpressband über Rollstangen an den Heizplatten abstützen. Dementsprechend kann die Kühlpresse bzw. Kühlzone eine obere Kühlplatte und eine untere Kühlpatte aufweisen, wobei sich das Stahlband ebenfalls unter Zwischenschaltung von Rollstangen an den Kühlplatten abstützt. Für die Heizzone und die Kühlzone können separate Rollstangenumläufe vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß durchläuft die Materialbahn zunächst die Heizzone bzw. Heizpresse, und zwar ohne (weitere) Verdichtung. Die zähflüssige Masse wird folglich gleichsam drucklos durch die Kühlzone transportiert und zu einer Platte bzw. Bahn geformt. Dazu kann es zweckmäßig sein, die Materialbahn mit Randstreifen als Führungselemente durch die kontinuierliche Presse zu führen. Innerhalb der Heizzone besteht die Möglichkeit, dass das Material weiter ausgast. Dabei ist es zweckmäßig, das Material auf einer bestimmten Temperatur zu halten, um diesen Ausgasungseffekt und die Ausbildung einer Schaumstruktur zu fördern. Anschließend gelangt die Materialbahn dann in die Kühlzone bzw. Kühlpresse, wo sie verdichtet wird und zwar vorzugsweise auf das Endmaß bzw. die Enddichte. Die hohe Viskosität des zähflüssigen Kunststoffes dient als rückwärtige Abdichtung während der kontrollierten Abkühlung und gleichzeitigen Verdichtung. Die Verdichtungsrate wird dabei vorzugsweise dem Wärmedurchgang und den Erweichungspunkten des Materials angepasst.
Die Temperatur der Heizplatten in der Heizzone beträgt z. B. 150 °C bis 250 °C, vorzugsweise 170 °C bis 230 °C, besonders bevorzugt 190 °C bis 220 °C. In der sich an die Heizzone anschließenden Kühlzone, in welcher die Materialbahn vorzugsweise fertig gepresst bzw. auf Enddichte verdichtet wird, beträgt die Temperatur der Kühlplatten z. B. 70 °C bis 140 °C, vorzugsweise 80 °C bis 130 °C.
Die abschließend aus der Presse auslaufende Kunststoffplatte bzw. der Kunststoffplattenstrang hat vorzugsweise eine (mittlere) Dichte von 400 kg/m³ bis 1000 kg/m³, vorzugsweise 600 bis 850 kg/m³.
Dabei kann die Dichte über die Dicke der Kunststoffplatte variieren, d. h., es kann eine Kunststoffplatte mit inhomogenem Dichteprofil erzeugt werden. Dieses gelingt insbesondere über eine gezielte Abkühlung bzw. eine gezielte Kühl-Druck-Kurye in der Kühlzone der Presse. So lässt sich - ähnlich wie bei dreischichtigen Holzwerkstoffplatten - eine Platte mit geschlossenen Deckschichten hoher Dichte und einer porösen Mittelschicht niedriger Dichte erzeugen, wobei die Anteile und Dichten durch gezielte Abkühlung und Verdichtung in weiten Grenzen einstellbar sind. Auf diese Weise sind dann auch die Produkteigenschaften an die Bedürfnisse anpassbar.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung können dem Kunststoffgemisch Holzfasern und/oder Holzspäne zugegeben werden, welche die Steifigkeit des Produktes erhöhen können. Der Holzanteil ist dabei im fertigen Produkt nahezu vollständig vom Kunststoffanteil umschlossen, so dass es weder zu einer nennenswerten Dickenquellung durch Feuchtigkeitseinwirkung am Produkt, noch zur selbst Entzündung während der Herstellung durch beteiligte Temperaturen kommen kann.
Insgesamt lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf wirtschaftliche Weise Kunststoffplatten aus Recycling-Kunststoff mit hervorragenden Eigenschaften herstellen. Diese Kunststoffplatten werden im Rahmen der Erfindung auch selbständig unter Schutz gestellt. Vorzugsweise handelt es sich bei den Kunststoffplatten um Bodenplatten, besonders bevorzugt Containerbodenplatten. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass die Böden von Transportcontainern ausgekleidet bzw. mit einem Bodenbelag versehen werden müssen. Dieser Boden ist extrem hohen Belastungen, insbesondere beim Beladen und Entladen der Container ausgesetzt. Dieses führt dazu, dass bei einer durchschnittlichen Lebensdauer eines Containers von 8 bis 10 Jahren der Bodenbelag bzw. Fußboden mehrfach ausgetauscht werden muss, üblicherweise nach zwei Jahren. Die Kosten für die regelmäßige Erneuerung des Bodens können dabei die Containerkosten selbst übersteigen. Die Erfindung hat nun erkannt, dass sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren derartige Containerbodenplatten besonders wirtschaftlich herstellen lassen, wobei die erfindungsgemäßen Bodenplatten für die erläuterten Zwecke hervorragende Eigenschaften aufweisen. Insofern kommt der Verwendung der beschriebenen Kunststoffplatte, insbesondere als Containerbodenplatte, besondere Bedeutung zu.
Die erfindungsgemäßen Platten, z. B. Bodenplatten, insbesondere Containerbodenplatten weisen eine Dicke von z. B. 10 mm bis 50 mm, vorzugsweise 20 mm bis 40 mm, z. B. 25 mm bis 28 mm auf.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Kunststoffplatten aus einem thermoplastischen Kunststoffrecyclat, insbesondere aus Mischfraktionen von Verpackungskunststoffen, wobei das thermoplastische Kunststoffrecyclat in einer Extrusionsvorrichtung unter Freisetzung von Gas und demzufolge Druckerhöhung auf eine Temperatur über 180 °C erwärmt wird, wobei das erwärmte Kunststoffrecyclat beim Austreten aus der Extrusionsvorrichtung unter Entspannung bei in etwa Atmosphärendruck aufschäumt und eine zähflüssige Kunststoffmasse bildet, wobei aus der erwärmten, aufgeschäumten Kunststoffmasse eine Kunststoff-Materialbahn mit einer Dichte von 400 bis 700 kg/cm³ geformt wird und wobei die Kunststoff-Materialbahn in einer als Heiz-Kühl-Presse ausgebildeten kontinuierlichen Presse zu einer Kunststoffplatte bzw. zu Kunststoffplatten verpresst wird, wobei die Kunststoff-Materialbahn zunächst im Einlaufbereich und/oder nach dem Einlaufbereich zumindest eine Heizzone und anschließend zumindest eine der Heizzone nachgeordnete Kühlzone durchläuft, wobei die Materialbahn ohne Verdichtung durch die Heizzone geführt und anschließend in der Kühlzone auf die Enddichte der Kunststoffplatte verdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kunststoffrecyclat in der Extrusionsvorrichtung auf eine Temperatur über 200 °C erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kunststoffmasse und/oder die Materialbahn eine Dichte von 500 bis 600 kg/m³, vorzugsweise 530 bis 580 kg/m³ aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Heizplattentemperatur in der Heizzone in etwa 150 °C bis 250°C, vorzugsweise 170 °C bis 230 °C, vorzugsweise 180 °C bis 220 °C beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kunststoff-Materialbahn, z. B. in der Kühlzone, auf eine (mittlere) Dichte von 400 bis 1000 kg/m³, vorzugsweise 600 bis 850 kg/m³ verdichtet wird.
Kunststoffplatte, insbesondere Bodenplatte, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5
Verwendung einer Kunststoffplatte nach Anspruch 6, als Bodenplatte, vorzugsweise als Containerbodenplatte.