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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung eines Kunststoffes, wobei der Kunststoff aus Polyethylenterephthalat (PET) bzw. im Wesentlichen aus PET besteht, insbesondere aus Recycling-PET bzw. im Wesentlichen aus Recycling-PET besteht. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bzw. zur Verarbeitung eines Kunststoffes und die Erfindung betrifft fernerhin ein Verpackungsband aus Kunststoff.
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Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus der Praxis in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. – Zur Herstellung von Kunststoffprodukten aus PET wird aus Kostengründen zunehmend mehr Recycling-PET verwendet. Dieses stammt vornehmlich aus PET-Flaschen. Das Recycling-PET hat gegenüber jungfräulichem PET den Nachteil höherer Verunreinigungen mit Fremdstoffen und insbesondere einer niedrigeren Viskosität bzw. niedrigeren intrinsischen Viskosität (IV). Für die Erzeugung von vielen Kunststoffprodukten beispielsweise für die Herstellung von Verpackungsbändern wird aber eine hohe Festigkeit und Zähigkeit des Kunststoffes bzw. des PET sowie ein geringes Spleißverhalten gewünscht. Diese Vorteile werden aber nur mit einer hohen intrinsischen Viskosität des Kunststoffes erreicht. Daher ist es wünschenswert die intrinsische Viskosität (IV) des Kunststoffes bzw. des PET zu erhöhen. Auch eine Reinigung des Kunststoffes von Fremdstoffen wird angestrebt.
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Aus der Praxis ist es bekannt, dass unter höheren Temperaturen eine Polykondensation des PET stattfindet, wodurch eine Verlängerung der Molekülketten erreicht wird und somit eine Erhöhung der intrinsischen Viskosität. Damit einhergehend ist eine Qualitätsverbesserung des PET. Die erhöhte Temperatur wird in der Praxis bislang durch unterschiedliche Verfahren erzielt. So kann unmittelbar nach der PET-Herstellung die vorhandene Schmelztemperatur bzw. Schmelzenthalpie dazu ausgenutzt werden. Bekannt ist auch eine Erhitzung des PET mit heißen Gasen oder durch Kontakt mit heißen Oberflächen. Eine Erhitzung des PET durch Friktion ist in diesem Zusammenhang ebenfalls bekannt. – Die aus der Praxis bekannten Verfahren lassen im Hinblick auf die Ergebnisse jedoch zu wünschen übrig. Bei den meisten Verfahren ist entweder der erreichte Wert der intrinsischen Viskosität nicht so hoch wie erwünscht oder die Verfahren sind komplex, aufwendig bzw. energieaufwändig. Auch sind die mit den bekannten Maßnahmen behandelten Kunststoffe häufig in nachteilhafter Weise relativ stark mit Fremdstoffen verunreinigt.
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Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden können und mit dem vor allem eine effektive Erhöhung der intrinsischen Viskosität von PET bzw. von Recycling-PET erreicht werden kann. Der Erfindung liegt weiterhin das technische Problem zugrunde, eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.
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Zur Lösung des technischen Problems lehrt die Erfindung ein Verfahren zur Verarbeitung eines Kunststoffes, wobei der Kunststoff aus Polyethylenterephthalat (PET) bzw. im Wesentlichen aus PET besteht, insbesondere aus Recycling-PET bzw. im Wesentlichen aus Recycling-PET besteht, wobei der Kunststoff bzw. das PET zur Erhöhung seiner intrinsischen Viskosität (IV) unter Sauerstoffabschluss bzw. -ausschluss mit Mikrowellenstrahlung erwärmt / erhitzt wird und wobei der Kunststoff bzw. das PET anschließend zu einem Kunststoffprodukt weiterverarbeitet wird.
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Dass der Kunststoff im Wesentlichen aus PET besteht, meint im Rahmen der Erfindung insbesondere, dass der Kunststoff zu mindestens 90 Gewichts-%, vorzugsweise zu mindestens 95 Gewichts-% und bevorzugt zu mindestens 98 Gewichts-% aus PET besteht. Diese bevorzugten Gewichts-%-Angaben gelten auch für das nach besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung eingesetzte Recycling-PET. In Bezug auf Recycling-PET kommt der Erfindung ganz besondere Bedeutung zu. Wenn nachfolgend die Rede von Kunststoff bzw. von PET ist, meint das vor allem und besonders bevorzugt Recycling-PET. – Durch die Mikrowellenstrahlung bzw. durch die Mikrowellenbehandlung erfolgt zum einen eine Erhöhung der intrinsischen Viskosität des PET bzw. des Recycling-PET und zum anderen auch eine Trocknung des PET. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass bei der Mikrowellenbehandlung eine Polymerkondensation bzw. eine Polymerisation des PET stattfindet und dass durch die erfindungsgemäßen Bedingungen die intrinsische Viskosität überraschend stark erhöht wird. Gleichzeitig kann der Kunststoff bzw. kann das PET von Fremdstoffen bzw. unerwünschten Begleitstoffen befreit werden und insoweit erfolgt auch eine Qualitätsverbesserung des PET. Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, dass durch die Mikrowellenbestrahlung bzw. durch die Mikrowellenbehandlung eine Kristallisierung des PET erfolgt.
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Nach bevorzugter Ausführungsform, der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens besondere Bedeutung zukommt, wird der Kunststoff bzw. wird das PET nach der Mikrowellenbehandlung zu einem Verpackungsband als Kunststoffprodukt weiterverarbeitet bzw. zu einem Verpackungsband extrudiert. Für solche Verpackungsbänder werden ganz spezielle mechanische Eigenschaften gefordert und insbesondere eine hohe Zähigkeit und Festigkeit. Der Erfindung liegt insoweit die Erkenntnis zugrunde, dass durch die erfindungsgemäße Erhöhung der intrinsischen Viskosität des PET bzw. des Recycling-PET besondere mechanische Eigenschaften und vor allem eine hohe Zähigkeit und Festigkeit erzielt wird, die gerade für die besonderen mechanischen Belastungen von Verpackungsbändern gewünscht werden. Das im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelte PET wird durch eine geeignete Düse zu einem streifenförmigen Kunststoffprodukt extrudiert, das als Verpackungsband geeignet ist und verwendet werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kunststoff bzw. wird das PET vor der Mikrowellenbehandlung / Mikrowellenbestrahlung vorgetrocknet und/oder vorgewärmt. Vorzugsweise erfolgt die Vortrocknung bzw. die Vorwärmung mit Hilfe von heißem Prozessgas und/oder durch Kontakt des Kunststoffes mit heißen Oberflächen. Das vorgetrocknete / vorgewärmte PET wird dann zweckmäßigerweise der Mikrowellenbehandlung bzw. Mikrowellenbestrahlung zugeführt.
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Eine empfohlene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die intrinsische Viskosität des Kunststoffes bzw. des PET vor der erfindungsgemäßen Behandlung 0,62 bis 0,78 ml/g, bevorzugt 0,70 bis 0,76 ml/g beträgt und dass die intrinsische Viskosität des Kunststoffes bzw. des PET nach der erfindungsgemäßen Behandlung 0,65 bis 0,90 ml/g, vorzugsweise 0,78 bis 0,85 ml/g beträgt. Es liegt dabei im Rahmen der Erfindung, dass die intrinsische Viskosität des Kunststoffes / des PET durch die erfindungsgemäße Behandlung erhöht bzw. deutlich erhöht wird. Der zweite Wert für die intrinsische Viskosität ist also stets höher als der erste Wert der intrinsischen Viskosität. Vor der erfindungsgemäßen Behandlung meint insbesondere den Kunststoff bzw. das PET vor der bevorzugten Vortrocknung und/oder Vorwärmung des Kunststoffes. Nach der erfindungsgemäßen Behandlung meint empfohlenermaßen nach Durchführung der Mikrowellenbehandlung und bevorzugt nach Verweilen des auf diese Weise behandelten Kunststoffes für die weiter unten noch erläuterte Verweilzeit in einem separaten Verweilzeitbehälter oder in dem Behälter der Mikrowellenbehandlung.
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Nach besonders bevorzugter Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens findet die Mikrowellenbehandlung des Kunststoffes bzw. des PET bei einer Frequenz von 2.000 bis 2.800 MHz, vorzugsweise bei 2.200 bis 2.600 MHz und bevorzugt bei 2.350 bis 2.550 MHz statt. Eine Mikrowellenfrequenz von 2.450 MHz bzw. von in etwa 2.450 MHz ist besonders bevorzugt. Bei der Mikrowellenbehandlung wird der Kunststoff bzw. das PET auf eine Temperatur von zweckmäßigerweise 180° C bis 230° C erwärmt. Der Druck bei der Mikrowellenbehandlung liegt bevorzugt unter 5 Millibar.
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Erfindungsgemäß findet die Mikrowellenbehandlung unter Sauerstoffabschluss bzw. unter Sauerstoffausschluss statt. Nach sehr empfohlener Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Mikrowellenbehandlung unter Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt. Vakuum meint dabei insbesondere einen Unterdruck von kleiner 5 Millibar. – Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass aufgrund der erfindungsgemäßen Behandlung neben der Polymerkondensation bzw. Polymerisation des Kunststoffes eine Kristallisierung und eine Trocknung des Kunststoffes bzw. des PET stattfindet. Außerdem können unerwünschte Begleitstoffe bzw. Fremdstoffe entfernt werden. Das gilt insbesondere, wenn die Mikrowellenbehandlung unter Vakuum durchgeführt wird und ein entsprechender Unterdruck an den betreffenden Behälter angelegt wird. Insoweit wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine überraschend hohe Qualitätsverbesserung des Kunststoffes bzw. des PET erzielt.
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Gemäß einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kunststoff bzw. das PET während und/oder nach der Mikrowellenbehandlung zusätzlich getrocknet und/oder erwärmt. Vorzugsweise erfolgt die Trocknung und/oder Erwärmung dabei durch heiße Gase und/oder durch Kontakt mit heißen Oberflächen. Bei dieser Ausführungsvariante beziehen sich die oben angegebenen Werte der intrinsischen Viskosität des Kunststoffes vor der erfindungsgemäßen Behandlung insbesondere auf die intrinsische Viskosität des Kunststoffes vor der Mikrowellenbehandlung mit gleichzeitiger Trocknung und/oder Erwärmung.
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Es empfiehlt sich, dass der bei der Mikrowellenbehandlung erwärmte Kunststoff bzw. das bei der Mikrowellenbehandlung erwärmte PET in einem Prozessbehälter verweilt, vorzugsweise für 1 bis 6 Stunden in dem Prozessbehälter verweilt. Während dieser Verweilzeit des erwärmten bzw. erhitzten Kunststoffes erhöht sich die intrinsische Viskosität des Kunststoffes weiter. – Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird als Prozessbehälter für das Verweilen des Kunststoffes ein separater Verweilzeitbehälter eingesetzt. Dabei kann der Verweilzeitbehälter kontinuierlich oder diskontinuierlich betrieben werden. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, dass der Kunststoff nach der Mikrowellenbehandlung während der Verweilzeit im Behälter der Mikrowellenbehandlung verbleibt.
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Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des oben erläuterten Verfahrens, wobei zumindest eine Zuführungseinrichtung für den Kunststoff bzw. für das PET vorgesehen ist, wobei weiterhin zumindest eine Mikrowellenerzeugungsvorrichtung vorhanden ist, wobei zumindest ein Behandlungsbehälter vorgesehen ist, in dem der von der Zuführungseinrichtung zugeführte Kunststoff mit von der Mikrowellenerzeugungsvorrichtung erzeugten Mikrowellen beaufschlagbar bzw. bestrahlbar ist und wobei zumindest eine dem Behandlungsbehälter nachgeschaltete Weiterverarbeitungseinrichtung vorhanden ist, mit der der Kunststoff bzw. das PET zu einem Kunststoffprodukt weiterverarbeitbar ist. Es versteht sich, dass die Zuführungseinrichtung dem Behandlungsbehälter für die Mikrowellenbehandlung vorgeschaltet ist.
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Zweckmäßigerweise ist zur Erzeugung eines Vakuums in dem Behandlungsbehälter zumindest eine Vakuumserzeugungsvorrichtung bzw. zumindest eine Vakuumpumpe an dem Behandlungsbehälter angeschlossen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Mikrowellenbehandlung unter Sauerstoffausschluss indem ein Vakuum in dem Behandlungsbehälter erzeugt wird und wobei bevorzugt ein Druck kleiner 5 Millibar realisiert wird. Wie oben bereits dargelegt kann nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung die Mikrowellenbehandlung in dem Behandlungsbehälter auch in einer Inertgasatmosphäre stattfinden.
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Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Behandlungsbehälter zumindest ein Verweilzeitbehälter nachgeschaltet ist, in dem bevorzugt der Kunststoff nach der Mikrowellenbehandlung für einige Stunden verweilt, empfohlenermaßen für 1 bis 6 Stunden verweilt. Wie oben ebenfalls bereits dargelegt kann grundsätzlich auch der Behandlungsbehälter für die Mikrowellenbehandlung selbst als Verweilzeitbehälter genutzt werden und der mit den Mikrowellen behandelte Kunststoff somit zweckmäßigerweise für einige Stunden in dem Behandlungsbehälter, bevorzugt für 1 bis 6 Stunden in dem Behandlungsbehälter verweilen.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Weiterverarbeitungsvorrichtung um zumindest einen Extruder handelt, mit dem das Kunststoffprodukt bzw. ein Kunststoffvorprodukt extrudiert wird. Es versteht sich, dass der Extruder dem Behandlungsbehälter bzw. dem Verweilzeitbehälter nachgeschaltet ist. Es wurde oben bereits darauf hingewiesen, dass eine ganz besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung auf die Herstellung eines Verpackungsbandes aus Recycling-PET abstellt. Es liegt daher im Rahmen der Erfindung, dass ein streifenförmiges Kunststoffprodukt bzw. Kunststoffvorprodukt mit dem Extruder extrudiert wird, das als Verpackungsband verwendet wird, bzw. zum Verpackungsband weiterverarbeitet, bzw. weiterbehandelt wird. Im Rahmen der Weiterbehandlung wird das extrudierte streifenförmige Kunststoffprodukt insbesondere abgekühlt und bevorzugt gereckt. – Gegenstand der Erfindung ist insoweit auch ein erfindungsgemäß hergestelltes Verpackungsband.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung PET und vor allem Recycling-PET auf besonders effektive und besonders vorteilhafte Weise aufgearbeitet werden kann. Mit verhältnismäßig geringem Aufwand bzw. geringem Kostenaufwand kann die intrinsische Viskosität des PET bzw. Recycling-PET überraschend erhöht werden und das bedingt, dass das letztendlich erzielte Kunststoffprodukt besonders vorteilhafte Eigenschaften und insbesondere besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften aufweist. Der erfindungsgemäß behandelte Kunststoff bzw. das daraus erzeugte Kunststoffprodukt weist eine optimale Zähigkeit und Festigkeit auf. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine effektive Trocknung des PET bzw. des Recycling-PET erzielt werden. Auch Verunreinigungen können aus dem Kunststoff effektiv entfernt werden. Ein nach besonders bevorzugter Ausführungsform aus dem PET bzw. Recycling-PET erzeugtes Verpackungsband weist hervorragende mechanische Eigenschaften auf, insbesondere eine sehr hohe Festigkeit bzw. Reißfestigkeit. Nichtsdestoweniger können gewisse elastische Eigenschaften realisiert werden. Im Ergebnis zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren und zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung durch ein sehr vorteilhaftes Kosten-Nutzen-Verhältnis aus und mit geringem Aufwand und vor allem auch mit relativ geringem Energieaufwand können optimale Ergebnisse erzielt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Recycling-PET wird mittels einer Zuführungseinrichtung 1 über eine Vakuumschleuse 2 einem Behandlungsbehälter 3 zugeführt. Das Recycling-PET wird vorzugsweise aus PET-Flaschen erhalten. An den Behandlungsbehälter 3 ist eine Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 4 angeschlossen und das im Behandlungsbehälter 3 befindliche Recycling-PET wird mit Hilfe dieser Mikrowellenerzeugungsvorrichtung 4 mit Mikrowellen beaufschlagt. Zweckmäßigerweise und im Ausführungsbeispiel weisen die Mikrowellen eine Frequenz von 2.450 MHz auf. An den Behandlungsbehälter 3 ist eine Vakuumpumpe 5 angeschlossen, mit der im Behandlungsbehälter 3 ein Vakuum erzeugt wird. Der im Behandlungsbehälter 3 realisierte Unterdruck liegt zweckmäßigerweise unterhalb von 5 Millibar. Durch die Mikrowellenbehandlung im Behandlungsbehälter 3 wird das Recycling-PET erwärmt und getrocknet und die intrinsische Viskosität des Recycling-PET wird erhöht.
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Nach einer Ausführungsvariante und im Ausführungsbeispiel verweilt das mit den Mikrowellen behandelte Recycling-PET für eine gewisse Zeit, beispielsweise 1 bis 2 Stunden in dem Behandlungsbehälter 3. Anschließend wird das Recycling-PET aus dem Behandlungsbehälter 3 in einen zusätzlichen Verweilzeitbehälter 6 überführt. Hier verweilt das Recycling-PET für eine weitere Zeitspanne von beispielsweise 1 bis 6 Stunden. Daraufhin wird das Recycling-PET über eine zweite Vakuumschleuse 7 einer Weiterverarbeitungseinrichtung 8 zugeführt. Bei der Weiterverarbeitungseinrichtung 8 handelt es sich bevorzugt und im Ausführungsbeispiel um einen Extruder. Nach besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird hier ein streifenförmiges Kunststoffprodukt extrudiert, das nach bevorzugten weiteren Behandlungsschritten als Verpackungsband eingesetzt werden kann. Dieses Verpackungsband zeichnet sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften insbesondere durch eine hohe Zähigkeit sowie eine hohe Festigkeit bzw. Reißfestigkeit aus.
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Die intrinsische Viskosität des Recycling-PET mag in der Zuführungseinrichtung 1 einen Wert von 0,73 ml/g aufweisen und nach dem Ausschleusen aus dem Verweilzeitbehälter 6 einen Wert von 0,85 ml/g aufweisen. Somit wurde der Wert der intrinsischen Viskosität des Recycling-PET durch die erfindungsgemäße Behandlung beachtlich erhöht.
