DE102020204193A1

DE102020204193A1 - Verfahren zum Recyceln von Flächengebilden

Info

Publication number: DE102020204193A1
Application number: DE102020204193.8A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Neumann; Matthias Knecht
Original assignee: Benecke Kaliko AG
Current assignee: Benecke Kaliko AG
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2021-09-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Recyceln von Flächengebilden, die einen textilen Träger und eine haftfest mit dem textilen Träger verbundene Beschichtung auf Basis von Polyurethan aufweisen, umfassend die Schritte:• Zerkleinern des Flächengebildes;• Einbringen des zerkleinerten Flächengebildes in einen Kalander oder Extruder und vollständiges Aufschmelzen des zerkleinerten Flächengebildes unter Einwirkung von Druck und Wärme in dem Kalander oder Extruder zu einer homogenen Masse;• Austragen der Masse in Form eines Schmelzefilms oder eines zu Pellets vereinzelten Schmelzestranges;• Einbringen des Schmelzefilms oder der Pellets in die Herstellung einer Schicht oder Fasern auf Basis von Polyurethan.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Recyceln von Flächengebilden, die einen textilen Träger und eine haftfest mit dem textilen Träger verbundene Beschichtung auf Basis von Polyurethan aufweisen, wie es beispielsweise bei Kunstleder der Fall ist.
Die Wiederverwertbarkeit (Recycling) ist ein maßgebender Faktor für neuere Entwicklungen im Bereich der Textilbeschichtung und der Herstellung von Kunstleder, die beispielsweise im Bereich Automotive und Interior zur Anwendung kommen, was landläufig auch unter dem Begriff Sustainability zusammengefasst wird.
Bisher bekannte Ausgestaltungen von Textilbeschichtungen, zum Beispiel zur Ausbildung eines Kunstleders, beruhen auf einer Textilbasis, welche sich chemisch von der darauf aufgebrachten Beschichtung unterscheidet. Die häufig verwendeten Polyurethanbeschichtungen wurden beispielsweise mit einem textilen Träger auf Basis von Polyester-, Polyamid-, Baumwoll- oder Mischtextilien kombiniert. Eine solche chemisch uneinheitliche Materialkombination kann nur mit erhöhtem Aufwand und unzureichend wiederverwertet werden, da zunächst der textile Träger von der Beschichtung getrennt werden muss und anschließend die getrennten Fraktionen separat recycelt werden musste. Dies ist kostenintensiv und wirtschaftlich unrentabel.
Alternativ wurde der Ansatz verfolgt, die chemisch uneinheitliche Materialkombination nicht zu trennen, sondern durch mechanische Bearbeitung soweit zu zerkleinern, dass diese Mischung in geeigneten Homopolymeren als Füllstoffe eingearbeitet werden konnte. Die Zahl der hierfür geeigneten Anwendungen ist jedoch begrenzt und es werden hochwertige Kunststoffe in minderwertige Füllstoffe überführt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Recyceln von Flächengebilden vorzuschlagen, welches zur Herstellung von hochwertigen Beschichtungen oder Fasern zum Beispiel für die Herstellung eines textilen Flächengebildes dienen kann.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte:

• Zerkleinern des Flächengebildes;
• Einbringen des zerkleinerten Flächengebildes in einen Kalander oder Extruder und vollständiges Aufschmelzen des zerkleinerten Flächengebildes unter Einwirkung von Druck und Wärme in dem Kalander oder Extruder zu einer homogenen Masse;
• Austragen der Masse in Form eines Schmelzefilms oder eines zu Pellets vereinzelten Schmelzestranges;
• Einbringen des Schmelzefilms oder der Pellets in die Herstellung einer Schicht oder Fasern auf Basis von Polyurethan.

Erfindungsgemäß wird somit vor dem Recyceln des textilen Flächengebildes keine stoffliche Trennung des textilen Trägers von der Beschichtung vorgenommen, sondern das textile Flächengebilde wird in einem Arbeitsgang unmittelbar zerkleinert, beispielsweise vermahlen oder geschreddert, woraufhin es in einen Kalander oder Extruder eingebracht wird, in welchem es unter Einwirkung von Druck und Wärme vollständig aufgeschmolzen und zu einer homogenen Masse verarbeitet wird. Diese homogene Masse kann sodann in an sich bekannter Weise wahlweise als Recyclat zu einem Schmelzefilm oder zu Pellets aus einem entsprechenden Schmelzestrang vereinzelt werden und wiederum zur Herstellung von Beschichtungen oder Fasern auf Basis von Polyurethan verwendet werden, in dem es in entsprechende Herstellungsprozesse als Rohstoff eingebracht wird.
Nach einem Vorschlag der Erfindung wird die Masse im Kalander oder Extruder mit mindestens einer weiteren Komponente auf Basis eines thermoplastischen Polyurethans (TPU) vermischt, um Materialparameter einzustellen, wobei die Masse auf diese Weise bis zu 95 Gew.-% des aufgeschmolzenen zerkleinerten textilen Flächengebildes als Recyclat enthalten kann, vorzugsweise bis zu 60 % in Abhängigkeit vom Schmelzverhalten und dem Viskositätsverhalten des recycelten textilen Flächengebildes innerhalb der gebildeten TPU-Matrix aus vorzugsweise Frischmaterial.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, dass der Masse im Kalander oder Extruder des Weiteren ein vernetzter Film auf Basis von Polyurethan zugeführt wird und unter Einwirkung des Kalanders oder Extruders in Partikel zerteilt und in die Masse eingearbeitet wird. Durch die zusätzliche Zuführung und Einbringung einer geeigneten Kunstlederbeschichtung auf Basis von Polyurethan oder Polyurethanfilmen, die vernetzt sind, wird der vernetzte Film nicht vollständig aufgeschmolzen, sondern abhängig von dessen Dicke, dem Vernetzungsgrad, der Härte und dem Aufschmelzpunkt in kleine und relativ homogen grössenverteilte Partikel im Kalander oder Extruder zerrissen. Hierfür sind die hohen im Kalander oder Extruder herrschenden Scherkräfte maßgeblich. Im Ergebnis führt diese zusätzliche Zuführung eines vernetzten Films somit zur Herstellung einer Schicht aus der Masse, die eine individuelle, von der Partikelverteilung und der ggf. vorhandenen Einfärbung der Partikel abhängige gesprenkelte Optik aufweist.
Beispielsweise ist es möglich, eine Schicht in einem Kalander zu erzeugen, indem ein transparenter Werkstoff auf Basis von thermoplastischem Polyurethan bei ca. 150 bis 180 °C vorgelegt wird. Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten homogenen Masse im Walzenspat des Kalanders wird zusätzlich ein weiß eingefärbter vernetzter Film auf Basis von Polyurethan zugeführt. Durch die hohen Scherkräfte wird dieser Film in kleine, etwa 1 bis 2 mm große Partikel zerrissen, die in der resultierenden Schicht eine Punktoptik erzeugen. Die Partikel sind dabei nicht ausschließlich horizontal in der Schicht angeordnet, sondern auch leicht schräg zur Horizontalen, so dass sich ein gewisser dreidimensionaler Effekt einstellt.
Sofern keine in thermoplastischem Polyurethan löslichen Pigmente oder Farbstoffe verwendet oder sind diese chemisch z.B. durch Vernetzer innerhalb der Matrix gebunden, bleibt die resultierende Schicht in den nicht von Partikeln besetzten Bereichen hochtransparent.
Durch die statistisch verteilten Partikel unterschiedlicher Größe und Form wird die Oberfläche der erhaltenen Schicht haptisch gestaltet. Es entsteht eine individuell einzigartige Bemusterung oder Prägung der Oberfläche, die einen individuellen Produktfingerabdruck hervorrufen. Durch Variation der Farbe des zugeführten vernetzten Films können weitere Variationen hervorgerufen werden. Es wird der Gedanke einer nachhaltigen Aufarbeitung durch individuell eingebrachte Designstrukturen unterstützt.
Die Beschichtung des im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu recycelnden Flächengebildes kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung thermoplastisches Polyurethan, High-Solid Polyurethanmassen, thermoplastische Polyurethandispersionen, Polycarbonat, thermoplastische und Lösungsmittel enthaltende Polyurethanbeschichtungen und/oder geeignete thermoplastische Kaschierkleber umfassen.
Im Rahmen der Erfindung ist darüber hinaus vorgesehen, dass die eingesetzte Beschichtung des Flächengebildes einen Schmelzpunkt von etwa 120°C bis 250°C aufweist, so dass eine Erwärmung bis auf eine mindestens dem Schmelzpunkt entsprechende Temperatur in dem verwendeten Kalander oder Extruder durchgeführt und die Beschichtung damit vollständig aufgeschmolzen werden kann.
Der textile Träger des im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu recycelnden Flächengebildes kann nach einem Vorschlag der Erfindung auf Basis von thermoplastischen Polyurethanen und/oder Polyester ausgebildet sein.
Sofern der textile Träger auf Basis von thermoplastischen Polyurethanen ausgebildet ist, wird insbesondere eine Herstellung als Vlies auf Basis von gesponnenen bzw. schmelzgeblasenen Mikrofasern oder auf Basis von in Wirrlage auf einer Unterlage abgelegten und an den Kreuzungspunkten gesinterten Endlosfasern als geeignet angesehen. In Verbindung mit der ebenfalls auf Basis von Polyurethanen ausgebildeten Beschichtung, die eine oder mehrere diskrete Schichten umfassen kann, wird ein sortenreines Flächengebilde auf Basis von Polyurethan gebildet, welches sich nach dem Zerkleinern im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu einem Schmelzefilms oder zu Pellets für eine nachfolgende Einbringung in die Herstellung einer neuen Schicht oder neuen Fasern auf Basis von Polyurethan unmittelbar eignet.
Sofern die Beschichtung des Flächengebildes aus einem mit einem Amin, zum Beispiel Adipinsäurehydrazid, zur Reaktion gebrachten High-Solid Polyurethansystem gebildet ist, bietet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit, durch Aufschmelzen des zerkleinerten textilen Flächengebildes im Kalander oder Extruder bei einer Temperatur oberhalb von 200°C einen Abbau der Polyurethanpolymere dahingehend zu bewirken, dass die vorhandenen Stickstoff-Stickstoffverbindungen aufgebrochen werden und damit eine Reduktion der Polymerkettenlänge einhergeht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können bei Anliegen entsprechender Temperaturen im Kalander oder Extruder von daher gezielt kürzere Ketten erstellt werden, welche nachfolgend als Weichmacher im ausgetragenen Schmelzefilm oder den Pellets dient.
Wenn der textile Träger auf Basis von Polyester oder Mischungen von thermoplastischen Polyurethanen und Polyester ausgebildet ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls Anwendung finden, wobei bevorzugt das Einbringen des zerkleinerten textilen Flächengebildes und vollständige Aufschmelzen desselben in einem Extruder stattfinden sollte, um hohe Aufschmelztemperaturen bis zu 250°C bereitzustellen. Bei derartigen Temperaturen schmelzen sowohl Polyurethan- als auch Polyesterpolymere zuverlässig vollständig auf, insbesondere wenn es sich bei den Polyesterpolymeren um Terephthalatpolyester handelt.
Der im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Masse können auch Additive, wie Flussmittel, Stabilisatoren, Pigmente, Farbstoffe, Flammschutzmittel auf Basis von Stickstoff, Phosphor, Metalloxiden, Boriden, Nitriden oder ähnlichem, Weichmacher, Füllstoffe und Schlagzähmodifier zugegeben werden.
Sofern Farbstoffe und/oder Pigmente zugegeben werden, kommen bevorzugt dunkle Farbtöne in Betracht, wobei der Pigmentanteil auch durch entsprechende Abmessungen der eingesetzten Rohstoffe eingestellt werden kann.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, durch zerkleinern eines Flächengebildes, beispielsweise eines Kunstleders, gefolgt von einem Kalandrier- oder Extrudierprozess ein Recyclat als homogene Masse herzustellen, welche alleine oder durch Abmischung mit anderen TPU-Typen zur Einstellung der Materialparameter entweder als Schmelzefilm oder in Form von Pellets ausgetragen und wiederum zur Herstellung von beispielsweise Beschichtungen oder Fasern für ein textiles Flächengebilde verwendet werden können.
Sofern das Recyclat in Abmischung mit anderen TPU-Typen, insbesondere Frischmaterial, gemischt wird, kann der Anteil des Recyclats im solchermaßen gebildeten TPU bis zu 95 Gew.-%, vorzugsweise etwa 60 Gew.-% betragen. Dies richtet sich nach dem Schmelzverhalten und dem Viskositätsverhalten des Recyclats innerhalb der gesamten TPU-Matrix.
Die Temperaturbereiche beim vollständigen Aufschmelzen des zerkleinerten textilen Flächengebildes zu der homogenen Masse liegen rohstoffabhängig bei Einsatz eines Kalanders zwischen etwa 110°C und 220°C, vorzugsweise zwischen 150°C und 180°C.
Das TPU ist vorzugsweise auf aliphatischer Basis ausgebildet, um einer Vergilbung vorzubeugen, kann jedoch je nach Anwendungsfeld auch aromatischer Natur sein. Die TPU-Komponenten können als Polyether, Polyester oder Polycarbonat oder Abmischungen derselben verwendet werden.
Ein Anwendungsbeispiel für die vorangehend beschriebenen Materialien liegt in der Herstellung von Bauteilen für Automobilinnenräume, beispielsweise für Hartkaschierungen.
Das vorangehend erläuterte Verfahren bietet die Möglichkeit, einen aus einem textilen Träger und einer Beschichtung auf Basis von Polyurethanen bestehendes Flächengebilde wirtschaftlich rentabel zu recyceln und wirtschaftlich zu neuen hochwertigen Produkten zu verarbeiten.

Claims

Verfahren zum Recyceln von Flächengebilden, die einen textilen Träger und eine haftfest mit dem textilen Träger verbundene Beschichtung auf Basis von Polyurethan aufweisen, umfassend die Schritte: • Zerkleinern des Flächengebildes; • Einbringen des zerkleinerten Flächengebildes in einen Kalander oder Extruder und vollständiges Aufschmelzen des zerkleinerten Flächengebildes unter Einwirkung von Druck und Wärme in dem Kalander oder Extruder zu einer homogenen Masse; • Austragen der Masse in Form eines Schmelzefilms oder eines zu Pellets vereinzelten Schmelzestranges; • Einbringen des Schmelzefilms oder der Pellets in die Herstellung einer Schicht oder Fasern auf Basis von Polyurethan.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse im Kalander oder Extruder mit mindestens einer weiteren Komponente auf Basis eines thermoplastischen Polyurethans vermischt wird, wobei die Masse bis zu 95 Gew.-% des aufgeschmolzenen zerkleinerten textilen Flächengebildes enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Masse im Kalander oder Extruder des Weiteren ein vernetzter Film auf Basis von Polyurethan zugeführt wird und unter Einwirkung des Kalanders oder Extruders in Partikel zerteilt und in die Masse eingearbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtung des Flächengebildes thermoplastisches Polyurethan, High-Solid Polyurethan, thermoplastische Polyurethandispersion, thermoplastische und Lösungsmittel enthaltende Polyurethanbeschichtung und/oder thermoplastischer Kaschierkleber vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung des Flächengebildes einen Schmelzpunkt von 110°C bis 250°C aufweist und das zerkleinerte Flächengebilde im Kalander oder Extruder mindestens bis auf eine dem Schmelzpunkt entsprechende Temperatur erwärmt und vollständig aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtung des Flächengebildes ein mit einem Amin zur Reaktion gebrachtes High-Solid Polyurethan vorgesehen ist und das zerkleinerte Flächengebilde im Kalander oder Extruder auf eine Temperatur von mindestens 200°C erwärmt wird und die Kettenlänge der in der Masse vorliegenden Polymere verkürzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der textile Träger auf Basis von thermoplastischem Polyurethan und/oder Polyester ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Masse Farbstoffe und/oder Pigmente, Flussmittel, Stabilisatoren, Flammschutzmittel, Weichmacher, Füllstoffe und/oder Schlagzähmodifier zugegeben werden.