DE102007055765B4 - Process for the electrostatic separation of plastic mixtures - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur elektrostatischen Trennung von Kunststoffgemischen, bei dem das Kunststoffgemisch, welches zum überwiegenden Teil aus einem Gemisch aus zerkleinerten Polyolefinteilchen besteht, einer Elektronenbestrahlung bis maximal 10 MeV unterworfen wird und nachfolgend das Kunststoffgemisch mindestens einer triboelektrischen Aufladung unterworfen und anschließend mindestens die Polyolefine im Wesentlichen sortenrein getrennt ausgetragen werden.Process for the electrostatic separation of plastic mixtures, in which the plastic mixture, which consists predominantly of a mixture of comminuted polyolefin particles, is subjected to electron irradiation up to a maximum of 10 MeV and subsequently the plastic mixture is subjected to at least one triboelectric charging and subsequently at least the polyolefins are separated in a substantially pure manner be discharged.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Chemie und der Abfallwirtschaft und betrifft ein Verfahren zur elektrostatischen Trennung von Kunststoffgemischen, welches beispielsweise für die Trennung von Kunststoffabfällen aus der Automobil- und Elektroindustrie zur Anwendung kommen kann.The This invention relates to the fields of chemistry and waste management and relates to a process for the electrostatic separation of plastic mixtures, which for example the separation of plastic waste from the automotive and electrical industries can be used.
Zunehmend wird dazu übergegangen, auch Kunststoffabfälle neben einer thermischen Entsorgung auch roh- und werkstofflich wiederzuverwerten. Allerdings liegen Kunststoffabfälle meist als Verbund oder als Gemisch verschiedener Kunststoffe vor. Für eine werkstoffliche Verwertung der Kunststoffabfälle ist eine Trennung in sortenreine Komponenten zwingend notwendig.Increasingly is transferred to also plastic waste in addition to a thermal disposal also raw and material recyclable. Indeed are plastic waste usually as a composite or as a mixture of different plastics. For one Material recycling of plastic waste is a separation into varietal Components mandatory.
Bisher ist die wertstoffliche Nutzung von Kunststoffrecyclaten stark eingeschränkt, da für ihre Verarbeitung zu qualitativ hochwertigen Produkten, d. h. Produkten mit einer hohen Wertschöpfung, nur ungenügend sortenreine Kunststofffraktionen zur Verfügung gestellt werden können und/oder der Sortieraufwand für hinreichend sortenreine Fraktionen jeden akzeptablen Kostenrahmen sprengt.So far the use of recycled plastic recyclates is severely limited because for their processing to high quality products, d. H. Products with one high added value, only insufficient unmixed plastic fractions can be provided and / or the sorting effort for sufficiently pure fractions every acceptable cost blasts.
Aufgrund der Unmischbarkeit der meisten Kunststoffe untereinander ist eine hohe Unverträglichkeit der einzelnen Kunststofftypen untereinander sowohl in der Schmelze als auch im finalen Formteil gegeben, was insbesondere zu Problemen bei mechanischer Belastung der Produkte aus Recyclingmaterial führt.by virtue of The immiscibility of most plastics among themselves is one high incompatibility the individual types of plastic with each other both in the melt as well as in the final molding given, which in particular to problems mechanical stress on recycled products.
Eine bekannte Möglichkeit, Kunststoffabfallgemische effektiv zu trennen, besteht in der triboelektrischen Aufladung der zu Granulaten zerkleinerten Kunststoffabfälle und ihrer anschließenden stoffspezifischen Trennung durch Elektrosortierung in einem elektrostatischen Freifallscheider (Schubert, G. u. a.: DFG-Sonderforschungsbereich 285 7/1995-12/2004; Schubert, G. u. a.: Abschlußbericht zum Sonderforschungsbereich 285; Husemann, K. u. a.: Shaker-Verlag, Reihe Berichte aus der Verfahrenstechnik, Aachen (2004), S. 183–212). Die Elektrosortierung liefert bei optimierten Verfahrensbedingungen (z. B. Aufladezeit, Luftgeschwindigkeit, relative Luftfeuchte, Temperatur, Feldstärke, Anzahl der zu trennenden Komponenten, Art der Vorbehandlung der Kunststoffgemische) Fraktionen hoher Sortenreinheit. Mechanistische Untersuchungen erlauben eine Vorhersage über Trennerfolge bei der Elektrosortierung von Kunststoffgemischen (Albrecht, V. u. a.: J. Electrostatics 58 (2003) 3; Augsburg, A. u. a.: J. Electrostatics, Special Issue (1997) 76; Albrecht, V. u. a.: ”Polymerwerkstoffe 2002”, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Band 1 (2002) 569–572; Albrecht, V. u. a.: Chemie-Ingenieur-Technik 74 (2002) 1425).A known possibility To separate plastic waste mixtures effectively, consists in the triboelectric Charging the plastic waste shredded into granules and their subsequent substance-specific separation by electrosorting in an electrostatic Freefallscheider (Schubert, G. et al.: DFG-Sonderforschungsbereich 285 7 / 1995-12 / 2004; Schubert, G. u. a .: Final Report on the Collaborative Research Center 285; Husemann, K. u. a .: Shaker-Verlag, series of reports from the field of process engineering, Aachen (2004), pp. 183-212). The electric sorting delivers under optimized process conditions (eg. B. charging time, air speed, relative humidity, temperature, Field strength Number of components to be separated, type of pretreatment of the plastic mixtures) Fractions of high purity. Mechanistic investigations allow a prediction about Separation successes in the electrosorting of plastic mixtures (Albrecht, V. and. a .: J. Electrostatics 58 (2003) 3; Augsburg, A. u. a .: J. Electrostatics, Special Issue (1997) 76; Albrecht, V. and others a .: "Polymer materials 2002 ", Martin-Luther-University Halle-Wittenberg, Vol. 1 (2002) 569-572; Albrecht, V. and others a .: Chemical Engineering Technology 74 (2002) 1425).
Prinzipiell können Kunststoffgemische nach einer triboelektrischen Aufladung in einem elektrostatischen Feld getrennt werden. Der geringe Energieaufwand, der hierzu notwendig ist, stellt einen entscheidenden wirtschaftlichen Vorteil gegenüber anderen Trennverfahren zur Kunststoffsortierung dar. Für eine Trennung werden die Verbundwerkstoffe und andere Kunststoffabfälle zunächst auf eine Korngröße von einigen Millimetern zerkleinert. Die triboelektrische Aufladung der Granulate erfolgt in Aufladeeinheiten unterschiedlicher Bauart (z. B. Drehtrommel, Wirbelschicht- oder Schüttelapparatur). Während des Aufladevorgangs werden die Teilchen des zu trennenden Gemischs mechanisch kontaktiert (Stoß). Dabei laden sie sich stoffspezifisch positiv oder negativ elektrostatisch auf. Die aufgeladenen Teilchen separieren stoffspezifisch entsprechend ihrer Aufladung beim Durchgang durch das Feld eines elektrostatischen Freifallscheiders.in principle can Plastic mixtures after a triboelectric charging in one separated electrostatic field. The low energy consumption, which is necessary, represents a decisive economic advantage over other separation method for plastic sorting. For a separation The composites and other plastic waste are initially on a grain size of some Crushed millimeters. The triboelectric charging of the granules takes place in charging units of different design (eg rotary drum, Fluidized bed or shaking apparatus). While the charging process, the particles of the mixture to be separated mechanically contacted (shock). In doing so, they charge substance-specific positive or negative electrostatic on. The charged particles separate material-specifically accordingly their charge when passing through the field of an electrostatic Free-fall separator.
Gut trennbar sind Gemische, deren Komponenten sich triboelektrisch stark und mit umgekehrten Vorzeichen aufladen.Well Separable are mixtures whose components are triboelectrically strong and charge with the opposite sign.
Trennprobleme bringen Kunststoffkomponenten, die sich nicht oder nur geringfügig aufladen. Kunststoffgemische aus solchen Komponenten lassen sich nicht sortenrein trennen. Zu diesen Kunststoffgemischen gehören auch Polyolefingemische, wie Polyethylen/Polypropylen und andere. Diese Polyolefingemische stellen aufgrund ihres hohen Produktionsvolumens und ihres weiten Anwendungs- und Einsatzspektrums die Hauptkomponente des Gesamtaufkommens bei Kunststoffabfällen dar.separation problems bring plastic components that do not or only slightly charge. Plastic mixtures such components can not be separated by type. To belong to these plastic mixtures also polyolefin blends, such as polyethylene / polypropylene and others. These polyolefin blends pose due to their high production volume and its broad application and application spectrum is the main component of the total volume of plastic waste.
Kunststoffgemische, die aus Polyolefinen, insbesondere aus Polyethylen- und Polypropylentypen bestehen, lassen sich nicht durch die konventionelle elektrostatische Aufladung hinreichend sortenrein trennen.Plastic mixtures, those of polyolefins, in particular of polyethylene and polypropylene types can not be passed through the conventional electrostatic Separate charge sufficiently pure.
Auch vorbereitende Verfahrensschritte, wie das Waschen der Polyethylen/Polypropylen-Gemische, die Adsorption von Tensiden oder Polyelektrolyten, das Besprühen mit Laugen oder Säuren führen zu keiner befriedigenden Sortenreinheit nach der erfolgten Elektrosortierung.Also preparatory steps, such as washing the polyethylene / polypropylene blends, adsorption of surfactants or polyelectrolytes, spraying with Alkalis or acids lead to no satisfactory type purity after the electro sorting.
Der Farbstoff Nigrosin, der aus Lösung auf die zu trennenden Polyethylen/Polypropylen-Gemische aufgebracht wird, ermöglicht das Aufladeverhalten der einzelnen Fraktionen so zu beeinflussen, dass eine sortenreine Trennung möglich ist (Németh, E.: Dissertation, Technische Universität Bergakademie Freiberg, 2003; Németh, E. u. a.: Aufbereitungstechnik 45 (2005) 35–46; Stückrad, O.: Dissertation, Technische Universität Clausthal, 1996).Of the Dye Nigrosin, which comes from solution applied to the polyethylene / polypropylene mixtures to be separated becomes possible to influence the charging behavior of the individual fractions in such a way that a sorted separation possible is (Németh, E .: Dissertation, Technical University Bergakademie Freiberg, 2003; Németh, E. and. a .: Mineral Processing 45 (2005) 35-46; Stückrad, O .: Dissertation, Technical university Clausthal, 1996).
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht im Aufbringen des intensiven Farbstoffs, der in der weiteren Aufarbeitung der sortenreinen Polyethylen- bzw. Polypropylen-Komponenten nicht oder nur mit erheblichem technologischem Aufwand entfernt werden kann.The disadvantage of this method is the application of the intense dye, in the white direct processing of the unmixed polyethylene or polypropylene components can not or only with considerable technological effort can be removed.
Als
effizienter für
die Trennung von Polyethylen/Polypropylen-Gemischen erwies sich
eine Vorbehandlung der Gemische mit einem Sauerstoff-Niederdruckplasma,
wobei sich der Vorbehandlung eine bestimmte Lagerungszeit (t > 2 h) anschließen muss (
Da Plasmabehandlungen unter den für die Trennversuche gewählten Bedingungen, nur den oberflächennahen Bereich der Kunststoffgranulate in der Art modifizieren, dass ein Aufbrechen der kristallinen Bereiche eintritt und die Ausbildung weniger polarer funktioneller Gruppen ermöglicht wird (Heydel, B.: Diplomarbeit, Technische Universität Dresden, 2007), ist mit keiner signifikanten Veränderung der Materialeigenschaften der Polyethylen/Polypropylen-Partikel zu rechnen, so dass einer weiteren werkstofflichen Verwertung der einzelnen Fraktionen über die Schmelze (thermoplastische Verarbeitung) nichts im Wege stehen dürfte.There Plasma treatments under the for the separation attempts selected Conditions, only the near-surface Area of plastic granules in the way that modify a Breaking up the crystalline areas occurs and training less polar functional groups (Heydel, B .: Diploma thesis, Technical University Dresden, 2007), with no significant change in material properties to count the polyethylene / polypropylene particles, leaving one further material utilization of the individual fractions over the Melt (thermoplastic processing) should not stand in the way.
Als wesentliche Nachteile der Plasmavorbehandlung müssen die diskontinuierliche Arbeitsweise (Chargenbetrieb) der Plasmabehandlung und die Einbindung eines teuren Vakuumverfahrens gesehen werden.When Significant disadvantages of plasma pretreatment must be the discontinuous Operation (batch operation) of the plasma treatment and the integration an expensive vacuum process.
Die Behandlung von Kunststoffen, auch von den Polyolefinen Polyethylen und Polypropylen, mit energiereichen Elektronen ist bekannt und wird technisch vielfältig angewandt (Heger, A. u. a.: Technologie der Strahlenchemie von Polymeren. Akademie-Verlag, Berlin (1990).The Treatment of plastics, including polyolefins polyethylene and polypropylene, with high-energy electrons is known and becomes technically diverse (Heger, A. et al.: Technology of the radiation chemistry of polymers. Akademie-Verlag, Berlin (1990).
Während Polypropylen durch eine Elektronenbehandlung bevorzugt abbaut, neigt Polyethylen vorzugsweise zur Vernetzung. Im Recycling wird die Elektronenbehandlung bisher nur zur Verbesserung der Mischbarkeit genutzt (Czvikovszky, T.: Nucl. Instr. and Method in Phys. Res. B 105, p. 233–237, 1995; Czvikovszky, T. u. a.: Nucl. Instr. and Method in Phys. Res. B 131, p. 300–304, 1997;] Czvikovszky, T. u. a.: Rad. Phys. and Chem. 55, p. 727–730, 1999; Burillo, G. u. a.: Rad. Phys. and Chem. 63, p. 241–244, 2002).While polypropylene preferably decomposed by electron treatment, polyethylene tends to be preferable for networking. In recycling, the electron treatment is so far used only to improve miscibility (Czvikovszky, T .: Nucl. Instr. and Method in Phys. Res. B 105, p. 233-237, 1995; Czvikovszky, T. u. a .: Nucl. Instr. and Method in Phys. Res. B 131, p. 300-304, 1997;] Czvikovszky, T. u. a .: Rad. Phys. and Chem. 55, p. 727-730, 1999; Burillo, G. u. a .: Rad. Phys. and Chem. 63, p. 241-244, 2002).
Allen bekannten Lösungen bei der Trennung von Polyolefingemischen ist gemeinsam, dass sie einen erheblichen Aufwand erfordern und damit teuer sind, und/oder die Qualität der Produkte negativ beeinflussen (Eintrag und Anreicherung von Farbstoffen, partielle Oxidation der Polymere).all known solutions in the separation of polyolefin blends is common to them require a considerable effort and are therefore expensive, and / or the quality negatively affect the products (entry and accumulation of Dyes, partial oxidation of the polymers).
Weiterhin
sind verschiedene Lösungen
bekannt, die Polymere aufgrund der unterschiedlichen Dichte sortieren
(
Auch
elektromagnetische Strahlung (
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur elektrostatischen Trennung von Kunststoffgemischen anzugeben, durch dass eine im Wesentlichen vollständig sortenreine Trennung von Kunststoffgemischen realisiert wird.The The object of the invention is a method for electrostatic Specify separation of plastic mixtures, by a substantially Completely pure separation of plastic mixtures is realized.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The The object is achieved by the invention specified in the claims. advantageous Embodiments are the subject of the dependent claims.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur elektrostatischen Trennung von Kunststoffgemischen wird das Kunststoffgemisch, welches zum überwiegenden Teil aus einem Gemisch aus zerkleinerten Polyolefinteilchen besteht, einer Elektronenbestrahlung bis maximal 10 MeV unterworfen und nachfolgend das Kunststoffgemisch mindestens einer triboelektrischen Aufladung unterworfen und anschließend mindestens die Polyolefine im Wesentlichen sortenrein getrennt ausgetragen werden.at the method according to the invention for electrostatic separation of plastic mixtures is the Plastic mixture, which for the most part Part consists of a mixture of crushed polyolefin, subjected to electron irradiation up to a maximum of 10 MeV and subsequently the plastic mixture of at least one triboelectric charge subjected and subsequently at least the polyolefins discharged essentially sorted separated become.
Vorteilhafterweise wird ein Kunststoffgemisch eingesetzt, welches vollständig aus zerkleinerten Polyolefinteilchen besteht, wobei noch vorteilhafterweise ein Kunststoffgemisch eingesetzt wird, welches zum überwiegenden Anteil und noch vorteilhafterweise vollständig aus zerkleinerten Polyethylen- und Polypropylenteilchen besteht.advantageously, a plastic mixture is used, which is completely off crushed polyolefin consists, wherein still advantageously a plastic mixture is used, which for the most part Proportion and even more advantageously completely of comminuted polyethylene and Polypropylene particles consists.
Ebenfalls vorteilhafterweise werden zerkleinerte Kunststoffteilchen mit Abmessungen von 0,5 × 0,5 × 0,5 mm3 bis 5 × 5 × 5 mm3 eingesetzt.Likewise advantageously comminuted plastic particles with dimensions of 0.5 × 0.5 × 0.5 mm 3 to 5 × 5 × 5 mm 3 are used.
Weiterhin vorteilhafterweise wird die Elektronenbestrahlung mehrmals nacheinander und/oder mit wechselndem Energieeintrag durchgeführt.Farther Advantageously, the electron irradiation is repeated several times and / or carried out with changing energy input.
Und auch vorteilhafterweise wird die Elektronenbestrahlung mit Elektronenströmen von maximal 1 mA durchgeführt.And also advantageously, the electron irradiation with electron currents of 1 mA max.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Elektronenbestrahlung mit Dosiswerten bis maximal 35 kGy durchgeführt wird.Advantageous It is also when the electron irradiation with dose levels up to maximum 35 kGy performed becomes.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Elektronenbestrahlung unter Normalatmosphärenbedingungen bei Raumtemperatur durchgeführt wird.It is also advantageous if the electric irradiation under normal atmospheric conditions at room temperature.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Elektronenbestrahlung unter Vakuum, inerter oder reaktiver Atmosphäre durchgeführt wird.Also It is advantageous if the electron irradiation under vacuum, inert or reactive atmosphere carried out becomes.
Und auch vorteilhaft ist es, wenn die Elektronenbestrahlung in einer Atmosphäre mit einer Luftfeuchtigkeit bis maximal 95% durchgeführt wird.And It is also advantageous if the electron irradiation in a the atmosphere with a maximum humidity of 95%.
Von Vorteil ist es auch, wenn die Elektronenbestrahlung bei Temperaturen von 20 K unterhalb des niedrigsten Schmelzpunktes einer Komponente im Kunststoffgemisch durchgeführt wird.From It is also advantageous if the electron irradiation at temperatures of 20 K below the lowest melting point of a component in the Plastic mixture performed becomes.
Weiterhin von Vorteil ist es, wenn das Kunststoffgemisch nach der Elektronenbestrahlung gelagert wird, vorteilhafterweise wenn eine Lagerung von 10 min bis 30 Tagen und noch vorteilhafterweise von 10 h bis 2 Tagen durchgeführt wird.Farther it is advantageous if the plastic mixture after electron irradiation is stored, advantageously when a storage of 10 min to 30 days and more preferably from 10 hours to 2 days.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn das Kunststoffgemisch nach der Elektronenbestrahlung befeuchtet wird.Also it is advantageous if the plastic mixture after electron irradiation is moistened.
Und auch von Vorteil ist es, wenn vor oder nach der Elektronenbestrahlung die Nichtpolyolefinanteile des Kunststoffgemisches abgetrennt werden.And it is also advantageous if before or after the electron irradiation the Nichtpolyolefinanteile the plastic mixture are separated.
Vorteilhaft ist es auch, wenn das Kunststoffgemisch einer triboelektrischen Aufladung unterzogen wird, wobei vorteilhafterweise die triboelektrische Aufladung in einer Wirbelkammer in einem Luftstrom mit 1 bis 15 m/s Geschwindigkeit, bei einer relativen Luftfeuchte von 0 bis 95% und einer Temperatur von 0 bis 140°C mit einer Verweilzeit der Kunststoffteilchen von mindestens 10 s durchgeführt wir, und noch vorteilhafterweise die triboelektrische Aufladung in einem Schütteltopf bei einer relativen Luftfeuchte von 0 bis 95% und einer Temperatur von 0 bis 140°C mit einer Verweilzeit der Kunststoffteilchen von mindestens 10 s durchgeführt wird.Advantageous It is also when the plastic mixture of a triboelectric Charge is subjected, wherein advantageously the triboelectric Charge in a vortex chamber in a 1 to 15 airflow m / s speed, with a relative humidity of 0 to 95% and a temperature of 0 to 140 ° C with a residence time of Plastic particles of at least 10 s we performed, and more advantageously the triboelectric charge in a shaking pot at a relative Humidity from 0 to 95% and a temperature from 0 to 140 ° C with a Residence time of the plastic particles of at least 10 s is performed.
Auch vorteilhaft ist es, wenn die Trennung der Polyolefinteilchen in einem Freifallscheider bei elektrischen Feldstärken von 1 bis 10 kV/cm durchgeführt wird.Also It is advantageous if the separation of the polyolefin in a freefall separator at electric field strengths of 1 to 10 kV / cm is performed.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Trennung von Polyolefinteilchen zu mindestens 99% sortenrein realisiert wird.Also It is advantageous if the separation of polyolefin to at least 99% pure
Und weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Trennung von Polyethylen- und Polypropylenteilchen zu mindestens 99% sortenrein realisiert wird.And it is furthermore advantageous if the separation of polyethylene and polypropylene particles realized at least 99% sorted pure becomes.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erstmals möglich, Kunststoffgemische, die zum überwiegenden Teil aus einem Gemisch aus zerkleinerten Polyolefinteilchen bestehen und die sich bisher triboelektrisch nicht ausreichend aufladen lassen, so sortenrein zu trennen, dass eine Wiederverwendung möglich ist. Dies gilt insbesondere für die sortenreine Trennung von Polyethylenteilchen und Polypropylenteilchen aus einem gemeinsamen Gemisch.With the method according to the invention is it possible for the first time Plastic mixtures, for the most part Part consist of a mixture of crushed polyolefin and which can not be sufficiently charged with triboelectrics so far, so separate sorted that a reuse is possible. This is especially true for the sorted separation of polyethylene particles and polypropylene particles from a common mixture.
Die Behandlung von Kunststoffen mit energiereichen Elektronen ist hinlänglich bekannt, wobei insbesondere Polypropylen bekanntermaßen durch eine solche Behandlung bevorzugt abgebaut wird und Polyethylen vorzugsweise zur Vernetzung neigt.The Treatment of plastics with high-energy electrons is well known in particular, polypropylene is known to undergo such treatment is preferably degraded and polyethylene preferably for crosslinking inclines.
Nun ist aber im Rahmen der Erarbeitung der Erfindung erkannt worden, dass die unpolaren Polyolefine vor einem Abbau oder vor einer Vernetzung gerade durch die Behandlung mit energiereichen Elektronen polarisiert werden. Durch diese Polarisierung kann bei der nachfolgenden triboelektrischen Aufladung ein solcher Ladungsunterschied erzeugt werden, dass eine einfache und sehr effektive Sortierung von Polyolefinen und insbesondere von Polethylenteilchen und Polypropylenteilchen in einen nahezu sortenreinen Zustand realisiert werden kann.Now but has been recognized in the context of the development of the invention, that the non-polar polyolefins just before a degradation or before a network be polarized by treatment with high-energy electrons. Due to this polarization, in the subsequent triboelectric charging Such a charge difference can be generated that a simple and very effective sorting of polyolefins and in particular of polyethylene particles and polypropylene particles into one nearly unmixed state can be realized.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Polyolefinkunststoffteilchen so selektiv tribologisch aufzuladen, dass eine Elektrosortierung nachfolgend erfolgreich durchgeführt werden kann.With the method according to the invention Is it possible, to charge the polyolefin plastic particles in a selective tribological way that an electric sorting subsequently be carried out successfully can.
Die vorteilhaft einsetzbaren Kunststoffgemische bestehen aus Polyolefinen und noch vorteilhafterweise aus Gemischen aus Polyethylen- und Polypropylentypen.The advantageous usable plastic mixtures consist of polyolefins and more preferably from mixtures of polyethylene and polypropylene types.
Die Elektronenbestrahlung kann mit Elektronenenergien von bis zu 10 MeV erfolgen, das heißt, es können niederenergetische Elektronen mit Energien kleiner 200 keV, die bevorzugt in der Randschicht- und Oberflächenbehandlung zum Einsatz kommen, als auch hochenergetische Elektronen mit Energien bis zu 10 MeV, die bevorzugt in der Volumenbehandlung (Sterilisation und Vernetzung) Anwendung finden, genutzt werden. Die maximale Elektronenenergie von 10 MeV resultiert aus gesetzlichen Beschränkungen.The Electron radiation can with electron energies of up to 10 MeV done, that is, it can low-energy electrons with energies less than 200 keV, the preferably used in the surface layer and surface treatment come as well as high energy electrons with energies up to 10 MeV, which are preferred in volume treatment (sterilization and Networking) application can be used. The maximum electron energy of 10 MeV results from legal restrictions.
Der dabei zum Einsatz kommende Elektronenstrom ist von der Breite des Elektronenaustrittsfensters, auch Arbeitsbreite genannt, abhängig und liegt im Arbeitsbereich kommerziell verfügbarer Elektronenbeschleuniger (kleiner 1 mA pro cm Arbeitsbreite). Die maximal anwendbare Dosis ist vom Polymertyp abhängig und wird z. B. bei Polyethylen durch den Elektronen induzierten Vernetzungsprozess begrenzt. Die maximale Dosis beträgt für High-density Polyethylen (HDPE) 35 kGy, da bei höheren Dosiswerten die nachfolgend notwendige thermoplastische Verarbeitung durch niedrige Schmelzflussindex-Werte beeinflusst wird. Die Elektronenbestrahlung kann unter atmosphärischem Druck, in Luft oder in Sauerstoffatmosphäre und/oder unter inerten oder reaktiven Prozessbedingungen erfolgen. Vor der Weiterverarbeitung (elektrostatische Separation) der bestrahlten Kunststoffgemische ist es vorteilhaft, eine Lagerung der elektronenbehandelten Kunststoffgemische von 10 min bis 30 Tagen, vorteilhafterweise zwischen 10 h bis 2 Tage durchzuführen. Diese Zwischenlagerung ist aber nicht zwingend notwendig für den Erfolg der nachfolgenden triboelektrischen Aufladung und elektrostatischen Separation.The electron current used here is dependent on the width of the electron exit window, also called working width, and is within the working range of commercially available electron accelerators (less than 1 mA per cm working width). The maximum applicable dose depends on the polymer type and is z. In polyethylene limited by the electron-induced crosslinking process. The maximum dose for high-density polyethylene (HDPE) is 35 kGy, as at higher dose levels the subsequent thermoplastic processing is affected by low melt flow index values. The electron beam The reaction can be carried out under atmospheric pressure, in air or in an oxygen atmosphere and / or under inert or reactive process conditions. Before the further processing (electrostatic separation) of the irradiated plastic mixtures, it is advantageous to carry out a storage of the electron-treated plastic mixtures of 10 minutes to 30 days, advantageously between 10 hours to 2 days. However, this intermediate storage is not absolutely necessary for the success of the subsequent triboelectric charging and electrostatic separation.
Von Vorteil ist auch, wenn die triboelektrische Aufladung der elektronenbehandelten und gelagerten Kunststoffgemische in einer Wirbelkammer bei einem Luftstrom von 1 bis 10 m/s und bei einer relativen Luftfeuchte von 0 bis 95% und einer Temperatur von 0 bis 140°C für mindestens 10 s oder in einem Schütteltopf bei einer relativen Luftfeuchte von 0 bis 95% und einer Temperatur von 0 bis 140°C für mindestens 10 s realisiert wird.From Another advantage is when the triboelectric charging of the electron-treated and stored plastic mixtures in a vortex chamber at a Air flow from 1 to 10 m / s and at a relative humidity of 0 to 95% and a temperature of 0 to 140 ° C for at least 10 s or in a shaker pot at a relative humidity of 0 to 95% and a temperature from 0 to 140 ° C for at least 10 s is realized.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Elektrosortierung in einem elektrischen Feld eines Freifallscheiders mit elektrischen Feldstärken zwischen 1 und 10 kV/cm durchgeführt wird.Farther it is advantageous if the electric sorting in an electric Field of a free fall separator with electric field strengths between 1 and 10 kV / cm performed becomes.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es auf einfache und preiswerte Weise möglich, bisher nur schwer und mit geringer Effektivität trennbare Kunststoffgemische, die zum überwiegenden Teil aus Polyolefinteilchen bestehen, nun sortenrein mit hoher Effektivität zu trennen. Dies ist durch das erfindungsgemäße Verfahren mit der Elektronenbestrahlung der Kunststoffgemische möglich, was bisher weder aus dem Stand der Technik bekannt, noch daraus ableitbar gewesen ist.By the inventive method It is possible in a simple and inexpensive way, so far only difficult and with low effectiveness separable plastic mixtures, which are predominantly made of polyolefin particles exist, now sorted with high efficiency to separate. This is through the inventive method with the electron irradiation of the plastic mixtures possible what previously neither known from the prior art, nor derivable from it has been.
Der Einfluss einer Elektronenbestrahlung auf die elektrostatische Trennbarkeit von Kunststoffen ist bisher nicht untersucht worden und es ist auch bisher kein Einfluss darauf bekannt oder ableitbar gewesen.Of the Influence of electron irradiation on the electrostatic separability of plastics has not been studied so far and so is so far no influence on it was known or derivable.
Überraschenderweise wirkt sich eine Elektronenbestrahlung der Kunststoffgemische, selektiv auf das Aufladeverhalten der einzelnen Kunststoffe in dem Gemisch aus, so dass eine nachfolgende leichte und sortenreine Trennung möglich ist. Insbesondere bei Zweikomponenten-Polyolefingemischen, die beispielsweise aus Polyethylen und Polypropylen bestehen, laden sich die Komponenten stoffspezifisch mit unterschiedlichen Vorzeichen auf und lassen sich dadurch leicht separieren.Surprisingly Electron irradiation of the plastic mixtures has a selective effect the charging behavior of the individual plastics in the mixture, so that a subsequent easy and unmixed separation is possible. In particular, in two-component polyolefin blends, for example Made of polyethylene and polypropylene, the components load substance-specific with different signs on and leave thereby easily separate.
Ein Zusatz von Additiven, wie Tensiden, Polyelektrolyten, Weichmachern, Farbstoffen und anderen oberflächenaktiven Substanzen, die die Trennung mehr oder weniger selektiv beeinflussen können, ist nicht erforderlich. Auch eine vorherige Plasmabehandlung der Kunststoffgemische ist nicht notwendig. Dadurch können Kontaminationen, die sich bei der Aufbereitung und Weiterverwertung der separierten Kunststofftypen als nachteilig erweisen können, vermieden werden.One Addition of additives, such as surfactants, polyelectrolytes, plasticizers, Dyes and other surface-active Substances that influence the separation more or less selectively can, not necessary. Also a previous plasma treatment of Plastic mixtures is not necessary. This can cause contamination, in the processing and reuse of the separated Plastic types can prove disadvantageous to be avoided.
Da auch der Separationsprozess beim Einsatz von Additiven durch zusätzliche Parameter (einzusetzende Additivmenge, Applikationsverfahren, Homogenität der Additivadsorption, Lösungsmittelwahl etc.) erheblich schwerer zu steuern ist, kann durch den Wegfall von Additiven das Trennverfahren insgesamt einfacher gestaltet werden.There Also, the separation process when using additives by additional Parameters (amount of additive to be used, method of application, homogeneity of additive adsorption, Solvent selection etc.) is considerably harder to control, can by eliminating of additives, the separation process can be made simpler overall.
Der Wegfall der Niederdruckplasmabehandlung geht einher mit dem Verzicht diskontinuierlich arbeitende Vakuumanlagen in den Prozess zu integrieren. Damit ergibt sich beim Nutzen der Elektronenbestrahlung eine erhebliche Kostenersparnis. Prinzipiell beeinflusst aber der Zusatz von Additiven oder oberflächlichen Oxidationsprodukten, die durch den Gebrauch der Kunststoffe entstanden sind, den Trenneffekt, der durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht wird, nicht negativ.Of the Elimination of the low-pressure plasma treatment goes hand in hand with the waiver to integrate discontinuously operating vacuum systems in the process. This results in the use of electron irradiation a significant Cost savings. In principle, however, influences the addition of additives or superficial Oxidation products that resulted from the use of plastics are, the separation effect, by the inventive method is achieved, not negative.
Bei optimaler Wahl von Elektronenenergie und Dosis ist auch eine Verbesserung der Produkteigenschaften, des aus dem recycelten Polymer hergestellten Produktes möglich.at Optimal choice of electron energy and dose is also an improvement the product properties of the recycled polymer Product possible.
Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Lösung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.following becomes the solution according to the invention an embodiment explained in more detail.
Beispiel 1example 1
Ein Kunststoffgemisch (300 g) aus Polypropylen (150 g) und Polyethylen (150 g) wird zunächst gewaschen, getrocknet und homogenisiert. Die Kunststoffteilchen haben die Abmessungen von ca. 3 × 3 × 3 mm3. Anschließend wird das Gemisch einer Elektronenbestrahlung an Luft mit einer Elektronenenergie E = 0,6 MeV, einem Elektronenstrom I = 4,0 mA und einer Dosis D = 7,5 kGy unterworfen.A plastic mixture (300 g) of polypropylene (150 g) and polyethylene (150 g) is first washed, dried and homogenized. The plastic particles have the dimensions of about 3 × 3 × 3 mm 3 . Subsequently, the mixture is subjected to electron irradiation in air having an electron energy E = 0.6 MeV, an electron current I = 4.0 mA and a dose D = 7.5 kGy.
Nach einer Lagerung von 48 h wurde das elektronenbestrahlte Kunststoffgemisch, in der Wirbelschicht-Aufladeeinheit (Luftgeschwindigkeit 5,2 m/s) des elektrostatischen Freifallscheiders über 4 min bei 25°C und einer relativen Luftfeuchte von 20% aufgeladen und erfolgreich im Freifallscheider (Feldstärke 4,5–2,0 kV/cm bei einem Potential von ±72 kV) in eine Polyethylen- und eine Polypropylenfraktion getrennt.To a storage of 48 h was the electron-irradiated plastic mixture, in fluidized bed charging unit (air speed 5.2 m / s) of the electrostatic free-fall separator for 4 min at 25 ° C and a Relative humidity of 20% charged and successful in the free fall separator (Field strength 4.5 to 2.0 kV / cm at a potential of ± 72 kV) into a polyethylene and a polypropylene fraction.
Es
konnte eine vollständige
sortenreine Trennung von Polyethylen und Polypropylen erreicht werden
(siehe
Dabei zeigtthere shows
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