DE3802127C1 - - Google Patents

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DE3802127C1
DE3802127C1 DE3802127A DE3802127A DE3802127C1 DE 3802127 C1 DE3802127 C1 DE 3802127C1 DE 3802127 A DE3802127 A DE 3802127A DE 3802127 A DE3802127 A DE 3802127A DE 3802127 C1 DE3802127 C1 DE 3802127C1
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Hans-Gerd 5650 Solingen De Kaiser
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KAISER, HANS-GERD, 5650 SOLINGEN, DE
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Kaiser H-G
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Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Reinigungsverfahren für die Säuberung von schwer zugänglichen Maschinenteilen bei der Förderung und/oder Formung von Werkstoffen in pastösem Zustand, insbesondere im Zusammenhang mit der Umstellung des verarbeiteten Werkstoffs. Dabei geht es hauptsächlich um die Entfernung von Formmassen-Rückständen bei der Umstellung auf einen anderen Werkstoff. So bezieht sich die Erfindung auf eine Vereinfachung des Wechsels der zu verarbeitenden Formmasse auf Kunststoffverarbeitungsmaschinen wie etwa Extrudern, Spritzgußmaschinen und Blasformanlagen durch Beschleunigung des Austrags von Altsubstanz aus Platiziereinheit und Düsenbereich; ein analoges Einsatzfeld ergibt sich etwa beim Betrieb von Knetwerken.
Verfahren und Hilfsmittel zur Reinigung von Metallflächen sind im Stand der Technik bekannt. Eine Übersicht bietet etwa Wm. W. Niven: Industrial Detergency S. 254 bis 258, Reinhold Publishing Corporation, New York 1955. Dort werden alkalische, wasserhaltige Reinigungsmittel diskutiert und ihre verseifende Wirkung gegenüber fettigen Verunreinigungen angesprochen. Der herkömmliche Kenntnisstand zur Metallreinigung bietet jedoch keinen Weg zur Überwindung der besonderen Probleme, die mit der Reinigung schwer zugänglicher Maschinenteile bei Formung und/oder Förderung pastöser Werkstoffe verknüpft sind.
Beim Herstellen definierter Formkörper aus pastösen Werkstoffen, wie etwa Thermoplasten oder Duroplasten, aber auch beim Bearbeiten anderer Substanzen in erweichtem Zustand, als Schmelze oder Paste, wird folgende Erfahrung gemacht:
In den Maschinenteilen, die mit der viskosen Formmasse in Berührung kommen, zum Beispiel Platiziereinheit und Düse beim Spritzgießen, bleibt Formmasse zurück. Diese Rückstände werden bei einer Umstellung allmählich ausgetragen und verunreinigen die nachfolgenden Formkörper und führen zu ästhetisch oder physikalisch unbrauchbaren Formkörpern.
Dieses Problem stellt sich beispielsweise in der kunststoffverarbeitenden Industrie beim Farbwechsel innerhalb einer Serie. Zeit-, Energie- und Rohstoffverluste bis zur Erzielung farblich einwandfreier Produkte sind erheblich.
So ist zum Beispiel bei der Farbumstellung von einer beigen ABS-(Acrylnitril-Butadien-Styrol)-Masse auf eine gleichartige weiße Masse bei herkömmlicher Spritzgußfertigung von 350 g schweren Teilen mit dem Durchsatz von 650 kg ABS-Masse zu rechnen, bis rein weiße Formkörper resultieren.
Das oben skizzierte Reinigungsverfahren, d. h. Arbeiten mit neuem Werkstoff, bis einwandfreie Formkörper erzielt werden, und Verwerfen der untauglichen Formkörper aus Mischmaterial ist unter Wirtschafts- (Kosten von Material und Energie für unbrauchbare Produkte) und Entsorgungsgesichtspunkten (Deponiebelastung durch unbrauchbare und weitgehend unverrottbare Formteile, Umweltbelastung bei Verbrennung, geringe Rezyklisierungsmöglichkeit wegen Materialmischung) nicht zu rechtfertigen.
Demontage und manuelle Reinigung ist ebenso ein teurer Weg. Zur Umgehung dieses Problems ist im Stand der Technik eine weitere Methode bekannt.
Dabei handelt es sich um das Einbringen von Abrasionspartikeln, z. B. Al₂O₃, in Suspension mit organischen Lösemitteln. Die Abrasionspartikel werden mit dem Lösemittel, meist einem Aromaten, und dem Granulat, den Schnitzeln bzw. dem sonstigen vorbereiteten Ausgangsmaterial in den Fülltrichter des Plastizierwerks gegeben. Durch die kombinierte Wirkung des organischen Lösemittels, das zumindest ein Anquellen der Werkstoff-Rückstände im Schneckengang und in den Düsen bewirkt, wodurch der Austrag erleichtert wird, und der Scheuerwirkung der Abrasionspartikel läßt sich der Anteil von unbrauchbaren Formkörpern aus Mischwerkstoff wegen des schnelleren Austrags der Restsubstanzen wesentlich verringern.
Aus Arbeitsschutz- und Umweltgesichtspunkten sind derartige Reinigungsmittel aber nicht problemfrei.
Transport, Lagerhaltung und Handhabung derartiger Reinigungsmittel sind wegen des notwendigen Anteils organischer Lösemittel mit Risiken verbunden. Wegen ihrer Brennbarkeit und/oder Toxizität stellen sie Gefahrenquellen dar.
Der Umgang mit ihnen unterliegt aus Gründen des Arbeits- und Sachschutzes behördlichen Auflagen (VO über brennbare Flüssigkeiten; GefahrgutVO Straße; Chemikaliengesetz; VO über gefährliche Arbeitsstoffe). Da beim Erwärmen dieser Stoffe in der Maschine die Dämpfe entweichen müssen, kann es leicht zur lokalen Überschreitung von Richtkonzentrationen (MAK-Werte) kommen.
Zudem sind die verwendeten Substanzmengen nicht unerheblich. Pro Umstellung werden je nach Abmessung der zu reinigenden Maschine 0,2 l bis 1,5 l der Suspension eingesetzt. Entsprechend muß die Vorratshaltung im Betrieb ausgelegt sein, so daß sich ein nicht geringes Dauerrisiko ergibt.
Die geringe Stabilität der Suspensionen führt außerdem dazu, daß vor Gebrauch ein sorgfältiges Durchmischen erforderlich ist, wenn der gewünschte Verteilungsgrad im Ausgangsmaterial und damit die gewünschte Wirkung erzielt werden soll.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Reinigungsverfahren zur Verfügung zu stellen, das zuverlässig und schnell bei geringem Materialeinsatz des Folgewerkstoffs Rückstände der zuvor verarbeiteten Formmasse austragen hilft, wobei die Verwendung von Reinigungsmitteln möglich sind, die handhabungsfreundlich sind und in bezug auf Brandgefahr und Toxizität keine Probleme aufwerfen.
Diese Aufgabe wurde überraschenderweise durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und die Verwendung von flüssigen Fertigreinigungsmitteln nach Anspruch 6 gelöst. Die jeweiligen Unteransprüche 2 bis 5 und 7 bis 11 stellen zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung dar.
Wie im Ausführungsbeispiel gezeigt wird, ist das erfindungsgemäße Verfahren hocheffizient. Innerhalb von wenigen Minuten lassen sich Werkstoff-Umstellungen vornehmen, die sonst bei hoher Ausschuß- Produktion mehrere Stunden brauchen. Dabei muß gesehen werden, daß das H₂O als human- und umwelttoxikologisch völlig unbedenkliches Lösemittel Anwendung finden kann. Bei den unter Schmelzpunktsgesichtspunkten in Frage kommenden Salzen gibt es eine hinreichende, jedem Chemiker geläufige Auswahl an Substanzen, die keine Gefahrstoffe darstellen. Die meisten der hier interessanten Kunststoffverarbeitungsverfahren laufen bei Temperaturen zwischen 100 und 200°C ab. Daß Salz, Lösemittel und sämtliche Additive farblos und bei der Verarbeitungstemperatur des Folgewerkstoffs inert sein müssen, ergibt sich aus der Aufgabenstellung.
Wenn die Wirksubstanz, das organische und/oder anorganische Salz nach der Erfindung als Lösung vorliegt, ist Homogenität gewährleistet. Eine Trennung mit den nachfolgenden Verteilungsproblemen im Granulat, d. h. schlechter Reinigungswirkung, kann nicht stattfinden.
Unter dem Gesichtspunkt der gleichmäßigen Dispersion im Plastifiziergut erweist sich bei Verfahren und Verwendung gemäß der Erfindung aber ein Zusatz von Tensiden als zweckmäßig, so daß die Oberflächenspannung zwischen dem jeweiligen Kunststoff und der Reinigungslösung herabgesetzt wird.
Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Werkstofftypen oder bestimmte Kombinationen von aufeinanderfolgenden Substanzen beschränkt. Als Bespiele seien genannt: ABS, AMMA, CA, DPA, EP, EVA, EVAL, HDPE, LDPE, MBS, PA, PC, PMMA, PS, PVC, POM, PPR, PBT, SAN, UF. Die Formmassen können gefüllt oder ungefüllt sein.
In Hinsicht auf die Verringerung der Korrosionsgefahr von metallischen Maschinenteilen erweist es sich als zweckmäßig, eine Reinigungslösung mit einem pH-Wert von 7 bis 14 einzusetzen. Insbesondere, wenn mit PVC oder anderen säureabspaltenden Werkstoffen gearbeitet wird, ist die Verwendung eines basischen Salzes wie etwa Na₂CO₃ oder auch Natriummetasilikat wegen der säureabstumpfenden Wirkung angebracht.
Wenngleich der Einsatz organischer polarer oder unpolarer Lösemittel bei der vorliegenden Erfindung im Regelfall nicht erforderlich ist, kann es bei besonders schwierig zu entfernenden Rückständen zweckmäßig sein, gegebenenfalls mit einem Emulgiermittel, der Reinigungslösung organische Lösemittel zuzusetzen. Auch in diesen Fällen ist bei gleicher Reinigungswirkung die Menge des eingesetzten Lösemittels um ein Vielfaches geringer als bei herkömmlichen Reinigungssuspensionen.
Der Gehalt des Salzes in den zur erfindungsgemäßen Verwendung geeigneten Reinigungsmitteln kann in weiten Grenzen schwanken. Eine Wirksamkeits-Untergrenze für den Gehalt liegt bei ca. 0,5 Gew.-%. Aus Gründen der leichteren Handhabbarkeit bei Transport und Lagerung sowie zur Begrenzung des Einsatzvolumens an zu verdampfender Flüssigkeit sind höhere Konzentrationen empfehlenswert, solange die Viskosität nicht das Ausgießen und die Verteilung erschwert. Allerdings ist es natürlich möglich, eine derartig konzentrierte Lösung "vor Ort" entsprechend zu verdünnen. Auch können Salze und Lösemittel vor der Anwendung getrennt gehalten werden. Die eigentliche Reinigungslösung wird dann durch Lösung der festen Salze unmittelbar vor der Anwendung hergestellt. Ebenso ist es möglich Additive, zum Beispiel Alkalisierungsmittel wie NaOH für Lagerung und Transport in Form eines "kit-of-parts" getrennt zu halten und erst unmittelbar vor Durchführung der Reinigung zuzumischen.
Das folgende Ausführungsbeispiel verdeutlicht die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise:
Beispiel
Unter Labor- und Produktionsbedingungen wurden die folgenden Materialien bearbeitet, wobei Farbpigmente in Batch-, Pulver- und Flüssigzustand verwendet wurden:
ABS, CA, HPDE, LPDE, PA, PA 6, PA 6.6, PA 11, PA 12, PC, PE, PMMA, PPO, PPS, PS, PVC weich, SAN, PBT, PPR.
Die meisten PA-Gruppen sind mit Glasfasern kurz und lang und mit Glaskugeln bis 35%, sowie mit MoS (2 bis 2,5%) modifiziert.
(Na₂CO₃ 10 Gew.-% in H₂O dest.; 0,03 kg)
Versuche wurden auf folgenden Spritzgießmaschinen gefahren:
Arburg 221-75-350
  Schnecken:O 20
O 25
O 30
Arburg 305-210-700
  Schnecken:O 30
O 40
O 45
Arburg Eco 305-700-230
  Schnecken:O 35
O 40
Rico 110
  Schnecken:O 60
O 65
I. Herstellung von Gehäusen für Kaffee-Automaten:
Maschine:200 t Schnecke:65 O Werkzeug:Heißkanal 1fach Material-ABS - Farben
Umstellung von dunkelbraun auf beige:
  • a) konventionell durch Nachschicken des Folgewerkstoffs; zweimalige Demontage des Werkzeugs und mechanisches Reinigen war erforderlich, ehe der beige Farbton befriedigte Materialaufwand:ca. 600 kg ABS Zeitaufwand:ca. 10 Stunden
  • b) mit dem erfindungsgemäßen Reinigungsmittel
    (Na₂CO₃ 10 Gew.-% in H₂O dest.; 0,03 kg) Materialaufwand:ca. 6kg ABS Zeitaufwand:ca. 15 Minuten
Mit Natriummetasilikat (10 Gew.-% in H₂O dest.; 0,03 kg) war die Umstellung ebenfalls in ca. 15 Minuten vollzogen.
II. Herstellung von Einwegrasierern:
Maschine:250 g Schnecke:80 O Werkzeug:Heißkanal 12fach Material:PS hochschlagfest Farben
bei Farbumstellung
  • a) konventionell ohne Reinigungsmittel mit jeweils mehrfacher Demontage des Werkzeugs und mechanischer Reinigung, bevor die Umstellung vollständig war Materialaufwand:ca. 350 kg PS Zeitaufwand:ca. 24 Stunden
Die einfache Reinigung (nur Plastiziereinheit) dauerte ca. 10 Minuten. Eine Ausnahme bilden Entgasungs-Schnecken. Sie können im drucklosen Endbereich nicht nach der Erfindung gereinigt werden, sondern müssen einer manuellen Reinigung unterzogen werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur Reinigung schwer zugänglicher Maschinenteile bei der Förderung und/oder Formung von Werkstoffen in pastösem Zustand, insbesondere für die Entfernung von Formmassen-Rückständen bei Umstellung des Werkstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß man mit der ersten Partie des Folgewerkstoffs mindestens ein organisches oder anorganisches Salz zusammen mit einem oder mehreren diese(s) Salz(e) lösenden polaren anorganischen und/oder organischen Lösungsmitteln, vorzugsweise als Lösung, gegebenenfalls unter Zusatz von weiteren Stoffen wie Tensiden, organischen Lösemitteln, Alkalisierungsmitteln, Emulgatoren, Abrasionspartikeln und dergleichen, in die in Betrieb befindliche Maschine einbringt, wobei der Schmelzpunkt der oder des anorganischen oder organischen Salze(s) über der Verarbeitungstemperatur des Folgewerkstoffs liegt und der Siedepunkt der oder des Lösemittel(s) unter der Verarbeitungstemperatur des Folgewerkstoffs liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösemittel Wasser ist.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Salzbestandteil der Lösung aus Alkalicarbonat(en), Alkalimetasilikat(en), Alkalitartraten, Alkaliacetaten oder Gemischen daraus besteht.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Siedepunkt der oder des Lösemittel(s) um mindestens 30°C unter der Verarbeitungstemperatur des Folgewerkstoffs liegt.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzpunkt der oder des wasserfreien Salze(s) um mindestens 50°C über der Verarbeitungstemperatur des Folgewerkstoffs liegt.
6. Verwendung von flüssigen Fertigreinigungsmitteln zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsmittel mindestens ein anorganischen und/oder organischen Salzes in Lösung mit einem oder mehreren anorganischen und/oder polaren organischen Lösemittel(n) enthält, wobei der Schmelzpunkt der oder des Salze(s) über der Verarbeitungstemperatur des Folgewerkstoffs liegt und der Siedepunkt der oder des Lösemittel(s) unter der Verarbeitungstemperatur des Folgewerkstoffs liegt.
7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der oder des Salze(s) mindestens 0,5 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse der Lösung, vorzugsweise 5 Gew.-% bis 20 Gew.-%, beträgt und die Salzkonzentration bis zur Sättigungsgrenze bei Raumtemperatur betragen kann.
8. Verwendung nach Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert des Reinigungsmittels im Bereich von 4 bis 14, vorzugsweise im Bereich von 8 bis 11 liegt.
9. Verwendung nach Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Salze und Lösemittel im Reinigungsmittel den Ansprüchen 2 bis 5 entsprechen.
10. Verwendung nach Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsmittel Additive wie Abrasionspartikel, Alkalisierungsmittel, unpolare organische Lösemittel, Emulgatoren und/oder Tenside enthält.
11. Verwendung nach Ansprüchen 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsmittel 10 Gew.-% Alkalicarbonat und/oder Alkalimetasilikat bezogen auf das Gesamtgewicht des Reinigungsmittels in wäßriger Lösung enthält.
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