DE102021131314A1

DE102021131314A1 - Verfahren zur Rückgewinnung von Rohstoffen aus mehrschichtigen Lebensmittelverpackungen

Info

Publication number: DE102021131314A1
Application number: DE102021131314.7A
Authority: DE
Inventors: Ioannis Zolotas; Ioannis Tyrbas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2023-06-01

Abstract

Im Rahmen des Verfahrens zur Rückgewinnung von Rohstoffen aus mehrschichtigen Lebensmittelverpackungen, welche aus Verbundwerkstoffen in Lagen mit überwiegendem Anteil aus 70 bis 85 % Papier, 15 bis 30 % Polymerfolie und 5 bis 10 % Aluminium bestehen, werden die Verbundmaterialien durch Schreddern, ohne vorheriges Trennen, mit chemischer Inaktivierung möglicher biologischer Rückstände, Homogenisierung und Stabilisierung und anschließende Agglomeration durch mechanische Zerkleinerung mit rotierenden Walzen transformiert, um die Verbundmaterialien durch Kompression bei gleichzeitiger Erhitzung durch Rotationsreibung zu komprimieren und in Form von Granulat zu transformieren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Rückgewinnung von Rohstoffen aus mehrschichtigen Lebensmittelverpackungen, insbesondere aus Lebensmittelverpackungen für flüssige und zähflüssige Substanzen zur Herstellung von Spanplatten, Bau- und Dämmstoffen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Mehrschichtige Lebensmittelverpackungen werden nach einmaligem Gebrauch zu Abfall und landen auf kommunalen Deponien. Sie bestehen aus Verbundwerkstoffen in Lagen mit überwiegendem Anteil aus 70 bis 85 % Papier, 15 bis 30 % Polymerfolie (z.B. hergestellt aus Polyolefinen), die je nach Anwendung und Verwendung eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung haben kann und 5 bis 10 % Aluminium. Im Einzelfall sind jedoch Verpackungsarten mit einer Schicht aus anderem Material nicht ausgeschlossen. Laminate in reine Rohstoffe zu zerlegen und daraus Energie zu gewinnen, ist entweder unmöglich oder unwirtschaftlich.
Aus diesem Grund wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Rohstoffrückgewinnung in Form von Körnern diverser Größen, Pulver oder Pellets, je nach Anwendung entwickelt. Dies erfolgt ohne Separation der einzelnen Materialien, die nachfolgend durch Aufschneiden der vorher komprimierten, gebrauchten Verpackungen in Schnipseln von 5 bis 10 mm, anschließend durch chemische Behandlung und Inaktivierung eventueller biologischer Reststoffe, Homogenisierung und Stabilisierung und dann durch Agglomeration unter Druck (7-9 bar) vorzugsweise zwischen im Kreis bewegenden Walzen, so dass die Verpackungen in Körner diverser Größen, Pulver oder Pellets gewandelt werden.
Alle oben genannten Verpackungsmaterialien sind Primärverpackungen (stammen nicht aus Recycling Prozessen), da sie hauptsächlich für Lebensmittelverpackungen verwendet wurden. Darüber hinaus haben sie aufgrund der Kompression bei ihrer Herstellung die besten physikalischmechanischen Eigenschaften (Feuchtigkeitsbeständigkeit, relative Inkontinenz, strukturelle Festigkeit) erhalten, die offensichtlich zu Wärmedämmung, Schalldämmung, Luft- und Lichtisolierung führen.
Das hier vorgestellte Verfahren verbessert und steigert diese intrinsisch integrierten Eigenschaften. Das resultierende Granulat bestehend aus Körner diverser Größen, Pulver oder Pellets wird mittels einer Presse, Heizpresse (60-80°C), in Formen und mit zusätzlichen Klebstoffen und ähnlichen Zusätzen weiter verdichtet, damit der Rohstoff die gewünschten zusätzlichen Eigenschaften erhält, je nach Anwendung, für die es bestimmt ist (Originalbausteine, Isolierplatten, Spachtelmasse für Spanplatten usw.). Abhängig von der Verwendung und den geforderten Eigenschaften, die das Endprodukt aufweisen muss, werden auch die Dichte des Materials, das spezifische Gewicht und der Luftgehalt der Masse bestimmt.
Herstellungsprozess von Mischkörnern
Ein grundlegendes Ziel des Verfahrens ist ein möglichst geringer Aufwand, Energie- und Ressourcenverbrauch.
Die Produktionseinheit kann sich in der Nähe von Abfallsammel- und Sortieranlagen befinden und entsprechend der anfallenden Menge ausgelegt werden. So werden auch Transportkosten minimiert. Dadurch wird Raum bei der Deponie eingespart und eine vollständige Wiederverwendung und Verwertung der mehrschichtigen (laminierten) Einwegverpackungen erreicht. Die erforderliche mechanische Ausrüstung ist auf dem stofflichen Recyclingmarkt verfügbar, wird aber nach dem Stand der Technik für andere Anwendungen verwendet.
Die Produktionslinie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst bezugnehmend auf die beigefügte Figur ein Förderband 1, eine dem Förderband vorgeschaltete, nicht dargestellte Einrichtung zur optischen und/oder mechanischen Abscheidung von Fremdkörpern wie beispielsweise Steinen und Holzstücken, eine ebenfalls dem Förderband 1 vorgeschaltete Magnetvorrichtung zum Halten und somit Aussortieren von Metallelementen, eine Zerkleinerungs- und Homogenisiermühle 2, einen Agglomerationskondensator 3 einen Granulator 4 und - optional - eine Abfülleinrichtung 5. Da das durch das Verfahren verarbeitete Produkt ein Gemischstoff ist, ist die Trennung von Fremdstoffen auf ein Minimum beschränkt, wie Metalle, Steine und Holz. Alle anderen Materialien (hauptsächlich Verpackungen) können im zu verarbeitenden Gemisch in einem vorbestimmten Prozentsatz, vorhanden sein. Dadurch werden Sortierrückstände minimiert.
Die aus dem Granulator 4 austretenden trockenen Partikel liegen vorzugsweise in Form von Körnchen mit einer Körnung in der Größenordnung von 3 mm im Durchmesser vor; je nach Bedarf können jedoch die Partikel eine größere Körnung aufweisen oder als Pulver oder Pellets produziert werden.
Der resultierende Rohstoff, kann unter Zugabe geeigneter, jeweils unterschiedlicher, vom jeweiligen Verwendungszweck abhängiger, kohäsiver Substanzen weiterverarbeitet werden. Derartige Substanzen können insbesondere organische Klebstoffe, Kalk oder Harze, Polymermaterialien, Gummi und/oder Holzreste sein. Weiterhin der nach Zugabe o.g. Substanzen entstehende Rohstoff durch Verpressen in Formen und/oder Erhitzen (60° -80°C) und gleichzeitig Verpressen eine jeweilig erwünschte Form annehmen. Die dabei entstehenden Produkte, beispielweise Spanplatten, Bau- und Dämmstoffe, weisen eine schwammige Textur und eine raue Oberfläche mit hoher Haftung auf, wodurch sie ideal zum Kleben und als isolierende Konstruktionselemente von großer Lebensdauer sind.
Ferner können durch Kompression und Zugabe von Zuschlagsstoffen und anschließende Trocknung und Vibration, Konstruktionselemente, Betonblöcke oder Porositätsblöcke mit niedrigem spezifischen Gewicht hergestellt werden.
Gemäß der Erfindung werden durch die Bildung von Luftzellen und die Granulatformierung die ursprünglichen physikalischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe, d.h. Wärmedämmung, Schallabsorption, Festigkeit, Wasserdichtheit und Nichtbrennbarkeit beibehalten und intensiviert.
Durch eine Weiterverarbeitung und Mischen vor Ort, am Ort der Anwendung, mit Liquidizern kann selbstnivellierendes Material oder Mörtelputz hergestellt werden.
Gemäß dem Verfahren können durch Stabilisierung mit Additiven, wie Harze, Klebstoffe und Materialien mit flüchtigen Beimengungen und gleichzeitig mit mechanischer Behandlung, die isolierenden Eigenschaften des Ausgangsmaterials durch Erzeugung von zusätzlichen Luftzellen verstärkt und weitere Eigenschaften wie Wasserfestigkeit, Feuerfestigkeit zur Herstellung von Isolier- und Dämmstoffen erzielt werden.
Zur Herstellung von Spanplatten wird das Endprodukt anschließend mit Additiven, d.h. Klebstoffen mit flüchtigen Beimengungen stabilisiert, um durch Druck und Erhitzen in einer gewünschten Spanplattenform Spanplatten herzustellen, wobei das bereits vorhandene Kunststoffpolymer durch Erhitzen und Pressen in der Spanplattenform in der Papiermasse schmilzt, in seine Umgebung diffundiert und in diese eindringt und sich chemisch bindet und zusätzliche Haft- und Stabilisierungseigenschaften in den Spanplatten schafft.
Stand der Technik
Isolier- und Dämmstoffe nach dem Stand der Technik können aus Resten eines industriellen Produktionsprozesses bestehen, wie dies beim feinen Kies eines Betonblocks oder der feinpulvrigen Körnung der natürlichen Tuffgrotten oder bei dem Sägemehl zur Spanplattenproduktion oder bei den Silika-Aluminium-Fasern von Steinwolle, die in der Regel Reststoffe der Stahlproduktion sind, der Fall ist.
Wichtig sind jedoch die Unterschiede und Vorteile der Produkte, die sich aus dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben, im Vergleich zu den existierenden Materialien:

1. Das Verfahren der Zerkleinerung durch rotierende Walzen verwandelt das Material in verarbeitbare Körner (Granulat) anstatt in Fasern oder Blättchen um, die normalerweise beim Schreddern anfallen. Ergebnis: Das Granulat weist uniforme Oberflächen auf.
2. Das Ausgangsmaterial (der zu verarbeitende Rohstoff) besitzt bereits, aus der ursprünglichen Konsistenz (95% Papier & Kunststoff) aber auch wegen des Produktionsprozess (mehrschichtiges Laminieren und Komprimieren unter Druck) des Originalproduktes (Lebensmittelverpackung), die gewünschten Eigenschaften für das Endprodukt unseres Verfahrens, wie Wärme- und Schalldämmung aber auch Festigkeit und Schutz vor Feuchtigkeit. Das Verfahren verbessert und steigert diese Eigenschaften während es im Endprodukt auch weitere Luftzellen einschließt, welches jede beliebige Form annehmen kann.
3. Der zu verarbeitende Rohstoff stammt aus einer Quelle, während die Ausgangsprodukte der aus dem Stand der Technik bekannter Verfahren an verschiedenen Orten gesammelt werden und über größere Distanzen transportiert werden müssen.
4. Die erfindungsgemäße Herstellung von Produkten aus solchen Rohstoffen (ein bis heute nicht wiederverwertbarer Abfall) führt zu der Reduzierung des Volumens der Deponien - ein Ökologischer und wirtschaftlicher Gewinn für die Kommunen.
5. Der Rohstoff stammt zu einem großen Anteil (bis zu 80 %) aus Holzfasern, die für die Herstellung von Mehrschichtverpackungen angebaut werden und somit ist er kein abgebautes und aus der Natur verschwindendes Material.
6. Der Energiebedarf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Vergleich zu herkömmlichen Produkten minimal, da der Rohstoff bereits aus einer homogenen Mischung besteht und keine Hochtemperaturbehandlung erfordert.
7. Bisherige Versuche, aus diesen Abfällen neue Rohstoffe durch Materialtrennung zu erhalten (Recycling) sind gescheitert, da kein reines Material zurück gewinnbar ist. Das so genannte Hydrapulping gilt als erfolglos, ist kostspielig, erfordert komplexe sequentielle Verfahren und verbraucht viel Wasser und Energie.
8. Es gibt entsprechende Endprodukte für die Bauindustrie die als Rohstoff Fasern aus dem Hanfanbau, zusammen mit Kalk- oder Zementmörtel aufweisen, welche ähnliche Eigenschaften, wie Wärmedämmung, Schalldämmung, Nichtbrennbarkeit, Verarbeitbarkeit, und Transpiration aufweisen. Diese erfordern jedoch innachteiliger Weise Agrarflächen, Wasser, Anbau und Energie und sind vorher nicht zum Granulat transformiert.

Claims

Verfahren zur Rückgewinnung von Rohstoffen aus mehrschichtigen Lebensmittelverpackungen, welche aus Verbundwerkstoffen in Lagen mit überwiegendem Anteil aus 70 bis 85 % Papier, 15 bis 30 % Polymerfolie und 5 bis 10 % Aluminium bestehen, gekennzeichnet durch die Transformierung der Verbundmaterialien durch Schreddern, ohne vorheriges Trennen, mit chemischer Inaktivierung möglicher biologischer Rückstände, Homogenisierung und Stabilisierung und anschließende Agglomeration durch mechanische Zerkleinerung mit rotierenden Walzen, um die Verbundmaterialien durch Kompression bei gleichzeitiger Erhitzung durch Rotationsreibung zu komprimieren und in Form von Granulat zu transformieren.
Verfahren zur Rückgewinnung von Rohstoffen aus mehrschichtigen Lebensmittelverpackungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Kompression und Zugabe von Zuschlagsstoffen und anschließende Trocknung und Vibration, Konstruktionselemente, Betonblöcke oder Porositätsblöcke mit niedrigem spezifischen Gewicht hergestellt werden.
Verfahren zur Rückgewinnung von Rohstoffen aus mehrschichtigen Lebensmittelverpackungen nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Beibehaltung und Intensivierung, durch die Bildung von Zellen und die Granulatformierung, der ursprünglichen physikalischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe, d.h. Wärmedämmung, Schallabsorption, Festigkeit, Wasserdichtheit und Nichtbrennbarkeit.
Verfahren zur Rückgewinnung von Rohstoffen aus mehrschichtigen Lebensmittelverpackungen nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Weiterverarbeitung und Mischen vor Ort, am Ort der Anwendung, mit Liquidizern zur Herstellung von selbstnivellierendem Material oder Mörtelputz.
Verfahren zur Rückgewinnung von Rohstoffen aus mehrschichtigen Lebensmittelverpackungen nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch Stabilisierung mit Additiven, wie Harze, Klebstoffe und Materialien mit flüchtigen Beimengungen und gleichzeitig mechanische Behandlung, die die isolierenden Eigenschaften des Ausgangsmaterials durch Erzeugung von zusätzlichen Luftzellen verstärkt und weitere Eigenschaften erzielt, wie Wasserfestigkeit, Feuerfestigkeit, zur Herstellung von Isolier- und Dämmstoffen.
Verfahren zur Rückgewinnung von Rohstoffen aus Abfällen aus einer Mischung von mehrschichtigen Lebensmittelverpackungen, gekennzeichnet durch anschließende Stabilisierung mit Additiven, d.h. Klebstoffen mit flüchtigen Beimengungen, um durch Druck und Erhitzen in einer gewünschten Spanplattenform Spanplatten herzustellen, wobei das bereits vorhandene Kunststoffpolymer durch Erhitzen und Pressen in der Spanplattenform in der Papiermasse schmilzt, in seine Umgebung diffundiert und in diese eindringt und sich chemisch bindet und zusätzliche Haft- und Stabilisierungseigenschaften in den Spanplatten schafft.