DE102020006316A1

DE102020006316A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffmaterials

Info

Publication number: DE102020006316A1
Application number: DE102020006316.0A
Authority: DE
Inventors: Stefan Roll
Original assignee: WIK Far East Ltd
Current assignee: WIK Far East Ltd
Priority date: 2020-10-14
Filing date: 2020-10-14
Publication date: 2022-04-14

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Kunstoffen basierend auf überwiegend recyceltem Material. Grundsubstanzen für das Herstellungsverfahren sind vorliegend ABS-Kunststoffe sowie PET-Kunststoffe. Jene Kunststoffe werden im Rahmen des gegenständlichen Verfahrens miteinander in Verbindung gesetzt und im Rahmen eines Extrusionsprozesses in Stränge gepresst. Die jeweiligen Stränge werden sodann abgekühlt.

Description

Das erfindungsgegenständliche Verfahren bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kunstoffen basierend auf überwiegend recyceltem Material. Grundsubstanzen für das Herstellungsverfahren sind vorliegend ABS-Künststoffe sowie PET-Kunststoffe.
Entsprechende Verfahren zur Herstellung von Kunststoffen, insbesondere im Rahmen der Extrusion sind dem Stand der Technik nach hinreichend bekannt. Insoweit wird exemplarisch auf die angemeldeten Schutzrechte DE1454818 und DE4026957 verwiesen.
Grundlegend stellt es kein Problem dar, gleichartige Kunststoffe, insbesondere PET-Kunststoffe miteinander zu verbinden und diese, auch wenn diese bereits zuvor verwendet wurden, im Rahmen des Recyclings erneut zu nutzen und in etwaige Produktionsabläufe erneut einfließen zu lassen. In zahlreichen Ländern bestehen jedoch erhebliche technische wie auch organisatorische Schwierigkeiten in Bezug auf die Sammlung und darauf basierende Trennung einzelner Kunststoffe.
Problematisch im Rahmen der Kunststoffherstellung ist insoweit regelmäßig das Verlangen, bereits zuvor verwendete, nicht identische Kunststoffe miteinander in Verbindung zu setzen, um daraus wiederum einen, den jeweiligen Industriestandards entsprechenden Kunststoff herzustellen.
Ein großes Umweltproblem stellen vorliegend PET-Flaschen dar, welche oftmals lediglich der thermischen Verwertung zugeführt werden. Dabei handelt es sich zwar um eine Variante des Recyclings, wenngleich diese Variante keine optimale Nutzung der Rohstoffe darstellt. Vorzuziehen ist mithin eine Recyclingvariante, welche die erneute Nutzung der Grundstoffe ermöglicht, ohne diese im Rahmen des thermischen Recyclings lediglich durch Verbrennung energetisch zu verwerten.
PET wird aus Erdöl oder Erdgas hergestellt und kann in der Regel vollständig wiederverwertet werden. PET verliert grundsätzlich seine Eigenschaften nicht, lässt sich mithin wiederholt verarbeiten. Ein diesbezüglich geschlossener Recyclingkreislauf spart somit Energie und vermindert mithin den Ausstoß von Treibhausgasen. Insoweit ist es der Umwelt zuträglich, jenen Grundstoff nicht der energetischen Verwertung zuzuführen.
PET-Flaschen stellen in zahlreichen Teilen der Welt ein großes Umweltproblem dar, da die Sammlung der PET-Flaschen oftmals nur wenig bzw. überhaupt nicht organisiert wird. Jene Flaschen tragen erheblich zur Verschmutzung der Weltmeere bei, woraus ein erhebliches Problem für Flora und Fauna resultiert.
Verschiedenste Nichtregierungsorganisationen haben es sich insoweit zum Ziel erklärt, die Verschmutzung der Umwelt zu reduzieren und Motivationsgrundlagen zu schaffen, etwaige achtlos in der Umwelt hinterlassene PET-Flaschen einzusammeln. Es werden insoweit Anreize, insbesondere in Ländern mit einer geringeren Kaufkraft geschaffen, PET-Flaschen einzusammeln und diese gegen ein entsprechendes Entgelt an Sammelpunkten abzugeben. Jene gesammelten PET-Flaschen können sodann im Rahmen des gegenständlichen Verfahrens genutzt und mithin erneut dem Waren- und Wirtschaftskreislauf hinzugefügt werden.
Entsprechendes PET-Material ist für sich betrachtet jedoch wenig geeignet in der industriellen Fertigung als ausschließliches Grundmaterial beispielsweise für Spritzgussverfahren von festen Kunststoffteilen verwendet zu werden.
Insoweit bedarf es einer technischen Lösung zur Nutzung eben dieser PET-Kunststoffe idealerweise in Verbindung mit einem weiteren Grundstoff, welcher leicht zu beschaffen ist.
Insoweit bezieht sich das gegenständliche Verfahren auf die Herstellung eines Kunststoffes basierend auf einem Anteil PET-Materials wie auch ABS-Materials, wie auch einem die Materialien bei Wärmeeinwirkung verbindenden Additivs.
Jene Grundstoffe werden im Rahmen der gegenständlichen Erfindung in Form von sogenannten Flakes oder Pellets miteinander in Verbindung gebracht um daraus neue Kunststoffpellets und/oder Flakes zu fertigen, welche sodann erneut dem Produktionskreislauf zugeführt werden.
Aus jenen Kunststoffpellets und/oder Kunststoffflakes können sodann neue, kunststoffbasierende, Produkte hergestellt werden. Jene Kunststoffe weisen sodann eine den Industriestandards entsprechende Festigkeit auf. Zu den in Betracht kommenden Produkten zählen exemplarisch Haushaltsgeräte, Elektrogeräte wie auch Geräte/Produkte des alltäglichen Lebensbedarfs.
Zunächst werden die die PET-Kunststoffe zerkleinert, bzw. geschreddert, sodass diese in Form von Pellets/Flakes vorliegen. Im nachfolgenden Verfahrensschritt werden jene Kunststoffe gewaschen und getrocknet und sodann einem Kristallisationsprozess zugeführt.
Sodann wird der Kristallisationsprozess gemäß des gegenständlichen Verfahrens betreffend die PET-Kunststoffe eingeleitet. Dieser wird für mindestens vier Stunden eingeleitet, wobei die Temperatur dieses Prozesses durchgängig 70° Celsius beträgt.
In einer Vermengungs-/Vermischungsvorrichtung werden sodann die für die Herstellung des Kunststoffes benötigten Materialen in Verbindung gebracht. Das Mischungsverhältnis der verwendeten Substanzen beträgt vorliegend 80,8 % ABS und 14,2 % PET sowie 5 % eines bei Wärmeeinwirkung die vorgenannten Materialien (ABS und PET) verbindenden Additivs.
Das vorgenannte Mischungsverhältnis wird sodann einem Extruder zugeführt.
Zur Sicherstellung der Qualität des Herstellungsverfahrens bedarf es zunächst einer Aufheizzeit der zur Herstellung verwendeten Extruder-Heizbänder. Die entsprechende Steuerung der Temperatur hat vorliegend konstant zu sein, sodass es der gradgenauen Steuerung durch ein computerunterstütztes System bedarf. Gemäß des eines Ausführungsbeispiels werden die Extruder-Heizbänder zwei Stunden auf die entsprechenden Zieltemperaturen der jeweiligen Temperaturstufen aufgeheizt, um die Stabilität der Extruder-Heizbänder hinsichtlich der Temperatur sicherzustellen.
Bei dem verwendeten Extruder handelt es sich um einen sogenannten 9-Band Extruder. Insoweit werden im Rahmen der Extrusion 9 verschiedene Temperaturstufen durchlaufen um eine Verbindung des PET-, des ABS-Kunststoffes wie auch des Additivs zu gewährleisten. Die erste Temperaturstufe, mithin die erste Temperatur des ersten Bandes, beträgt 220° Celsius. Die weiteren Temperaturstufen der nachfolgenden Heizbänder werden auf 230° Celsius, 240° Celsius, 250° Celsius, 250° Celsius, 250° Celsius, 230° Celsius, 240° Celsius, 240° Celsius eingestellt. Der Extruder arbeitet vorliegend kontinuierlich, solange entsprechende Rohmaterialien in Form von PET, ABS und dem Additiv zugeführt werden.
Das vermengte Material wird durch den Extruder in Stränge gepresst und sodann durch Wasser abgekühlt.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels handelt es sich bei dem verwendeten Extruder um einen 9-Band-Extruder, welcher die Temperatur mittels mindestens 12 Sensoren während der Extrusion überwacht.
Ausweislich eines Ausführungsbeispiels wird im Rahmen der Materialvermengung des PET-Materials, des ABS-Materials wie auch des Additivs mindestens ein weiteres, Farbpartikel aufweisendes Additiv beigemischt. Durch die Verwendung eines solchen Additivs kann die Farbe des Endproduktes maßgeblich beeinflusst werden. Insoweit kann bereits im entsprechenden Herstellungsprozess Einfluss auf die spätere Farbe des Kunststoffes genommen werden.
Nach dem Abkühlungsvorgang werden die Stränge ausweislich eines Ausführungsbeispiels zunächst mittels Wärmeeinwirkung getrocknet.
Nachfolgend werden die Stränge sodann ausweislich eines weiteren Ausführungsbeispiels in Pellets mit einer Länge von maximal 0,5 Zentimeter geschnitten, damit diese für die weitere Verarbeitung, beispielsweise für die Herstellung von Kunststoffteilen erneut bei Hinzuführung von Hitze, in Kunststoffformen gegossen bzw. unter Druck gepresst werden können.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels werden die Pellets, nachdem diese geschnitten wurden mittels einer Vibrationsvorrichtung der Größe nach sortiert.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels werden die geschnittenen Pellets vollautomatisch in ein Silo geladen und für einen etwaigen Abtransport zur Verfügung gestellt.

1 zeigt das vollständige Verfahren gemäß des Hauptanspruchs.
2 zeigt das vollständige Verfahren gemäß des Hauptanspruchs unter Berücksichtigung der Beimischung von Farbadditiven im Rahmen der Materialvermengung gemäß Anspruch 2.
3 zeigt das vollständige Verfahren gemäß des Hauptanspruchs sowie den nachfolgenden Trocknungsvorgang gemäß Anspruch 3.
4 zeigt das vollständige Verfahren gemäß des Hauptanspruchs, des nachfolgenden Trocknungsvorgangs gemäß Anspruch 3 sowie die sich anschließende Pelletierung gemäß Anspruch 4.
5 zeigt das vollständige Verfahren gemäß des Hauptanspruchs sowie des nachfolgenden Trocknungsvorgangs gemäß Anspruch 3, die sich anschließende Pelletierung gemäß Anspruch 4, sowie die nachfolgende Sortierung gemäß Anspruch 5.
6 zeigt das vollständige Verfahren gemäß des Hauptanspruchs sowie des nachfolgenden Trocknungsvorgangs gemäß Anspruch 3, die sich anschließende Pelletierung gemäß Anspruch 4, die nachfolgende Sortierung gemäß Anspruch 5, sowie die nachfolgende vollautomatische Verladung gemäß Anspruch 6.
7 zeigt die Einstellungen der jeweiligen Temperaturstufen der Extruder Heizbänder.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1454818 [0002]
DE 4026957 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffmaterials aus recycelten Kunststoffen auf Grundlage von PET-Material und ABS-Material sowie eines bei Wärmeeinwirkung die vorgenannten Materialien verbindenden Additivs, wobei das PET Material zunächst geschreddert, gewaschen und getrocknet wird und sodann einem Kristallisationsprozess zugeführt wird, wobei im Rahmen dieses Prozesses das PET-Material über mindestens 4 Stunden auf eine Temperatur von mindestens 70 °Celsius erwärmt wird, sodann das PET-Material, das ABS-Material wie auch das Additiv in einer Vorrichtung zur Vermengung/Vermischung der Materialien hinzugefügt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis in der Vorrichtung zur Vermengung/Vermischung aus 80,8 % ABS-Material, zu 14,2 % aus PET-Material sowie aus 5% Additiv besteht und die Materialien sodann in einem 9-Band-Extruder in 9 aufeinander folgenden Arbeitsschritten auf die nachfolgenden Temperaturstufen a. 220 °Celsius b. 230 °Celsius c. 240 °Celsius d. 250 °Celsius e. 250 °Celsius f. 250 °Celsius g. 230 °Celsius h. 240 °Celsius i. 240 °Celsius erwärmt werden und im nachfolgenden Bearbeitungsschritt das zwischenzeitlich durch den Erwärmungsprozess vermengte Material innerhalb des Extruders in Strängen geformt und sodann mittels Wasser abgekühlt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffmaterials gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Materialvermengung des PET-Materials, des ABS-Materials wie auch des Additivs mindestens ein weiteres, Farbpartikel aufweisendes Additiv beigemischt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffmaterials gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stränge nach dem Abkühlungsvorgang getrocknet werden.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffmaterials gemäß Anspruch 1 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das in Stränge gepresste Material in Pellets mit einer Länge von maximal 0,5 Zentimetern geschnitten wird.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffmaterials gemäß Anspruch 1, Anspruch 3 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pellets mittels einer Vibrationsvorrichtung sortiert der Größe nach werden.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffmaterials gemäß Anspruch 1, Anspruch 3, Anspruch 4 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die geschnittenen Pellets vollautomatisch in ein Silo geladen werden.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffmaterials gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Extruder vor der Benutzung zwei Stunden aufgewärmt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffmaterials gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem verwendeten Extruder um einen 9-Band-Extruder handelt, welcher die Temperatur mittels mindestens 12 Sensoren während der Extrusion überwacht.