DE102011052015A1

DE102011052015A1 - Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Gegenstände aus Recyclat-Kunststoffmassen, Verwendung der dreidimensionalen Gegenstände und nach dem Verfahren hergestellte dreidimensionale Gegenstände

Info

Publication number: DE102011052015A1
Application number: DE201110052015
Authority: DE
Inventors: Lutz Elges
Original assignee: RELUMA GmbH
Current assignee: RELUMA GmbH
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2012-05-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Gegenstände aus Recyclat-Kunststoffmassen. Sie betrifft insbesondere das Herstellungsverfahren, das mit einer Druckintrusion beim Füllen der Formen mit plastifizierten Massen arbeitet. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der nach dem Verfahren hergestellten dreidimensionalen Gegenstände. Ferner betrifft die Erfindung verschiedenartige geometrische Gegenstände nach ihren Ausführungsformen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Gegenstände, die aus Recyclat-Kunststoffmassen hergestellt werden. Die Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung nach dem Verfahren hergestellter dreidimensionaler Gegenstände. Ferner betrifft die Erfindung die dreidimensionalen Gegenstände selbst.
Es ist bekannt, aus Kunststoffmassen dreidimensionale Gegenstände herzustellen. Hierbei werden regelmäßig entweder sortenreine Kunststoffmassen oder so genannte Kunststoff-Compounds verwendet. Verarbeitet werden sie gewöhnlich durch das Spritzgussverfahren.
Ebenso bekannt ist die Herstellung voluminöser dreidimensionaler Körper aus den oben bezeichneten Kunststoffmassen über Extrudierverfahren. Hauptanwendungsgebiete solcher Verfahren sind massive Kunststoffteile für eine nachfolgende spanende Bearbeitung.
Es ist bekannt, dass große Mengen von Kunststoffabfällen durch Sammelsysteme, wie gelbe Tonnen oder Säcke, oder aus Verarbeitungsresten von Kunststoffverarbeitern, dem Stoffkreislauf wieder zugeführt werden. In solchen Sammelsystemen kann jedoch keine sortenreine Erfassung stattfinden. Vielmehr werden vorzugsweise haushaltstypische Verpackungen ungeordnet als Stoffgemisch, mit Anhaftungen von Inhaltsstoffen und zumeist erheblich befeuchtet durch Recycling-Unternehmen erfasst.
Um solcher Art Gemische verschiedener Kunststoffe für die Weiterverarbeitung nutzbar zu machen, haben die Deutsche Gesellschaft für Kreislaufwirtschaft und Rohstoffe mbH und die Duales System Deutschland GmbH beispielsweise Produktspezifikationen für von Ihnen recycelte Kunststoffe festgelegt. Die hier anzuwendenden Produktspezifikationen 04/2009 Fraktionsnummer 350 „Mischkunststoffe” sowie deren Neufassung in 03/2010 Fraktionsnummer 352 „Mischkunststoffe” legen die wesentlichsten Kunststoffarten sowie den möglichen Gehalt an Störstoffen fest. Danach muss ein solcher Mischkunststoff lediglich 90 Masseprozent an Mischkunststoff aufweisen. Festlegungen für Anteile bestimmter Kunststoffarten gibt es nicht, da lediglich verlangt ist, dass sich die 90%ige Hauptfraktion aus den Kunststoffen PE, PP und PS zusammensetzen soll.
Verschiedene andere Anbieter halten sich im Wesentlichen an diese Vorgaben, liefern jedoch recycelte Mischkunststoffe auch nach anderen Produktspezifikationen, wie zum Beispiel 04/2007 Fraktionsnummer 310 „Kunststofffolien”, 04-01/04 Fraktionsnummer 321 „PO-Flaschen” und 04/2007 Fraktionsnummer 322 „Kunststoff-Hohlkörper”.
Die nach den obigen Produktspezifikationen aufbereiteten Mischkunststoffe sind nicht für eine Verarbeitung im Rahmen eines Intrusionsverfahrens unter Anwendung von Extrudern geeignet. Neben viel zu hohen Anteilen an Störstoffen sind insbesondere auch die Kunststoffe PET und PVC mit ihren Variationen maßgeblich für die Nichtanwendbarkeit. Einer Weiterverarbeitung dieser Mischkunststoffe stehen deshalb eine Reihe von Problemen entgegen. So muss der Anteil an Störstoffen durch geeignete Maßnahmen der Nachsortierung abgesenkt werden.
Ferner kann auch die mit 90% angegebene Hauptfraktion so weit variieren, dass eine Weiterverarbeitung durch ein Intrusionsverfahren ausgeschlossen ist. Es ist bekannt, dass ein hoher Anteil an PE die Fließfähigkeit der plastifizierten Masse in vorteilhafter Weise beeinflusst. Es ist aber auch bekannt, dass ein zu hoher Anteil an PE die Festigkeit im Intrusionsverfahren hergestellter Erzeugnisse nachteilig beeinflusst.
Verarbeiter können deshalb aus Lieferungen, die den Produktspezifikationen 310, 321, 322, 350 oder 352 entsprechen, keine Rückschlüsse auf die Verarbeitbarkeit der angelieferten Mischkunststoffe ziehen, da die Variationsbereiche für einzelne Komponenten viel zu groß sind. Sie müssen deshalb die angelieferten Mischkunststoffe nochmals nach eigenen Kriterien prüfen und geeignete Maßnahmen zur Herstellung der Verarbeitbarkeit treffen.
Wie oben gezeigt, sind in den Stoffkreislauf zurückgeführte Recyclat-Kunststoffmassen nie sortenrein. Sie haben wechselnde Anteile unterschiedlichster Kunststoffsorten mit einem überwiegenden Anteil an den so genannten Massenplasten, aber auch unvermeidliche Anteile von mit den Recyclat-Kunststoffmassen untrennbar verbundenen Fremdstoffen, wie Beschichtungen mit Chemikalien oder Druckfarben, Metallisierungen, nicht oder schwer verarbeitbaren Kunststoffen und dergleichen.
Solcher Art recycelte Kunststoffmassen sind auch mit Verunreinigungen behaftet, die eine Weiterverarbeitung behindern oder ganz ausschließen. Solche Verunreinigungen können metallische Bestandteile, anhaftende Reste von Verpackungsinhalten, Schmutz oder Fremdkörper, wie Steine, Erdreich oder artfremde Massen sein.
Der wesentlichste Begleitstoff ist jedoch Wasser, das mit verbleibenden Resten von Inhaltsstoffen, durch Niederschläge, als Rest von Reinigungsvorgängen und dergleichen in einem hohen Prozentsatz im recycelten Gemisch der Recyclatkunststoffmassen enthalten ist.
Die bevorzugte Form der Rückführung in den Stoff- bzw. Energiekreislauf ist unter Berücksichtigung der oben dargestellten Ausgangsbedingungen zur Zeit noch die Verbrennung der anfallenden Massen zum Zweck der Energiegewinnung. Derzeit werden 45% anfallender Recyclate verbrannt.
Es besteht jedoch ein Bedarf, den Anteil wieder verwendeter Kunststoffmassen aus Recyclingprozessen in den nächsten Jahren deutlich zu erhöhen.
Dabei ist bekannt, dass ein Recyclat aus den oben beschriebenen zurückgeführten Kunststoffmassen nach dem Aufschmelzen, Durchmischen, Formgebung und nachfolgendem Abkühlen ein Bauteil mit Festigkeitskennwerten ergibt, die in etwa denen entsprechen, die die Kunststoffart mit den niedrigsten Festigkeitskennwerten hat.
Solcher Art Formmassen lassen sich wegen der hohen technologischen Anforderungen nicht durch Spritzgießen verarbeiten. Ein solcher Vorgang lässt sich wegen der Zufälligkeiten bei dem Spritzvorgang nicht beherrschen. Somit scheidet dieses Verarbeitungsverfahren von vornherein aus.
Denkbar wäre ebenso eine Verarbeitung des Stoffgemisches über ein Extrudierverfahren. Allerdings scheidet auch diese Möglichkeit wegen nicht zu beherrschender rheologischer Verhältnisse weitgehend aus.
Diese werden durch anhaftende Feuchtigkeit einerseits und durch das Mischungsverhältnis der verschiedenen Kunststoffe andererseits nachteilig beeinflusst.
Die Beseitigung anhaftender Feuchtigkeit und in Verbindung damit auch der Austrag weiterer gasender Inhaltsstoffe ist im Stand der Technik durch verschiedene Extruderbauarten gelöst worden, die eine Entgasungszone vorsehen.
So ist beispielsweise in DE 40 21 751 A1 mit anderer Zielstellung vorgeschlagen worden, der zu extrudierenden Formmasse gezielt Wasser beizumischen, das dann als so genanntes Schleppmittel in der Entgasungszone des Extruders unter gleichzeitiger Mitnahme von Restmonomerem wieder entweichen soll.
Dieses Vorgehen ist für recycelte Mischkunststoffe völlig ungeeignet, da der Anteil an Feuchtigkeit und gasenden Reststoffen um ein Mehrfaches höher liegt und deshalb zwingend eine Entgasung vor dem Eintritt des Partikelgemisches in den Extruder notwendig ist.
Nach einem Vorschlag in DE 42 01 330 A1 soll die Entfeuchtung dadurch gelingen, dass dem Extruder ein weiterer Extruder vorgeschaltet wird, der die Formmasse ein erstes Mal plastifiziert und diese dann in einen Entspannungsbereich fördert. Nach diesem Vorschlag soll eine vorgetrocknete Formmasse in dem vorgeschalteten Extruder plastifiziert und sogleich durch ein Filtersieb gepresst werden, wobei im Anschluss daran über eine Mehrlochdüse die Formmasse in mehreren Strängen in eine Fallstufe gepresst wird. Nach diesem Vorschlag soll sich die dann strangförmige Formmasse in einzelne Tropfen mit großer Oberfläche auflösen. Über einen Fallschacht sollten diese tropfenförmigen Partikel in die Einfüllöffnung des nachgeschalteten Extruders fallen und mit diesem und der nunmehr entfeuchteten und feststofffreien Formmasse eine Blasfolie erzeugt werden.
Dieses Verfahren sieht zunächst ein Waschen der Kunststoffabfälle vor, nachdem diese zerkleinert worden sind. Zugleich soll die Schwimmfraktion während des Waschvorganges entnommen werden, sodass nur schwimmfähige Kunststoffpartikel aus HDPE, LDPE, LLDPE und PP in der zu verarbeitenden Ausgangsmasse vorhanden sein sollen.
Das Waschen setzt zwingend einen nachgeordneten Trocknungsvorgang voraus. Allein dadurch verteuert sich dieses Verfahren wegen der erheblichen einzusetzenden Energiemengen deutlich.
Das oben beschriebene Verfahren ist möglicherweise auch geeignet, anstelle von Blasfolien auch Intrusionsformteile zu erzeugen. Der Vorbereitungsaufwand für den Ausgangsstoff macht die Anwendung dieses Verfahrens jedoch in jedem Fall unwirtschaftlich. Es kann keine klimapositive Herstellung der Intrusionsformteile mehr erfolgen.
Es wäre ferner möglich, solche Stoffgemische thermisch zu verflüssigen bzw. zu plastifizieren, in Formen einzufüllen und dabei zu verdichten. Hierbei können jedoch keine porenfreien Körper erzeugt werden, weshalb diese nur bedingt verwendungsfähig sind. Letztlich ist bei diesem Formgebungsverfahren die Maßhaltigkeit der erhaltenen Teile von Faktoren wie Dichte des Ausgangsmaterials, Prozesstemperatur und Verdichtungsgrad abhängig.
Bekannt ist die Herstellung von geometrisch bestimmten Formteilen durch Füllen einer Form mit Hilfe eines Extruders. Abhängig von der Gestaltung des Extruderkanals bildet sich in einer solchen Anordnung ein Arbeitsgegendruck im Extruder aus, der auf einem geringen Niveau liegt. Die Qualität der ausgeformten dreidimensionalen Gegenstände ist deshalb bei diesem Verfahren vor allem von rheologischen Eigenschaften der Formmasse abhängig. Zugleich kommt der Füllvorgang der Form schnell zum Erliegen und durch Schrumpfungsprozesse während der Abkühlung entstehen im Inneren der dreidimensionalen Gegenstände festigkeitsvermindernde Vakuolen. Bedingt durch die unzureichenden Füllungsgrade der Formen entsteht zugleich eine zerklüftete Oberfläche.
Das größte Problem bei der Verarbeitung von Mischkunststoffformmassen aus recycelten Kunststoffen ergibt sich aus dem Feuchtigkeitsgehalt dieser Massen, da bei den üblichen Verarbeitungstemperaturen, die deutlich über dem Siedepunkt des Wasser liegen, die enthaltene Feuchtigkeit zur Dampfblasenbildung neigt. Beim Füllen von Hohlformen entstehen dadurch unregelmäßige Oberflächenstrukturen und so genannte Vakuolen. Wird die plastifizierte Formmasse mit einem Extruder in eine Hohlform eingebracht, findet unmittelbar nach dem Eintritt in die Form ein Entspannungsprozess der Formmasse statt, der Dampfblasenbildung ermöglicht und es bilden sich im Bereich des Strömungsdeltas Hohlräume. Bei hohem Feuchtigkeitsanteil können sich Vakuolen unterschiedlicher Größe über das gesamte zu gießende Formteil erstrecken.
Um diesen unerwünschten Effekt zu unterdrücken, ist schon seit langem ein so genanntes Druckintrusionsverfahren in Anwendung, bei dem die Formmasse unter erhöhtem Druck in die Hohlformen gepresst wird und auch nach dem Ende des Befüllvorganges noch einmal mit dem hohen Fülldruck beaufschlagt wird. Auf diese Weise wird versucht, in den entstandenen Vakuolen einen hohen Druck zu erzeugen und diese dadurch zu einem geringeren Volumen zu bringen.
Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens besteht allerdings darin, dass weder beim Füllen der Form noch beim nachfolgenden Abkühlungsprozess des Formteiles in der Gussform die Ausbildung der Vakuolen kontrollierbar ist.
Dadurch kann es zur Bildung großer Vakuolen kommen, die sich entweder im oberen Bereich des Formteiles häufen oder über weite Bereiche des Formteiles sich erstrecken. Die Festigkeits- und Verarbeitungseigenschaften solcher Formteile sind bis zur Unbrauchbarkeit vermindert.
Insbesondere um diesen Effekten beim Abkühlprozess entgegen zu wirken, ist in DE 295 13 585 U1 vorgeschlagen worden, die Abkühlgeschwindigkeit des Formteils durch Anwendung von Wasser als Kühlmittel deutlich zu beschleunigen. Die oben beschriebenen Effekte sind jedoch trotzdem vorhanden.
In DE 42 19 595 A1 ist vorgeschlagen, die Füllgeschwindigkeit bzw. das Füllvolumen beim Gießen von Formteilen so weit zu vermindern, dass eingeschlossene Feuchtigkeit in der Formmasse expandieren und entweichen kann, sodass bedingt durch den verzögerten Füllvorgang ein Entspannungsprozess möglich ist und sich bevorzugt kleinvolumige Vakuolen bilden, die sodann weitgehend gleichmäßig über den Querschnitt des Formteils verteilt sein sollen.
Bedingt durch die Vielzahl kleiner Vakuolen wird jedoch die mechanische Festigkeit und die Verarbeitbarkeit der so hergestellten Formteile nachhaltig beeinflusst.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, entlüftbare Gießformen einzusetzen. Dadurch entsteht jedoch ein erhöhter Aufwand, da die Entlüftungsstellen beobachtet und beim Austreten von Formmasse verschlossen werden müssen. Ferner ist auch bei diesem Verfahren die Bildung innerer Vakuolen nicht auszuschließen.
Nach einem weiteren Vorschlag in DE 42 19 595 A1 soll die Bildung von Vakuolen dadurch verhindert werden, dass die Gießformen mit Druckluft beaufschlagt werden und die Formmasse deshalb gegen den Innendruck in die Form eingefüllt werden muss.
Da die in der Formmasse eingeschlossene Feuchtigkeit jedoch eine extrem über dem Siedepunkt des Wassers liegende Temperatur hat, kommt es zur explosionsartigen Entspannung, was auch durch einen erhöhten Gegendruck in der Form nicht vermieden werden kann.
Mit den oben beschriebenen Maßnahmen kann die Bildung von Vakuolen in den zu gießenden Formteilen nur im begrenzten Umfang vermieden werden. Es besteht deshalb die Notwendigkeit, Verfahren zur Anwendung zu bringen, bei deren Einsatz der Anteil von Feuchtigkeit in der Formmasse deutlich reduziert und deshalb die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Vakuolen von vornherein gesenkt wird.
Es wäre möglich, die angelieferten Recyclingkunststoffe vor dem erneuten Plastifizieren zu trocknen. Beim Einsatz entsprechender Trocknungsanlagen entsteht jedoch ein erheblicher Energieaufwand, Energieverluste und mithin auch eine schlechtere Energiebilanz des Formgebungsprozesses. Dies wirkt dem eigentlichen Ziel des Kunststoffrecyclings entgegen, eine Wiederverwertung mit einem minimierten Energieeinsatz zu erreichen.
Ein weiterer Nachteil vorgelagerter Trocknungsverfahren besteht aufgrund anderer Anhaftungen der recycelten Kunststoffmassen als Wasser. Beim Trocknungsvorgang kann eine Geruchsbelästigung entstehen, die weitere Folgemaßnahmen nach sich zieht.
Da die angelieferten Kunststoffmassen ganz unterschiedliche Partikelgrößen und Beschaffenheiten aufweisen, müssen sie zunächst durch Zerkleinerungsprozesse auf eine möglichst gleiche Partikelgröße mit einem engen Streubereich gebracht werden. Trocknungsprozesse können erst danach effektiv sein. Dies erfordert wiederum eine großvolumige Auslegung der Anlagen, wenn die für die Weiterverarbeitung erforderlichen Durchsätze erzielt werden sollen.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, dass die Herstellung von dreidimensionalen Körpern aus Recyclat-Kunststoffmassen mit wechselnden Anteilen verschiedener Kunststoffe zulässt, die Herstellung dauerhaft verwendbarer vakuolenfreier Gegenstände ermöglicht und dabei leicht und einfach ausführbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Verwendung mit dem Verfahren hergestellter dreidimensionaler Gegenstände vorzuschlagen. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, den Aufbau bestimmter dreidimensionaler Gegenstände vorzuschlagen.
Das Wesen der Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen des Oberbegriffes des Schutzanspruches 1 für das erfindungsgemäße Verfahren, des Schutzanspruches 7 für die Verwendung der dreidimensionale Gegenstände und des Schutzanspruches 8 für die dreidimensionalen Gegenstände, jeweils in Verbindung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils dieser Patentansprüche sowie der Beschreibung und der Ausführungsbeispiele. Nachgeordnete Patentansprüche beschreiben andere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, der Verwendungsformen und/oder der dreidimensionalen Gegenstände. Ausführungsbeispiele und Zeichnungen geben dabei am Anmeldetag bevorzugte Formen wieder und beschränken den Schutzbereich der Erfindung nicht.
In der nachstehenden Beschreibung der Erfindung werden die verwendeten Begriffe mit nachfolgendem Sinngehalt verwendet, wobei diese zugleich Bestandteil der Erfindung sind:
Kunststoff-Recyclat – ist ein Gemisch von Kunststoffresten, wie Foliereste, Verpackungsreste, Reste technischer Kunststoffteile und dergleichen, wobei das Gemisch auch Fremdbestandteile, Bestandteile von so genannten technischen oder Konstruktionsplastwerkstoffen sowie Anhaftungen von Inhaltsresten und dergleichen enthalten kann. Bestandteile der Recyclat-Kunststoffmassen sind vor allem LDPE, HDPE, PP, PS und gegebenenfalls ABS.
Zerkleinern – ist die Bearbeitung der Recyclat-Kunststoffmassen zur Erreichung von für die Verarbeitung notwendigen Partikelgrößen, unabhängig davon, auf welche Weise diese erreicht wird.
Sortieren – ist das Aussortieren von für die Verarbeitung ungeeigneten Beimengungen durch Verfahrensschritte, wie Schwerkrafttrennung, Trennung nach geometrischen Merkmalen oder mit Hilfe von Magnetkräften, ohne das Entfernen von nicht lösbaren Anhaftungen.
Vorheizen – ist die Erwärmung der Partikel auf eine Temperatur von mehr als 373°K, ohne dass die Art der Energiezufuhr zur Erreichung dieser Temperatur festgelegt ist.
Zwischenkühlen – ist die Absenkung der durch das Vorheizen erreichten Partikeltemperatur um einen bestimmten Betrag.
Heißpelletieren – ist die Erzeugung von Presslingen durch Erhitzen über die Plastifizierungstemperatur und Verpressen zu Presslingen weitgehend gleicher Abmessungen (Pellets).
Agglomerieren – ist die Erzeugung von für die Weiterverarbeitung erforderlichen Partikelgrößen durch ein mechano-thermisches Verfahren in Verbindung mit mechanischer Zerkleinerung und Abschreckung durch Wasser.
Erster Extruder – ist eine Einrichtung zur Plastifizierung des Kunststoffrecyclates, durch die ein plastifizierter Massestrom erzeugt wird.
Nachheizen – ist das Herstellen der Verarbeitungstemperatur der zu plastifizierenden Kunststoffmasse in einem zweiten Extruder.
Zweiter Extruder – ist die Einrichtung, durch die die Formen gefüllt werden.
Nachmischen – ist die Zuführung einer vor allem den Grundstoff LDPE enthaltenden zweiten Formmasse in einem variablen Mengenanteil zur ersten Formmasse.
Abkühlen – ist der in den geschlossenen Formen über einen längeren Zeitraum ablaufende Kühlprozess oder ein mit zusätzlichen Kühlmedien herbeigeführter beschleunigter Kühlprozess.
Die Erfindung geht zunächst davon aus, dass – wie im Stand der Technik bekannt – ein Verfahren der Druckintrusion bei der Herstellung der Formteile zum Einsatz kommt. Der erforderliche Massestrom wird dabei von einem Extruder bereitgestellt.
Im Gegensatz zu den im Stand der Technik vorgeschlagenen Maßnahmen zur Vermeidung von Vakuolen lässt die Erfindung es zu, das Kunststoffrecyclat im weitgehend unbehandelten Zustand zu belassen. Das heißt, es werden lediglich metallische Bestandteile, durch Schwerkrafttrennung abscheidbare Beimengungen und Teile unverarbeitbarer Kunststoffsorten, wie PET, aussortiert und anschließend das Kunststoffrecyclat ohne Trocknung in den Verarbeitungsprozess gegeben.
Nach der Erfindung wird jedoch davon ausgegangen, dass bei der Herstellung der Formmasse entstehende Gasblasen die Möglichkeit erhalten, sich zu entspannen und vor dem Gießvorgang aus der Formmasse zu entweichen.
Die Erfindung schlägt vor, dass während des Plastifizierungsvorganges durch die Erwärmung des Kunststoffrecyclats Beimengungen von Wasser weit über dem Siedepunkt des Wassers hinaus erwärmt werden. Sie berücksichtigt ferner, dass andere am Kunststoffrecyclat anhaftende Stoffe ebenfalls gasen können. Dabei wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die durch die Erwärmung und den Einschluss in die Formmasse entstandene isochor-adiabatische Verdichtung des Wasserdampfes bzw. der Gase zu nutzen, wobei sich die in die Formmasse eingeschlossenen Gasblasen nach dem Wegfall äußeren Druckes explosionsartig vergrößern und platzen.
Entgegen den im Stand der Technik vorgeschlagenen Maßnahmen werden nach der Erfindung Verfahrensschritte angewendet, die die vorgeschlagene Expansion der Gasblasen in einem dem Gießvorgang vorgelagerten Verfahrensschritt zulassen, wobei diese sich bis zur Oberfläche des Massestromes ausdehnen können, platzen und Wasserdampf bzw. eingeschlossene Gase entweichen.
Nach der Erfindung werden angelieferte Kunststoffabfälle, die vor allem Foliereste, sonstige Verpackungsmittelreste und Reste technischer Kunststoffteile bzw. bei der Kunststoffverarbeitung prozessbedingt entstehende Abfälle sind, zunächst zerkleinert. Im Fall von Folieresten erfolgt dies vor allem durch Zerreißen, während grobstückige Abfälle in einem Shredder auf die notwendige Partikelgröße gebracht werden. Der Einsatz einer Mühle ist ebenso möglich.
Ebenso kann das Zerkleinern durch Erzeugen von Schälspänen erfolgen.
Vor dem Zerkleinern kann ein Sortiervorgang durch eine Siebanlage oder einen Windsichter vorgesehen sein. Ebenso kann eine Sortierung durch Magnetabscheider vorgesehen sein.
Das zerkleinerte Gut kann in einem weiteren Arbeitsgang wiederum über eine Sortieranlage geführt werden, sodass die Partikelfraktion aussortiert werden kann, die für eine Weiterverarbeitung tauglich ist. Verbliebene Reste können dem Sortier- bzw. Zerkleinerungsverfahren erneut zugeführt werden, soweit es sich nicht um zu beseitigende Beimengungen handelt.
Das erzeugte Partikelgemisch aus Recyclat-Kunststoffmasse wird in einer Speichereinrichtung zwischengelagert. Als Speichereinrichtungen kommen vorzugsweise Silos oder Großbehälter aus textilem Material in Frage. Es kann ebenso in einem kontinuierlichen Verfahren direkt den Bearbeitungseinrichtungen zugeführt werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt kann vor der Weiterverarbeitung ein Magnetabscheider angeordnet sein. Dies ist deshalb sinnvoll, da insbesondere nach dem Zerkleinern grobstückiger Teile eingebettete ferromagnetische Teile in dieser Verfahrensstufe noch ausgesondert werden können.
Nach dem Einfällen in die Verarbeitungseinrichtung wird die Masse einer ersten Heizstrecke zugeführt. In dieser wird die Masse auf eine Temperatur über 373°K erhitzt, sodass anhaftendes Wasser und wasserhaltige Reststoffe in eine Dampfphase überführt werden und beim Verlassen der Heizstrecke entweichen.
Eine andere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass in einer ersten Heizphase eine Erhitzung der Masse auf eine Temperatur von wenigstens 443°K erfolgt, sodass die Masse neben dem Entfeuchtungsvorgang zugleich auch plastifiziert wird.
Die Heizstrecke kann von einer ersten Extrudereinheit gebildet werden, die zugleich die Recyclat-Kunststoffmasse intensiv umwälzt und durchmischt. Alternativ kann es sich um eine Heizstrecke handeln, in der die Masse konventionell aufgeheizt wird. Ebenso ist es möglich, die Masse mit Hilfe von Mikrowellen zu erwärmen.
Nachfolgend wird die Masse in eine Kühlstrecke übergeben, wodurch das über den Siedepunkt erhitzte Wasser sofort in die Dampfphase übergeht und entweichen kann. Damit wird erreicht, dass Dampfblasenbildung beim späteren Füllen der Form nicht mehr auftreten oder wenigstens deutlich vermindert werden kann.
Die Kühlstrecke kann abhängig von der Art der Verarbeitungseinrichtung als Fallstrecke oder als Horizontalförderer ausgelegt sein.
Besonders vorteilhaft ist es, das Kunststoff-Recyclat heiß zu pelletieren oder zu agglomerieren. Beim Heißpelletieren wird das Kunststoff-Recyclat soweit erhitzt, dass es plastifiziert und aus dieser Masse Presslinge (Pellets) weitgehend gleicher Größe erzeugt.
Wird anstelle dieses Verfahrensschrittes das Agglomerieren eingesetzt, entstehen im Agglomerator Presslinge, die mechanisch zerteilt und mit Wasser abgeschreckt werden. Beim Pressvorgang erwärmt sich das Kunststoffrecyclat mechano-thermisch durch die hohen Pressdrücke in der Matrize in Verbindung mit Reibung. Dabei wird ein thermisches Verfahren angewandt, durch das die eingesetzte Masse ein erstes Mal plastifiziert wird und in einem Agglomerator zu einer Vielzahl thermisch geformter Formmassestränge umgearbeitet wird. Dies geschieht vorzugsweise mit einer beheizten Matrize, durch die die Recyclat-Kunststoffmasse gepresst und dabei plastifiziert wird.
An der Austrittsseite der Matrize ist eine Schneideinrichtung angeordnet, die die austretenden Agglomeratstränge in kurze Abschnitte teilt.
Damit wird erreicht, dass das entstehende Granulat eine große Oberfläche hat und Beimengungen, wie Wasser oder andere begleitende Gase, auf kurzem Weg aus der Formmasse an die Oberfläche gelangen können.
Dies kann beispielsweise in einer Fallstrecke geschehen. Dabei wird die Formmasse unter Verschluss durch eine Umhausung auf einem hohen Temperaturniveau gehalten, damit nur wenige Energieverluste eintreten.
Über die Umhausung kann zugleich die innerhalb derselben vorhandene erwärmte und mit Gasen angereicherte Luft abgesaugt und ihr beispielsweise über Wärmetauscher die innewohnende Wärmeenergie entzogen werden.
Das entstandene Quasi-Granulat kann nach der Entgasung der Weiterverarbeitung zugeführt werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des oben beschriebenen Verfahrens benutzt eine Anordnung, bei der zweiter Extruder, Agglomerator und Hilfseinrichtungen zu einer Einheit zusammengefasst sind.
Die zerkleinerte Recyclat-Kunststoffmasse wird über eine Fördereinrichtung dem Heißpelletierer bzw. Agglomerator zugeführt, in diesem agglomeriert und die austretenden Presslinge grob zerkleinert. Über eine Fördereinrichtung, bevorzugt einen pneumatischen Förderer, werden die vorzerkleinerten Presslinge einem weiteren Zerkleinerer (Nachschneidmühle) zugeführt, durch den eine weitgehend gleiche Korngröße sichergestellt wird, zugeführt. Beim Vor- und Nachzerkleinern entstehender Staub und untermaßige Bruchstücke werden ebenfalls pneumatisch einem Zyklon zugeführt und dabei fraktioniert. Im Zyklon nicht abgeschiedenes Gut kann dem Heißpelletierer bzw. Agglomerator wieder zugeführt werden.
Die oben beschriebene Anordnung ist auf einem einheitlichen Gestell gemeinsam mit dem zweiten Extruder angeordnet, sodass für das erwärmte Gut nur kurze Transport- bzw. Abkühlwege zur Verfügung stehen. Die im Agglomerator frei werdenden Gase und austretende Feuchtigkeit werden über einen Abluftanschluss weggeführt.
Zu der Anordnung gehört ein Gebläse, das den benötigten Luftstrom zum Transport der Pellets bzw. Presslinge erzeugt.
Der Zyklon ist über dem Füllschacht des zweiten Extruders angeordnet, sodass die abgeschiedene Fraktion der Pellets bzw. der geschnittenen Presslinge unmittelbar dem Extruder zugeführt wird. Nur feine und untermaßige Bestandteile werden im Luftstrom weitergeführt.
Durch diese Gesamtanordnung ist eine zuverlässige Befüllung des zweiten Extruders mit weitgehend entgastem und entfeuchtetem Kunststoff-Recyclat sichergestellt und zugleich eine ausgeglichene Wärmebilanz sichergestellt, da keine Zwischenabkühlung über große Temperaturintervalle mehr notwendig ist. Die in einer Vielzahl von Presslingen aus der Matrize des Agglomerators austretenden Presslinge haben eine große Oberfläche und gewährleisten, dass im Recyclat enthaltene Gase bzw. Feuchtigkeitsanteile auf kurzem Weg die Oberfläche der Presslinge erreichen und in die Umgebungsluft austreten können. Es ist deshalb möglich, das Temperaturniveau bei diesen Verfahrensschritten höher zu halten und die Komponenten der Anlage an den Massedurchsatz des zweiten Extruders anzupassen.
In gleicher Weise gestalten sich die Verhältnisse beim Einsatz eines Heißpelletierers.
In einem zweiten Extruder erfolgt dann die Erwärmung der Masse über die Plastifizierungstemperatur derselben hinaus. Mit Hilfe der Extruderschnecke wird die plastifizierte Masse sodann in den Füllkanal befördert, an dessen Ende eine Form direkt angekoppelt ist. Der Massestrom fließt in die Form, verteilt sich in dieser, füllt die Form schließlich aus und beginnt in der Form zu erstarren. Der Vorgang des Erstarrens erfolgt dabei von außen nach innen.
Noch bevor der Erstarrungsvorgang einsetzen kann, erfolgt unmittelbar im Anschluss an das Befüllen eine Erhöhung des Fülldruckes wenigstens auf den dreifachen Wert des Fülldruckes. Damit wird erreicht, dass die Form vollständig ausgefüllt ist, dass sich keine Vakuolen im Formteil bilden und somit die Formteile nach dem Erkalten dimensions- und formstabil entformt werden können.
Nach Abschluss der Hochdruck-Füllphase wird die Form verschlossen, vom zweiten Extruder getrennt und in die Abkühlzone transportiert. Der Abkühlprozess kann nach seinem Beginn über einen längeren Zeitraum stattfinden, wobei das Formteil bis zum Erreichen der Umgebungstemperatur in der Form verbleiben kann.
Es ist möglich, den Abkühlungsprozess durch Anwendung von Kühlmedien zu beschleunigen.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, dass die Formmasse über ein Druck-Intrusionsverfahren in die Form gebracht wird. Dabei wird dafür Sorge getragen, dass im Zuführkanal ein erhöhter Druck aufgebaut wird, wobei das Druckniveau zweckmäßigerweise wenigstens bei 20 bar liegen sollte. Damit wird einerseits im Zuführkanal eine weitgehend laminare Strömung und zugleich eine hohe Strömungsgeschwindigkeit sichergestellt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, dass am Ende des Befüllens der Form sowohl in der Form wie im Zuführkanal des Extruders eine Druckerhöhung erfolgt, die wenigstens das Dreifache des Fülldruckes beträgt. Der erhöhte Druck wird sodann aufrechterhalten und die Form vom Extruder getrennt, wodurch die Bildung von Vakuolen oder dergleichen im dreidimensionalen Gegenstand weitgehend vermieden wird.
Mit dem oben beschriebenen Verfahren können dreidimensionale Gegenstände erzeugt werden, die einen zylindrischen, einen rechteckförmigen oder einen polygonförmigen Querschnitt haben.
Es ist ebenso möglich, in die Form eine Profilierung der Oberfläche einzuarbeiten. Ebenso ist es möglich, konische Formen auszuführen.
Die hergestellten dreidimensionalen Gegenstände können für verschiedenste Anwendungen verwendet werden. So sind unter anderem Anwendungen als Pflock, Pfahl, Bahnschwelle, Spundwandbrett, Träger, für rohrförmige Teile oder für Masten möglich.
Ist der dreidimensionale Gegenstand als Pfahl zu verwenden, kann er an seiner Stirnseite spitz auslaufen und dessen Spitze materialeinheitlich ausgeformt sein.
Es ist möglich, Einlagen in die Form einzubringen und auf diese Weise Ausnehmungen in die dreidimensionalen Gegenstände bereits beim Urformvorgang einzubringen. Diese werden von der einströmenden Formmasse ebenso umströmt und damit quasi negativ abgeformt.
Bevorzugt wird dabei die in etwa koaxiale Anordnung von Einlegern, die es ermöglichen, im Zentrum der ausgeformten dreidimensionalen Gegenstände einen Hohlraum zu erzeugen. Dieser Hohlraum kann bei der Verwendung der dreidimensionalen Gegenstände für andere Aufgaben zur Verfügung stehen, wie dies beispielsweise bei Antennen- oder Laternenpfählen durch die im Inneren befindliche Elektroinstallation der Fall ist.
Eine bevorzugte Verfahrensausgestaltung besteht darin, die Kühlung im Bereich der Einleger der Gestalt zu beschleunigen, dass der Erstarrungsprozess des dreidimensionalen Gegenstandes von der Innenseite her erfolgt und damit der dreidimensionale Gegenstand weitgehend spannungsfrei abkühlt. Dabei kommt es nicht darauf an, auf welche Weise die Abkühlung bewirkt wird, welches Kühlmedium zum Einsatz kommt und wie der Kühlprozess sonst ausgestaltet ist. Letztlich ist dies eine vom zu erzeugenden dreidimensionalen Gegenstand bestimmte Optimierungsaufgabe.
Bei der Herstellung von Hohlformen ist es möglich, dass im Mantel des dreidimensionalen Gegenstandes Ausnehmungen zusätzlich ausgeformt werden.
Eine Verwendungsform eines solchen Hohlprofils mit einer zusätzlichen Ausnehmung zur Verbindung zur Innenseite hin ist ein Laternenpfahl, der sich unabhängig von seiner Außenform nach oben hin verjüngt.
Die nach dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten dreidimensionalen Gegenstände sind für die oben angegebenen Verwendungen ausreichend fest, stabil, unempfindlich gegenüber Witterungseinflüssen, meerwasserbeständig und unverrottbar. Ferner sind sie klimaneutral und ökologisch unbedenklich. Zudem können sie am Ende ihres Lebenszyklus wieder in den Rohstoffkreislauf zurückgeführt werden und somit erneut als Rohstoffbasis für nach dem oben beschriebenen Verfahren herzustellende dreidimensionale Gegenstände dienen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 – ein Ablaufschema für das erfindungsgemäße Verfahren.
2 – eine schematische Übersicht des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem anderen Verfahrensablauf.
3 – eine weitere schematische Übersicht des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem anderen Verfahrensablauf.
4 – eine weitere schematische Übersicht des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem nochmals geänderten Verfahrensablauf.
Das Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Gegenstände aus Recyclat-Kunststoffmassen beginnt mit der Anlieferung von Kunststoffabfällen. Diese können aus Abfällen von Haushaltverpackungen, aus Folienresten, aus Resten technischer Kunststoffteile, aus Produktionsresten und auch in einem gewissen Maß aus fremden verfahrensschädlichen Beimengungen bestehen.
Abhängig von der Art der angelieferten Kunststoffabfälle kann in einem ersten Verfahrensschritt eine Vorsortierung erfolgen, die zur Sicherstellung eines stets gleichen Gemisches dient oder es ermöglicht, bestimmte Gemischkomponenten aus Vorräten gezielt beizumischen.
In einem nachfolgenden zweiten Verarbeitungsschritt werden die angelieferten Kunststoffabfälle zerkleinert. Hierzu kann ein Shredder, ein Brecher, eine Mühle oder ein Reißwolf eingesetzt werden, wobei die Art der Zerkleinerungsmaschine letztlich von der Art der verwendeten Kunststoffabfälle abhängt.
Zwischen den Arbeitsschritten 1 und 2 oder nach Arbeitsschritt 2 wird das erhaltene Gemisch vorsortiert und -gereinigt. Hierzu kann eine Siebanlage dienen. Zur Abscheidung von Feinstaub kann ein Windsichter eingesetzt werden.
Bedingt durch unterschiedliche Leistungsparameter der Zerkleinerungs- und Sortieranlage einerseits und der Extruderanlage andererseits kann es notwendig sein, das Partikelgemisch in einem vierten Arbeitsschritt zwischenzulagern. Dies kann in einem Silo oder in Säcken erfolgen.
Nach der Entnahme des Partikelgemisches kann auf dem Weg zur Extruderanlage eine Feinreinigung durch einen Magnetabscheider erfolgen. Diese ist insbesondere von Nutzen, um das Eindringen von Fremdkörpern in die Extruder zu vermeiden.
Der nachfolgende Arbeitsschritt 6 ist so ausgestaltet, dass in einem ersten Extruder eine intensive Durchmischung und ein Aufheizen auf eine Temperatur von mehr als 443°K realisiert werden. In gleicher Weise kann ein Heiztunnel verwendet werden.
Der Arbeitsschritt 6 kann auch vorsehen, dass zunächst nur ein Aufheizen auf eine Temperatur von wenigstens 373°K vorgenommen wird und das weitere Erhitzen bis über die Plastifizierungstemperatur in einem nachfolgenden Arbeitsschritt nach der Entfeuchtung erfolgt.
In einem nachfolgenden Arbeitsschritt 7 unmittelbar am Ausgang der Heizeinrichtung schließt sich eine Kühlstrecke an, die entweder als vertikale Fallstrecke oder als horizontale Förderstrecke mit einem Förderer ausgestattet ist. Dabei gehen wasserhaltige Anhaftungen an den Partikeln unmittelbar nach dem Ausstoßen aus der Heizstrecke in eine Dampfphase über und entweichen aus dem Partikelstrom. Damit wird erreicht, dass der gegebenenfalls feuchte und gegebenenfalls mit wasserhaltigen Anhaftungen versehene Partikelstrom weitgehend frei von Feuchtigkeit ist und beim Füllen der Form sich keine Dampfblasen entwickeln können.
Von der Kühlstrecke wird der Partikelstrom zum Nachheizen einem zweiten Extruder zugeführt, in dem der Partikelstrom aufgeschmolzen, intensiv durchgemischt, gegebenenfalls eingefärbt und zu einer homogenen Formmasse umgeformt wird.
Durch die Extruderschnecke wird die plastifizierte Formmasse in den Füllkanal des Extruders gefördert, der sich bis zur Austrittsöffnung stark verjüngt. Damit wird erreicht, dass der Formmassestrom beim Durchströmen des Füllkanals einen Druck größer 20 bar aufbaut und mit diesem Druckniveau in die Form eintritt. Diese Druckintrusion sichert die vollständige Füllung der Form.
Am Beginn des Füllvorgangs schießt die plastifizierte Formmasse als homogener Massenstrom in die Form. Anschließend entspannt sich zunächst der Massestrom und die Formmasse quillt auf. Bei Wandberührung erstarren Formmassepartikel, lagern sich in Wandnähe an, werden aber durch den eintretenden Massestrom weiterhin erwärmt. Dadurch ergibt sich in der Form beim Befüllen eine vergleichsweise schnelle Ausbildung einer erstarrten Außenhaut, während im Inneren noch Formmasse mit höherer Temperatur nachströmt.
Nachdem das Formvolumen weitgehend gefüllt ist, wird durch den Extruder weitere Formmasse nachgedrückt, wobei eine Druckerhöhung wenigstens auf das Fünffache des Fülldruckes erfolgt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass sich die Form vollständig füllt und sich keine Fehlstellen ausbilden können. Weiterhin wird damit erreicht, dass im Inneren der Formlinge während der nachfolgenden Abkühlphase keine Vakuolen entstehen können. Allenfalls kann eine Bildung kleiner Blasen im Kernbereich vorkommen.
Nach dem vollständigen Befüllen wird noch in der Phase, in der der erhöhte Druck anliegt, die Form vom Extruder abgenommen und in eine Abkühlzone (Zwischenlager) verbracht.
Nach dem weitgehenden Abkühlen kann in einem nachfolgenden Arbeitsschritt der Formling der Form entnommen werden.
Nachfolgend wird er entweder in ein Zwischenlager verbracht oder es erfolgt eine nachfolgende spanende Bearbeitung, um beispielsweise erforderliche Anschlussformen zu erzeugen.
Schließlich werden auch nachbearbeitete Formlinge in das Endlager verbracht.
Eine bevorzugte Form des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das Mischungsverhältnis der Recyclat-Kunststoffmasse ermittelt wird, um die Anteile der jeweiligen Hauptbestandteile zu ermitteln. Ferner wird insbesondere der Anteil an LDPE am Gemisch festgestellt und die Abweichung von einem Sollwert ermittelt.
Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird bei an sich gleichem Aufbau der einzelnen Verfahrensschritte in den Schritten 1 bis 4 ein zweites Partikelgemisch aufbereitet, das einen höheren Gehalt an LDPE hat, als das zu verarbeitende Gemisch. Dabei werden die gleichen Verfahrensschritte benutzt, bis das angereicherte Partikelgemisch ebenfalls zur Zwischenlagerung kommt.
Ist der Anteil LDPE am Gemisch zu gering, kann über eine zweite Zuführeinrichtung zum ersten Extruder bzw. zum Heizkanal ein LDPE-reiches Gemisch zugeführt werden, um auf diese Weise die notwendige Fließfähigkeit der Formmasse zu gewährleisten.
Aus dem Zwischenlager heraus kann das angereicherte Gemisch dem Hauptstrom vor der allgemeinen Feinsortierung oder nach einer eigenen Feinsortierung entweder vor dem Vorheizer oder mit einem eigenen Vorheizer ausgestattet einer Zwischenkühlstrecke zugeführt werden, aus der das mit LDPE angereicherte Gemisch dem zweiten Extruder zugeführt und mit der Formmasse ebenso intensiv vermischt und plastifiziert wird.
Diese Ausführungsform der Erfindung berücksichtigt, dass nach gewonnenen Erkenntnissen der Anteil an LDPE am Gesamtgemisch für dessen Fließfähigkeit, für das Fließverhalten in der Form und somit für die Fehlerfreiheit der ausgeformten dreidimensionalen Gegenstände wesentlich ist.
Eine Ausgestaltungsform der Erfindung gemäß 3 sieht anstelle des Vorheizens mit einem Heiztunnel oder einem ersten Extruder ein Heißpelletieren oder ein Agglomerieren der Masse vor. Ein Heißpelletierer oder ein Agglomerator durchmischt die zugeführte Masse, plastifiziert diese und presst die plastifzierten Partikel durch eine Matrize, sodass eine Vielzahl an Formmassesträngen entsteht. Beim Austritt aus der Matrize werden die Formmassestränge mit einer Schneideinrichtung zerkleinert, wodurch ein Granulat mit weitgehend gleichen Korngrößen entstehen kann, das für die weiteren Verarbeitungsschritte bereits entfeuchtet und hinsichtlich seiner Verarbeitungseigenschaften optimiert ist.
Das durch diesen Vorgang des Heißpelletierens entstehende Mischgranulat kann entweder zwischengekühlt, zwischengelagert oder sofort einem nachgeordneten Extruder zugeführt werden. Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung, bei der der Agglomerator und der nachfolgende Extruder als eine Einheit ausgeführt sind und beide Maschinen in ihren Leistungsparametern aufeinander abgestimmt sind.
Die Ausgestaltung des oben beschriebenen Verfahrens ist bei der in 4 dargestellten Ausgestaltungsform so ausgestaltet, dass zwischen dem Agglomerator und dem zweiten Extruder eine Nachzerkleinerung stattfindet. Diese hat den Vorteil, dass durch die mechanische Zerkleinerung einerseits eine bessere Füllung des zweiten Extruders möglich ist und andererseits durch das Aufschneiden der Presslinge nochmals eine Möglichkeit zum Freiwerden von Gasen und Feuchtigkeit aus der Masse besteht.
Weiterhin sieht diese Ausgestaltungsform des Verfahrens vor, dass die geschnittenen Presslinge pneumatisch einem Zyklon zugeführt werden, in dem ihre Abscheidung aus dem Förderstrom erfolgt. Dabei ist der Zyklon direkt über dem Füllschacht des zweiten Extruders angeordnet, sodass Agglomerator, Nachzerkleinerer, pneumatische Fördereinheiten und der zweite Extruder in ihren Leistungsparametern optimal aufeinander angepasst werden können.
Eine weitere Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die Abkühlphase.
Die zu füllende Form ist dabei mit einem Einleger zusätzlich ausgestattet, um Formlinge mit einem Hohlraum zu erzeugen. Im Kontaktbereich des Einlegers mit der äußeren Form ist die äußere Form durchbrochen, sodass zum Innenraum des Einlegers Zugang möglich ist.
Nach dem Füllen der Form unter Anwendung des oben beschriebenen Ablaufes wird in das Innere des Einlegers über eine Zuleitung Druckluft oder Wasser zugeführt. Die im Inneren des Einlegers entstandene Stauwärme wird damit beseitigt und zugleich ein erhöhter Wärmeentzug erreicht.
Durch den erhöhten Wärmeentzug ist eine Umkehr des Abkühlungsprozesses erreichbar, wobei zunächst die mit dem Einleger im Kontakt befindlichen Partikel der Formmasse erstarren und der Erstarrungsprozess von innen nach außen erfolgen kann.
Nachdem dieser Erstarrungsprozess in Gang gesetzt ist, verläuft er ebenso bis zur Erreichung der Umgebungstemperatur.
In Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Abkühlung kann der Formling mehr oder weniger schnell und mehr oder weniger spannungsfrei abgekühlt werden. Letztlich ist dies eine Optimierungsaufgabe.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten dreidimensionalen Gegenstände können mit einem zylindrischen, einem rechteckigen oder einem polygonförmigen Querschnitt ausgeführt sein. Ebenso sind Hohlformen, wie rohrförmig, kastenförmig oder dergleichen ausführbar.
Es hat sich gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise langgestreckte Formlinge zu erzeugen sind. Bevorzugte Verwendungsformen sind deshalb zylindrische Formteile, Pflöcke oder Pfähle, Bretter oder Bohlen, Balken, Bahnschwellen und Hohlformen, wie Säulen mit konischen Bohrungen, rechteckige Blöcke mit konischen Bohrungen und Antennen- oder Laternenmasten, die auch an ihrer Außenkontur konisch sind.
Eine besonders bevorzugte Verwendung sind Laternenmasten mit einer seitlichen Ausnehmung für den Einbau der Elektroanlage.
Bei der Herstellung von Pfählen wird eine Ausführung bevorzugt, bei der das einzutreibende Ende bereits in der Form spitz ausgeführt ist.
Beim Ausführen von Profilbrettern werden Formen verwendet, die an wenigstens einer der Außenflächen eine Profilierung haben, die durch das Formteil ausgebildet wird.
Da das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise die Herstellung von langgestreckten Körpern ermöglicht, werden bei der Herstellung von Bahnschwellen durch einen Trennvorgang Kürzungen erzeugt, die der Länge der Bahnschwellen entsprechen.
Beim Befüllen der Form wird nach dem Verfahren der Druckintrusion gearbeitet. Das heißt, die unter Druck stehende Formmasse schießt mit Überdruck in die Form und verteilt sich nach dem Freiwerden im Formhohlraum zunächst sofort. Weiter bildet sich dann eine kontinuierliche Strömung im Inneren des Formraumes aus, während in Bereichen nahe der Formwand bereits ein Abkühlungs- und Aushärtungsprozess stattfindet. Die bereits in Abkühlung befindlichen Partikel der Formmasse bilden zugleich einen Wärme isolierenden Mantel, durch den der im Inneren fließende Formmassenstrom weitgehend auf Temperatur gehalten wird und sich ein Strömungskanal innerhalb der Form ausbildet, der das Befüllen sehr langer Formen ermöglicht ohne dass der Formmassenstrom erstarrt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht in der Erzeugung von Hohlprofilen. Dabei wird im Inneren der Form ein ausreichend konisch verlaufender Formenkern so eingelegt, dass nach jeder Seite hin ein für den Formmassenstrom ausreichender Kanal verbleibt.
Beim Befüllen der Form mit Formmassen bildet sich auch am eingelegten Formenkern eine erstarrende Schicht, die zugleich den Formmassenstrom gegenüber der Umgebung isoliert.
Bei dieser Ausgestaltungsform des Verfahrens lassen sich Hohlprofile, wie konische Rohre, Lichtmasten, Schachteinläufe und dergleichen erzeugen.
Es ist ebenso möglich, im Formteil seitliche Ausnehmungen zu erzielen, indem in die Form Einlegestücke eingebracht werden, die den Abstand zwischen Außenmantel und dem eingelegten Kern überbrücken.
Eine weitere bevorzugte Form des Verfahrens sieht vor, dass der einzulegende Kern innen hohl ist und die Möglichkeit des Einbringens von Kühlmedien bietet. Dabei kann beispielsweise mit Druckluft ein erhöhter Wärmeentzug beim Abkühlen des Formlings erreicht und damit die Aushärtung des Formlings von innen nach außen ermöglicht werden.
Es wurde gefunden, dass auf diese Weise verzugsfreie Hohlkörper erzeugt werden können, bei denen durch die Abkühlung von innen nach außen eine dauerhafte Spannungsfreiheit erreicht wird.
Die so hergestellten Formteile können als konische Rohre, nach einem Aufbohren als herkömmliche Rohre, als Lichtmaste oder dergleichen eingesetzt werden.
Handelt es sich bei der Form um die eines Laternenmastes, kann durch Beilagen in der Form zugleich die Ausformung für die Installationsöffnung realisiert werden.
Die Erfindung hat also den Vorteil, dass sie den Einsatz schwer verwertbarer Reststoffe aus recycelten Kunststoffverpackungen für die Herstellung massiver dreidimensionaler Gegenstände ermöglicht und dass sie den Ersatz bisher aus den Werkstoffen Holz, Beton oder Metall erzeugter nicht dauerhafter Gegenstände ermöglicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4021751 A1 [0020]
DE 4201330 A1 [0022]
DE 29513585 U1 [0032]
DE 4219595 A1 [0033, 0036]

Claims

Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Gegenstände aus Recyclat-Kunststoffmassen mit Hilfe der Druckintrusion, das Verfahrensschritte umfasst, bei denen die Recyclat-Kunststoffmassen vor dem Plastifizieren und nachfolgendem Druckintrudieren auf eine Temperatur über 373°K erhitzt und nachfolgend wieder abgekühlt werden, wobei während der Abkühlung Einschlüsse oder Anhaftungen von Flüssigkeit und/oder anderen Gasbildnern expandieren und aus der Formmasse entweichen können, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Gemisch einer Recyclat-Kunststoffmasse einen dem Anlieferungszustand der Recyclat-Kunststoffmasse entsprechenden Anteil an LDPE am Gemisch hat, derselbe festgestellt und die Abweichung von einem Sollwert ermittelt wird, ein zweites Gemisch aus Recyclat-Kunststoffmassen mit einem höheren Gehalt an LDPE erzeugt, dasselbe in wechselnden Anteilen der Formmasse beigefügt wird und nachfolgend das eingestellte Formmassengemisch weiter verarbeitet wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formmassengemisch vor dem Plastifizieren einer Heizeinrichtung und/oder einem Extruder zugeführt werden, in diesen auf eine Temperatur über 443°K erhitzt und nach dem Verlassen derselben einer Abkühlstrecke übergeben werden.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formmassengemisch vor dem Plastifizieren einem Agglomerator zugeführt wird, der Agglomerator dieses durch eine Matrize presst und die aus der Matrize austretenden Presslinge mit einer Schneideinrichtung zerteilt, wobei im Agglomerator die Recyclat-Kunststoffmassen wenigstens auf eine Temperatur von 443°K erhitzt und nach dem Verlassen derselben und dem Zerteilen einer Kühlstrecke übergeben werden.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Recyclat-Kunststoffmasse vor der Zuführung zum Extruder wenigstens einmal auf eine Temperatur t ≥ 373°K erhitzt und/oder plastifiziert und nachfolgend wieder abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zerkleinerten Recyclat-Kunststoffmassen vor der Zuführung zu einem ersten Extruder oder einem Agglomerator durch Aussieben und/oder Windsichten und/oder Magnetabscheidung von nicht verarbeitbaren Beimengungen befreit werden.
Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Gegenstände aus Recyclat-Kunststoffmassen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Abschluss des Füllvorganges der Form eine Druckerhöhung auf einen in etwa 5-fachen Wert des Fülldruckes des Extruders erfolgt.
Verwendung eines mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bis 6 hergestellten dreidimensionalen Gegenstandes aus Recyclat-Kunststoffmassen für Spundwandbretter, Profilbretter, die an wenigstens einer Außenfläche eine zusätzlich Profilierung haben, Pflöcke, Pfähle, an einer Stirnseite spitz auslaufende Pfähle, Bahnschwellen, Hohlformen, rohrförmige Teile, Antennen- oder Laternenmasten.
Dreidimensionaler Gegenstand nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass derselbe aus einem langgestreckten Gegenstand durch Trennen erzeugt ist.
Mast aus Recyclat-Kunststoffmassen, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser rohrförmig mit einer zylindrischen oder polygonartigen Außenkontur und einer Kernbohrung oder rohrförmig mit einer kegel- oder pyramidenförmigen Außenkontur oder rohrförmig mit einer konischen Kernbohrung oder aus Vollmaterial mit einer zylindrischen oder polygonartigen oder kegelförmigen oder pyramidenförmigen Außenkontur ausgeführt ist.