DE4104435A1 - Verfahren zur herstellung von formkoerpern aus gummiabfaellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Altreifen, Gummiabfällen und anderen gebrauchen Gummiartikeln.

Aus Gründen des Umweltschutzes und der Ressourcenschonung sind Verfahren zum Recyclen von Altreifen, Gummiabfällen und anderen gebrauchten Gummiartikeln immer wichtiger geworden. Bisher bekannte Verfahren zur Materialwiederver­ wendung beinhalten immer mindestens einen Molekulargewicht-modifizierenden Schritt. So ist aus der japanischen Patentanmeldung 85/67 117 ein Verfahren zur Herstellung von Gummiplatten aus Altreifen bekannt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man den Altreifen zerkleinert, das erhaltene Gummigranulat siebt (Maschendurchmesser des Siebes 3-20 mm), die auf dem Sieb verbleibenden Granu­ late knetet und dann zu Gummiplatten verpreßt, wobei das Verpressen der Gummi­ granulate bei Temperaturen von 130-180°C und bei Drücken von 20 kg/cm²oder darüber durchgeführt wird. Nachteilig bei dem in der japanischen Anmeldung beschriebenen Verfahren ist, daß die auf dem Sieb verbleibenden Gummigranulate zunächst geknetet werden müssen, was zu einem mechanisch bedingten und ther­ misch unterstützten Elastomerabbau führt. Die durch das Sieb fallenden Gummi­ granulate werden devulkanisiert und konventionell verarbeitet. Für das Kneten der auf dem Sieb verbleibenden Gummigranulate werden Knetzeiten von 5 bis 30 Minuten beschrieben und für das Pressen Zeiten von 30 bis 120 Minuten. Bei dem in der japanischen Patentanmeldung beschriebenen Verfahren ist das Aussieben von Gummigranulaten ein zwingend notwendiger Schritt, was einen erhöhten appara­ tiven Aufwand mit sich bringt.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 37 19 291 ist ein Verfahren zur Herstellung von Grundmaterial für Formartikel aus vulkanisierten Abfällen bekannt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zerkleinerung von vulkanisiertem Gummi innerhalb eines in sich geschlossenen und untereinander verbundenen Systems auf ca. 1 bis 4 mm Teilchengröße erfolgt, wobei während dieses geschlossenen Vorganges in genau zeitlichen Abständen Abbau- und Vulkanisationsmittel zugegeben werden. Nachteilig bei dem in der genannten deutschen Offenlegungsschrift beschriebenen Verfahren ist der hohe technische Aufwand zur genauen Dosierung der chemischen Zusatzmittel.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es nun, ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Gummiabfällen bereitzustellen, das nicht mit den beschriebenen Nachteilen des Standes der Technik behaftet ist.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist also ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Altreifen, Gummiabfällen und anderen gebrauchten Gummiar­ tikeln, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Altreifen, Gummiabfälle und die anderen gebrauchten Gummiartikel in zerkleinerter Form mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,01 bis 10, bevorzugt 0,1 bis 4 mm, bei Temperaturen (Werkzeugtemperaturen) von 100 bis 250°C, bevorzugt 160 bis 220°C, und Drücken von 2 bis 400 bar, bevorzugt 50 bis 350 bar, besonders bevorzugt 100 bis 300 bar, ohne Mitverwendung von chemisch und/oder mechanisch das Molekulargewicht modifizierenden Hilfsmitteln/Maßnahmen einer Formgebung unterwirft.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es selbstverständlich auch möglich höhere Temperaturen und höhere Drücke zu verwenden, wenn dies erforderlich sein sollte.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Gummiabfälle und gebrauchte Gummiartikel in zerkleinerter Form eingesetzt werden, die aus Naturkautschuk und den bekannten Synthesekautschuken aufgebaut sind. Beispielsweise kommen Artikel in Frage, die aus Butyl-, Nitril-, Silikon-, Polyurethan-, Dien-, EPDM-, hydrierten Nitril-, Acrylat-, Fluor-, Alkylen-, Vinylacetat-Kautschuken sowie deren Verschnitte aufgebaut sind. Die genannten Kautschuke können mittels Schwefel oder Schwefel enthaltender Vulkanisationsmittel, mit Peroxiden oder energiereicher Strahlung oder mit anderen Hilfsmitteln, vernetzt worden sein. Diese und andere geeignete Kautschuke sind beschrieben in Hofmann, Kautschuktechnologie Kapitel 4.7.4., S. 217-231, Geutner Verlag, Stuttgart, 1980.

Die genannten Kautschuke können selbstverständlich die bekannten Füll- und/oder Verstarkungsstoffe in den bekannten Mengen enthalten. Wir verweisen in diesem Zusammenhang z. B. auf Kleemann, "Einführung in die Rezeptentwicklung der Gummiindustrie" Kapitel 7 bis 10, Seiten 126 bis 173.

Selbstverständlich ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch möglich vor dem Verpressen der Gummiabfälle in zerkleinerter Form, diesen die bekannten Füll- und/oder Verstärkungsstoffe in den üblichen Mengen zuzusetzen.

Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können beliebige Gummimischungen eingesetzt werden; eine Vorsortierung auf sortenreine Kautschuke ist nicht erforderlich.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, d. h. die Verarbeitung der granulierten Kautschukabfälle unter Druck- und Temperatur-Einwirkung kann unter Verwendung beliebiger, hierfür geeigneter, bekannter Apparaturen, wie beispiels­ weise Pressen erfolgen. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt es jedoch nicht zu einem Aufschmelzen des Materials, wie es von im eigent­ lichen Sinne thermoplastischen Kunststoffen bekannt ist, eine flüssige, relativ niederviskose, makroskopische Phase wird zu keinem Zeitpunkt eingenommen. Ge­ eignete Verfahren zur Thermoverformung werden z. B. von H. Käufer in "Ma­ schinenmarkt" 88 (1982), Seiten 1068 bis 1071 beschrieben.

In das erfindungsgemäße Verfahren können die Gummiabfälle in den unter­ schiedlichsten Ausgangsformen eingesetzt werden, z. B. als Granulate, Mehle, Schnitzel. Außer den zuvor erwähnten Pressen kommen auch Walzenanlagen, Kalander, modifizierte Extruder und modifizierte Spritzgießmaschinen in Betracht. Die Modifikationen der Werkzeuge müssen hierbei so geartet sein, daß die Granulatkörper im wesentlichen unaufgeschmolzen in eine vorgegebene Form unter dem Fülldruck eingedrückt werden können. Sinnvoll sind solche Modifikationen der Werkzeuge, die bewirken, daß die Pulver- oder Granulatkörner gegeneinander starken Scherkräften ausgesetzt sind. Beispiele für derartige Modifikationen der Werkzeuge sind große Austrittsdüsen bzw. große Transportkanäle im Extruder oder in der Spritzgußmaschine und in den Formzuleitungskanälen. Scherkräfte, die kurz vor oder während der Formfüllung auftreten, begünstigen den Zusammenhalt des hergestellten Formkörpers. Insbesondere ist die sogenannte SMC-Technik auch zur Verarbeitung der in Rede stehenden Einsatzprodukte geeignet.

Die Formstandzeiten bei der Verarbeitung der erfindungsgemäß eingesetzten Gummiabfälle in zerkleinerter Form betragen etwa 10 Sekunden bis 20 Minuten, bevorzugt 1 bis 10 Minuten, insbesondere 2 bis 5 Minuten. Selbstverständlich können die Formstandzeiten auch verlängert werden, wenn dies erforderlich sein sollte.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Formkörper aller Art sowie Folien hergestellt werden, die auch einen schichtförmigen Aufbau aufweisen. Die Form­ verfahren als solche sind bekannt und beispielsweise beschrieben in H. Käufer, Maschinenmarkt 88 (1982) und bei J.L. Throne, "Thermoforming", Hansa-Verlag 1987.

Formkörper, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, sind in der Gummi-verarbeitenden Industrie bekannt und beispielsweise beschrieben und erwähnt in Kleemann "Einführung in die Rezeptentwicklung der Gummiindustrie" Kapitel 25, 26, 28, 29.

Zur Herstellung von Formkörpern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es zweckmäßig sein, nach der Entformung der Artikel diese einer thermischen Nachbehandlung zu unterwerfen.

Weiterhin kann es für das erfindungsgemäße Verfahren empfehlenswert sein, bei der Auswahl der Formwerkzeuge darauf zu achten, daß kurze Fließwege realisiert sind. Darüberhinaus kann es für das erfindungsgemäße Verfahren von Vorteil sein, das einzusetzende Gummigranulat vor dem Einfüllvorgang in die entsprechenden Formen vorzuwärmen, wobei die Vorwärmung auf etwa Preßtemperaturen erfolgen sollte.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es besonders überraschend, daß, wie be­ reits zuvor erwähnt, es nicht erforderlich ist, molekulargewichtsmodifizierende Maßnahmen zu ergreifen. Diese Maßnahmen wurden aber bisher als zwingend und unumgänglich angesehen und auch der bislang bekannte Stand der Technik sah solche Maßnahmen zwingend vor.

Beispiel 1

Als Ausgangsmaterial wurde Rauhmehl, d. h. bei der Runderneuerung von LKW-Reifen anfallender, mehlförmig granulierter Reifengummi verwendet. Die mittlere Teilchengröße dieses Rauhmehls lag bei 0,5 mm. Diese Material wurde ohne Vorwärmung in eine auf 170°C vorgeheizte Platten-Tauchkantenform (montiert in einer Laborpresse Modell 200 T der Fa. Schwabenthan, Berlin) eingefüllt.

Danach wurde die Presse zugefahren und das Material bei einer Temperatur von 170°C mit einem Forminnendruck von 150 bar für 5 Minuten beaufschlagt. Anschließend wurde das Material unter Druck auf 40°C abgekühlt, die Presse aufgefahren und die Preßplatte entnommen. Diese war homogen und 2,5 mm dick.

An dieser Platte wurde die Zugfestigkeit zu 3 MPa (DIN 53 455) und die Reiß­ dehnung zu 180% (DIN 53 455) bestimmt. Die Spannungs-Dehnungskurve zeigte ausgeprägt elastisches Verhalten und stieg bei größeren Dehnungen deutlich progressiv an.

Eine Temperung der gepreßten Platten für die Dauer von 24 Stunden bei 110°C ergab eine Steigerung der nach DIN 53 455 bestimmten Reißfestigkeit auf über 6 Mpa bei gleichzeitiger Erhaltung der Bruchdehnung bei 180%.

Beispiel 2

Als Ausgangsmaterial wurde eine hell gefüllte, gemahlene NR/SBR-Gummimi­ schung verwendet. Die mittlere Tellchengröße dieses Gummimehls lag bei 0,5 mm. Dieses Material wurde ohne Vorwärmung in eine auf 175°C vorgeheizte Platten- Tauchkantenform (montiert in einer Laborpresse Modell 200 T der Fa. Schwabenthan, Berlin) eingefüllt.

Danach wurde die Presse zugefahren und das Material bei einer Temperatur von 175°C mit einem Forminnendruck von 150 bar für 5 Minuten beaufschlagt. Anschließend wurde die Presse aufgefahren und die Preßplatte direkt heiß entnommen. Diese war homogen und 2,0 mm dick.

An dieser Platte wurde die Zugfestigkeit zu 2 MPa (DIN 53 455) und die Reißdehnung zu 145% (DIN 53 455) bestimmt.

Beispiel 3

Als Ausgangsmaterial wurde feingemahlene CR-Gummi-Mischung, Baypren CR, verwendet. Die mittlere Teilchengröße dieses gemahlenen Gummis lag bei ca. 0,5 mm. Dieses Material wurde ohne Vorwärmung in eine auf 170°C vorgeheizte, geschlossene Tauchkantenform (montiert in einer Laborpresse, Model 200 T der Firma Schwabenthan, Berlin) eingefüllt.

Danach wurde die Presse zugefahren und das Material bei einer Temperatur von 170°C mit einem Forminnendruck von 150 bar für die Dauer von 5 Minuten beauf­ schlagt. Anschließend wurde das Material unter Druck auf 40°C abgekühlt, die Presse aufgefahren und die Preßplatte entnommen. Die Preßplatte war homogen und zeigte eine Dicke von 2,5 mm.

Aus dieser Platte wurden ASTM-Stäbe gestanzt und nach DIN 53 455 die Zugfestig­ keit zu 4 MPa und die Reißdehnung zu 120% bestimmt. Die Spannungs-Dehnungs­ kurve zeigte ausgeprägtes elastisches Verhalten und stieg bei größeren Dehnungen deutlich progressiv an.

Beispiel 4

Als Ausgangsmaterial wurde feingemahlene Butylkautschuk-Mischung verwendet. Die mittlere Teilchengröße dieses gemahlenen Gummis lag bei ca. 0,5 mm. Dieses Material wurde ohne Vorwärmung in eine auf 180°C vorgeheizte, geschlossene Tauchkantenform (montiert in einer Laborpresse, Modell 200 T der Firma Schwabenthan, Berlin) eingefüllt.

Danach wurde die Presse zugefahren und das Material bei einer Temperatur von 180°C mit einem Forminnendruck von 120 bar für die Dauer von 5 Minuten beauf­ schlagt. Anschließend wurde das Material unter Druck auf RT abgekühlt, die Presse aufgefahren und die Preßplatte entnommen. Die Preßplatte war homogen und zeigte eine Dicke von 2,0 mm.

Aus dieser Platte wurden ASTM-Stäbe gestanzt und nach DIN 53455 die Zugfestig­ keit zu 3,5 MPa und die Reißdehnung zu 170% bestimmt, halten und stieg bei größeren Dehnungen deutlich progressiv an.

Beispiel 5

Als Ausgangsmaterial wurde feingemahlene hydrierte Nitrilkautschuk-Mischung, Therban, verwendet. Die mittlere Teilchengröße dieses gemahlenen Gummis lag bei ca. 0,5 mm. Dieses Material wurde ohne Vorwärmung in eine auf 175°C vorgeheizte, geschlossene Tauchkantenform (montiert in einer Laborpresse, Modell 200 T der Firma Schwabenthan, Berlin) eingefüllt.

Danach wurde die Presse zugefahren und das Material bei einer Temperatur von 175°C mit einem Forminnendruck von 100 bar für die Dauer von 4 Minuten abge­ kühlt, die Presse aufgefahren und die Preßplatte entnommen. Die Preßplatte war homogen und zeigte eine Dicke von 2 mm.

Aus dieser Platte wurden ASTM-Stäbe gestanzt und nach DIN 53 455 die Zugfestig­ keit zu 3,3 MPa und die Reißdehnung zu 110% bestimmt.

Beispiel 6

Als Ausgangsmaterial wurde feingemahlene Perbunan N-Mischung, verwendet. Die mittlere Teilchengröße dieses gemahlenen Gummis lag bei ca. 0,5 mm. Dieses Material wurde ohne Vorwärmung in eine auf 170°C vorgeheizte, geschlossene Tauchkantenform (montiert in einer Laborpresse, Modell 200 T der Firma Schwabenthan, Berlin) eingefüllt.

Danach wurde die Presse zugefahren und das Material bei einer Temperatur von 170°C mit einem Forminnendruck von 130 bar für die Dauer von 5 Minuten beauf­ schlagt. Anschließend wurde das Material unter Druck auf 40°C abgekühlt, die Presse aufgefahren und die Preßplatte entnommen. Die Preßplatte war homogen und zeigte eine Dicke von 2,5 mm.

Aus dieser Platte wurden ASTM-Stäbe gestanzt und nach DIN 53 455 die Zugfestig­ keit zu 2,2 MPa und die Reißdehnung zu 115% bestimmt. Die Spannungs-Deh­ nungskurve zeigte ausgeprägtes elastisches Verhalten und stieg bei größeren Dehnungen deutlich progressiv an.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Altreifen, Gummiabfällen und anderen gebrauchten Gummiartikeln, dadurch gekennzeichnet, daß man die Altreifen, Gummiabfälle und die anderen gebrauchten Gummiartikel in zerkleinerter Form mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,01 bis 10 mm bei Temperaturen von 100 bis 250°C und Drücken von 2 bis 400 bar ohne Durchführung von das Molekulargewicht modifizierenden Maßnahmen einer Formgebung unterwirft.

2. Formkörper und Folien hergestellt nach dem Verfahren des Anspruchs 1.