DE102007055765B4 - A process for the electrostatic separation of plastic mixtures - Google Patents

A process for the electrostatic separation of plastic mixtures

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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. A process for the electrostatic separation of plastic mixtures in which the plastic mixture consisting predominantly of a mixture of crushed polyolefin, an electron beam irradiation is subjected to a maximum of 10 MeV and below the plastic mixture subjected to at least one of triboelectric charging and then separated according to type at least the polyolefins substantially are held.

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 invention relates to the fields of chemistry and waste management and to a method for the electrostatic separation of plastic mixtures which may be used for example for the separation of waste plastics in the automotive and electrical industries.
  • Zunehmend wird dazu übergegangen, auch Kunststoffabfälle neben einer thermischen Entsorgung auch roh- und werkstofflich wiederzuverwerten. Increasingly, plastic waste is gone over, in addition to a thermal disposal and recycle raw and industrial material. Allerdings liegen Kunststoffabfälle meist als Verbund oder als Gemisch verschiedener Kunststoffe vor. However, plastic waste generally exist in a composite or a mixture of different plastics. Für eine werkstoffliche Verwertung der Kunststoffabfälle ist eine Trennung in sortenreine Komponenten zwingend notwendig. For mechanical recycling of plastic waste separation into fractions of components is imperative.
  • Bisher ist die wertstoffliche Nutzung von Kunststoffrecyclaten stark eingeschränkt, da für ihre Verarbeitung zu qualitativ hochwertigen Produkten, dh 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 value material use of plastic recyclates is severely limited because of their processing to high-quality products, ie products with a high added value, varietal plastic fractions can be provided only insufficient and / or the sorting effort for sufficient varietal fractions beyond any acceptable budget.
  • 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. Due to the immiscibility of most plastics with each other a high intolerance of the individual types of plastics with each other both in the melt and in the final molding is given, leading in particular to problems in mechanical loading of the products made from recycled materials.
  • 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. ua: DFG-Sonderforschungsbereich 285 7/1995-12/2004; Schubert, G. ua: Abschlußbericht zum Sonderforschungsbereich 285; Husemann, K. ua: Shaker-Verlag, Reihe Berichte aus der Verfahrenstechnik, Aachen (2004), S. 183–212). A known possibility of separating plastic waste mixtures effectively, is the triboelectric charging of the comminuted to granules of plastic waste and its subsequent substance-specific separation by electric sorting in an electrostatic free-fall separator (Schubert, G. include: Collaborative Research 285 7 / 1995-12 / 2004; Schubert , G. include: final report to the SFB 285; Husemannstraße, K. include: series reports Shaker Verlag from the process technology, Aachen (2004), p 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. The electric supplies sorting (charging time, air velocity, relative humidity, temperature, field strength, number of components to be separated, kind of pretreatment of the plastic mixtures z. B.) fractions of high purity at optimized process conditions. Mechanistische Untersuchungen erlauben eine Vorhersage über Trennerfolge bei der Elektrosortierung von Kunststoffgemischen (Albrecht, V. ua: J. Electrostatics 58 (2003) 3; Augsburg, A. ua: J. Electrostatics, Special Issue (1997) 76; Albrecht, V. ua: ”Polymerwerkstoffe 2002”, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Band 1 (2002) 569–572; Albrecht, V. ua: Chemie-Ingenieur-Technik 74 (2002) 1425). Mechanistic studies allow the prediction of separation success in electric sorting of mixed plastics (Albrecht, V. include: J. Electrostatics 58 (2003) 3; Augsburg, A. include: J. Electrostatics, Special Issue (1997) 76; Albrecht, V., among others "polymer materials 2002", Martin Luther University of Halle-Wittenberg, Volume 1 (2002) 569-572; Albrecht, V. include: chemical engineering technology 74 (2002) 1425).
  • Prinzipiell können Kunststoffgemische nach einer triboelektrischen Aufladung in einem elektrostatischen Feld getrennt werden. In principle, mixtures of plastics can be separated by a triboelectric charge in an electrostatic field. 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. The low expenditure of energy is necessary for this purpose, represents a decisive economic advantage over other separation processes is for sorting of plastics. For separation, the composite materials and other plastic waste is initially crushed to a grain size of several millimeters. Die triboelektrische Aufladung der Granulate erfolgt in Aufladeeinheiten unterschiedlicher Bauart (z. B. Drehtrommel, Wirbelschicht- oder Schüttelapparatur). The triboelectric charging of the granules takes place in chargers of different types (for. Example, rotary drum, fluid bed or shaking). Während des Aufladevorgangs werden die Teilchen des zu trennenden Gemischs mechanisch kontaktiert (Stoß). During charging, the particles of the mixture to be separated are mechanically contacted (collision). Dabei laden sie sich stoffspezifisch positiv oder negativ elektrostatisch auf. They invite to substance-specific positive or negative electrostatic charge. Die aufgeladenen Teilchen separieren stoffspezifisch entsprechend ihrer Aufladung beim Durchgang durch das Feld eines elektrostatischen Freifallscheiders. The charged particles separate according to their substance-specific charging 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. Good separable are mixtures whose components become charged triboelectrically strong and with the opposite sign.
  • Trennprobleme bringen Kunststoffkomponenten, die sich nicht oder nur geringfügig aufladen. Separation problems bring plastic components that do not charge or only slightly. Kunststoffgemische aus solchen Komponenten lassen sich nicht sortenrein trennen. Plastic mixtures of such components can not be separated sorted itself. Zu diesen Kunststoffgemischen gehören auch Polyolefingemische, wie Polyethylen/Polypropylen und andere. These mixed plastics include polyolefin blends such as polyethylene / polypropylene and others. Diese Polyolefingemische stellen aufgrund ihres hohen Produktionsvolumens und ihres weiten Anwendungs- und Einsatzspektrums die Hauptkomponente des Gesamtaufkommens bei Kunststoffabfällen dar. These polyolefin blends are the main component of the total volume in plastic waste because of their high production volume and its broad spectrum of applications and uses.
  • Kunststoffgemische, die aus Polyolefinen, insbesondere aus Polyethylen- und Polypropylentypen bestehen, lassen sich nicht durch die konventionelle elektrostatische Aufladung hinreichend sortenrein trennen. Plastic mixtures that consist of polyolefins, in particular polyethylene and polypropylene types, can not be sufficiently separate unmixed by the conventional electrostatic charge itself.
  • 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 method steps, such as washing the polyethylene / polypropylene mixtures, the adsorption of surfactants or polyelectrolytes, spraying with alkalis or acids do not result in satisfactory purity after the successful electric 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. ua: Aufbereitungstechnik 45 (2005) 35–46; Stückrad, O.: Dissertation, Technische Universität Clausthal, 1996). The dye nigrosine which is applied from solution onto the to be separated polyethylene / polypropylene mixtures, enables the charging of the individual fractions to influence so that a clean separation is possible (Németh, E .: Dissertation, Technical University of Freiberg, 2003; Németh, E. include: processing technology 45 (2005) 35-46; Stückrad, O .: dissertation, Clausthal University of technology, 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 consists in the application of the intense dye which can be removed in the further processing of the unmixed polyethylene or polypropylene components do not or only with considerable technological expenditure.
  • 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 ( As more efficient for the separation of polyethylene / polypropylene mixtures proved to be a pre-treatment of the mixtures with an oxygen-low-pressure plasma, wherein the pretreatment a certain storage time (t> 2 h) must connect ( DE 10 2004 024 754 A1 DE 10 2004 024 754 A1 ). ). Eine Behandlung mit Luft- oder Stickstoffplasmen führt zu einer erschwerten Separierbarkeit der Polyethylen/Polypropylen-Gemische. A treatment with air or nitrogen plasmas results in a difficult separability of polyethylene / polypropylene mixtures.
  • 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. Since plasma treatments under the chosen for the separation experiments, conditions that a break-up of the crystalline regions occurs and the formation of less polar functional groups is made possible (Heydel, B .: thesis, Technical University of Dresden only modify the near-surface area of ​​the plastic granules in the way 2007 ) is to be expected with no significant change in the material properties of the polyethylene / polypropylene particles, so that a further material recycling 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. The essential disadvantages of plasma treatment the discontinuous operation (batch) of the plasma treatment and the inclusion of an expensive vacuum process must be seen.
  • Die Behandlung von Kunststoffen, auch von den Polyolefinen Polyethylen und Polypropylen, mit energiereichen Elektronen ist bekannt und wird technisch vielfältig angewandt (Heger, A. ua: Technologie der Strahlenchemie von Polymeren. Akademie-Verlag, Berlin (1990). The treatment of plastics, whether of the polyolefins, polyethylene and polypropylene, with high energy electrons is known and is applied industrially manifold (Heger, A. among others. Technology of the radiation chemistry of polymers, Akademie-Verlag, Berlin (1990).
  • Während Polypropylen durch eine Elektronenbehandlung bevorzugt abbaut, neigt Polyethylen vorzugsweise zur Vernetzung. While polypropylene preferably degrade by an electron treatment, preferably polyethylene tends to cross-linking. 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. ua: Nucl. Instr. and Method in Phys. Res. B 131, p. 300–304, 1997;] Czvikovszky, T. ua: Rad. Phys. and Chem. 55, p. 727–730, 1999; Burillo, G. ua: Rad. Phys. and Chem. 63, p. 241–244, 2002). In recycling, the electron treatment used so far only to improve the miscibility (Czvikovszky, T .: Nucl Instr and Method in Phys Res B 105, p 233-237, 1995; Czvikovszky, T., among others:..... Nucl Instr.. and Method in Phys Res B 131, p 300-304, 1997;] Czvikovszky, T., among others:..... Phys wheel and Chem 55, p 727-730, 1999; Burillo, G. include:.. wheel. 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 in common is that they require a considerable effort and thus expensive, and / or the quality of the products have a negative impact (entry and accumulation of dyes, partial oxidation of polymers).
  • Weiterhin sind verschiedene Lösungen bekannt, die Polymere aufgrund der unterschiedlichen Dichte sortieren ( Further, various solutions are known, the polymers sort due to different density ( US 2004/0035757 A1 US 2004/0035757 A1 ; ; US 2004/0004033 A1 US 2004/0004033 A1 ; ; US 64 60 788 B1 US 64 60 788 B1 ; ; DE 29 00 666 C2 DE 29 00 666 C2 ). ). Diese Verfahren sind jedoch für Polyethylen und Polypropylen nicht anwendbar, da sie sehr ähnliche Dichten aufweisen. However, these methods are not applicable for polyethylene and polypropylene, since they have very similar densities.
  • Auch elektromagnetische Strahlung ( Also, electromagnetic radiation ( DE 101 57 032 A1 DE 101 57 032 A1 ) und Mikrowellen ( () And microwave JP 09262556 A JP 09262556 A ) wurden zur Sortierung von Partikeln eingesetzt, oder auch Verfahren, mit denen Partikel markiert und später aussortiert wurden ( ) Were used for the sorting of particles, or methods by which particle labeled and were sorted out later ( WO 93/09172 A1 WO 93/09172 A1 ). ).
  • 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 object of the invention to provide a method for the electrostatic separation of plastic mixtures, by that a substantially completely clean separation of plastic mixtures is realized.
  • Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. The object is achieved by the specified in the claims invention. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments are the subject matter of the 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. In the inventive method for the electrostatic separation of plastic mixtures, the plastic mixture, which consists of a mixture of crushed polyolefin particles for the most part, an electron irradiation up to 10 MeV is subjected to and below the plastic mixture subjected to at least one of triboelectric charging and then separated according to type at least the polyolefins substantially are held.
  • 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 consists entirely of crushed polyolefin, wherein even more advantageously a plastic mixture is used which consists for the major part, and more advantageously completely shredded polyethylene and polypropylene.
  • Ebenfalls vorteilhafterweise werden zerkleinerte Kunststoffteilchen mit Abmessungen von 0,5 × 0,5 × 0,5 mm 3 bis 5 × 5 × 5 mm 3 eingesetzt. Shredded plastic particles having dimensions of 0.5 x 0.5 x 0.5 mm 3 to 5 × 5 × 5 mm 3 are also used advantageously.
  • Weiterhin vorteilhafterweise wird die Elektronenbestrahlung mehrmals nacheinander und/oder mit wechselndem Energieeintrag durchgeführt. Further advantageously, the electron beam irradiation is repeated several times in succession and / or performed with varying energy input.
  • Und auch vorteilhafterweise wird die Elektronenbestrahlung mit Elektronenströmen von maximal 1 mA durchgeführt. And also advantageously, the electron irradiation is performed with electron currents of up to 1mA.
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn die Elektronenbestrahlung mit Dosiswerten bis maximal 35 kGy durchgeführt wird. It is also advantageous if the electron irradiation is carried out with dose levels up to 35 kGy.
  • Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Elektronenbestrahlung unter Normalatmosphärenbedingungen bei Raumtemperatur durchgeführt wird. It is also advantageous if the electron irradiation is carried out under normal atmospheric conditions at room temperature.
  • Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Elektronenbestrahlung unter Vakuum, inerter oder reaktiver Atmosphäre durchgeführt wird. It is also advantageous if the electron irradiation in a vacuum, inert or reactive atmosphere is performed is.
  • Und auch vorteilhaft ist es, wenn die Elektronenbestrahlung in einer Atmosphäre mit einer Luftfeuchtigkeit bis maximal 95% durchgeführt wird. It is also advantageous if the electron irradiation is performed in an atmosphere having a relative humidity up to 95%.
  • Von Vorteil ist es auch, wenn die Elektronenbestrahlung bei Temperaturen von 20 K unterhalb des niedrigsten Schmelzpunktes einer Komponente im Kunststoffgemisch durchgeführt wird. It is advantageous, too, if the electron irradiation is performed at temperatures of 20 K below the lowest melting point of a component in the plastic mixture.
  • 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. Furthermore, it is advantageous if the plastic mixture is stored after the electron irradiation, is advantageously carried out when a storage of 10 minutes to 30 days, and even more advantageously from 10 h to 2 days.
  • Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn das Kunststoffgemisch nach der Elektronenbestrahlung befeuchtet wird. Also, it is advantageous if the plastic mixture is moistened after the electron irradiation.
  • Und auch von Vorteil ist es, wenn vor oder nach der Elektronenbestrahlung die Nichtpolyolefinanteile des Kunststoffgemisches abgetrennt werden. And also, it is advantageous when are separated before or after the electron irradiation Nichtpolyolefinanteile the plastic mixture.
  • 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. It is also advantageous if the plastic mixture to triboelectric charging is subjected, using advantageously the triboelectric charge in a swirl chamber in an air stream of 1 to 15 m / s speed 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, we carried out, and even more advantageously the triboelectric charge in a Schütteltopf at a relative humidity of 0 to 95% and a temperature of 0 to 140 ° C with a residence time of the plastic particles of at least 10 s is carried out.
  • Auch vorteilhaft ist es, wenn die Trennung der Polyolefinteilchen in einem Freifallscheider bei elektrischen Feldstärken von 1 bis 10 kV/cm durchgeführt wird. It is also advantageous if the separation of the polyolefin particles in a free-fall separator at electric field thicknesses of 1 to 10 kV / cm is performed.
  • Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Trennung von Polyolefinteilchen zu mindestens 99% sortenrein realisiert wird. It is also advantageous if the separation of the polyolefin particles is realized unmixed to at least 99%.
  • Und weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Trennung von Polyethylen- und Polypropylenteilchen zu mindestens 99% sortenrein realisiert wird. And further, when the separation of polyethylene and polypropylene is realized unmixed to at least 99% is advantageous.
  • 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. With the inventive method it is now possible, plastic mixtures composed and for the most part from a mixture of crushed polyolefin particles triboelectrically not be far enough charge to separate, so kind, but that reuse is possible. Dies gilt insbesondere für die sortenreine Trennung von Polyethylenteilchen und Polypropylenteilchen aus einem gemeinsamen Gemisch. This applies in particular for the clean 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 be preferentially degraded by such a treatment, and preferably polyethylene tends to cross-linking.
  • 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. It has now been recognized but as part of the preparation of the invention is that the non-polar polyolefins are polarized with energetic electrons just by treatment against degradation or before crosslinking. 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. Due to this polarization, such a difference in charge can be generated in the subsequent triboelectric charging that a simple and very effective sorting of polyolefins and especially of polypropylene Polethylenteilchen and can be realized in an almost unmixed state.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Polyolefinkunststoffteilchen so selektiv tribologisch aufzuladen, dass eine Elektrosortierung nachfolgend erfolgreich durchgeführt werden kann. With the inventive method it is possible to charge the Polyolefinkunststoffteilchen so selectively tribologically that an electric sorting can be successfully carried out subsequently.
  • Die vorteilhaft einsetzbaren Kunststoffgemische bestehen aus Polyolefinen und noch vorteilhafterweise aus Gemischen aus Polyethylen- und Polypropylentypen. The advantageously usable plastic mixtures consist of polyolefins and even more advantageously from blends 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. The electron beam irradiation can be performed with electron energy of up to 10 MeV, that is, it can be low-energy electrons with energies less than 200 keV, which are preferably in surface engineering and surface treatment for use, as well as high-energy electrons with energies up to 10 MeV, which is preferably will find use in the treatment volume (sterilization and cross-linking), used. Die maximale Elektronenenergie von 10 MeV resultiert aus gesetzlichen Beschränkungen. The maximum electron energy of 10 MeV is due to 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). The next case to use electron current is called by the width of the electron exit window, even working width, dependent and lies in the working range of commercially available electron accelerator (less than 1 mA per cm working width). Die maximal anwendbare Dosis ist vom Polymertyp abhängig und wird z. The maximum applicable dose depends on the type of polymer and z. B. bei Polyethylen durch den Elektronen induzierten Vernetzungsprozess begrenzt. Example in polyethylene is limited by electron-induced crosslinking process. 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. The maximum dose is (HDPE) 35 kGy for high-density polyethylene, since at higher dose levels below the necessary thermoplastic processing is influenced by low melt flow index values. Die Elektronenbestrahlung kann unter atmosphärischem Druck, in Luft oder in Sauerstoffatmosphäre und/oder unter inerten oder reaktiven Prozessbedingungen erfolgen. The electron beam irradiation may be carried out under atmospheric pressure in air or in an oxygen atmosphere and / or under inert or reactive process conditions. 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. Before further processing (electrostatic separation) of the irradiated plastic mixtures, it is advantageous to store the electron-treated plastic mixtures from 10 minutes to 30 days, advantageously between 10 hours to carry out up to 2 days. Diese Zwischenlagerung ist aber nicht zwingend notwendig für den Erfolg der nachfolgenden triboelektrischen Aufladung und elektrostatischen Separation. However, this interim 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. It is also advantageous if the triboelectric charge of the electron-treated and stored plastic mixtures in a vortex chamber at an air flow of 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 s is implemented in a Schütteltopf at a relative humidity of 0 to 95% and a temperature of 0 to 140 ° C for at least 10 degrees.
  • 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. Furthermore, it is of advantage if the electric sort is performed in an electric field of a free-fall separator having electric field strengths of 1 to 10 kV / cm.
  • 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. The inventive method it is possible in a simple and cheap way so far separable only with difficulty and with little effectiveness plastic mixtures composed predominantly of polyolefin, now separate unmixed with high efficiency. 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. This is possible by the inventive method with the electron irradiation of the plastic mixtures, which is known to have been so far neither of the prior art it derived.
  • 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. The influence of electron irradiation on the electrostatic separability of plastics has not been studied and it is also far no influence been known or should be inferred.
  • 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. Surprisingly an electron irradiation of the plastic mixtures, selectively on the charging performance of the different plastics in the mixture has an effect such that a subsequent easy and clean separation is possible. 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. In particular, in two-component polyolefin blends which consist for example of polyethylene and polypropylene, the components loading substance specific to different signs, and can thereby be easily separated.
  • 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. Addition of additives such as surfactants, polyelectrolytes, plasticizers, dyes, and other surface active agents that can selectively affect the separation of more or less, is not required. Auch eine vorherige Plasmabehandlung der Kunststoffgemische ist nicht notwendig. Even prior plasma treatment of plastic mixtures is not necessary. Dadurch können Kontaminationen, die sich bei der Aufbereitung und Weiterverwertung der separierten Kunststofftypen als nachteilig erweisen können, vermieden werden. This allows contamination, which may prove to be disadvantageous in the treatment and re-use of the separated plastic types are 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. Since the separation process in the use of additives by additional parameter (to be used additive amount, application method, homogeneity of Additivadsorption, solvent selection, etc.) much more difficult to control, the separation process can be made simpler overall by eliminating additives.
  • Der Wegfall der Niederdruckplasmabehandlung geht einher mit dem Verzicht diskontinuierlich arbeitende Vakuumanlagen in den Prozess zu integrieren. The elimination of the low-pressure plasma treatment is accompanied by the abandonment batch-type vacuum systems in the process of integrating. Damit ergibt sich beim Nutzen der Elektronenbestrahlung eine erhebliche Kostenersparnis. This results in the benefit of the electron irradiation a substantial cost savings. 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. In principle, however, the addition of additives or surface oxidation products that are caused by the use of plastics, the separation effect is achieved by the inventive method is not affected negatively.
  • Bei optimaler Wahl von Elektronenenergie und Dosis ist auch eine Verbesserung der Produkteigenschaften, des aus dem recycelten Polymer hergestellten Produktes möglich. With optimal choice of electron energy and dose and an improvement in product properties, the product made from the recycled polymer is possible.
  • Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Lösung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Subsequently, the solution according to the invention is explained in detail on an exemplary embodiment.
  • Beispiel 1 example 1
  • Ein Kunststoffgemisch (300 g) aus Polypropylen (150 g) und Polyethylen (150 g) wird zunächst gewaschen, getrocknet und homogenisiert. A plastic mixture (300 g) of polypropylene (150 g) and polyethylene (150 g) is first washed, dried and homogenised. Die Kunststoffteilchen haben die Abmessungen von ca. 3 × 3 × 3 mm 3 . The plastic particles having dimensions of approximately 3 × 3 × 3 mm 3. 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. Then the mixture to electron beam irradiation in air with an electron energy E = I = subjected to 0.6 MeV, an electron current 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. After storage for 48 h the elektronenbestrahlte plastic mixture in the fluidized bed Charger (air velocity 5.2 m / s) was charged in the electrostatic free-fall separator for 4 minutes at 25 ° C and a relative humidity of 20%, and successful in the free-fall separator (field strength 4 , from 5 to 2.0 kV / cm, separated at a potential of ± 72 kV) in a polyethylene and a polypropylene fraction.
  • Es konnte eine vollständige sortenreine Trennung von Polyethylen und Polypropylen erreicht werden (siehe It was possible to achieve a complete clean separation of polyethylene and polypropylene (see 1 1 und and 2 2 ). ).
  • Dabei zeigt Here shows
  • 1 1 die Trennung von Polyethylen/Polypropylen (PE/PP) ohne vorherige Elektronenbehandlung (a) und the separation of polyethylene / polypropylene (PE / PP) without electron treatment (a) and
  • 2 2 die Trennung von Polyethylen/Polypropylen (PE/PP) nach der erfindungsgemäß durchgeführten Elektronenbehandlung (b). the separation of polyethylene / polypropylene (PE / PP) according to the present invention carried out electron treatment (b).

Claims (23)

  1. 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. A process for the electrostatic separation of plastic mixtures in which the plastic mixture consisting predominantly of a mixture of crushed polyolefin, an electron beam irradiation is subjected to a maximum of 10 MeV and below the plastic mixture subjected to at least one of triboelectric charging and then separated according to type at least the polyolefins substantially are held.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Kunststoffgemisch eingesetzt wird, welches vollständig aus zerkleinerten Polyolefinteilchen besteht. A method according to claim 1, in which a plastic mixture is used which consists entirely of crushed polyolefin.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ein Kunststoffgemisch eingesetzt wird, welches zum überwiegenden Anteil aus zerkleinerten Polyethylen- und Polypropylenteilchen besteht. A method according to claim 2, in which a plastic mixture is used which consists predominantly of crushed polyethylene and polypropylene.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem ein Kunststoffgemisch eingesetzt wird, welches vollständig aus zerkleinerten Polyethylen- und Polypropylenteilchen besteht. A method according to claim 3, in which a plastic mixture is used which consists entirely of crushed polyethylene and polypropylene.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zerkleinerte Kunststoffteilchen mit Abmessungen von 0,5 × 0,5 × 0,5 mm 3 bis 5 × 5 × 5 mm 3 eingesetzt werden. The method of claim 1, wherein the comminuted plastic particles having dimensions of 0.5 x 0.5 x 0.5 mm 3 to 5 x 5 x 5 mm are used. 3
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Elektronenbestrahlung mehrmals nacheinander und/oder mit wechselndem Energieeintrag durchgeführt wird. The method of claim 1, wherein the electron irradiation is carried out several times one after the other and / or with varying energy input.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Elektronenbestrahlung mit Elektronenströmen von maximal 1 mA durchgeführt wird. The method of claim 1, wherein the electron irradiation with electron currents of a maximum of 1 mA is carried out.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Elektronenbestrahlung mit Dosiswerten bis maximal 35 kGy durchgeführt wird. The method of claim 1, wherein the electron irradiation is carried out with dose levels up to 35 kGy.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Elektronenbestrahlung unter Normalatmosphärenbedingungen bei Raumtemperatur durchgeführt wird. The method of claim 1, wherein the electron irradiation is carried out under normal atmospheric conditions at room temperature.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Elektronenbestrahlung unter Vakuum, inerter oder reaktiver Atmosphäre durchgeführt wird. The method of claim 1, wherein the electron irradiation in a vacuum, inert or reactive atmosphere is performed.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Elektronenbestrahlung in einer Atmosphäre mit einer Luftfeuchtigkeit bis maximal 95% durchgeführt wird. The method of claim 1, wherein the electron irradiation is performed in an atmosphere with a humidity of a maximum of 95%.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Elektronenbestrahlung bei Temperaturen von 20 K unterhalb des niedrigsten Schmelzpunktes einer Komponente im Kunststoffgemisch durchgeführt wird. The method of claim 1, wherein the electron irradiation is performed at temperatures of 20 K below the lowest melting point of a component in the plastic mixture.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Kunststoffgemisch nach der Elektronenbestrahlung gelagert wird. The method of claim 1, wherein the plastic mixture is stored after the electron irradiation.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem eine Lagerung von 10 min bis 30 Tagen durchgeführt wird. The method of claim 13, wherein a storage of 10 minutes is carried out to 30 days.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem eine Lagerung von 10 h bis 2 Tagen durchgeführt wird. The method of claim 14, wherein a storage of 10 hours is performed to 2 days.
  16. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Kunststoffgemisch nach der Elektronenbestrahlung befeuchtet wird. The method of claim 1, wherein the plastic mixture is moistened after the electron irradiation.
  17. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem vor oder nach der Elektronenbestrahlung die Nichtpolyolefinanteile des Kunststoffgemisches abgetrennt werden. The method of claim 1, wherein said to be separated before or after the electron irradiation, the Nichtpolyolefinanteile of the plastic mixture.
  18. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Kunststoffgemisch einer triboelektrischen Aufladung unterzogen wird. The method of claim 1, wherein the plastic mixture to triboelectric charging is subjected.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem 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 wird. The method of claim 18, wherein the triboelectric charging in a swirl chamber in an air stream of 1 to 15 m / s speed at a relative humidity of 0 to 95% and a temperature of 0 to 140 ° C with a residence time of the plastic particles of at least s is performed 10th
  20. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem 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. The method of claim 18, wherein the triboelectric charging in a Schütteltopf at a relative humidity of 0 to 95% and a temperature of 0 to 140 ° C with a residence time of the plastic particles is carried out of at least 10 s.
  21. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Trennung der Polyolefinteilchen in einem Freifallscheider bei elektrischen Feldstärken von 1 bis 10 kV/cm durchgeführt wird. The method of claim 1, wherein the separation of the polyolefin is carried out in a free-fall separator at electric field thicknesses of 1 to 10 kV / cm.
  22. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Trennung von Polyolefinteilchen zu mindestens 99% sortenrein realisiert wird. The method of claim 1, wherein the separation of the polyolefin particles is realized unmixed to at least 99%.
  23. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Trennung von Polyethylen- und Polypropylenteilchen zu mindestens 99% sortenrein realisiert wird. The method of claim 1, wherein the separation of polyethylene and polypropylene is realized unmixed to at least 99%.
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