DE4224749A1 - Verfahren zur Beseitigung von in Kunststoff gebundenen Treibmittelgasen sowie Anlage zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beseitigung von in Kunststoff gebundenen Treibmit­ telgasen, wie z. B. FCKW, Pentan, in Kunststoff­ schäumen sowie Anlagen zur Durchführung des Verfah­ rens.

Die Herstellung von Kunststoffschäumen geschieht bekanntermaßen durch Aufschäumen von plastischem Kunststoff unter Verwendung von Treibmitteln, wofür bislang häufig Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe (FCKW) eingesetzt wurden. Seit bekannt wurde, daß diese chemischen Verbindungen in hohem Maße zur Zerstörung der Ozonschicht der Atmosphäre beitra­ gen, werden erhebliche Anstrengungen unternommen, Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe nicht in die Atmo­ sphäre entweichen zu lassen. Hierzu muß u. a. die Be­ seitigung und Entsorgung der in den Kunststoff­ schäumen enthaltenen FCKW erfolgen, die als wärme- und schalldämmende Materialien in der Kühltechnik und insbesondere im Kühlschrankbau Verwendung fin­ den.

Ziel der Entsorgung ist, die in den Kunststoff­ schäumen enthaltenen Treibmittel im Wege der Sepa­ ration zu gewinnen und anschließend zu verflüssi­ gen. Hierzu ist es bekannt, den Kunststoffschaum zu zermahlen und die in den Poren enthaltenen Treibmit­ tel auf diese Weise freizusetzen. Der Nachteil die­ ser Methode ist darin zu sehen, daß bei feuchtem Ausgangsmaterial das erhaltene Malgut verklebt und zur Klumpenbildung neigt. Hinzu kommt der erhebli­ che Aufwand, der zum feinen Zermahlen des Kunst­ stoffschaumes aufzuwenden ist. Aus der auf die gleiche Anmelderin zurückgehenden Patentanmeldung P 40 16 512 ist weiterhin ein Verfahren bekannt, den Kunststoffschaum zu komprimieren, anschließend in einer gasdichten Anlage zu zerkleinern und die hierbei freigesetzten Treibmittel abzusaugen. Das Verfahren ist hervorragend geeignet, das in den Zellen und Poren des Kunststoffschaumes einge­ schlossene Treibmittel freizusetzen und zu gewin­ nen. Eingehende Untersuchungen der Anmelderin haben jedoch gezeigt, daß das Treibgas nicht nur in den Zellen und Poren sondern darüber hinaus auch teil­ weise im Schaumstoffmaterial selbst gebunden und eingelagert ist, ohne hierbei chemische Veränderun­ gen hervorzurufen und Bindungen einzugehen. Bei Neumaterial ist das Treibgas ausschließlich in den Poren und Zellen konzentriert. Mit zunehmendem Al­ ter des Schaumes hingegen wächst der Anteil des im Kunststoff selbst eingelagerten Treibgases und steigt bis zu 30 Gewichtsprozent des insgesamt ein­ gesetzten Treibmittels an, wobei die Gewichtspro­ zent auf die gesamte Kunststoffmasse bezogen sind.

Hiervon ausgehend hat sich die Erfindung die Schaf­ fung eines Verfahrens sowie einer Anlage zur Auf­ gabe gemacht, mit deren Hilfe das sich mit zuneh­ mendem Alter im Schaumstoff abgelagerte Treibgas ausgetrieben und gewonnen werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der Kunststoff auf eine Temperatur erwärmt wird, die unterhalb der Zersetzungstemperatur des Kunststoffmaterials und unterhalb der Flamm- und Zersetzungstemperatur des Treibgases, andererseits oberhalb der Ausgasungstemperatur des Treibgases liegt, daß die Erwärmung eine gewisse Zeit aufrecht erhalten wird und das austretende Treibgas gesam­ melt und abgesaugt und vorzugsweise verflüssigt wird.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den das Ausgangsmaterial darstellenden Kunststoffschaum auf eine gewisse Temperatur zu erhitzen und diese über eine gewisse Zeit beizubehalten. Die Tempera­ tur ist so zu wählen, daß sie sowohl unterhalb der Zersetzungstemperatur des Kunststoffmateriales als auch dem Flammpunkt, der Zünd- oder Zersetzungstem­ peratur des Treibgases liegen muß. Die untere Gren­ ze wird durch die Ausgasungstemperatur des Treib­ gases festgelegt, die überschritten werden muß, wo­ bei die Ausgasungstemperatur durch den Dampfdruck des Treibgases bestimmt wird. Je höher der Dampf­ druck, desto niedriger liegt die Ausgasungstempera­ tur. Durch die vorbeschriebenen Bedingungen wird ein Temperaturintervall definiert, die beim Erwär­ mungsprozeß vom Kunststoffschaum erreicht und für eine gewisse Zeit gehalten werden muß, und zwar so lange, bis das Treibgas vollständig oder doch bis zu dem gewünschten Restanteil aus dem Material aus­ getrieben worden ist. Die hierfür benötigte Zeit wird umso kürzer, je mehr die Erwärmungstemperatur oberhalb der Ausgasungstemperatur des jeweiligen Treibgases liegt. Wird die Zeit hinreichend lang gewählt, ist eine vollständige Entfernung des Treibgases aus dem Kunststoffmaterial möglich. Das Treibgas wird nach dem Austreten gesammelt und zur Verbesserung des Handlings zur Flüssigkeit konden­ siert.

Der entscheidende Vorteil vorliegender Erfindung besteht darin, daß erstmalig die im Kunststoffmate­ rial selbst enthaltenen Anteile des Treibgases vollständig entfernbar werden. Für die Anwendbar­ keit des erfindungsgemäßen Verfahrens unerheblich ist, um welche Art von Treibgas es sich konkret handelt, ob es also ein Fluor-Chlor-Kohlenwasser­ stoff oder Pentan oder ähnliches ist.

Grundsätzlich denkbar ist, den Kunststoffschaum in seiner ursprünglichen, d. h. angelieferten Form un­ mittelbar der erfindungsgemäß vorgesehenen Erwär­ mung zu unterziehen. Der entscheidende Nachteil ist, daß die Erwärmung so lange durchzuführen ist, bis auch in den inneren, d. h. Kernbereichen des Kunststoff-Schaummaterials die Ausgasungstemperatur erreicht und über den gewünschten Zeitraum einge­ halten werden muß. Der Nachteil ist, daß die Tempe­ ratur über einen vergleichsweise langen Zeitraum aufrecht zu erhalten ist und demzufolge ein hoher Energieverbrauch stattfindet. Hinzu kommt weiter, daß nicht nur die im Kunststoffmaterial gebundenen, sondern auch die in den Zellen und Poren befindli­ chen Treibgase auf diese Weise entfernt werden müs­ sen. Aus diesem Grunde sieht es die Erfindung als zweckmäßig an, das zu behandelnde Kunststoffschaum­ material vor Beginn der Erwärmung zu zerkleinern, wobei dieser Begriff im Sinne der Erfindung weit auszulegen ist und jede Art von Zermahlen, Schnei­ den, Verdichten umfaßt. Der entscheidende Vorteil ist, daß durch die hierbei erhaltene große Oberflä­ che eine zügige und vollständige Erwärmung des ge­ samten Querschnitts des Materials möglich wird, daß auch in den Innenbereichen sehr rasch die Aus­ gasungstemperatur erreicht und in aller Regel die in den Poren und Zellen befindlichen Treibgasan­ teile bereits entfernt sind, so daß vermittels Er­ wärmung nur noch der gebundene Treibgasanteil zu entfernen ist.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Hinblick auf die Zuführung des zu bearbeitenden Kunststoffschaummaterials ist im Rahmen der Erfin­ dung grundsätzlich beliebig. Dazu besteht die Mög­ lichkeit, das der Behandlung zu unterziehende Kunststoffschaummaterial kontinuierlich einer Wär­ mekammer zu und von dieser abzuführen. Über ein Fördermittel wird das Kunststoffmaterial über eine Schleuse der Wärmekammer zu- und nach einer gewis­ sen Verweildauer ausgangsseitig abgeführt. Im Inne­ ren erfolgt die Erhitzung auf die oben definierte Temperatur. Die Verweildauer bestimmt sich durch die Geschwindigkeit des Fördermittels. Demzufolge bedeuten geringe Fördergeschwindigkeiten eine hohe Verweildauer und andererseits hohe Fördergeschwin­ digkeit entsprechend kurze Zeiten. Im Inneren der Wärmekammer wird das gewonnene Treibgas aufgefangen und separat nach außen geleitet.

Eine Alternative ist die chargenweise Beschickung der Wärmekammer. Hierbei wird eine definierte Menge als Beschickungsgut in die Wärmekammer eingegeben und nach Erwärmung auf die notwendige Temperatur eine gewisse Zeit in der Wärmekammer belassen. Der Vorteil dieser diskontinuierlichen Arbeitsweise be­ steht in der Möglichkeit der vollständigen Ab­ schließung nach außen, so daß keinerlei Schwierig­ keiten entstehen, die freigesetzten Treibgase auf­ zufangen und vollständig abzuführen.

Nachfolgend wird eine Anlage beschrieben, in der das vorbeschriebene erfindungsgemäße Verfahren Re­ alisierung finden kann.

Hierzu wird innerhalb einer Wärmekammer über ein Fördermittel das zu behandelnde Schaumstoffmaterial eingeführt und nach einer bestimmten Verweildauer nach außen zu abgegeben. Die Wärmekammer ist im In­ neren gasdicht und die Zu- als auch die Abführung des Materials erfolgt zwingend über Schleusen. Es ist sicherzustellen, daß das bei der Erwärmung freigesetzte Treibgas gesammelt und entnommen wird und daß ein Entweichen in die Atmosphäre nicht stattfinden kann. Diese Anlage gestattet einen kon­ tinuierlichen Betrieb.

In einer Alternativen, die sich durch den Wegfall der Schleusen und durch Einfachheit des baulichen Aufbaus auszeichnet - die Wärmekammer besteht dann im wesentlichen aus einem gasdichten Raum mit einer Tür - erfolgt die Verarbeitung des Kunststoffschau­ mes diskontinuierlich, d. h. es wird eine Charge in die Wärmekammer eingegeben, die Wärmekammer an­ schließend verschlossen, auf die erforderliche Tem­ peratur erwärmt und über den entsprechenden Zeit­ raum beibehalten. Das freigesetzte Treibmittelgas wird gesammelt und entnommen. Mit Beendigung des Vorganges wird über Öffnung der Türe die Charge entnommen und durch eine neue beschickt.

Grundsätzlich steht im Rahmen der Erfindung frei, auf welche Art und Weise die Erhitzung des Kunst­ stoffschaummaterials erfolgt. Als bevorzugt ist an­ gesehen, die Erwärmung durch Durchblasen von Heiß­ luft vorzunehmen. Der Vorteil besteht in der direk­ ten Zuführung der Wärmeenergie zum Kunststoffmate­ rial, so daß die umgebende Wärmekammer nicht mehr als unbedingt erforderlich eine Erwärmung und damit einen Energieverbrauch erfährt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als Wärmekammer ein Rohr mit darin angeordneter Schnecke vorgeschlagen. Das Rohr wird unter Umstän­ den von außen, jedoch bevorzugt von innen durch Be­ aufschlagung mit Heißluft erwärmt, wobei die Heiß­ luft dem der Zuführung gegenüberliegenden Ende ent­ nommen und das darin befindliche Treibgas anschlie­ ßend, z. B. mit Hilfe einer Kältefalle ausgefällt und rückgewonnen wird. Der Transport des Kunst­ stoffmaterials im inneren des Rohres erfolgt über eine Schnecke, deren Drehzahl die Verweildauer in­ nerhalb des Rohres und folglich die Dauer der Be­ aufschlagung mit Heißluft bestimmt. Am oberen Ende angelangt, wird das Material durch Verlassen des Rohres abgegeben. Aufgabe der Schnecke ist es, ne­ ben dem Transport eine Umwälzung des Materials und folglich dessen Exponieren der Heißluft gegenüber vorzunehmen.

Schließlich wird noch vorgeschlagen, in der Anlage unmittelbar der Wärmekammer nachgeschaltet, eine Brikettierpresse anzubringen, deren Aufgabe in der Verdichtung des behandelnden Materiales besteht. Auch für den Fall, daß der Kunststoffschaum in kom­ primiertem Zustand in die Wärmekammer eingegeben wird, obwohl vorab ein Zerkleinerungsvorgang die Regel sein dürfte, wird das Kunststoffmaterial auf­ grund der Hitzebehandlung in kleinvolumige Partikel zerfallen sein. Um den Transport zu erleichtern und das hierfür erforderliche Volumen weitestgehend zu reduzieren, erweist sich die Verwendung einer Bri­ kettierpresse als entscheidender Vorzug.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er­ findung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei­ bungsteil entnehmen, in dem anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläu­ tert ist. Sie zeigt in schematisch gehaltener Sei­ tenansicht ein Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Anlage zur Beseitigung von in Kunststoffma­ terial gebundenen Treibmittelgasen.

Die dargestellte Anlage besteht hinsichtlich ihres Kernstückes aus einer Wärmekammer (1), die in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem Rohr (2) und darin angeordneter Schnecke (3) gebildet ist. Die Mittel­ achse des Rohres (2) ist gegen die horizontale ge­ neigt angeordnet.

Am linken Ende, das den zuführseitigen Bereich dar­ stellt, ist eine Schleuse (4), einen der Zuführung von Heißluft dienender Anschluß (5) sowie ein Aus­ wurfstutzen (6) zur Zuführung des zu behandelnden Kunststoffmateriales angeordnet, wobei über den Auswurfstutzen (6) die Beschickung der Schleuse (4) und folglich auch der Wärmekammer (1) erfolgt. Über den Anschluß (5) wird über nicht gezeigte Generato­ ren Heißluft dem Inneren der Wärmekammer (1) zuge­ führt.

Der Transport in der Wärmekammer (1) erfolgt ver­ mittels der Schnecke (3) in Richtung der Längsachse des Rohres (2), die das Material in einer durch die Drehzahl der Schnecke (3) bedingten Geschwindigkeit durch das Rohr (2) fördert. Hierzu ist axial an der oberen Stirnseite ein Antrieb (7) angeordnet.

An diesem, dem Einlaß gegenüberliegenden Ende ver­ läßt das behandelte Kunststoffmaterial das Rohr (2) und wird über einen Trichter (8) einer Brikettier­ presse (9) zugeführt, deren Aufgabe in der Verdich­ tung des bereits treibgasfreien Kunststoffes be­ steht. Über eine Preßzange (10) verläßt das behan­ delte Gut die dargestellte Anlage.

Im Ergebnis wird durch die Erfindung ein Verfahren sowie eine Anlage vorgestellt, die eine weitgehend vollständige Beseitigung des Treibmittelgases in Kunststoffschäumen und insbesondere jene im Kunst­ stoffmaterial gebundenen Anteile möglich macht.

Claims (8)

1. Verfahren zur Beseitigung von in Kunststoff ge­ bundenen Treibmittelgasen, wie z. B. FCKW, Pentan, in Kunststoffschäumen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff auf eine Temperatur erwärmt wird, die unterhalb der Zersetzungstemperatur des Kunst­ stoffmaterials und unterhalb der Flamm- und Zer­ setzungstemperatur des Treibgases, andererseits oberhalb der Ausgasungstemperatur des Treibgases liegt, daß die Erwärmung eine gewisse Zeit aufrecht erhal­ ten wird und das austretende Treibgas gesammelt und abgesaugt und vorzugsweise verflüssigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kunststoffschaum zu Beginn zerkleinert bzw. zerkleinert und verdichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Kunststoffschaummaterial der Wärmekammer (1) kontinuierlich zu- und abgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Kunststoffschaummaterial der Wärmekammer (1) chargenweise zugeführt wird.

5. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine gasdicht verschließbare Wärmekammer mit einer Entnahme für das Treibgas, wobei evtl. zusätzlich kontinuierliche Fördermittel, die über Schleusen das Kunststoffmaterial zu- oder abführen, vorgese­ hen sind.

6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmekammer (1) an ein Heißluftgebläse an­ geschlossen ist.

7. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wärmekammer (1) ein Rohr (2) mit im Inneren angebrachter Schnecke (3) ist, der ein­ gangsseitig Kunststoffmaterial und/oder Heißluft zugeführt und am gegenüberliegenden Ende des Rohres (2) entnommen wird.

8. Anlage nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wärmekammer (1) eine Brikettier­ presse nachgeschaltet ist.