DE2422336A1

DE2422336A1 - Verfahren zur herstellung eines formmaterials aus einem thermoplastischen, synthetischen harz

Info

Publication number: DE2422336A1
Application number: DE2422336A
Authority: DE
Inventors: Osafumi Hidaka; Mitsunobu Homma
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1973-05-09
Filing date: 1974-05-08
Publication date: 1974-11-21
Also published as: FR2228588B1; FR2228588A1; IT1012218B; JPS502075A

Description

DR. E. WIEGAND üi?L. ING. W.

DR. M. KÖHLER DIPL.-ING. C. GERNHARDT ? Λ ? ? Ή R

MÖNCHEN HAMBURG A H £

TELEFON = 555476 8000 M D N C H EN 2,

TELEGRAMME: KARPATENT MATHILDENSTRASSE 12

TELEX: 5 29068 KARPD

8. Kai 1974 W. 42 002/74 3/hch

Teijin Limited
Osaka (Japan)

Verfahren zur Herstellung eines lOrmmaterials aus einem thermoplastischen, synthetischen Harz

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung voxi I^?ormmaterial aus Abfällen eines thermoplastischen, synthetischen Harzes, d.h. auf ein Verfahren zum Regenerieren von Abfällen aus einem thermoplastischen, synthetischen Harz zu einem !Formmaterial.

Thermoplastische, synthetische Harze, wie Polyäthylen, Polypropylenj Polyvinylchlorid, Polyamide, Polycarbcnat oder Polyester werden als Fasern oder Folien in weitem Umfang verwendet. Pei der Herstellung oder Verarbeitung derselben fallen große Kengen an Abfällen, an. Line wirksame Verwendung dieser Abfälle würde die Produktionskosten sehr beträchtlich verringern.

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Es ist ein Verfahren "begannt, bei dem die Abfälle aus einem thermoplastischen, synthetischen-Harz chemisch behandelt werden, um sie zu den Ausgangsverbindungen umzuwandeln. Dieses Verfahren ist jedoch insofern nachteilig, als eine teure Vorrichtung für die Zersetzungsreaktion und eine Anzahl von Verfahrensstufen notv/endig sind.

Ein anderes bekanntes Verfahren besteht darin, die Abfälle des thermoplastischen, synthetischen Harzes zu feinen Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von weniger als 1 mm zu schneiden oder zu pulverisieren und diese schmelzzuextrudieren, um sie als Formmaterial wieder zu verwenden. Es ist jedoch nicht nur äußerst schwierig, die Abfälle zu so kleinen i'eilchen zu schneiden oder zu pulverisieren, sondern es ist auch schwierig, die erhaltenen feinen Teilchen gleichförmig einer Schmelzextrusiorarorrieh-tung zuzuführen, und zwar aufgrund ihrer äußerst schlechten Fließfähigkeit. Ferner ist es unmöglich, sie glatt schmelzzuextrudieren. Ferner hat das se wiedergewonnene Formmaterial einen geringeren Polymerisationsgrad (grundmolare Viskosität /§7)f und zwar deshalb, da es während der Schmelzextrusion einem Abbau durch V/ärme unterworfen war. Aus diesem Grund haben aus einem solchen Material erhaltene Forraprodukte einen sehr geringen Wert.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Fonnmaterials aus Abfällen aus thermoplastischem, synthetischem Harz, bei dem die oben erwähnten Schwierigkeiten nicht auftreten, und bei dem insbesondere keine Verringerung des Polymerisationsgra.des auftritt.

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Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe am besten durch ein Verfahren gelöst wird, bei dem Teile der Abfälle von Fasern oder Folien, die aus einem thermoplastischen, synthetischen Harz bestehen, aus schmalen Düsen extrudiert werden, wobei sie ohne Erhitzen komprimiert werden.

Gegenstand der Erfindung ist.ein Verfahren zur Herstellung eines Formmaterials aus einem thermoplastischen, .synthetischen Harz, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Abfälle von Fasern oder Folien, die aus dem thermoplastischen, synthetischen Harz bestehen, auf eine Länge von 1 bis 20 mm schneidet^diese durch Öffnungen mit einem Durchmesser von 1 bis 8 mm und einer effektiven Länge von 5 bis 150 mm extrudiert, wobei sie ohne Erhitzen unter Bildung eines Bxtrudats komprimiert werden, dessen Oberfläche wenigstens zum Teil durch die Reibungswärme während der Extrusion schmelzverklebt ist, und das Extrudat auf die gewünschte L^lnge schneidet.

Bei dem Formmaterial, das gemäß der Erfindung hergestellt wird, wird durch die Reibungswärme während der Extrusion an die überfläche genügend Wärme abgegeben, um wenigstens einen Teil der Oberfläche zu schmelzvefkleben. Dies erfolgt, damit die Gestalt des Formmaterials beibehalten wird. Während des gesamten Verfahrens wird jedoch mit Ausnahme des Oberflächenteils dem Material^eine Wärine zugeführt, die ungünstige Wirkungen entf.alten würde.

Dieses Formmaterial hat mit anderen Worten eine Struktur, bei der eine Hasse, die durch Kompression der !Teile der Ausgangßfasern oder -folien, die keiner solchen thermischen Einwirkung und dadurch gegebenen nachteiligen Effekten unterworfen wurden, entweder in ihrer ursprünglichen Form cder im verschlungenen, gemischten, gebogenen oder gefalteten Zustand erhalten wurde, von einer dünnen

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Oberflächenschicht überzogen ist, die wenigstens teilweise oder in manchen Fällen äußerst leicht gesintert ist. Ba ein solches Formmaterial hauptsächlich aus einem Harz besteht, das keiner solchen thermischen Einwirkung unterworfeti wurde, v;ird im Vergleich zu dem Ausgangsmaterial kaum ein Abfall des Polymerisationsgrades beobachtet. Dies v/ird in den nachstehenden Beispielen gezeigt. Das Material kann daher für die Herstellung von Fasern oder Folien direkt wieder verwendet werden.

Zum leichteren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird eine bevorzugte Äusführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine Frontansicht eines Beispiels einer Extrudiervorriclitung, die zur praktischen Ausführung der Erfindung geeignet ist.

Fig. 2 stellt einen Querschnitt entlang der Linie II-II¹ der Fig. 1 dar; und

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Linie IH-III¹ der Fig. 2.

In den Fig. 1 und 2 bezeichnet die Bezugsnummer 1 ein drehbares Y/erkzeug in Form eines Hohlzylinders; 2 eine in dem Werkzeug 1 vorgesehene Düse; 3 eine Drehwalze zur Kompressionsextrusion, die im Inneren des "Werkzeugs 1 vorgesehen ist; 4 den Schaft zur Rotation des Werkzeugs 1; 5 einen Schneider und 6 einen Zufuhreinlaß für die Abfälle aus thermoplastischem, synthetischem Harz. Abfälle von Fasern oder Folien aus einem thermoplastischen, synthetischen Harz mit einer Länge von etwa 1 bis 20 mm werden durch die Düsen 2 extrudiert, während sie zwischen den Cber-

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flächen der Drehwalzen 3 und der Innenwand des Werkzeugs 1 komprimiert werden. Das Extrudat wird durch den Schneider "bei den Austrittsöffnungen der Düsen 2 geschnitten.

Fig. 3 zeigt den Extrusionsteil der Pig. 1 und 2 in vergrößertem Maßstab. In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Werkzeug; 2 eine Düse; 3 eine Drehwalze.zur Kompressionsextrusion'; und h die wirksame Länge der Düse

Die Qualifikation des in Fig. 1 bis 3 gezeigten Extruders wird im wesentlichen von solchen Faktoren wie dem Innendurchmesser, der Ereite und der Rotationsgeschwindigkeit des Werkzeugs 1, dem Durchmesser der wirksamen Länge und der Anzahl der Düsen 2, und der Länge und Menge der zugeführten Faser- oder Folienabfälle bestimmt. Insbesondere wird sie stark von der Länge der Fasern oder Folien und dem Durchraesse-r sowie der wirksamen Länge der Düsen bestimmt. Wenn diese Faktoren nicht geeignet gewählt sind, wird die Extrusion schwierig.

Die geeignete Länge der Abfälle aus Fasern oder Folien aus einem thermoplastischen Harz, das gemäß der Erfindung verwendet wird, beträgt 1 bis 20 mm. Die Abfälle sollten deshalb auf diese Länge geschnitten v/erden. Wenn die Länge weniger als 1 mm beträgt, ist die Formbeständigkeit des durch Kompressionsextrusion erhaltenen Extrudats nicht ausreichend. Wenn ein solches Extrudat zur Herstellung eines Formmaterials geschnitten wird oder das geschnittene Formmaterial transportiert wird, neigt es deshalb dazu, zu zerfallen. Ferner ist es schwierig, selche Faser- oder FgIienabfalle auf Längen unter 1 mm zu schneiden, andererseits wird, wenn die Länge über 20 mm beträgt, der Widerstand während der !Compress icnsextrusion größer und das ExtrudiervertTiögen nimmt ab.

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Die besonders bevorzugte Länge beträgt etwa 1,5 bis 10 mm. •Die "Länge" der Abfälle aus Fasern oder Folien aus einem thermoplastischen Harz, wie sie hier gebraucht wird, bezeichnet die Länge des längsten Teils eines- Abfalls. Z.B. bedeutet sie im Falle eines Abfalls aus Fasern die Länge der Fasern selbst. Im Falle einer rechteckigen Folie bedeutet sie die Länge ihrer Diagonale.

Der geeignete Durchmesser der Düse ist etwa 1 bis 8 mm. Bei einem kleineren Düsendurchmesser wird die Extrusion schwierig. Wenn er über 8 mm beträgt, wird die Formbeständigkeit des Extrudats unzufriedenstellend und ferner die Fließfähigkeit des erhaltenen Formmaterials schlecht. Aus diesem Grund ist es schwierig, das Schmelzmaterial gleichmäßig einer Schmelzformvorrichtung zuzuführen. Der besonders bevorzugte Durchmesser der Düse beträgt etwa 2 bis 6 mm. Im allgemeinen haben diese Düsen eine.n kreisförmigen Querschnitt. Sie sind jedoch nicht auf eine reine kreisförmige Gestalt beschränkt. Sie können jede gewünschte Gestalt, wie eine elliptische oder polygonale Gestalt aufweisen. Bei solchen nichtkreisförmigen Gestalten entspricht der Durchschnitt der Längen der längsten und der kürzesten. Achse dem Durchmesser.

Wenn die wirksame Länge (wie in Fig. 3 gezeigt) der . Düse äußerst kurz ist, ist die Formbeständigkeit des Extrudats schlecht, und wenn sie zu lang ist, wird die Extrusion schwierig. Erfindungsgemäß wird deshalb eine Länge von 5 bis 150 mm, insbesondere etwa 7 bis 50 mm angewandt.

Das Extrudat wird zu einer geeigneten gewünschten Länge geschnitten. Die optimale Schnittlänge variiert gemäß dem Durchmesser des Querschnitts des Extrudats, sie kann jedoch im allgemeinen im Bereich von 2 bis 10 mm ge-

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wählt werden.

Wenn der Innendurchmesser des Werkzeugs 1- einer Vorrichtung der Art, wie sie in den Zeichnungen gezeigt.wird, zu klein ist, wird die Anzahl der Extrudierdüsen', die in dem Werkzeug vorgesehen werden sollen, klein. Andererseits wird, wenn der Innendurchmasser größer gemacht wird, das Extrusionsvermögen erhöht, die- Herstellungskosten des Werkzeugs werden jedoch hoch. Deshalb beträgt der Innendurchmesser· des Werkzeugs im allgemeinen 200 bis 2000 mm, vorzugsweise 300 bis 1000 mm. Die Dicke des Werkzeugs beträgt 5 bis 200 mm, vorzugsweise 7 bis 60 mm. Ihr Optimalwert steht in Beziehung zum Durchmesser der Düse. Vorzugsweise ist die Dicke des Werkzeugs verhältnismäßig klein, wenn der Durchmesser der Düse relativ klein ist. Wenn der Durchmesser der Düse relativ groß ist, wird die Dicke gleichfalls verhältnismäßig groß gemacht. Die Breite des Werkzeugs kann frei gewählt v/erden. Je breiter es ist, desto größer ist die Anzahl der Düsen, die in dem Werkzeug vorgesehen werden können, und desto höher ist das Extrusionsvermögen. Gleichzeitig wird jedoch die Antriebskraft größer. Deshalb wird die Breite des Werkzeugs von wirtschaftlichen Gesichtspunkten bestimmt. Im allgemeinen beträgt die Breite 50 bis 1000 mm, vorzugsweise etwa 50 bis 500 mm. Die Zahl der Rotationen des Werkzeugs kann frei gewählt werden und wird in geeigneter V/eise unter Einbeziehung des Extrusionsvermögens und der Drelikraft und dgl. bestimmt. Im allgemeinen beträgt sie 10 bis 4000 U/min., vorzugsweise etwa 50 bis 2000 U/nin.

Die Größe der Druckextruderwalzen, die innerhalb des Werk_zeugs vorgesehen sind, ist fakultativ. Es können eine oder mehrere solcher Walzen vorgesehen werden. Die Rotationsgeschwindigkeit der Walzen (Oberflächengeschwindigkeit) ist gleichfalls frei wählbar und kann gleich oder unterschiedlich der Oberflächengeschwindigkeit der Innenwand des Werkzeugs sein. Sie wird unter Berücksichtigung der Extrusions-

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menge bestimmt.

Bei der praktischen Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung werden die Abfälle aus Fasern oder Folien, die verwendet werden sollen, vorzugsweise vorher gewaschen, um jegliche Fremdstoffe, wie Öle oder Staub, die darauf haften, zu entfernen. Jedes geeignete Verfahren kann zur Durchführung dieses Waschvorgangs angewandt werden. Beispielsweise werden im Fall von Abfällen eines Polyesters, wie Polyäthylenterephthalat, diese mit wenigstens einem der Lösungsmittel, wie Wasser, Methanol, Glykol, Aceton oder Tetrachlorkohlenstoff bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur gewaschen. Nach dem Waschen werden die Abfälle getrocknet und zur Verarbeitung gemäß dem Verfahren nach der Erfindung bereitgestellt. Statt getrocknet zu werden können sie auch in geeigneter Weise vor der Verwendung abgequetscht werden. Das Waschen kann entweder vor oder nach dem Schneiden der Abfälle auf eine Länge von 1 bis 20 mm ■durchgeführt werden.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung ist es möglich, eine vorbestimmte Menge eines Zusatzes, wie eines Farbmittelsι Schmiermittels, Stabilisiermittels, feuerhemmend machenden Mittels oder antistatisch machenden Mittels und dgl. der Extrudiervorrichtung zuzuführen und zusammen mit den Faser- oder Folienabfällen zu komprimieren und zu extrudieren, um ein diese Zusätze enthaltendes Formmaterial zu bilden. Es ist auch möglich, die Zusätze in einem größeren Anteil zuzumischen, um sogenannte "Hauptschnitzel" (master chips) zu erzeugen. Die Faser- oder Folienabfälle, die gemäß der Erfindung verwendet werden, können aus jedem dchmelzfcrnbaren thermoplas-t ι hen synthetischen Harz bestehen. Faser- oder Folienabfälle, die aus Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyamiden, Polycarbonat oder Polyestern bestehen, werden jedoch besonders bevorzugt.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.

In den Beispielen ist die grundmolare Viskosität ß der in einer o-Chlorophenollösung bei 35⁰C gemessene Wert.

Beispiel 1

terejphthalat-

Polyäthylenfaserabfälle ( 3 Denier) mit einer grundmolaren Viskosität von 0,630 und unregelmäßigen Längen wurden 1 Stunde mit Wasser gewaschen, 60 Minuten mit heißer Luft bei etwa 100°C getrocknet und anschließend auf eine durchschnittliche Länge von etwa 5 mm geschnitten, wobei ein Schneider mit einem Sieb mit einem Durchmesser von 10 mm verwendet wurde. Die Faserabfälle wurden kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 130 kg/Std. einer Extrudiervorrichtung, der Art, wie sie in Figur 1 gezeigt ist, zugeführt, die ein Werkzeug mit einem Innendurchmesser von 500 mm und einer Breite von 100 mm umfaßte, worin 2000 kreisförmige Düsen mit einem Durchmesser von 5 mm und einer wirksamen Länge von 20 mm vorgesehen waren, und d,^as 2 Drtickextrudierwalzen mit einem Durchmesser von 150 mm umfaßte. Die Drehgeschwindigkeit des Werkzeugs betrug 200 U/min, und die der Druckextruderwalzen 500 U/min.. Das Extrudat wurde auf eine durchschnittliche Länge von 6 mm geschnitten, um ein Formmaterial in Gestalt von Pellets, die einen Durchmesser von etwa 5 mm und eine Länge von etwa 6 mm, sowie eine scheinbare Dichte von 0,58 g/cm hätten, herzustellen.

Das Formmaterial bestand aus einer Fasermasse, bei der die Oberfläche etwa zur Hälfte schmelzverklebt war und deren Inneres nicht geschmolzen war. Das Formmaterial hatte eine grundmolare Viskosität (intrinsic viscosity) von 0,630 (das bedeutet keine Verringerung des Polymerisationsgrades im Vergleich zu dem Ausgangsabfallmaterial) und einen Huhewinkel von 4?° (dies bedeutet gute Fließfähigkeit).

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Das Formmaterial wurde bei 160⁰C 2 Stunden getrocknet, um seinen Feuchtigkeitsgehalt auf 0,005 % zu verringern und anschließend bei 29ΟΌ mittels eines gebräuchlichen Verfahrens schmelzgesponnen, worauf es mittels eines gebräuchlichen Verfahrens unter Eildung eines mehrfädigen Garns (150 Denier/ 50 Fäden) auf das 2,4-fache gestreckt

wurde. Das Spinnen und das Ziehen konnten sehr glatt durchgeführt werden. Das erhaltene Garn hatte eine grundmolare Viskosität von 0,614.

Beispiel 2

Die selben Polyäthylenterephthalatfaserabfälle, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurden, wurden 30 Minuten mit warmem Wasser von 6O¹C gewaschen, 60 Minuten mit heißer Luft bei 10O¹G getrocknet und zu einer Durchschnittslänge von etwa 2 mm geschnitten, wobei ein Schneider mit einen: Sieb eines Durchmessers von 8 mm verwendet wurde. Die geschnittenen Faserabfälle wurden kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 110 kg/Std. in die selbe Extrudiervorrichtung, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, zugeführt, jedoch hatten die Düsen einen Durchmesser von 4 mm und eine wirksc.rue Länge von 16 mm. Gleichzeitig wurde feinverteilter Ruß in die Vorrichtung mit einer Geschwindigkeit von 34 kg/Std. eingeführt. Sie wurden unter Druck extrudiert und dann zu einer durchschnittlichen Länge von 4 mm geschnitten. Die Arbeitsbedingungen bezüglich der Vorrichtung waren die gleichen wie in Beispiel 1. Das erhaltene Formmaterial hatte eine scheinbare Dichte von 0,65 g/cm"¹, eine grundmolare Viskosität von 0,630 und einen Ruhewinkel von 46°.

Das Formmaterial wurde in gleicher V/eise wie in Beispiel 1 beschrieben, getrocknet, gesponnen und gezogen. Die erhaltenen Fäden hatten eine grundmolare Viskosität von 0,611, und es wurde gefunden, daß der Ruß in den Fäden gleichmäßig dispergiert war.

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Beispiel 3

Endabfälle einer 12 Mikron starken, biaxial orientierten Polyäthylenterephthalatfolie mit einer grundmolaren Viskosität von 0,600 wurden zu Flocken mit einer durchschnittlichen Länge von etwa 5 mm geschnitten, wobei ein Flockenschneider verwendet wurde. Die Abfälle wurden kontinuierlich in die selbe Ex'trudiervorrichtung, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, bei einer Geschwindigkeit von 150 kg/Std. zugeführt. Die Rotationsgeschwindigkeit des Werkzeugs betrug 200 U/min., und die Rotationsgeschwindigkeit der Druckextrudierwalze war 500 U/min.. Das Extrudat wurde auf eine Durchschnittslärige von 6 mm unter Bildung eines Formmaterials in Gestalt von Pellets, die einen Durchmesser von etwa 5 mm, eine Länge von etwa 6 mm und eine scheinbare Dichte von Oj59 g/cm hatten, geschnitten.

Dieses Formmaterial bestand aus einer Masse von Folienabfällen, in der die Oberfläche etwa zur Hälfte schmelzverklebt war und deren Inneres nicht schmelzverklett war. Die Formmasse hatte eine grundmolare Viskosität von 0,600 und einen ßuhewinkel von 46°.

30 Gewichtsteile dieses 'Formmaterials wurden mit 70 Gewichtsteilen frischen Polyäthylenterephthalatpellets (3x3x2 mm) mit einer grundmolaren Viskosität von 0,640 gemischt, 2 Stunden.bei 160⁰C getrocknet, um den Feuchtigkeitsgehalt der Mischung auf 0,005 % zu verringern. Anschließend wurde die Mischung mittels eines gebräuchlichen Verfahrens bei einer Schmelztemperatur von 290-C in Folienform schmelzextrudiert. Die Folie wurde anschließend bei 8CPC und einem Verhältnis von 3,4 χ 3,2 unter Bildung einer biaxial orientierten Folie mit einer Dicke von 12 Mikron biaxial gestreckt. Die Extrusion und das Strecken konnten sehr glatt durchgeführt werden. Die Folie hatte eine grundmolare Viskosität von 0,600.

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Claims

8- Mai 1974 W. 42 002/74 3/hch

Patentansprüche

!^Verfahren zur Herstellung eines Fcrmmaterials aus ei&öm thermoplastischen, synthetischen Bars, dadurch gekennzeichnet, daß man Abfälle von Pasern oder Folien, die aus dem thermoplastischen, synthetischen Harz "bestehen, auf eine Länge τοη 1 bis 20 mm schneidet diese durch Öffnungen mit einem Durchmesser von 1 bis 8 mm und einer effektiven Länge von 5 bis 150 mm extrudiert, wobei sie ohne Erhitzen unter !bildung eines Extrudat3 komprimiert v/erden, dessen Oberfläche wenigstens zum Teil durch die Reibungswärme während dor Extrusion schmelzverklebt ist, und das Extrudat auf die gewünschte Länge schneidet.
2.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Abfälle von Fasern oder Folien, die aus thermoplastischem, synthetischem Harz bestehen, auf eine Länge von 1,5 bis 10 mm schneidet, diese durch Öffnungen mit einem Durchmesser von 2 bis 6 mm und einer effektiven Länge von 7 bis 50 mm extrudiert, wobei sie ohne Erhitzen unter Bildung eines Extrudates komprimiert werden, dessen Oberfläche wenigstens zum Teil durch die Reibungswärme während der Extrusion schmelzverklebt ist, und das Extrudat auf die gewünschte Länge schneidet.

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