DE102022003870A1

DE102022003870A1 - Vorrichtung zur Herstellung von synthetischen Fäden aus wiederaufbereiteten Kunststoffabfällen

Info

Publication number: DE102022003870A1
Application number: DE102022003870.6A
Authority: DE
Inventors: Ralf Morgenroth; Klaus Schäfer
Original assignee: BB Engineering GmbH; BTI Holding SE
Current assignee: BB ENGINEERING GMBH, DE
Priority date: 2022-10-18
Filing date: 2022-10-18
Publication date: 2024-04-18
Also published as: WO2024083594A1

Abstract

Vorrichtung zur Herstellung von synthetischen Fäden aus wiederaufbereiteten Kunststoffabfällen mit einer Vorbehandlungseinrichtung zur Vorbehandlung von textilen Kunststoffabfällen, mit einer Aufschmelzeinrichtung zum Aufschmelzen von vorbehandelten Kunststoffabfällen zu einer Kunststoffschmelze und mit einer Spinneinrichtung zum Extrudieren von Fäden aus einer durch die Aufschmelzeinrichtung erzeugten Kunststoffschmelze.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von synthetischen Fäden aus wiederaufbereiteten Kunststoffabfällen. Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer solchen Vorrichtung sowie auch ein Verfahren zur Herstellung von synthetischen Fäden aus wiederaufbereiteten Kunststoffabfällen.
Das Materialrecycling zur Wiedergewinnung von Kunststoffen, beispielsweise aus sogenannten PET-Flaschen, gewinnt zunehmend an Bedeutung. Im Stand der Technik sind Verfahren zum Recyceln von Kunststoffen beschrieben, gemäß denen ein Recycelmaterial aufgeschmolzen und die Kunststoffschmelze anschließend gefiltert und entgast wird, um eine möglichst reine Polymerschmelze für eine Wiederverwendung zu erhalten.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Recyceln von Kunststoffen gehen beispielsweise aus der WO 2020/104432 A1 hervor. Gemäß diesem Stand der Technik wird der jeweiligen Vorrichtung ein Recycelmaterial in Form von PET-Flakes zugeführt und in einem Aufschmelzextruder aufgeschmolzen. Eine solche Vorrichtung ist mithin auf die Zuführung von PET-Flakes ausgerichtet und folglich sind auch die Möglichkeiten zur Wiedergewinnung von Kunststoffen beschränkt. Andere Formen oder Arten von Altkunststoffen können mit einer in WO 2020/104432 A1 gezeigten Vorrichtung nicht ohne Weiteres aufbereitet werden.
Die Verarbeitung von recyclebaren Material zu sogenannten PET-Flakes ist weitgehend bekannt und wird in der Industrie flächendeckend eingesetzt. Die Aufbereitung zu solchen PET-Flakes ist jedoch zeitaufwändig und kostenintensiv. Weiterhin ist auch die Verarbeitung von Kunststoff-Altfasem aufwändig und bedarf einer separaten Vorbehandlung, um dann als PET-Flakes oder Granulat in Kunststoffspinnanlagen zu Kunststofffäden verarbeitet werden zu können. Die in den bekannten Recyclinganlagen, wie beispielsweise veröffentlicht in der WO 2020/104432 A1 , verwendeten Einrichtungen sind regelmäßig nicht ausreichend, um mit Altfasern und deren Beimischung in ein Recyclingmaterial umgehen zu können.
Vor dem oben dargelegten Hintergrund bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Herstellung synthetischer Fäden anzugeben, die mit verbesserter Ressourceneffizienz beziehungsweise größerer Flexibilität betreffend die Ausprägung zugeführter Kunststoffabfälle betrieben werden kann. Weiterhin bestand die Aufgabe darin, eine Verwendung einer solchen Vorrichtung sowie auch ein Verfahren zur Herstellung von synthetischen Fäden aus wiederaufbereiteten Kunststoffabfällen anzugeben.
In Bezug auf die Vorrichtung ist diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst worden. Eine erfindungsgemäße Verwendung ist in Anspruch 16 und ein erfindungsgemäßes Verfahren ist in Anspruch 17 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche und werden nachfolgend erläutert.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung synthetischer Fäden gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ausgestattet mit einer Vorbehandlungseinrichtung zur Vorbehandlung von textilen Kunststoffabfällen, mit einer Aufschmelzeinrichtung zum Aufschmelzen von vorbehandelten Kunststoffabfällen zu einer Kunststoffschmelze und mit einer Spinneinrichtung zum Extrudieren von Fäden aus einer durch die Aufschmelzeinrichtung erzeugte Kunststoffschmelze.
Durch die Vorbehandlung, Aufschmelzung und das anschließende Extrudieren beziehungsweise Spinnen der Spinnfäden können auf besonders einfache und kostengünstige Weise synthetische Altfäden oder auch Kunststofftextilien und Produktionsabfälle dem Recycling zugeführt werden, um neue synthetische Fäden herzustellen. Besonders vorteilhaft können auf diese Weise auch Mischungen aus Faser-, Textil-, Folien- und/oder Flaschenabfällen verarbeitet werden.
Synthetische Fäden, zu deren Herstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung ausgebildet sein kann, können beispielsweise aus Polyester, insbesondere aus Polyethylenterephthalat (PET), bestehen und können beispielsweise nach Eigenschaften unter anderem in die Kategorien POY (engl.: partially oriented yarn); FDY (engl.: fully drawn yarn), IDY (engl.: industrial yarn); SF (engl.: staple fiber); PSF (engl.: polyester staple fiber); BCF (engl: bulk continouus filament) eingeteilt sein. Die erfindungsgemäß vorgesehene Vorbehandlungseinrichtung kann folglich zur Vorbehandlung von textilen Kunststoffabfällen aus Polyester, insbesondere aus Polyethylenterephthalat (PET), eingerichtet sein.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann es sich bei textilen Kunststoffabfällen insbesondere um Fäden, Garne, Stoffe, Gewebe, Folien, und/oder textilen Flächengebilden und/oder folienartige Flächengebilde handeln. Die erfindungsgemäß vorgesehene Vorbehandlungseinrichtung kann damit ein breites Spektrum für die Wiederaufbereitung unterschiedlicher Arten und Formen von Kunststoffabfällen gewährleisten.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Vorbehandlungseinrichtung der Aufschmelzeinrichtung vorgelagert ist. Dadurch lässt sich vorteilhaft eine Direkteinspeisung in die Aufschmelzeinrichtung erzielen und ein insgesamt kompakter Aufbau der Vorrichtung wird gewährleistet.
Es kann ferner ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, dass die Vorbehandlungseinrichtung zur mechanischen Vorbehandlung von textilen Kunststoffabfällen ausgebildet ist. Durch eine mechanische Vorbehandlung lassen sich die für die weitere Verarbeitung unerwünschten Formgebungen der Altkunststoffe vorteilhaft verändern oder für den nachfolgenden Aufschmelzprozess anpassen. Es kann auf diese Weise ein insgesamt kompakter Aufbau realisiert und der Energiebedarf des Gesamtprozesses beziehungsweise der Vorrichtung reduziert werden.
Darüber hinaus kann gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, dass die Vorbehandlungseinrichtung zur Vorbehandlung von Fäden, Garnen, Stoffen, Geweben, Folien und/oder textilen Flächengebilden und/oder textilen Kunststoffabfällen aus Polyethylenterephthalat (PET) ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine spezifische Ausgestaltung der Vorrichtung für die Herstellung neuer Fäden aus PET. Alternativ kann die Vorbehandlungseinrichtung auch dazu ausgebildet sein, Polymere im Allgemeinen oder sämtliche Arten von Polymeren vorzubehandeln, wodurch die Einsatzflexibilität verbessert wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorbehandlungseinrichtung eine Mehrzahl von Behandlungsvorrichtungen auf, insbesondere für die Durchführung mehrerer aufeinander abfolgender Vorbehandlungsschritte für textile Kunststoffabfälle. Dadurch kann auf einfache Weise beispielsweise die Partikelgröße, die Granularität, der Wasseranteil und/oder die Dichte des vorbehandelten Materials gezielt beeinflusst werden. Behandlungsvorrichtungen können beispielsweise eine Zerkleinerungsvorrichtung, eine Vortrocknungseinrichtung und/oder eine Verdichtungsvorrichtung sein.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Vorbehandlungseinrichtung zumindest eine Zerkleinerungsvorrichtung, insbesondere eine Schneidmühle, für die mechanische Zerkleinerung von textilen Kunststoffabfällen aufweist. Dadurch kann das vorzubehandelnde Material vorteilhaft in Flakes, Granulat, Pulver, Kleinpartikel und/oder in kurze Fadenabschnitte und/oder kleine Textilabschnitte verarbeitet werden, welches sich besonders vorteilhaft weiterverarbeiten lässt.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung weist die Vorbehandlungseinrichtung zumindest eine Vortrocknungsvorrichtung zur Vortrocknung und/oder Vergleichmäßigung der Feuchtigkeit von textilen Kunststoffabfällen auf, insbesondere von zerkleinerten textilen Kunststoffabfällen. Eine solche Vortrocknungsvorrichtung kann bevorzugt der Zerkleinerungsvorrichtung nachgelagert angeordnet sein. Durch die Vortrocknung des insbesondere aus der Zerkleinerungsvorrichtung stammenden Materials werden gebundene Flüssigkeiten verdunstet und/oder ausgeschwemmt, so dass das getrocknete Material eine weiter verbesserte Eignung für die weitere Verarbeitung erfahren kann.
Eine der Zerkleinerungsvorrichtung nachgelagerte Anordnung der Vortrocknungsvorrichtung ermöglicht eine besonders vorteilhafte Trocknung, da zerkleinertes Material eine größere Oberfläche aufweist und Flüssigkeit schneller entzogen werden kann. Zudem besteht die Möglichkeit, dass der Trockenvorgang an die Anforderungen des zerkleinerten Materials angepasst wird. Eine Anpassung kann einmalig oder laufend vorgenommen werden. Eine Anpassung kann durch Sensorik an der Zerkleinerungsvorrichtung, wie beispielsweise Feuchtigkeitsmessgeräte, besonders vorteilhaft auch automatisiert erfolgen.
Darüber hinaus kann nach einer vorteilhaften Weiterbildung die Vorbehandlungseinrichtung zumindest eine Verdichtungsvorrichtung zur Verdichtung von textilen Kunststoffabfällen aufweisen. Dadurch kann die Dichte und/oder das Volumen der zu recycelnden Materialen auf vorteilhafte Weise zur weiteren Verarbeitung eingestellt werden. Besonders vorteilhaft kann eine solche Verdichtung im Hinblick auf die Zuführung in einen Aufschmelzextruder vorgenommen werden, sodass im Aufschmelzextruder eine geeignete Aufschmelzung ohne lokale Temperaturspitzen erfolgen kann.
Bei einer solchen Verdichtung können insbesondere zerkleinerte und/oder vorgetrocknete textile Kunststoffabfälle verdichtet werden. Hierdurch wird der Aufschmelzeinrichtung bereits in geeigneter Weise vorbehandeltes Textil- und/oder Fasermaterial eingegeben, was besonders vorteilhaft für den Recyclingprozess und die sich an die Aufschmelzung anschließende Herstellung von synthetischen Fasern ist. Dabei kann die Verdichtungsvorrichtung bevorzugt der Vortrocknungsvorrichtung nachgelagert angeordnet sein. Dadurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte Prozessabfolge.
Nach einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung kann die Verdichtungsvorrichtung als Schraubenverdichter ausgebildet sein. Hierdurch kann vorteilhaft ein konstanter Volumenstrom an eine nachfolgende Vorrichtungsstation abgegeben werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Verdichtungsvorrichtung zur Direkteinspeisung von textilen Kunststoffabfällen in die Aufschmelzeinrichtung angeordnet ist. Eine mit konstantem Volumenstrom versorgte Aufschmelzeinrichtung kann in besonders vorteilhafter Weise betrieben werden, insbesondere mit verhältnismäßig geringen Temperaturgradienten innerhalb des zu recycelnden Materials. Ferner kann auf diese Weise ein den Recycling- und Herstellprozess unterbrechendes Nachfüllen der nachfolgenden Vorrichtungsstationen, insbesondere der Aufschmelzeinrichtung, vermieden werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann die Aufschmelzvorrichtung als Aufschmelzextruder ausgebildet sein. Ein Aufschmelzextruder ermöglicht eine kontinuierliche Materialabgabe, so dass hierdurch besonders vorteilhaft Kunststoffschmelzen zur Herstellung von Fasern aufbereitet werden können. Der Aufschmelzextruder kann besonders vorteilhaft als ein- oder mehrwelliger Aufschmelzextruder und/oder Vakuumaufschmelzextruder ausgebildet sein, so dass vorteilhaft ein höherer und/oder besser homogenisierter Volumenstrom erzeugt werden kann.
Weiterhin kann die Vorrichtung nach einer bevorzugten Ausgestaltung zumindest eine Filtereinrichtung zur Filtrierung einer Kunststoffschmelze und/oder zur mehrstufigen Filterung einer Kunststoffschmelze aufweisen. Durch die Filtrierung beziehungsweise durch eine mehrstufige Filtrierung kann ein hoher Reinheitsgrad in der Kunststoffschmelz erzeugt werden.
Durch eine erste Filtrierung der Kunststoffschmelze, insbesondere unter einer Überdruck- Atmosphäre, können zunächst grobe Festpartikel und Verunreinigungen aus dem aufgeschmolzenen Recycelmaterial entfernt werden. Eine anschließende zweite Filtrierung, beispielsweise mit integrierter Entgasung, kann entsprechend fein ausgeführt werden, um zunächst die Feststoffe vor der eigentlichen Entgasung zu entfernen. Dadurch kann die Kunststoffschmelze in hohem Maße homogenisiert werden, so dass diese anschließend unmittelbar zu einer Endverarbeitung ausgetragen werden kann.
Durch eine Filtrierung in einer Unterdruckatmosphäre lässt sich die filtrierte Kunststoffschmelze unmittelbar entgasen. Auf diese Weise können verhältnismäßig großflächige Kontaktzonen zwischen der Kunststoffschmelze und der Unterdruckatmosphäre realisiert werden und die flüchtigen Bestandteile lassen sich in relativ kurzer Verweilzeit aus der Kunststoffschmelze lösen.
Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zumindest eine Schmelzepumpe zur Förderung einer Kunststoffschmelze aufweisen. Die geeignete Förderung der Kunststoffschmelze innerhalb der Vorrichtung wird auf diese Weise ermöglicht.
Die Filtereinrichtung, insbesondere eine erste Filtereinrichtung und/oder eine zweite Filtereinrichtung, und/oder die Schmelzepumpe kann bevorzugt zwischen der Aufschmelzeinrichtung und der Spinneinrichtung angeordnet sein. Die Filtrierung einer durch die Aufschmelzeinrichtung bereitgestellten Schmelze erhöht die Reinheit der Schmelze für spätere Prozessschritte und ermöglicht in der Folge die Herstellung hochwertiger Fasern.
Darüber hinaus kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung zumindest eine Entgasungseinrichtung zum Entgasen einer Kunststoffschmelze vorgesehen sein, wobei die Entgasungseinrichtung bevorzugt zwischen der Aufschmelzeinrichtung und der Spinneinrichtung, insbesondere zwischen der Schmelzepumpe und der Spinneinrichtung angeordnet sein kann. Dies kann eine Blasenbildung beziehungsweise Gaseinschlüsse in der Schmelze reduzieren die Reinheit der Schmelze weiter verbessern, so dass eine hohe Qualität der Endprodukte aus der Spinneinrichtung sichergestellt werden kann.
Bei eine solchen Entgasungseinrichtung kann es sich in besonders bevorzugter Weise um eine zweite Filtereinrichtung handeln, die einer ersten Filtereinrichtung nachgelagert angeordnet ist.
Ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Entgasungseinrichtung zur Filtrierung und/oder Dekontamination einer Kunststoffschmelze und/oder zur Entgasung einer Kunststoffschmelze mittels eines Unterdrucks, insbesondere eines Hochvakuums von 1 bis 50 mbar, ausgebildet ist. Durch den geringen Druck können Gase innerhalb der Kunststoffschmelze besonders günstig ausgeleitet werden beziehungsweise abgeführt werden. Ferner kann eine Filtrierung in der Entgasungseinrichtung zusätzlich zu weiteren Filterungen in Filtereinrichtungen der Vorrichtung durchgeführt werden. Hierdurch lassen sich Verunreinigungen in der Kunststoffschmelze besonders zuverlässig entfernen.
Schließlich kann die Entgasungseinrichtung in einer vorteilhaften Weiterbildung zum Erhöhen einer intrinsischen Viskosität der Kunststoffschmelze von bis zu 0,15 dl/g und/oder zur Vergleichmäßigung der Viskosität und/oder zur Erzeugung einer verspinnfähigen Kunststoffschmelze ausgebildet sein. Durch eine Vergleichmäßigung der Viskosität der entgasten Kunststoffschmelze, insbesondere bis zu einem Wert von 0,15 dl/g, kann der IV-Wert für das Schmelzspinnen des Endprodukts besonders günstig beeinflusst werden, so dass eine hohe Qualität der hergestellten Fäden sichergestellt werden kann. Besonders vorteilhaft kann durch die Herstellung einer verspinnfähigen Kunststoffschmelze in der Entgasungseinrichtung die Vorrichtung zur Herstellung der synthetischen Fasern kompakt und kostengünstig aufgebaut werden.
Soll die Viskosität weiter gesteigert werden, so kann die Vorrichtung gemäß einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung einen Verweilreaktor zur Aufnahme einer vorfiltrierten und/oder entgasten Kunststoffschmelze aufweisen.
Ein Verweilreaktor kann bevorzugt eine angetriebene Schneckenwelle zur Förderung der Kunststoffschmelze aufweisen und/oder der Entgasungseinrichtung nachgelagert angeordnet sein. Ein Verweilreaktor erlaubt vorteilhaft neben der Erzeugung einer höheren Viskosität eine weitere Homogenisierung der Kunststoffschmelze. Besonders geeignet zur weiteren Homogenisierung ist eine Schneckenwelle, da sie die Kunststoffschmelze weiter durchmischt und mit einer weitgehend konstanten Geschwindigkeit und damit gleichmäßig fördern kann.
Gemäß einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Verweilreaktor zur Erhöhung der intrinsischen Viskosität einer aufgenommenen Kunststoffschmelze ausgebildet ist. Zusätzlich oder alternativ kann der Verweilreaktor zur Erzeugung einer verspinnfähigen Kunststoffschmelze ausgebildet sein. So kann die Kunststoffschmelze für die Verwendung in einer nachfolgend angeordneten Spinneinrichtung abgestimmt werden. Besonders bevorzugt kann der Verweilreaktor zur Erhöhung der intrinsischen Viskosität auf bis zu 1,1 dl/g ausgebildet sein. Auf diese Weise können Qualitätsfasern beziehungsweise besonders haltbare Kunststofffasern aus Altkunststoffen hergestellt werden.
Ein Verweilreaktor kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn in der nachfolgend angeordneten Spinneinrichtung BCF und/oder IDY Fäden herstellt werden beziehungsweise die Spinneinrichtung zur Herstellung von BCF und/oder IDY Fäden ausgebildet und/oder eingerichtet ist.
In weiter bevorzugter Weise kann die Vorrichtung einen Austragsextruder zum Austragen einer Kunststoffschmelze zur Spinneinrichtung aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die Vorrichtung eine Austragspumpe zum Austragen einer Kunststoffschmelze zur Spinneinrichtung aufweisen. Ein Austragsextruder und/oder eine Austragspumpe kann bevorzugt der Entgasungseinrichtung und/oder dem Verweilreaktor nachgelagert angeordnet sein und/oder eine Endfiltereinrichtung aufweisen. Ein Austragsextruder vermag einer nachfolgenden Spinneinrichtung beziehungsweise einer nachfolgenden Endfiltereinrichtung einen konstanten Volumenstrom einer aufbereiteten Kunststoffschmelze zuzuführen. Für das Schmelzspinnen von Kunststofffasern kann somit besonders vorteilhaft eine weiter homogenisierte Schmelze bereitgestellt werden. Durch das Vorsehen einer Austragspumpe kann der Prozessdruck für das Schmelzspinnen in zuverlässiger Weise sichergestellt werde.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung einer voranstehend beschriebenen Vorrichtung zur Herstellung von synthetischen Fäden aus textilen Kunststoffabfällen, insbesondere zur Herstellung von POY, FDY, BCF, PSF und/oder IDY Fäden aus textilen Kunststoffabfällen.
Ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von synthetischen Fäden aus wiederaufbereiteten Kunststoffabfällen, insbesondere mit einer voranstehend beschriebenen Vorrichtung, bei dem textile Kunststoffabfälle in einer Vorbehandlungseinrichtung vorbehandelt werden, bei dem die vorbehandelten Kunststoffabfälle mit einer Aufschmelzeinrichtung zu einer Kunststoffschmelze aufgeschmolzen werden und bei dem mit einer Spinneinrichtung aus der erzeugten Kunststoffschmelze synthetische Fäden extrudiert werden. Durch diese erfindungsgemäßen Schritte wird insbesondere die Herstellung von Kunststofffasern aus textilen Kunststoffen enthaltendem Recyclingmaterial ermöglicht. Die Ressourceneffizienz in der Produktion von synthetischen Fasern kann auf diese Weise mit nur geringem Aufwand verbessert werden.
Ein weiterer unabhängiger Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wiederaufbereitung von Kunststoffen mit einer Vorbehandlungseinrichtung zur Vorbehandlung von textilen Kunststoffabfällen, insbesondere einer voranstehend beschriebenen Vorbehandlungseinrichtung, mit einer Aufschmelzeinrichtung zum Aufschmelzen von vorbehandelten Kunststoffabfällen zu einer Kunststoffschmelze, insbesondere einer voranstehend beschriebenen Aufschmelzeinrichtung, und mit einer Verarbeitungseinrichtung zur Herstellung eines Erzeugnisses aus einer durch die Aufschmelzeinrichtung erzeugten Kunststoffschmelze. Bei einer Verarbeitungseinrichtung kann es sich gemäß voranstehenden Ausführungen um eine Spinneinrichtung zum Schmelzspinnen von synthetischen Fäden oder auch um andere Arten von Verarbeitungseinrichtung handeln, insbesondere zur Erzeugung von anderen Zwischen- und/oder Endprodukten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Verarbeitungseinrichtung als Endverarbeitungseinrichtung zur Herstellung eines Enderzeugnisses und/oder als Zwischenverarbeitungseinrichtung zur Herstellung eines Zwischenerzeugnisses ausgebildet sein. Auf eine Zwischenverarbeitungseinrichtung können weitere Bearbeitungsvorrichtungen, andere Vorrichtungen zur Wiederaufbereitung von Kunststoffen oder andere Bearbeitungsmaschinen folgen.
Es kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Verarbeitungseinrichtung als Granuliervorrichtung zur Erzeugung von Kunststoffgranulaten ausgebildet ist. Kunststoffgranulate lassen sich in vorteilhafter Weise für die Weiterverarbeitung zu einer Vielzahl unterschiedlicher Produkte verwenden.
Bei dem voranstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung synthetischer Fäden handelt es sich in besonders bevorzugter Weise um ein Schmelzspinnverfahren, insbesondere zur Herstellung von Schmelzspinnfäden aus einer Mehrzahl von Filamenten.
Die voranstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen und Vorteile bezüglich der Vorrichtung zur Herstellung synthetischer Fäden aus wiederaufbereiteten Kunststoffabfällen gelten in gleicher Weise auch für das Verfahren zur Herstellung von synthetischen Fäden sowie auch in Bezug auf die voranstehend beschriebene Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur beschrieben. Es zeigt schematisch:

1 eine Vorrichtung zur Herstellung synthetischer Fäden aus wiederaufbereiteten Kunststoffabfällen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Herstellung von synthetischen Fäden aus wiederaufbereiteten Kunststoffabfällen schematisch dargestellt.
Die Vorrichtung 10 weist eine Vorbehandlungseinrichtung 12 mit einer Zerkleinerungsvorrichtung 14, Vortrocknungseinrichtung 16 sowie einer Verdichtungsvorrichtung 18 auf. Die Vortrocknungseinrichtung 16 ist stromabwärts beziehungsweise nachgelagert der Zerkleinerungsvorrichtung 14 angeordnet. Die Verdichtungsvorrichtung 18 ist stromabwärts beziehungsweise nachgelagert der Vortrocknungseinrichtung 16 angeordnet.
Die Vorrichtung 10 weist ferner eine Aufschmelzeinrichtung 20 auf. Die Aufschmelzeinrichtung 20 kann stromabwärts beziehungsweise nachgelagert der Verdichtungsvorrichtung 18 angeordnet sein. Die Aufschmelzeinrichtung 20 kann als Aufschmelzextruder ausgebildet sein. Die Aufschmelzeinrichtung 20 kann ein- oder mehrwellig ausgeführt und über einen Extruderauslass mit einer Filtereinrichtung 22 verbunden sein.
Der Filtereinrichtung 22 folgt stromabwärts beziehungsweise nachgelagert eine Schmelzepumpe 24, die über einen Pumpenantrieb 26 angetrieben wird. Durch die Schmelzepumpe 24 kann eine Kunststoffschmelze in geeigneter Weise gefördert werden.
Die Schmelzepumpe 24 ist mit einer Entgasungseinrichtung 28 verbunden. Die Entgasungseinrichtung 28 weist ein Gehäuse 30 auf, das beispielsweise durch einen zylindrischen Topf mit Deckel gebildet ist. Innerhalb des Gehäuses 30 kann eine Vakuumkammer ausgebildet sein, in der mehrere hier nicht näher dargestellte Filterelemente in Form von hohlzylindrischen Filterkerzen angeordnet sein können. Derartige Filterelemente besitzen eine durchlässige Filterwand und gewährleisten eine weitere Filtrierung der Kunststoffschmelze. Die Vakuumkammer im Gehäuse 30 kann über einen Vakuumanschluss 31 mit einem hier nicht gezeigten Sammelbehälter sowie einer hier ebenfalls nicht näher dargestellten Vakuumpumpe verbunden sein.
Die Entgasungseinrichtung 28 kann mit einem Verweilreaktor 32 gekoppelt sein. Die Entgasungseinrichtung 28 kann auf einer Auslassseite in einem Bodenbereich des Gehäuses 30 mit dem Verweilreaktor 32 verbunden sein. Eine filtrierte und entgaste Kunststoffschmelze aus der Entgasungseinrichtung 28 kann direkt einem Einlassbereich des Verweilreaktors 32 zugeführt werden.
Der Verweilreaktor 32 kann auf seiner Auslassseite einen Vakuumanschluss 34 aufweisen. Der Vakuumanschluss 34 kann mit einer separaten Vakuumpumpe verbunden sein. Innerhalb des Verweilreaktors 32 kann eine angetriebene Schneckenwelle 36 angeordnet sein, die die Kunststoffschmelze einem Reaktorauslass 38 zuführt.
An dem Reaktorauslass 38 kann ein Austragsextruder 40 vorgesehen sein, um die filtrierte und entgaste Kunststoffschmelze auszutragen.
Dem Austragsextruder 40 kann stromabwärts wiederum eine Austragspumpe 42 mit Pumpenantrieb 43 und weiter eine Endfiltereinrichtung 44 nachgeordnet sein.
Die Vorrichtung 10 weist als Endverarbeitungsvorrichtung ferner eine Spinneinrichtung 46 zum Extrudieren von Fäden aus einer durch die Aufschmelzeinrichtung 20 erzeugte Kunststoffschmelze auf. Die Spinneinrichtung 46 kann mehrere Spinndüsen 48 für das Extrudieren von synthetischen Fäden aufweisen. Die Endfiltereinrichtung 44 kann der Spinneinrichtung 46 vorgeschaltet sein.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Entgasung und Homogenisierung der Kunststoffschmelze durch den Verweilreaktor 32 noch intensiviert werden. So können über den Vakuumanschluss 34 weitere sich aus der Kunststoffschmelze lösende Gase entfernt werden. Eine solche Vorrichtung 10 mit dem dargestellten Verweilreaktor 34 ist besonders dazu geeignet, um eine direkte Endverarbeitung des recycelten Kunststoffmaterials zu neuen synthetischen Fäden auszuführen.
Im Betrieb der Vorrichtung 10 kann ein zu recycelndes Material, beispielsweise Kunststoffaltfäden, der Vorbehandlungseinrichtung 12 zugeführt werden, insbesondere der als Schneidmühle ausgebildeten Zerkleinerungsvorrichtung 14. Darin erfolgt eine Zerkleinerung für eine Weiterverwendung des zu recycelnden Materials. Durch das Schneiden, Zertrennen und/oder Zermahlen in der Zerkleinerungsvorrichtung 14 wird ein feinkörniges Schüttgut, Granulat und/oder Pulver erzeugt, welches aber weiterhin die molekularen Eigenschaften des ursprünglichen Materials aufweist.
Das zerkleinerte Recyclinggut wird in einem nächsten Schritt der Vortrocknungseinrichtung 16 zugeführt und erhitzt, wodurch das Material des Granulats entfeuchtet und homogenisiert wird. Es wird eine Vergleichmäßigung der Feuchtigkeit innerhalb des Materials erzielt.
Schließlich wird in einem weiteren Schritt der Vorbehandlung das getrocknete Recyclingmaterial der als Schraubverdichter ausgebildeten Verdichtungsvorrichtung 18 zugeführt und verpresst, so dass sich als Recycelmaterial eine verdichtete beziehungsweise gepresste Masse ergibt, die in die nachfolgend angeordnete Aufschmelzeinrichtung 20, hier als Aufschmelzextruder ausgebildet, eingespeist werden kann.
Das Recycelmaterial, das wie oben beschrieben aufbereitet wurde, kann der als Aufschmelzextruder ausgebildeten Aufschmelzeinheit 20 direkt aus der Verdichtungsvorrichtung 18 zugeleitet werden. Dabei kann der Aufschmelzextruder bevorzugt ohne eine Vakuumeinheit ausgebildet sein. Dieser kann jedoch auch mit einer Vakuumeinheit ausgeführt sein.
Der Aufschmelzeinheit 20 erhitzt das Recycelmaterial mindestens bis zu dessen Schmelzpunkt und erzeugt so eine Kunststoffschmelze, die über den Extruderauslass der anschließenden Filtereinrichtung 22 zugeführt wird. In der Filtereinrichtung 22 wird die Kunststoffschmelze zunächst mit einer vergleichsweise groben Filterfeinheit vorgefiltert, um Fremdpartikel, wie Rückstände von Farben, Lacken oder Aufkleber, aber auch Verschmutzungen, sowie nicht aufgeschmolzene Partikel des Recycelmaterials aus der Kunststoffschmelze zu entfernen. Hierbei kann die Filtrierung der Kunststoffschmelze in einer Überdruck-Atmosphäre erfolgen. Die vorgefilterte Kunststoffschmelze wird von der Schmelzepumpe 24 aufgenommen und unter einem einstellbaren und möglichst konstant gehaltenen Betriebsdruck der Entgasungseinrichtung 28 zugeführt.
Die Kunststoffschmelze gelangt über einen Schmelzeeinlass in einen Druckraum der Entgasungseinrichtung 28 und durchdringt dort angeordnete Filterelemente. Um das Vakuum in der Vakuumkammer der Entgasungseinrichtung 28 zu erzeugen ist eine Vakuumpumpe vorgesehen, die über den Vakuumanschluss 31 mit der Entgasungseinrichtung 28 verbunden ist.
Die aufgrund der Unterdruckatmosphäre aus der Kunststoffschmelze ausdampfenden Gase und sich verflüchtigenden Bestandteile können über den Vakuumanschluss 31 aus der Vakuumkammer der Entgasungseinrichtung 28 abgeführt und in einem hier nicht gezeigten Sammelbehälter aufgefangen werden. Die derart entgaste Kunststoffschmelze sammelt sich am Boden des Gehäuses und verlässt die Entgasungseinrichtung 28 über einen Schmelzeauslass am Boden des Gehäuses 30.
Von dem Schmelzeauslass der Entgasungseinrichtung 28 gelangt die entgaste und filtrierte Kunststoffschmelze unmittelbar oder mittelbar in den Austragsextruder 40. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zwischen der Entgasungseinrichtung 28 und dem Austragsextruder 40 noch der Verweilreaktor 32 vorgesehen. Insoweit wird eine filtrierte und entgaste Kunststoffschmelze der Entgasungseinrichtung 28 einem Einlassbereich des Verweilreaktors 10 zugeführt und durch den Reaktorauslass 38 in den Austragsextruder 40 geleitet.
Eine Vorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise die Wiederaufbereitung von textilen Kunststoffabfällen für die Herstellung neuer synthetischer Fäden. Es kann auf diese Weise besonders ressourcenschonend produziert werden und die Wiederverwertung beziehungsweise Aufbereitung textiler Kunststoffabfälle wird sichergestellt.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung zur Herstellung von synthetischen Fäden
12: Vorbehandlungseinrichtung
14: Zerkleinerungsvorrichtung
16: Vortrockungsvorrichtung
18: Verdichtungsvorrichtung
20: Aufschmelzeinrichtung
22: Filtereinrichtung
24: Schmelzepumpe
26: Schmelzepumpenantrieb
28: Entgasungseinrichtung
30: Gehäuse
31: Vakuumanschluss
32: Verweilreaktor
34: Vakuumanschluss
36: Schneckenwelle
38: Reaktorauslass
40: Austragsextruder
42: Austragspumpe
43: Pumpenantrieb
44: Endfiltereinrichtung
46: Spinneinrichtung
48: Spinndüsen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2020104432 A1 [0003, 0004]

Claims

Vorrichtung (10) zur Herstellung von synthetischen Fäden aus wiederaufbereiteten Kunststoffabfällen - mit einer Vorbehandlungseinrichtung (12) zur Vorbehandlung von textilen Kunststoffabfällen, - mit einer Aufschmelzeinrichtung (20) zum Aufschmelzen von vorbehandelten Kunststoffabfällen zu einer Kunststoffschmelze und - mit einer Spinneinrichtung (46) zum Extrudieren von Fäden aus einer durch die Aufschmelzeinrichtung (20) erzeugten Kunststoffschmelze.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlungseinrichtung (12) der Aufschmelzeinrichtung (20) vorgelagert ist und/oder dass die Vorbehandlungseinrichtung (12) zur mechanischen Vorbehandlung von textilen Kunststoffabfällen ausgebildet ist und/oder dass die Vorbehandlungseinrichtung (12) zur Vorbehandlung von Fäden, Garnen, Stoffen, Geweben, Folien und/oder textilen Flächengebilden und/oder textilen Kunststoffabfällen aus Polyethylenterephthalat ausgebildet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlungseinrichtung (12) eine Mehrzahl von Behandlungsvorrichtungen (14, 16, 18) aufweist, insbesondere für die Durchführung mehrerer aufeinander abfolgender Vorbehandlungsschritte für textile Kunststoffabfälle.
Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlungseinrichtung (12) zumindest eine Zerkleinerungsvorrichtung (14), insbesondere eine Schneidmühle, für die mechanische Zerkleinerung von textilen Kunststoffabfällen aufweist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlungseinrichtung (12) zumindest eine Vortrocknungsvorrichtung (16) zur Vortrocknung und/oder Vergleichmäßigung der Feuchtigkeit von textilen Kunststoffabfällen aufweist, insbesondere von zerkleinerten textilen Kunststoffabfällen, wobei die Vortrocknungsvorrichtung (16) bevorzugt der Zerkleinerungsvorrichtung (14) nachgelagert angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlungseinrichtung (12) zumindest eine Verdichtungsvorrichtung (18) zur Verdichtung von textilen Kunststoffabfällen aufweist, insbesondere von zerkleinerten und/oder vorgetrockneten textilen Kunststoffabfällen, wobei die Verdichtungsvorrichtung (18) bevorzugt der Vortrocknungsvorrichtung (16) nachgelagert angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtungsvorrichtung (18) als Schraubenverdichter ausgebildet ist und/oder zur Direkteinspeisung von textilen Kunststoffabfällen in die Aufschmelzeinrichtung (20) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschmelzvorrichtung (20) als Aufschmelzextruder ausgebildet ist, insbesondere als ein- oder mehrwelliger Aufschmelzextruder und/oder Vakuumaufschmelzextruder.
Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Filtereinrichtung (22) zur Filtrierung einer Kunststoffschmelze und/oder zur mehrstufigen Filterung einer Kunststoffschmelze und/oder durch zumindest eine Schmelzepumpe (24) zur Förderung einer Kunststoffschmelze, wobei die Filtereinrichtung (22) und/oder die Schmelzepumpe (24) bevorzugt zwischen der Aufschmelzeinrichtung (20) und der Spinneinrichtung (46) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Entgasungseinrichtung (28) zum Entgasen einer Kunststoffschmelze, wobei die Entgasungseinrichtung (28) bevorzugt zwischen der Aufschmelzeinrichtung (20) und der Spinneinrichtung (46), insbesondere zwischen der Schmelzepumpe (24) und der Spinneinrichtung (46) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungseinrichtung (28) zur Filtrierung und/oder Dekontamination einer Kunststoffschmelze und/oder zur Entgasung einer Kunststoffschmelze mittels eines Unterdrucks, insbesondere eines Hochvakuums von 1 bis 50 mbar, ausgebildet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungseinrichtung (28) zum Erhöhen einer intrinsischen Viskosität der Kunststoffschmelze von bis zu 0,15 dl/g und/oder zur Vergleichmäßigung der Viskosität und/oder zur Erzeugung einer verspinnfähigen Kunststoffschmelze ausgebildet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Verweilreaktor (32) zur Aufnahme einer vorfiltrierten und/oder entgasten Kunststoffschmelze, wobei der Verweilreaktor (32) bevorzugt eine angetriebene Schneckenwelle (36) zur Förderung der Kunststoffschmelze aufweist und/oder der Entgasungseinrichtung (28) nachgelagert angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verweilreaktor (10) zur Erhöhung der intrinsischen Viskosität einer aufgenommenen Kunststoffschmelze und/oder zur Erzeugung einer verspinnfähigen Kunststoffschmelze und/oder zur Erhöhung der intrinsischen Viskosität auf bis 1,1 dl/g ausgebildet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Austragsextruder (40) zum Austragen einer Kunststoffschmelze und/oder durch eine Austragspumpe (42) zum Austragen einer Kunststoffschmelze zur Spinneinrichtung (46), wobei der Austragsextruder (40) und/oder die Austragspumpe (42) bevorzugt der Entgasungseinrichtung (28) und/oder dem Verweilreaktor (32) nachgelagert angeordnet ist und/oder eine Endfiltereinrichtung (44) aufweist und/oder eine Endfiltereinrichtung (44) dem Austragsextruder (40) und/oder der Austragspumpe (42) nachgelagert angeordnet ist.
Verwendung einer Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Herstellung von synthetischen Fäden aus textilen Kunststoffabfällen, insbesondere von POY, FDY, BCF, PSF und/oder IDY Fäden aus textilen Kunststoffabfällen.
Verfahren zur Herstellung von synthetischen Fäden aus wiederaufbereiteten Kunststoffabfällen, insbesondere mit einer Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 15, - bei dem textile Kunststoffabfälle in einer Vorbehandlungseinrichtung (12) vorbehandelt werden, - bei dem die vorbehandelten Kunststoffabfälle mit einer Aufschmelzeinrichtung (20) zu einer Kunststoffschmelze aufgeschmolzen werden und - bei dem mit einer Spinneinrichtung (46) aus der erzeugten Kunststoffschmelze synthetische Fäden extrudiert werden.