DE4112179C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum sortenreinen Trennen von thermoplastischen Formteilen unterschiedlicher Provenienz.

Thermoplaste (thermoplastische Kunststoffe) sind synthe­ tische, hochmolekulare Stoffe bzw. abgewandelte Naturstoffe, deren einzelne Molekülketten nicht durch chemische Bindung miteinander verknüpft sind. Ihr typisches Kennzeichen besteht darin, daß sie bei Erhöhung der Tempera­ tur nach Überschreiten ihres Erweichungspunktes weich werden und bei Abkühlung wieder erhärten.

Thermoplastische Kunststoffe werden deshalb in der Praxis zur Herstellung von Halbzeugen und Fertigteilen, zum Bei­ spiel durch Spritzgießen, Extrudieren, Blasformen und Umformen (Streckformen) ausgenutzt. Die gängigsten Ver­ fahren sind das Spritzgieß- und Streckformverfahren. Auf diese Weise werden Formteile unterschiedlichster Art und für unterschiedlichste Verwendungszwecke hergestellt.

Beispielhaft können genannt werden: Verpackungen, Ver­ packungsbehälter, Haushaltsgegenstände, technische Teile und Teile für den Kraftfahrzeugbau.

Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft anhand von Verpackungsbehältern für den Nah­ rungsmittelbereich beschrieben. Hierzu zählen unter anderem Joghurtbecher, Trinkbecher oder Quarkverpackungen.

In den alten Ländern der Bundesrepublik Deutschland werden beispielsweise circa 60 Millionen Joghurtbecher je Tag hergestellt und vertrieben. Die Zahl der hergestellten Trinkbecher liegt sogar noch darüber. Auch von Quarkver­ packungen oder Blisterverpackungen, wie sie zum Einpacken von Käse oder Salaten verwendet werden, werden mehrere Millionen Stück je Tag in Deutschland hergestellt.

Stets handelt es sich um Einwegverpackungen mit der Folge, daß enorme Abfallmengen anfallen.

Seit Jahren arbeiten deshalb Unternehmungen, Politiker, Behörden und Verbraucherverbände daran, eine Möglichkeit der Wiederaufarbeitung derartiger Formteile zu finden. Das größte Problem stellt dabei die sortenreine Gewinnung der verwendeten Kunststoffe dar.

Für den genannten Anwendungsbereich werden überwiegend Polystyrol und Polypropylen verwendet. Sofern sie sortenrein nach Gebrauch gesammelt werden können, steht ihrer Wieder­ verwendung nichts im Wege, da entsprechende Recycling-Ver­ fahren zum Stand der Technik gehören. Dazu werden die Formteile in der Regel gemahlen oder geschreddert und extrudiert.

Ein sortenreines Sammeln der Formteile ist jedoch nur in geringem Umfang möglich, zum Beispiel an Schulen, Kranken­ häusern oder in Gaststätten, wo man davon ausgehen kann, daß die verwendeten Verpackungsbehälter aus ein und dem­ selben Kunststoff bestehen. In bezug auf die Gesamtmenge macht dieser Teil jedoch nur einen sehr geringen Prozent­ satz aus.

Man hat deshalb versucht, Gemenge von Kunststoff-Formteilen unterschiedlicher Provenienz durch entsprechende Trennver­ fahren zu separieren.

Dazu ist in der DE 30 35 649 C2 der Vorschlag gemacht worden, die spezifischen elektrischen Eigenschaften der einzelnen Thermoplaste auszunutzen und so eine Trennung der einzelnen Sorten in einem elektrischen Feld zu errei­ chen.

Das Verfahren hat sich jedoch als großtechnisch nur bedingt realisierbar und vor allem als sehr kostenaufwendig erwiesen.

Aus der DE 36 01 175 C2 geht ein Verfahren zum Trennen von Polymergemischen kleiner Teilchengröße aus Polymeren mit etwa gleichen spezifischen Gewichten, jedoch unterschied­ lichen Schmelzpunkten hervor, bei dem die Teilchen auf eine Temperatur erwärmt werden, die zur Plastifizierung und Agglomerierung der Polymerteilchen mit dem niedrigen Schmelzpunkt führt. Die so deformierten Teilchen (Agglomerate) werden von den übrigen, unverformten Teilchen nach einem Abkühlen in einer Abscheidevorrichtung getrennt.

Das Verfahren setzt zunächst eine Zerkleinerung der jeweils zu trennenden Kunststoffabfälle voraus.

Aus der EP 02 54 975 A2 ist zwar ein Verfahren zur Volumen­ reduzierung von (unzerkleinerten), formstabilen, entleerten Behältern aus thermoplastischem Kunststoff bekannt, indem mehrere Behälter in einen im wesentlichen geschlossenen Aufnahmebehälter eingebracht und dort mittels (heißer) Luftströmung bis zur Volumenreduzierung erwärmt werden; eine stoffspezifische Trennung ist damit allerdings nicht möglich.

Es besteht deshalb nach wie vor ein dringendes Bedürf­ nis, ein einfaches Verfahren zur Verfügung zu haben, mit dem Kunststoffe sortenrein getrennt werden können.

Es wurde nun festgestellt, daß sich das unterschiedliche Erweichungsverhalten unterschiedlicher Thermoplaste zu einer besonders einfachen und wirkungsvollen Trennung unterschiedlicher Kunststoffsorten ausnutzen läßt.

Dabei liegt der Erfindung die Überlegung zugrunde, daß sich jeder Kunststoff bei einer bestimmten Temperatur (und dieser Begriff steht stellvertretend für ein ent­ sprechendes Temperaturintervall) vom festen in den pla­ stischen Zustand bei Erreichen seiner Erweichungstemperatur überführen läßt und dies umgekehrt ebenso gilt, wenn der aus dem Kunststoff gebildete Formkörper erneut bis zur Erweichungstemperatur erwärmt und danach abgekühlt wird.

So wurde festgestellt, daß sich ein Verpackungsbehälter aus Polystyrol, zum Beispiel ein Joghurtbecher, nach Erwär­ mung auf eine Temperatur von circa 80 bis 90°C wieder zurückverformt und dabei schon nach kurzer Erwärmungszeit seine Ursprungsform, also die einer Platte, annimmt. Gleich­ zeitig kommt es entsprechend zu einer Volumenreduzierung, die je nach Art und Größe des Verpackungsbehälters zwischen 50 und 55% liegen kann. Bei derselben Temperatur (also circa 80 bis 90°C) bleibt ein entsprechender Behälter aus Polypropylen jedoch vollständig formstabil, weil die Erweichungstemperatur von Polypropylen sehr viel höher (circa bei 135 bis 145°C) liegt.

Folglich läßt sich ein Gemisch aus Polystyrol- und Poly­ propylen-Formteilen bereits überraschend einfach dadurch voneinander trennen, daß das Gemisch auf Temperaturen von etwa 90°C erwärmt wird, wobei die Polystyrol-Teile ihre ursprüngliche Form verlieren, während die Polypropylen- Teile ihre ursprüngliche Form beibehalten. Während der Joghurtbecher aus Polystyrol sich zur Platte zurückverformt hat, besitzt der Polypropylen-Becher nach wie vor seine Ursprungsform. Beide können jetzt leicht voneinander getrennt werden, wozu nachstehnd verschiedene Ausführungs­ varianten angegeben werden.

Das Verfahren nach der Erfindung sieht danach in seiner allgemeinsten Ausführungsform folgende Schritte vor:

• - Das Gemenge aus unzerkleinerten Formteilen unterschied­ licher Kunststoffe wird durch direkte oder indirekte Beheizung auf eine Temperatur erwärmt, die der Erweichungstem­ peratur derjenigen Formteile mit der niedrigsten Er­ weichungstemperatur entspricht,
• - die Formteile werden bei dieser Temperatur solange be­ handelt, bis die entsprechenden Formteile ihre ursprüng­ liche Form unter entsprechender Volumenreduzierung wei­ testgehend verloren haben, und zwar unter dem Einfluß der Temperatur und der Schwerkraft,
• - anschließend werden die so deformierten Formteile von den übrigen, in ihrer Form weitestgehend unverändert gebliebenen Formteilen, getrennt.

Das Verfahren läßt sich sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich anwenden. Insbesondere für großtech­ nische Anwendungsbereiche bietet es sich an, die Beheizung in einem Ofen vorzunehmen. Dabei kann die Wärmeübertragung beispielsweise durch Heißluft oder Heißdampf, vorzugsweise aber über Infrarot- oder elektrische Erwärmung erfolgen. Dabei kann gleichzeitig eine Reinigung (z. B. bei Heißdampf) und/oder Desinfektion erfolgen.

Das Gemenge kann zu diesem Zweck kontinuierlich durch einen Ofen geführt werden. Besteht das Gemenge lediglich aus zwei Thermoplasten, genügt es, den Ofen auf eine Tem­ peratur zu erwärmen, und zwar auf eine solche Temperatur, die - wie ausgeführt - der Erweichungstemperatur derjenigen Formteile mit der niedrigsten Erweichungstemperatur ent­ spricht. Auch hier gilt, daß die Temperatur nicht exakt eingehalten werden braucht, sondern ein gewisses Temperatur­ intervall zur Verfügung steht. Wie oben ausgeführt, liegen die Erweichungstemperaturen beispielsweise von Polystyrol und Polypropylen um circa 50 bis 60° auseinander, so daß auch eine Überschreitung der entsprechenden Ofentempera­ tur um beispielsweise 5 oder 10° über die Erweichungs­ temperatur des Materials mit der niedrigsten Erweichungs­ temperatur unschädlich in bezug auf die gewünschte Trennung ist.

Enthält das Gemenge mehr als zwei unterschiedliche Thermo­ plaste mit mehr als zwei unterschiedlichen Erweichungs­ temperaturen, so wird der Ofen vorzugsweise als Durchlauf­ ofen ausgebildet, bei dem die Formteile vom Ofeneingang zum Ofenausgang verschiedene Temperaturzonen durchlaufen, die in Transportrichtung zum Ofenende ansteigen. In diesem Fall wird nach jeder Ofenzone mit einer bestimmten Behand­ lungstemperatur eine Abtrennung der bereits deformierten Formteile von den übrigen Formteilen vorgenommen, was ebenfalls nachstehend noch näher erläutert wird.

Beispielsweise aus der keramischen lndustrie sind soge­ nannte Rollenöfen bekannt, bei denen das zu brennende Gut über eine Rollenbahn gefördert wird, wobei die einzel­ nen Rollen einzeln, in Gruppen oder insgesamt angetrieben werden, um das Gut durch den Ofen zu transportieren.

Eine analoge Ofengestaltung kann auch hier zum sortenreinen Trennen unterschiedlicher thermoplastischer Formteile verwendet werden.

Vorzugsweise weisen die Rollen dabei einen solchen Abstand zueinander auf, daß die in der entsprechenden Ofenzone jeweils deformierten Formteile durch die zwischen den Rollen ausgebildeten Schlitze nach unten fallen, wo sie dann entnommen werden können, während die übrigen, in ihrer Form weitestgehend unverändert gebliebenen Formteile, auf der Rollenbahn verbleiben und weiter durch den Ofen transportiert werden. Es ist offensichtlich, daß durch die Volumenreduzierung der Formteile bei der Deformation Körper völlig anderer Geometrie entstehen; so wird zum Beispiel - wie dargestellt - aus dem Joghurtbecher nach einer Temperaturbehandlung bei circa 90°C eine Ronde, die dann durch die Schlitze zwischen benachbarten Rollen nach unten ausfällt.

Hierbei stört es auch nicht, wenn zum Beispiel mehrere Joghurtbecher ineinandergestapelt sind, wobei die Joghurt­ becher aus unterschiedlichen Kunststoff-Sorten bestehen. Überraschenderweise hat sich nämlich gezeigt, daß sich die deformierbaren Becher mit geringerer Erweichungstempe­ ratur bei der entsprechenden Temperaturbehandlung von den formstabil bleibenden Bechern trennen und so ebenfalls eine Separierung ermöglichen.

Neben dem beschriebenen einfachen Auswurf durch die Rollen­ bahn nach unten bestehen weitere Möglichkeiten der Trennung.

So lassen sich die deformierten von den nicht deformierten Teilen zum Beispiel dadurch trennen, daß die nicht defor­ mierten Teile über eine entsprechende Gebläseanordnung einfach seitlich weggeblasen werden, während die defor­ mierten und damit sehr viel schwereren Teile auf dem Trans­ portboden verbleiben. Es findet hier also eine Art Wind­ sichtung statt, die sowohl im Ofen als auch hinter dem Ofen angewendet werden kann.

Wird das Gemenge zum Beispiel über einen geschlossenen Boden durch den Ofen geführt, so fällt es als Gemenge am Ofenausgang an und es kann dann einem Windsichter zuge­ führt und auf die genannte Art und Weise können danach die Kunststoffsorten getrennt werden.

Wie ausgeführt, bestehen zum Beispiel Verpackungsbehälter oder Trinkbecher aus dem Nahrungsmittelbereich nahezu ausschließlich aus Polystyrol und Polypropylen. Mit anderen Worten: zum Beispiel in Supermärkten, Gaststätten, Kranken­ häusern, Schulen oder dergleichen fallen Kunststoffgemenge an, die nur aus diesen beiden Sorten bestehen.

Aber auch dann, wenn zum Beispiel Polyäthylen-Formteile Bestandteil des Gemenges sind, läßt sich das beschriebene Verfahren ohne weiteres zur Trennung aller drei Sorten anwenden, weil Polyäthylen mit einer Erweichungstemperatur von circa 120°C deutlich über der Erweichungstemperatur von Polystyrol (circa 80 bis 90°C) und unter der von Polypropylen (circa 140°C) liegt.

Das Verfahren läßt sich analog auch auf völlig andere Kunststoffsorten und Kunststoffteile anwenden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispieles näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Trinkbechers (1a-1d) aus Polystyrol und eines Trinkbechers aus Poly­ propylen im Ursprungszustand und nach der Erwärmung auf 80°C,

Fig. 2 in stark schematisierter Darstellung einen Längs­ schnitt durch einen Ofen zur Erwärmung der genann­ ten Formteile.

In den Figuren werden gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugsziffern dargestellt.

Fig. 1a zeigt einen Joghurtbecher 10 aus Polystyrol. Zu erkennen ist, daß der umlaufende Rand 10a eine größere Materialstärke aufweist als der Basiskörper 10b. Dies resultiert aus der Herstellung des Bechers 10 im Streck­ formverfahren (Tiefziehverfahren).

Fig. 1b zeigt den "Becher" 10 nach Fig. 1a nach einer 5minütigen Temperaturbehandlung bei 90°C. Er hat voll­ ständig seine Form verloren und die Gestalt einer leicht deformierten Platte (Ronde) angenommen (10′).

Der gleiche Becher 10, hergestellt im Spritzgießverfahren, verliert ebenfalls seine Form bei circa 90°C, jedoch nicht so schnell wie der im Streckformverfahren herge­ stellte Becher, so daß seine Form nach der gleichen Behand­ lungszeit noch leicht dreidimensional oder nach entsprechend längerer Behandlungsdauer analog der gemäß Fig. 1b ist.

Fig. 1c zeigt einen Joghurtbecher 12, ebenfalls herge­ stellt im Streckformverfahren, der hier aber aus Polypropylen besteht. Er weist ebenfalls einen verstärkten Umfangsrand 12a auf. Entsprechend besitzt der Basiskörper 12b eine geringere Materialstärke.

Nach Erwärmung des Bechers 12 auf 90°C (Behandlungsdauer ebenfalls 5 Minuten) zeigt sich, daß dieser seine Form vollständig beibehalten hat, wie sich Fig. 1d entnehmen läßt, wo der Becher mit dem Bezugszeichen 12′ dargestellt ist.

Es ist offensichtlich, daß sich die Becher 10′, 12′ jetzt ohne weiteres durch optische oder mechanische Selektierung voneinander trennen lassen. Während der Becher 12′ sehr leicht ist und sich zum Beispiel durch ein Gebläse aus­ tragen läßt, verbleibt die Ronde 10′, deren Materialstärke jetzt insgesamt der des Randes 10a entspricht, aufgrund ihrer höheren Dichte auf der entsprechenden Transport­ einrichtung.

Das zuvor beschriebene Verfahren wurde in einem Ofen gemäß Fig. 2 ausgeführt.

Der Ofen 14 entspricht in seinem grundsätzlichen Aufbau - abgesehen von seiner Größe und den Heizaggregaten - einem konventionellen Rollenofen, wie er beispielsweise in der keramischen Industrie Verwendung findet.

Zu erkennen ist eine Rollenbahn 16, die aus einer Vielzahl von im Abstand zueinander angeordneten Rollen 18 besteht, die gemeinsam eine Transportebene ausbilden. Während die Rollen 18 unmittelbar hinter dem Ofeneingang 14a und un­ mittelbar vor dem Ofenausgang 14b relativ dicht hinter­ einander angeordnet sind, sind die Rollen 18 im Bereich dazwischen mit größerem Abstand zueinander ausgebildet.

Im Bereich der Ofendecke 20 ist eine nicht näher darge­ stellte elektrische Deckenheizung 22 eingebaut, die so ausgelegt ist, daß im Ofen, und zwar insbesondere in der Mitte des Ofens, wo die Rollen 18 einen größeren Abstand zueinander aufweisen, eine Raumtemperatur von circa 90°C herrscht.

Das Gemenge aus Bechern 10, 12 wird nun über den Ofeneingang 14a auf die Rollenbahn 16 gegeben und über die angetriebenen Rollen 18 in Richtung auf das austrittsseitige Ende bei 14b transportiert. Die Becher 10, 12 liegen wahllos neben- und übereinander. Auf ihrem weiteren Transport in Pfeil­ richtung T werden die Becher 10, 12 bis auf 90°C erwärmt. Während die Becher 10 sich nach einer gewissen Transport­ strecke, Behandlungsdauer und Erwärmung verformen, wie der Figur zu entnehmen ist, bleiben die Becher 12 voll­ ständig formstabil.

Etwa in der Mitte des Transportweges zwiscnen Ofeneingang 14a und Ofenausgang 14b haben sich die Becher 10 zu zwei­ dimensionalen Ronden 10′ verformt, die nun zwischen benach­ barten Rollen 18 nach unten durchfallen, während die Becher 12′ auf der Rollenbahn verbleiben.

Während am Ofenausgang 14b nur noch Becher 12′ aus Poly­ propylen entnommen werden, haben sich die Becher 10 sämtlich zu Ronden 10′ verformt und befinden sich jetzt unterhalb der Rollenbahn 16, wo sie ebenfalls entnommen werden.

Mit dem beschriebenen Verfahren ist es also gelungen, eine hundertprozentige sortenreine Trennung von Polystyrol- und Polypropylen-Bechern zu erreichen.

Die Ronden 10′ einerseits und die Becher 12′ andererseits werden anschließend sortenrein gesammelt und weiteren Aufbereitungsprozessen (bekannten Recycling-Verfahren) zugeführt, um neue, sortenreine Rohstoffe herzustellen.

Für das Verfahren ist wichtig, daß die Behandlungstemperatur so gewählt wird, daß sie zwar gleich oder geringfügig oberhalb der Erweichungstemperatur der Formteile liegt, die die niedrigste Erweichungstemperatur aufweisen; die Behandlungstemperatur muß gleichzeitig aber so begrenzt werden, daß die Formteile aus anderen Materialien nicht oder jedenfalls nicht nennenswert deformiert werden, wobei diese Begrenzung gleichzeitig so zu erfolgen hat, daß die Schmelztemperatur des Materials mit dem niedrigsten Erweichungspunkt noch nicht erreicht wird.

Überraschenderweise hat sich weiterhin gezeigt, daß die einzelnen Formteile (Becher) 10, 10′; 12, 12′ während des gesamten Transportweges durch den Ofen 14 nicht mit­ einander verkleben oder aneinanderhaften, sondern physi­ kalisch vollständig voneinander getrennt den Ofen durch­ laufen, so daß eine hundertprozentige Trennung erreicht wird.

Claims (9)

1. Verfahren zum sortenreinen Trennen von thermoplastischen Formteilen unterschiedlicher Provenienz mit folgenden Schritten:

• 1.1 die Formteile werden unzerkleinert durch direkte oder indirekte Beheizung auf eine Temperatur erwärmt, die der Erweichungstemperatur derjenigen Formteile mit der niedrigsten Erweichungstemperatur entspricht,
• 1.2 die Formteile werden bei dieser Temperatur solange behandelt, bis die entsprechenden Formteile unter dem Einfluß der Schwerkraft ihre ursprüngliche Form unter entsprechender Volumenreduzierung weitestgehend verloren haben,
• 1.3 anschließend werden die so deformierten Formteile von den übrigen, in ihrer Form weitestgehend unver­ ändert gebliebenen Formteilen getrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, daß die Erwärmung der Formteile in einem beheizten Ofen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit der Maßgabe, daß zur Trennung von Formteilen aus mindestens drei Thermoplasten unterschiedlicher Provenienz

• 3.1 nach der Trennung der zuerst deformierten Formteile die weitestgehend unverändert gebliebenen Formteile auf eine Temperatur erwärmt werden, die der Er­ weichungstemperatur derjenigen Formteile mit der jetzt niedrigsten Erweichungstemperatur entspricht, bevor
• 3.2 die Formteile bei dieser Temperatur solange behan­ delt werden, bis die entsprechenden Formteile ihre ursprüngliche Form unter entsprechender Volumen­ reduzierung weitestgehend verloren haben, und diese
• 3.3 anschließend von den übrigen, in ihrer Form nach wie vor weitestgehend unverändert gebliebenen Form­ teilen getrennt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit der Maßgabe, daß die Erwärmung der Formteile durch Infrarot­ beheizung erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit der Maßgabe, daß die Erwärmung der Formteile mittels elek­ trischer Beheizung erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5 mit der Maßgabe, daß die Formteile über eine Rollenbahn durch den Ofen geführt werden, wobei die jeweils deformier­ ten Formteile durch zwischen den Rollen gebildete Schlitze nach unten fallen und dort entnommen werden, während die übrigen, in ihrer Form weitestgehend unver­ ändert gebliebenen Formteile auf der Rollenbahn ver­ bleiben.

7. Verfahren nach Anspruch 6 mit der Maßgabe, daß die Formteile kontinuierlich über die Rollenbahn geführt werden und am Ende der Rollenbahn diejenigen Formteile aus dem Ofen entnommen werden, die in ihrer Form noch weitestgehend unverändert geblieben sind.

8. Verfahren nach Anspruch 6 mit der Maßgabe, daß die Formteile entlang und oberhalb der Rollenbahn senkrecht zur Förderrichtung angeblasen und die in ihrer Form weitestgehend unverändert gebliebenen Formteile von der Rollenbahn weggeblasen werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit der Maßgabe, daß die deformierten und undeformierten Form­ teile anschließend durch Windsichtung voneinander ge­ trennt werden.