DE19839147A1 - Verfahren zur Aufbereitung von gebrauchtem Kunststoffmaterial sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von gebrauchtem thermoplastischen Kunststoffmaterial, welches mit einem insbesondere organischen Farbstoff eingefärbt ist, zum Zwecke der Wiederverwendung des Kunststoffmate­ rials.

Zur Schonung der Erdölreserven werden gebrauchte Kunst­ stoffmaterialien zunehmend recycliert, um sie einer er­ neuten Verwendung zuzuführen. Bei thermoplastischen Kunststoffmaterialien besteht das einfachste Recycling­ verfahren darin, daß die Kunststoffmaterialien unsortiert gesammelt und eingeschmolzen werden. Aus der Schmelze können dann Formteile, beispielsweise Gebrauchsgegenstän­ de, Gehäuse - jedoch mit großen Einschränkungen - auch für die Herstellung textiler Flächengebilde geeignete Fä­ den gebildet werden.

Die meisten thermoplastischen Kunststoffmaterialien kön­ nen ohne vorherige Sortierung nur für minderwertige oder in der Menge begrenzte, weil schwarz eingefärbte Gegen­ stände verwendet werden, da der Kunststoff nicht sorten­ rein vorliegt und zudem auch mit Farbstoffen verschiede­ ner Farben eingefärbt ist. Eine Sortierung ist in vielen Bereichen wirtschaftlich nicht vertretbar. Es gibt jedoch Bereiche, in denen beachtliche Mengen an sortenreinen Kunststoffmaterialien anfallen, beispielsweise die aus Polyester bestehenden Sitzbezugsstoffe von Automobilen oder bestimmte Arten von Bekleidungsstücken, wie wasser­ undurchlässige, jedoch dampfdurchlässige Regenjacken, wie sie unter den Marken "Goretex" und "Sympatex" bekannt sind. Im letzteren Fall ist durch organisatorische Maß­ nahmen und Kennzeichnung erreicht worden, daß das Kunst­ stoffmaterial beim Recyclieren sorten- und farbgleich vorliegt und deshalb das eingeschmolzene Kunststoffmate­ rial nahezu die gleiche Qualität hat wie das ungebrauchte Ausgangsmaterial.

Die hierfür erforderlichen organisatorischen Maßnahmen sind jedoch aufwendig. Zudem liegt es im modischen Trend, Sitzbezugsstoffe - wie andere Bezugsstoffe - und auch Re­ genjacken mehrfarbig zu gestalten. Ein Einschmelzen sol­ cher Kunststoffmaterialien hat zwingend zur Folge, daß sich eine meist unansehnliche Mischfarbe bildet, so daß das Kunststoffmaterial nicht mehr für den bisherigen Ver­ wendungszweck geeignet ist, sondern - wie schon oben dar­ gestellt - nur noch minderwertigen Anwendungen zugeführt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eingefärbte thermoplastische Kunststoffmaterialien zum Zwecke ihrer Wiederverwendung so aufbereitet werden, daß das Kunststoffmaterial nach dem Einschmelzen wieder einer hochwertigen Verwendung, vorzugsweise der gleichen Verwendung wie vorher, zuge­ führt werden kann. Eine weitere Aufgabe besteht in der Gestaltung einer für die Durchführung des Verfahrens ge­ eigneten Vorrichtung.

Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kunststoffmaterial durch Einwirken eines Behand­ lungsgases in überkritischem Zustand und bei einer zwi­ schen der Glasübergangstemperatur und der Schmelztempera­ tur des Kunststoffmaterials liegenden Einwirkungstempera­ tur wenigstens teilweise entfärbt wird. Grundgedanke der Erfindung ist es somit, das Kunststoffmaterial möglichst weitgehend, im Idealfall vollständig von dem Farbstoff zu befreien und es erst dann einzuschmelzen. Man erhält auf diese Weise eine im wesentlichen farbstofffreie Kunst­ stoffschmelze, aus der dann Kunststoffmaterial in jeder gewünschten Form, insbesondere auch für textile Zwecke geeignete Kunststoffäden oder -fasern, gewonnen werden können. Diese Produkte lassen sich anschließend mit jeder gewünschten Farbe einfärben und damit für die Herstellung derselben Produkte verwenden, von denen sie stammen. Da­ bei ist man bei der erneuten Einfärbung an die ursprüng­ liche Einfärbung nicht mehr gebunden und kann deshalb auf aktuelle Farbmoden Rücksicht nehmen.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß durch die Ein­ wirkung eines Behandlungsgases in überkritischem Zustand und bei einer zwischen der Glasübergangstemperatur und der Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials liegenden Einwirkungstemperatur eine gründliche Entfärbung des Kunststoffmaterials erzielt wird. Dabei ist von besonde­ rem Vorzug, daß gleichzeitig auch durch den Gebrauch ent­ standene Verschmutzungen wie Nikotin, Anti- Elektrostatika, Gleit- und Wachsmittel etc. entfernt wer­ den, so daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein weitgehend entfärbtes und zudem gereinigtes Kunststoffma­ terial vorliegt, das sich mit anderen, nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren aufbereiteten Chargen mischen und einschmelzen läßt.

Besonders geeignet für das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Behandlungsgas, das zumindest im wesentlichen aus CO₂ besteht. Dieses Behandlungsgas eignet sich deshalb beson­ ders, weil es problemlos handhabbar ist, aus der Luft ge­ wonnen und in diese wieder abgegeben und deshalb umwelt­ neutral ist, in beliebiger Menge zur Verfügung steht und seinen überkritischen Zustand bei den hier in Frage ste­ henden Einwirkungstemperaturen bei beherrschbaren Drücken erreicht. Dem Behandlungsgas können Zusatzgase beige­ mischt sein, die beispielsweise als Fettlöser wirken.

Für eine möglichst weitgehende Entfärbung des Kunststoff­ materials und zwecks Erreichen möglichst kurzer Einwir­ kungszeiten sollte das Kunststoffmaterial vor dem Entfär­ ben zerkleinert, beispielsweise gemahlen werden, es sei denn, das Kunststoffmaterial liegt schon in kleinteiliger Form vor. Hierdurch erreicht man eine große Oberfläche des Kunststoffmaterials mit der Folge, daß die Diffusi­ onswege kurz sind und folglich der Entfärbungsvorgang zü­ gig vonstatten geht.

Für das erfindungsgemäße Verfahren sollten nach Möglich­ keit sortenreine Kunststoffmaterialien verwendet werden oder jedenfalls solche, die im wesentlichen gleiche Glas­ übergangs- und Schmelztemperaturen aufweisen. Ferner ist es für die Entfärbungswirksamkeit von Vorteil, wenn für einen Entfärbungsvorgang im wesentlichen farblich gleiche - sie können auch mehrfarbig sein - Kunststoffmaterialien eingesetzt werden.

Die durch das überkritische Behandlungsgas extrahierten Farbstoffe sollten durch ein Absorptions- und/oder Ad­ sorptionsmittel möglichst umgehend gebunden werden, um ein erneutes Eindiffundieren zu verhindern. Als Adsorpti­ onsmittel eignet sich insbesondere feinst vermahlene Ak­ tivkohle. Der angelagerte Farbstoff und weitere Restpro­ dukte liegen dann in Pulverform vor und können nach Ab­ klärung der chemischen Verwendbarkeit ebenfalls in einen Wertstoffkreislauf gegeben werden.

Der zweite Teil der Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, die gekennzeichnet ist durch ei­ nen Druckbehälter als Behandlungsraum für das Kunststoff­ material, einen Behandlungsgas enthaltenden Gasbehälter mit einer einen Gasförderer aufweisenden Gaszufuhr zu dem Druckbehälter sowie mit einer Heizeinrichtung für die Aufheizung des Behandlungsgases. Das aufzubereitende Kunststoffmaterial kann in den Gasbehälter eingesetzt werden. Vom Gasbehälter kann dann das Behandlungsgas über die Gaszufuhr in den Druckbehälter eingeführt und dort über die Heizeinrichtung auf die Einwirkungstemperatur gebracht werden. Die Heizeinrichtung kann auch als Durch­ laufheizeinrichtung Teil der Gaszufuhr sein.

Der Gasförderer ist zweckmäßigerweise als Kompressor aus­ gebildet, um den notwendigen Druck zwecks Erhalt des überkritischen Zustandes aufzubauen. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise als Heizmantel im Druckbehälter aus­ gebildet sein, wie dies bei Autoklaven der Fall ist. In­ nerhalb des Druckbehälters ist zweckmäßigerweise eine Trageinrichtung für das Kunststoffmaterial angeordnet, um es dem Behandlungsgas von allen Seiten aussetzen zu kön­ nen. Sofern die Trageinrichtung Wandungen aufweist, soll­ ten diese aus dem vorgenannten Grund perforiert ausgebil­ det sein. Für die Aufbereitung von textilen Flächengebil­ den, wie Geweben, Gewirken, Gestricken oder dergleichen, eignet sich eine Traghülse als Trageinrichtung.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Trageinrichtung drehbar gelagert ist und mittels eines Drehantriebs in Drehbewegung versetzbar ist. Dies fördert die Diffusion des Behandlungsgases. Ferner sollte eine Ab- und/oder Adsorptionseinrichtung für die Ab- bzw. Adsorption des Farbstoffes vorgesehen sein. Deren Wirk­ samkeit wird verbessert, wenn sie in einem Gaskreislauf mit einer Gasfördereinrichtung angeordnet ist, so daß das in dem Druckbehälter befindliche Behandlungsgas kontinu­ ierlich und gerichtet durch die Ab- bzw. Adsorptionsein­ richtung geführt wird. Damit das Behandlungsgas dabei nicht an Temperatur verliert, sollte der Gaskreislauf zu­ sätzlich ein Heizgerät aufweisen.

Schließlich ist nach der Erfindung vorgesehen, daß zu­ sätzlich eine Zerkleinerungseinrichtung vorhanden ist, in der das Kunststoffmaterial zunächst in kleine Teilchen zerkleinert und erst dann dem Druckbehälter zugeführt wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels für die Vorrichtung näher veranschaulicht. Hauptteil der Vorrichtung 1 ist ein Autoklav 2, der im Querschnitt dargestellt ist und der einen Heizmantel 3 aufweist. In dem Autoklav 2 befindet sich eine Traghülse 4, deren Mantel perforiert ist und die oben- und unten­ seitig Randscheiben 5, 6 aufweist. Auf die Traghülse 4 kann beispielsweise ein textiles Flächengebilde aufgewic­ kelt werden. Die Traghülse 4 hängt an einer Drehwelle 7, die nach oben aus dem Autoklav 2 herausragt und mit einem Antriebsmotor 8 verbunden ist.

Eine CO₂ enthaltende Gasflasche 9 ist über eine Gaszu­ fuhrleitung 10 mit dem Innenraum des Autoklaven 2 verbun­ den. In der Gaszufuhrleitung 10 sitzt ein Kompressor 11, der das CO₂-Gas aus der Gasflache 9 auf einen hohen Druck bringt und in den Autoklaven 2 befördert. Vor und hinter dem Kompressor 11 sind hier nicht näher dargestellte Ven­ tile in die Gaszuführleitung 10 eingebaut, um die Gaszu­ fuhr einstellen zu können.

Unterhalb des Bodens des Autoklaven 2 ist ein Aktivkohle­ behälter 12 angeordnet, der zum Innenraum des Autoklaven 2 hin offen ist. Die Unterseite des Aktivkohlebehälters 12 ist an eine Zirkulationsleitung 13 angeschlossen, in der in Strömungsrichtung gesehen nacheinander ein Heizge­ rät 14, eine Zirkulationspumpe 15 und ein Filter 16 ein­ gebaut sind. Die Zirkulationsleitung 13 mündet nach dem Filter 16 wieder in den Innenraum des Autoklaven 2. Mit Hilfe der Zirkulationspumpe 15 kann das in dem Autoklaven 2 befindliche Gas durch den Aktivkohle enthaltenden Ak­ tivkohlebehälter 12 hindurchgesaugt und dann wieder in den Autoklaven 2 zurückgeführt werden, wobei das Heizge­ rät 14 dafür sorgt, daß der mit der Zirkulation verbunde­ ne Wärmeverlust wieder ausgeglichen wird.

Vom Deckel des Autoklaven 2 geht eine Gasmeßleitung 17 zu einer Meßeinrichtung 18. Hier werden Druck und Temperatur des in dem Autoklaven 2 befindlichen Behandlungsgases ge­ messen und zu deren Kontrolle angezeigt. Ferner ist eine Ablaßleitung 19 vorhanden, die durch ein hier nicht näher dargestelltes Ventil, das während des Aufbereitungspro­ zesses geschlossen ist, geöffnet werden kann.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Entfärbungs­ verfahrens wird die Traghülse 4 aus dem Autoklaven 2 ent­ nommen und das textile Flächengebilde aufgewickelt. Nach dem Einsetzen der Traghülse 4 und der Verbindung mit der Drehwelle 7 wird der Autoklav 2 geschlossen. Dann wird Behandlungsgas aus der Gasflasche 9 genommen und mittels des Kompressors 11 mit hohem Druck in den Autoklaven 2 eingeführt. Sofern das textile Flächengebilde aus Poly­ ester besteht, wird das Behandlungsgas durch den Heizman­ tel 3 auf eine Einwirkungstemperatur von ca. 130°C er­ hitzt. Damit bei dieser Temperatur ein überkritischer Zu­ stand des Behandlungsgases CO₂ erreicht wird, wird das Behandlungsgas auf einen Druck von 280 bar gebracht.

Während der Einwirkung des Behandlungsgases unter den vorgenannten Druck- und Temperaturbedingungen wird die Traghülse 4 durch den Antriebsmotor 8 ständig gedreht, und zwar mit einer Drehzahl von 600 U/min. Gleichzeitig wird das Behandlungsgas über die Zirkulationspumpe 15 in der Zirkulationsleitung 13 umgewälzt, wobei es den Aktiv­ kohlebehälter und die darin enthaltene, feinst gemahlene Aktivkohle passiert. Die durch das Behandlungsgas aus dem Kunststoffmaterial extrahierten Farbstoffe lagern sich in Pulverform an der Aktivkohle an. Nach ca. einer Stunde ist der Farbstoff weitgehend aus dem Kunststoffmaterial entfernt, und es kann aus dem Autoklaven 2 entnommen wer­ den.

Die Wirksamkeit des Verfahrens läßt sich verbessern, wenn das Kunststoffmaterial zuvor zerkleinert wird, da auf­ grund der dann vorhandenen größeren Oberflächen geringere Diffusionswege gegeben sind. Nach dem Entfärbungsvorgang kann das Kunststoffmaterial eingeschmolzen werden, wobei auch eine Vielzahl von in dem Autoklaven 2 aufbereiteten Chargen gemeinsam eingeschmolzen werden können. Aus der Schmelze lassen sich dann wieder Fasern oder Fäden mit üblichen Methoden herstellen, die je nach gewünschtem Verwendungszweck weiterverarbeitet werden, um textile Flächengebilde herzustellen. Diese können dann wieder eingefärbt und/oder bedruckt werden. Anschließend erfolgt die Konfektionierung und Verarbeitung zum Endprodukt, z. B. zur Herstellung von Autositzen. Dieser Stoffkreis­ lauf kann nach den bisher vorliegenden Erfahrungen bis zu zehnmal vollzogen werden.

Claims (17)

1. Verfahren zur Aufbereitung von gebrauchtem thermopla­ stischen Kunststoffmaterial, welches mit einem insbe­ sondere organischen Farbstoff eingefärbt ist, zum Zwecke der Wiederverwendung des Kunststoffmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial durch Einwirken eines Behandlungsgases in überkriti­ schem Zustand und bei einer zwischen der Glasüber­ gangstemperatur und der Schmelztemperatur des Kunst­ stoffmaterials liegenden Einwirkungstemperatur wenig­ stens teilweise entfärbt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein CO₂ im wesentlichen enthaltendes oder daraus bestehendes Behandlungsgas verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kunststoffmaterial vor dem Einfär­ ben zerkleinert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial im wesent­ lichen sortenrein entfärbt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Entfärbungsvorgang im wesentlichen farblich gleiche Kunststoffmaterialien eingesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Entfärben ein Ab- und/oder Adsorptionsmittel zur Bindung des Farbstoffs verwen­ det wird.

7. Vorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ei­ nen Druckbehälter (2) als Behandlungsraum für das Kunststoffmaterial, einen ein Behandlungsgas enthal­ tenden Gasbehälter (9) mit einer einen Gasförderer (11) aufweisenden Gaszufuhr (10) zu dem Druckbehälter (2) sowie mit einer Heizeinrichtung (3) für die Auf­ heizung des Behandlungsgases.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasförderer als Kompressor (11) ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Heizeinrichtung als Heizmantel (3) im Druckbehälter (2) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Druckbehälter (2) eine Trageinrichtung (4) für das Kunststoffmaterial ange­ ordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trageinrichtung (4) perforierte Wandungen aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trageinrichtung als Traghülse (4) ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Trageinrichtung (4) drehbar gelagert ist und mittels eines Drehantriebs (8) in Drehbewegung versetzbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Ab- und/oder Adsorpti­ onseinrichtung (12) für die Ab- bzw. Adsorption des Farbstoffs vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab- bzw. Adsorptionseinrichtung (12) in einem Gaskreislauf (13) mit einer Gasfördereinrichtung (15) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaskreislauf (13) zusätzlich ein Heizgerät (14) für das darin zirkulierende Behandlungsgas auf­ weist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Zerkleine­ rungseinrichtung vorgesehen ist.