DE19652455C2 - Verfahren zur Aufbereitung von Feuchtigkeit enthaltendem Kunststoff-Recycling-Material, Verfahren zur Herstellung von Fertigprodukten und Gegenstände aus Kunststoff-Recycling-Material - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fertigprodukten aus Feuchtigkeit enthaltendem Kunststoff-Recycling-Material, das in einem Extruder aufgeschmolzen und anschließend einer Weiterverarbeitungsstation zugeführt wird. Die Erfindung ist auch anwendbar für die Herstellung von Zwischenprodukten, die beispielsweise für die Herstellung von Fertigprodukten verwendet werden können. Die Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zur Aufbereitung von Feuchtigkeit enthaltendem Kunststoff-Recycling-Material, das zerkleinert und anschließend zu Zwischenprodukten wie Regranulaten, Agglomeraten oder Pellets weiterverarbeitet wird. Die Erfindung bezieht sich auch auf Gegenstände aus Recycling-Kunststoff, wobei unter Gegenständen sowohl Zwischenprodukte wie Regranulate, Agglomerate oder Pellets als auch Fertigprodukte wie Formteile, Strangprofile oder dergl. verstanden werden.

Die Bereiche Kunststofftechnik und Kunststoff-Recycling unterscheiden sich im wesentlichen dadurch, daß in der Kunststofftechnik zu Granulat konfektioniertes, primäres Kunststoffmaterial verwendet wird, während im Bereich des Kunststoff-Recycling bereits thermisch behandeltes Kunststoffmaterial zur Anwendung kommt, das aus verschiedenartigen Polymermaterialien besteht und erst durch eine spezielle Aufbereitung einem erneuten Verarbeitungsprozeß zugeführt werden kann.

Als notwendige Bearbeitungsschritte zur Aufbereitung von Sekundärrohstoffen sind das Schreddern bzw. Mahlen mit anschließendem Regranulieren oder Agglomerieren bekannt, so daß ein störungsfreies Verarbeiten durch Aufschmelzen im Extruder und anschließender Extrusion zu Halbzeugen (Profilen) oder Intrusion in Formen zu Recyclingartikeln möglich wird.

In der DE 34 17 369 A1 werden Abfallkunstfasern wie beispielsweise Polyamid und Polyester mit geschmolzenem Thermoplast gemischt. Dadurch entsteht ein Verbundstoff, dessen mechanische Eigenschaften einem Matrixkunststoff überlegen sind. Es wird versucht, den Feuchtigkeitsgehalt zu verringern, indem das Mischen der Kunstfasern mit dem Thermoplast durch Hochgeschwindigkeitsrühren bei erhöhten Temperaturen durchgeführt wird. Dabei besteht die Gefahr, daß die mechanische Stärke der Kunstfasern zerstört wird.

Die DE 41 22 849 A1 beschreibt einen heißvulkanisierbaren, pumpfähigen Kleb- bzw. Dichtstoff auf Kautschukbasis zum Verkleben von Blechen im Automobilrohbau. Dieser Klebstoff bzw. Dichtstoff ist ein Flüssigkautschuk auf der Basis von Butadien oder Isopren, der Carbonsäuregruppen enthält, die vorzugsweise als Carbonsäureanhydrid vorliegen. Dadurch werden die Hafteigenschaften verbessert. Als Füllstoffe werden gecoatetes Calciumcarbonat, Calciumoxid und Ruß vorgeschlagen.

In der DE 195 02 381 A1 wird eine einkomponentige, hitzehärtende Zusammensetzung auf Basis von flüssigen Kautschuken und feinteiligen pulverförmigen thermoplastischen Polymeren zur Verwendung als Strukturklebstoff mit einer Bruchdehnung von mehr als 15% offenbart. Als Füllstoff wird zu einem geringen Teil Calciumoxid eingesetzt, die zur Verminderung der eingetragenen Feuchtigkeit und zur Verminderung der Feuchtigkeitsempfindlichkeit der ausgehärteten Zusammensetzung eine Beschichtung mit Stearinsäure aufweisen.

Die DE-Z: Kunststoffberater 5-95, S. 18-26 befaßt sich mit der Herstellung von Profil-Tapeten und der Aufbereitung der hierbei anfallenden Abfallstoffe. Da auf Recyclingpapier sog. PVC-Plastisole aufgedruckt werden, fallen Restpasten, Waschabfälle, Destillationsabfälle und beschichtete Papierabfälle an. Ausgangsprodukt für die Plastisole ist ein PVC-feinkörniges Emulsionspolymerisat, das eine Strukturviskosität des Plastisols garantiert und ein reibungsloses Verdrucken mit feinmaschigen Schablonen ermöglicht. Dem Emulsionspolymerisat werden Stabilisatoren/Kicker auf der Basis organischer Metallverbindungen von Ca, Zn, Al zugegeben. Hierzu zählen Calcium/Zinkseifen in Form von Stearat, Benzoat und Octanoat. Es handelt sich um Substanzen zur Stabilisierung speziell von PVC bzw. zur Erniedrigung der Zersetzungstemperatur. Für die Regranulierung der Restpasten werden Doppelschneckenextruder mit einer leistungsfähigen Entgasungszone oder Scherwalzenextruder eingesetzt, wobei die Entgasungswirkung des Scherwalzenextruders höher eingeschätzt wird.

Bei der Verarbeitung von Recycling-Kunststoffen wird die Verwendung von Agglomeraten als Ausgangsmaterial den beschriebenen Regranulaten vorgezogen.

Die Wahl des Agglomerationsverfahrens richtet sich in erster Linie nach den erforderlichen Investitionskosten und den Kostenaufwendungen für die Herstellung des Agglomerats. Als kostengünstigstes Agglomerationsverfahren von grob geschreddertem oder gemahlenem Recycling-Material hat sich ein Verfahren erwiesen, bei dem ein am Boden eines zylindrischen Behälters konzentrisch angeordneter und mittels Elektroantrieb betriebener Rotor eingesetzt wird. An den Enden des sternförmig ausgebildeten Rotors sind Schlagmesser so positioniert, daß diese mit entsprechenden, am Behältermantel positionierten und verstellbaren Gegenmessern ein Schneidsystem ergeben. Das Kunststoff-Recycling-Material wird bei laufendem Rotor über eine durch den Deckel verschließbare Vorkammer dosiert eingebracht.

In einer ersten Phase wird das eingebrachte Material fortschreitend zerkleinert, wobei permanent mechanische Energie in Wärme umgesetzt und direkt dem im Zerkleinerungsprozeß befindlichen Recyclingmaterial zugeführt wird. Nach Ablauf der Zerkleinerungsphase bewirkt die stetige Zufuhr von Friktionswärne eine Zustandsveränderung des Recyclingmaterials in Richtung eines teigigen Charakters. In der Endphase dieses Vorgangs werden im teigigen Recyclingmaterial Temperaturen von 105-120°C erreicht. Unter Zugabe von Wasser wird nunmehr das teigige Recycling-Material abgeschreckt, so daß die zunehmend fest werdenden Materialklumpen durch das Zusammenwirken der Rotor- und Statormesser wiederum zerkleinert werden. Der in dieser Prozeßphase entstehende Wasserdampf wird mittels einer Vakuumeinrichtung abgesaugt, was allerdings nur zu einem geringen Teil möglich ist. Ist dieser Zustand durchgängig eingetreten, befindet sich am Behälterboden ein kornartiges Material, das als Agglomerat bezeichnet wird.

Bedingt durch dieses Herstellungsverfahren weist das Agglomerat zwei Nachteile auf, die die weitere Verarbeitung im Extruder negativ beeinflussen.

• 1. Das Agglomerat ist hochgradig mit Oberflächenfeuchtigkeit behaftet. Diese Feuchtigkeit kann nur durch ein nachträgliches Trocknen beseitigt werden.
• 2. In den Agglomeratkörnern ist Wasser eingeschlossen, das durch einen anschließenden Trocknungsprozeß nicht entfernt werden kann.

Es sind weitere Agglomerationsverfahren bekannt, bei denen ebenfalls Wasser in das Agglomerat gelangen kann, dieses jedoch in geringeren Anteilen.

Eine am Extruder angebrachte Entgasungsstrecke bewirkt bei weitem keine Eliminierung des Wasserdampfes aus der zwischen den Gängen der Extruderschnecke befindlichen Schmelze, da in der Schmelze tiefergelegene Wasserdampfblasen bedingt durch die hohe Schmelzviskosität in der gegebenen Zeitspanne des Vorbeilaufs an der Entgasungsöffnung des Extruderzylinders nicht an die Oberfläche der Schmelze gelangen können.

Somit gelangt mit Dampfblasen durchsetzte Schmelze in die Kompressionszone des Extruders. Obwohl das Extruderrohr selektiv beheizbar ist und die Schmelzparameter des Recycling-Kunststoffes berücksichtigt werden, entstehen in der Schmelze aufgrund von Friktionserscheinungen in den Schneckengängen und aufgrund von örtlicher Druckzunahme in den Dampfblasen derart hohe Temperaturen, die so zu Verbrennungen des Kunststoff-Materials führen. Die Auswirkungen zeigen sich beim Eintritt der Schmelze in die Form zunächst als Gemisch zerbröselter und verbrannter Schmelze in Begleitung starker Gas- Dampfverpuffungen. Im weiteren Verlauf der fortschreitenden Formfüllung wird das Entweichen des gespannten Wasserdampfes und der Gasanteile zunehmend durch die nachfolgende Schmelze in die Form behindert und letztendlich unterbunden, so daß diese dann im Artikel während der Kühlphase eingefroren werden.

Die aus diesem Material hergestellten Recycling-Produkte weisen deshalb im Inneren des Artikels typischerweise einen grobschaumigen Charakter mit mittelgroßen bis großen Vakuolen auf, wobei die Produktoberfläche im Erscheinungsbild rauh bis zerklüftet ist. Mit diesen Mängeln behaftete Produkte können nur für einfache Kunststoffprofile, Formteile, etc. eingesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Verfahren bereitzustellen, die die Bildung von Feuchtigkeitseinschlüssen verhindert. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, Gegenstände zu schaffen, die frei von Feuchtigkeit sind.

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst, das die Herstellung von Fertigprodukten beschreibt, und im Falle der Aufbereitung zur Herstellung von Zwischenprodukten mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 2. Beiden Verfahren ist gemeinsam, daß dem Kunststoff- Recycling-Material pulverförmiges oder gekörntes CaO zugesetzt wird.

Beim Verfahren gemäß Patentanspruch 1 können als Kunststoff-Recycling- Material beispielsweise nicht vorbehandeltes, z. B. nur geshreddertes Material oder herkömmlich hergestellte Agglomerate, Pellets oder Regranulate verwendet werden, die noch Feuchtigkeit aufweisen.

Beim Verfahren gemäß Patentanspruch 2 geht man hingegen nur von zerkleinertem Kunststoff-Recycling-Material aus, wobei die Zugabe von CaO vor oder während der Weiterverarbeitung erfolgt. Man erhält trockene Agglomerate, Regranulate oder Pellets, so daß bei einer Verarbeitung im Extruder zu Fertigprodukten keine besonderen Maßnahmen, wie z. B. Entgasung oder eine weitere Zugabe von CaO, erforderlich sind.

Calciumoxid ist ein stark wasserbindendes Additiv, mit dem sich ca. 30-40% seines Eigengewichtes an Wasser chemisch binden läßt. Hierbei entsteht Ca(OH)₂, das ebenfalls pulverförmig vorliegt. Das Ca(OH)₂, das als gelöschter Kalk bezeichnet wird, ist als Füllstoff homogen in der Kunststoffmatrix verteilt und trägt zur Verbesserung der Zug- und Biegefestigkeit sowie zur Erhöhung des Elastizitätsmoduls bei. Da das gebundene Wasser erst bei Temperaturen < 750°C wieder freigegeben wird, besteht keine Gefahr, daß bei der späteren Verwendung derart hergestellter Formteile oder Halbzeuge eine ungewollte Wasserfreisetzung stattfindet.

Es hat sich gezeigt, daß eine deutliche Verringerung der Wassereinschlüsse bereits ab einer Menge von 1 Gew.-% CaO eintritt. Eine höhere Dosierung garantiert in jedem Fall die vollständige Wasserbindung. Nicht zu Calciumhydroxid umgesetztes Calciumoxid bleibt ohne nachteilige Nebenwirkung in der Kunststoffmatrix erhalten. Es wird daher, bezogen auf die Feuchtigkeit des Kunststoff-Recycling-Materials CaO, vorzugsweise im Überschuß zugesetzt.

Das CaO wird dem Kunststoff-Recycling-Material bei der Herstellung von Fertigprodukten vorzugsweise vor dem Aufschmelzen zugesetzt. Die kontinuierlich dosierte Zumischung des Calciumoxids erfolgt vorteilhafterweise im Fülltrichter des Extruders. Auf diese Weise wird eine mögliche Entmischung im Falle langer Transportwege für das Agglomerat wirksam vermieden. Das CaO kann auch während dem Aufschmelzen zugegeben werden. Insofern ist auch die Zugabe von CaO im Extruder möglich.

Die chemische Reaktion der Wasserbindung vollzieht sich mit dem Beginn des Aufschmelzens im Extruder. Mit dem Beginn des Aufschmelzens des Gemisches bei Temperaturen < 100°C wird das im Agglomerat befindliche Wasser, bedingt durch die stattfindende Friktion zwischen Extruderschnecke und Extruderrohr, so freigesetzt, daß das gleichzeitig vorhandene CaO wasserbindend wirken kann.

Da Calciumoxid ein preiswerter Füllstoff ist, und keine zusätzlichen aufwendigen Trocknungsprozesse oder dergleichen erforderlich sind, können die Kosten so hergestellter Zwischen- oder Fertigprodukte erheblich gesenkt werden.

Der so hergestellte Gegenstand weist Ca(OH)₂ in homogener Verteilung auf. Wenn eine Überdosierung erfolgt ist, enthält der Gegenstand zusätzlich CaO. Vorzugsweise enthält der Gegenstand CaO in geringerem Anteil als Calciumhydroxid. Die Gegenstände zeichnen sich durch eine wesentlich glattere Oberfläche mit einer gesteigerten Abbildungsgenauigkeit von formteilbedingten Einzelheiten und vor allem durch einen blasenfreien Querschnitt des Artikels aus. So hergestellte Regranulate, Agglomerate oder Pellets können problemlos ohne weitere Trocknungsprozesse direkt verarbeitet werden.

In den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 sind verschiedene Recyclingverfahren schematisch dargestellt, bei denen CaO verwendet werden kann. Das erste Recyclingverfahren beschreibt die Verarbeitung von Schnitzelgut direkt im Extruder. Als Ausgangsmaterial wird zerkleinertes Kunststoff-Recycling- Material verwendet und es erfolgt eine Herstellung des Fertigproduktes ohne Verwendung von Kunststoffzwischenprodukten. Bei diesem Recyclingverfahren wird das CaO dem Extruder, vorzugsweise dem Stopfwerk am Extruder zugegeben.

Das zweite Recyclingverfahren beschreibt ebenfalls die Herstellung eines Fertigproduktes, wobei allerdings von Agglomeraten, Granulaten oder Pellets, die ungetrocknet sind, ausgegangen wird. Auch hier wird das CaO dem Extruder zugegeben.

In der Tabelle 2 sind drei weitere Recyclingverfahren dargestellt, wobei das dritte Recyclingverfahren die Regranulierung betrifft. Da die Regranulierung zunächst eine Extrusion voraussetzt, kann auch hier das CaO dem Extruder zugegeben werden. Als Zwischenprodukt erhält man ein trockenes Regranulat.

Das vierte Recyclingverfahren verdeutlicht schematisch die Agglomeration. In diesem Fall wird das CaO dem Agglomerator zugegeben, und man erhält als Zwischenprodukt ein trockenes Agglomerat.

Das fünfte Recyclingverfahren beschreibt das Pelletieren und hier wird das CaO vorzugsweise der Pelletiermaschine zugegeben. Das Ergebnis sind trockene Pellets. Die trockenen Granulate, Agglomerate und Pellets können dann zur Herstellung von Fertigprodukten direkt dem Extruder zugegeben werden, ohne daß weitere Trocknungsmaßnamen erforderlich sind.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von Fertigprodukten aus Feuchtigkeit enthaltendem Kunststoff-Recycling-Material, das in einem Extruder aufgeschmolzen und anschließend einer Weiterverarbeitungsstation zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kunststoff-Recycling-Material pulverförmiges oder gekörntes CaO zugesetzt wird.

2. Verfahren zur Aufarbeitung von Feuchtigkeit enthaltendem Kunststoff- Recycling-Material, das zerkleinert und anschließend zu Zwischenprodukten wie Regranulate, Agglomerate oder Pellets weiterverarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kunststoff-Recycling-Material vor oder während der Weiterverarbeitung pulverförmiges oder gekörntes CaO zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß CaO in einer Menge ≧ 1 Gew.-% zugesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bezogen auf die Feuchtigkeit des Kunststoff-Recycling-Materials CaO im Überschuß zugesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das CaO dem Kunststoff-Recycling-Material vor dem Aufschmelzen zugesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das CaO während des Einfüllens des Kunststoff- Recycling-Materials in den Extruder zugemischt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das extrudierte Kunststoff-Recycling-Material einer Strangextrusionsstrecke oder einer Form zugeführt wird.

8. Gegenstand aus Kunststoff-Recycling-Material, dadurch gekennzeichnet, daß er Ca(OH)₂ in homogener Verteilung aufweist.

9. Gegenstand nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich CaO aufweist.

10. Gegenstand nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß er CaO in geringerem Anteil als Ca(OH)₂ aufweist.