DE4230157C2

DE4230157C2 - Verfahren zur Wiederverwertung von Kunststoffabfällen oder Kunststoffaltmaterial zur Herstellung von Kunststoffbauteilen und deren Verwendung

Info

Publication number: DE4230157C2
Application number: DE19924230157
Authority: DE
Inventors: Juergen Guenter; Bruno Moeltgen
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1992-09-09
Filing date: 1992-09-09
Publication date: 1999-09-09
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: DE4230157C1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiederverwendung von Kunststoffabfällen oder Kunststoffaltmate rialien gemäß dem Oberbegriff des 1. Patentanspruches und die Verwendung der hergestellten Kunststoffbau teile.

Bei der Massenfertigung von Bauteilen aus Kunststoff, z. B. für die Innenausstattung von Kraftfahrzeugen, fällt bspw. beim Ausstanzen eine nicht unerhebliche Menge an Kunststoffabfällen an. Diese herstellungsbeding ten Abfälle wurden bisher als unvermeidbarer Müll angesehen und entweder in Müllablagen deponiert oder auch verbrannt. Damit ergab sich einmal eine Belastung für die Umwelt und außerdem gingen wertvolle Rohstoffe verloren. Auch die beim Ausschlachten von Altwagen anfallenden Bauteile aus Kunststoff wurden bisher in der vorher angegebenen Weise behandelt.

Aus den oberhalb angeführten negativen Gründen wird heute eine Wiederverwertung derartiger Kunststoff abfälle und Kunststoffbauteile aus Altwagen als dringend geboten angesehen.

Verfahren zur Wiederverwertung von Kunststoffabfällen sind aus dem Stande der Technik bereits bekannt. So wird in der DE-OS 16 94 756 ein Verfahren angegeben, bei dem eine wäßrige Suspension von Textilfasern mit einer wäßrigen Suspension von zerkleinerten Schaumstoffabfällen zusammen mit einem Bindemittel und einem Harz zu einer Formmasse verarbeitet wird. Nach der DE-OS 21 30 562 werden Kunststoffabfälle zerkleinert, gewaschen und getrocknet und anschließend aufgeschmolzen, gemischt und geformt, wobei zum Formen auch eine Spritzgußmaschine Verwendung findet. Die DE-AS 24 34 925 beschreibt ein Verfahren zur Wiederholung von wiederverwendbarem Polyvinylchlorid aus Kunststoffabfällen mittels Lösungsmittel.

Aus der gattungsbildenden DE-OS 41 30 082 ist ein Verfahren zur Wiederverwendung von Abfällen oder Altartikeln aus Kunststoff, insbesondere vernetztem Kunststoff, insbesondere aus Polyurethan oder Polyharn stoff, zu entnehmen. Dabei werden die Abfälle bzw. Altartikel zerkleinert, insbesondere zu Granulat, mit einem Thermoplast-Granulat vermischt und das Rohstoff-Thermoplast-Gemisch im Spritzgußverfahren zu einem neuen Artikel verarbeitet. Diese bekannten Verfahren beziehen sich praktisch immer nur auf die Wiederverwen dung von Kunststoff-Abfällen, die aus einem ganz bestimmten Kunststoff bestehen, bzw. es wird keine Aussage über ein wiederverwendbares Endprodukt gemacht.

An beispielsweise Schutzpolsterteile im Bereich der Kraftfahrzeug-Innenausstattung, z. B. an die Instrumen tentafeln, werden im Hinblick auf den Schutz der Insassen, hohe Anforderungen gestellt. Diese besitzen in der Regel jedoch einen mehrschichtigen Aufbau, der aus einer Außenschicht bzw. Dekorschicht besteht, die meist aus einer tiefziehfähigen, wärme- und alterungsbeständigen Folie auf der Basis von Polyvinylchlorid, Acryl-Buta dien-Styrol, Pfropfpolymerisation von Styrol und Acrylnitril auf Acrylkautschuk oder thermoplastischem Poly urethan und zusätzlich weichmachenden Polymeren, Stabilisatoren, Pigmenten und weiteren Additiven. Diese Folie bedeckt in der Praxis eine Dämmschicht aus einem halbharten Polyurethanschaum, der im Hochdruckver fahren aus Polyol, bevorzugt Polyether-Polyol und Isocyanat geschäumt wird. Die notwendige Steifigkeit erhält das Verbundmaterial durch ein Trägerteil aus mit Glasfasern und/oder Mineralfasern verstärkten thermoplasti schen Kunststoffen, vorzugsweise aus Polypropylen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein technisch einfach durchzuführendes Verfahren zu schaffen, um aus einem Gemisch von Kunststoffen in einem Recycling-Prozeß ein neues, direkt wieder einsatzfä higes Endprodukt zu erhalten, welches sehr gute technische Eigenschaften besitzt. Insbesondere soll bei der Aufarbeitung von Schutzpolsterteilen, mit denen das Innere der Kraftfahrzeuge ausgestattet ist, ein neues recycliertes Endprodukt entstehen, das direkt wieder als Abdeck- und Verkleidungsbauteil im Kraftfahrzeug einsetzbar ist und die entsprechenden erforderlichen technischen Eigenschaften besitzt.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des 1. Patentanspruches gelöst.

Die Verfahrensdurchführung erfolgt in der Weise, daß das entsprechende Abfallgemisch aus verschiedenen Kunststoffen in einer Zerkleinerungsvorrichtung auf eine Teilchengröße von etwa 4 bis 8 mm zerkleinert wird. Dieses erhaltene Mahlgut wird nach Durchlauf durch einen beheizbaren Schneckenextruder regranuliert.

Zuvor oder während des Regranuliervorganges wird das erhaltene Mahlgut mit Verträglichkeitsverbesserern und/oder Haftvermittlern versetzt. Diese Komponenten verbessern die Phasenbindung zwischen üblicherweise inkompatiblen Kunststoffen und verbessern die Bindung von Verstärkungsstoffen und den polymeren recyclier ten Kunststoffpolymeren.

Als derartige Komponenten haben sich für eine Eigenschaftsverbesserung bei den hergestellten Endproduk ten als besonders geeignet erwiesen anhydrid-modifizierte Polypropylene, acrylsäure-modifizierte Polypropyle ne oder säure-modifizierte Ethylen-Vinylazetate. Diese Komponenten werden in einer Gewichts menge von 5 bis 15% dem Mahlgut zugesetzt.

Dem aus der Zerkleinerungsvorrichtung erhaltenen Mahlgut wird auch noch ein Stabilisator zur Vermeidung von thermischen und/oder katalytischen Kettenabbau bei den Komponenten und/oder zur Verminderung des Eigengeruchs der recyclierten Kunststoffmaterialien zugesetzt. Als derartige Stabilisatoren haben sich als besonders geeignet erwiesen phenolische Antioxidantien oder Phosphit-Gemische. Diese Komponenten werden in einer Gewichtsmenge von 0,1 bis 1,0% dem Mahlgut zugesetzt.

Zusätzlich werden dem Mahlgut auch noch zur Erhöhung der Schlagzähigkeit bei dem recyclierten Endpro dukt Schlagzäh-Modifizierungsmittel zugesetzt. Als besonders geeignete Zusätze haben sich dabei erwiesen Polypropylen-Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymere oder Styrol-Butadien-Blockcopolymere. Diese Zusätze werden in einer Menge von 5 bis 20 Gewichtsprozent dem Mahlgut zugesetzt.

Zur Verbesserung der mechanischen und thermischen Eigenschaften bei den recyclierten Endprodukten kann das Mahlgut auch noch mit Polypropylen-Granulat (Recycling-Produkt) versetzt werden. Dieser Zusatz wird ebenfalls in einer Gewichtsmenge von 5 bis 20% dem erhaltenen Mahlgut zugegeben.

Zur Steigerung der Steifigkeit und Wärmeformbeständigkeit können dem Mahlgut auch noch Glasfasern zugesetzt werden, insbesondere in einer Gewichtsmenge von 10 bis 20%.

Ebenfalls zur Steigerung der Steifigkeit und Wärmeformbeständigkeit sowie zum Binden von migrierenden Weichmacherbestandteilen aus der Folien-Dekorscicht ist es möglich, dem Mahlgut einen anorganischen Füll stoff, insbesondere Talkum zuzusetzen. Dieser Zusatz erfolgt ebenfalls in einer Menge von 10 bis 20 Gewichts prozent zu dem Mahlgut.

Die zeitliche Zugabe der angegebenen Komponenten kann entweder zu dem aus der Zerkleinerungsvorrich tung erhaltenen Mahlgut erfolgen oder durch Dosiervorrichtungen beim Schneckenextruder wahrend des Regranulierungsvorganges.

Nach diesem Verfahrensschritt wird das erhaltene Granulat mittels einer Spritzgießmaschine zu entsprechen den Formkörpern verarbeitet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen noch näher erläutert. Als Ausgangsmaterial wurden Stanzabfälle, die bei der Produktion von Instrumententafeln anfallen und/oder angefallene, nicht einsetzbare Ausschußteile solcher Instrumententafeln eingesetzt. Selbstverständlich können auch derartige, aus der Fahr zeug-Innenausstattung von Altwagen herrührende Ausstattungsteile, die bei der Altfahrzeug-Entsorgung anfal len, als Ausgangsmaterial eingesetzt werden. Derartige Teile weisen folgende Mengenaufteilung auf: 20 bis 40 Gewichtsprozent an Dekorfolie, d. h. an tiefziehfähiger, wärmealterungsbeständiger Folie, 20 bis 40 Gewichts prozent an Polyurethanschaum und 40 bis 60 Gewichtsprozent an thermoplastischem Kunststoff, vorzugsweise Polypropylen; wobei die drei Schichten entsprechende Zusätze besitzen, wie sie bei der Beschreibung des mehrschichtigen Aufbaus einer heute üblichen Instrumententafel angegeben wurden.

Beispiel 1 (Vergleich)

Ein entsprechendes Abfallgemisch wurde auf einer Schneidmühle auf Teilchen mit einer Größe (Siebmaschi nenweite) von etwa 4 bis 8 mm zerkleinert. Anschließend wurde das Mahlgut mittels einer Dosierschnecke in einen Doppelschneckenextruder mit 34 mm Schneckendurchmesser mit einer Entgasungszone (Hersteller: Fir ma Leistritz, Typ LSM 30.34) gefördert und bei Zylindertemperaturen zwischen 178°C und 194°C, bei einer Schneckendrehzahl von 36 Umdrehungen/Minute erschmolzen und anschließend regranuliert. Das erhaltene, gut rieselfähige Zylindergranulat mit etwa 2,5 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 3 mm wurde darauf auf einer Spritzgießmaschine mit 1750 kN Schließkraft, ausgestattet mit einer Dreizonenschnecke mit 60 mm Durchmesser (Firma Klöckner-Ferromatik), zu einer Platte mit den Abmessungen 260 mm × 100 mm × 4 mm verarbeitet, bei einem Spritzdruck von 400 bar und einer Temperatur in der Einzugszone von 200°C, in der 1. Zone von 200°C, und in drei weiteren Zonen 2 bis 4 von 205°C.

Aus den erhaltenen Platten wurden Probestücke ausgesägt und mit einer Prüfstabfräsmaschine (Firma IPT, Typ 1285) auf entsprechende Prüfkörpermaße 15 mm × 170 mm × 4 mm für die Zugprüfung, 25 mm × 50 mm × 4 mm für die Biegeprüfung und 15 mm × 120 mm × 4 mm für die Schlagbiegeprüfung, ge bracht. Zur Vermeidung einer Kerbwirkung bei den Prüfkörpern wurden die Kanten mit Schleifpapier entgratet. Die Messungen mit den Prüfkörpern wurden durchgeführt bei Labortemperaturen und normaler Luftfeuchtig keit mit einer Universalprüfmaschine (Firma Frank, Typ 81565), bei einer Prüfgeschwindigkeit von 2 mm/Minu te. Die gemessenen mechanischen Werte für dieses Beispiel und die folgenden Beispiele sind in einer Tabelle nach dem letzten Beispiel angegeben.

Beispiel 2 (Vergleich)

Die Versuchsdurchführung erfolgte wie im Beispiel 1, wobei dem Mahlgut in dem Doppelschneckenextruder 10 Gewichtsprozent (bezogen auf das Mahlgut) an einem anhydrid-modifizierten Polypropylen (Exxelor® PO 1015 der Firma Exxon Chemical) als Verträglichkeitsverbesserer zugesetzt wurde.

Beispiel 3

Auch hier erfolgte die Versuchsdurchführung wie in Beispiel 1, wobei dem Mahlgut in dem Doppelschnecken extruder (jeweils bezogen auf das Mahlgut) noch zusätzlich 10 Gewichtsprozent eines Verträglichkeitsverbesse rers (Exxelor® 1015 der Firma Exxon Chemical), 0,2 Gewichtsprozent an einem phenolischen Antioxidanten (Irganox® der Firma Ciba-Geigy) als Polypropylen-Stabilisator, 17,5 Gewichtsprozent an Kurzglasfasern und 17,3 Gewichtsprozent an einem Polypropylen-Homopolymerisat (Abfallmaterial) als Schlagzähigkeits-Modifi zierungsmittel hinzugefügt werden.

Beispiel 4

Ebenfalls Versuchsdurchführung wie im Beispiel 1, wobei dem Mahlgut in dem Doppelschneckenextruder (jeweils bezogen auf das Mahlgut) zusätzlich 10 Gewichtsprozent an einem anhydrid-modifizierten Polypropy len (Exxelor® PO 1015 der Firma Exxon) als Verträglichkeitsverbesserer, 0,2 Gewichtsprozent an einem phenoli schen Antioxidanten (Irganox® der Firma Ciba-Geigy) als Polypropylen-Stabilisator, 15 Gewichtsprozent Tal kum und 35 Gewichtsprozent an Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer-modifiziertem Polypropylen (Abfallmate rial von Stoßfänger-Verkleidungen) als Schlagzähigkeits-Modifiziierungsmittel zugesetzt wurden.

Tabelle der mechanischen Eigenschaften der aus dem Recycling-Material hergestellten Prüfkörper

Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, werden bei dem Recycling-Material durch das zusätzliche Hinzufügen von einem Verträglichkeitsverbesserer, von einem Polypropylen-Stabilisator, von einem Schlagzäh-Modifizierer und/oder einem Polypropylen-Homopolymerisat, von Kurzglasfasern und/oder von Talkum zu dem Mahlgut die mechanischen Eigenschaften erheblich verbessert.

Eine Herstellung des Recycling-Materials kann auch mit einem Zweikomponenten-Spritzgießverfahren zu sammen mit einem anderen thermoplastischen Material durchgeführt werden, wobei das Recycling-Granulat das Kernmaterial darstellt.

Aus den so hergestellten Teilen aus Recycling-Material können wieder Abdeck-, Ausstattungs- oder Verklei dungsteile für den Automobilsektor produziert werden, die primär im Nichtsichtbereich anzuordnen sind oder mit einem entsprechenden Dekormaterial kaschiert werden, um sie als Sichtteil einzusetzen. Hierbei kann dann in vielen Fällen von den oberhalb angegebenen guten mechanischen Eigenschaften und auch von der dem Recycling-Material gegebenen akustischen Dämpfungseigenschaften gezielt Gebrauch gemacht werden.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen insbesondere darin, daß eine fast vollständige Wiederverwertung von Kunststoff-Verbundmaterialien möglich ist, mittels einer technisch einfachen, kosten günstigen und universell durchzuführenden Verfahrensweise. Ein sonst notwendiger Trennprozeß für die unter schiedlichen Kunststoffabfälle fällt weg, womit eine Einsparung von entsprechenden Sortieranlagen und von Energie erzielt wird. Es entfällt eine Verbrennung derartiger Kunststoffabfälle, was eine Entlastung der Umwelt bedeutet und auch die Abfall-Deponien werden volumenmäßig entlastet und Deponie-Kosten erspart. Vor allem werden auch die natürlichen Resourcen der chemischen Ausgangsprodukte für derartige Verbundmaterialien geschont.

Claims

1. Verfahren zur Wiederverwertung von Kunststoffabfällen und/oder von Kunststoffaltmaterial von Verbundbauteilen aus dem Kraftfahrzeugbereich, bestehend aus einer Dekorschicht, einer Dämmschicht und einem Trägerteil, wobei der Ausgangsstoff zuerst zu einem Mahlgut zerkleinert wird, der zerkleinerte Ausgangs stoff bestehend aus einem Thermoplast-Granulat und Additiven zu einem Mehrstoff-Gemisch in einem beheizbaren Schneckenextruder mechanisch regranuliert und dieses Material im Spritzgußver fahren zu Kunststoffteilen verspritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem nach der Zerkleinerung des Ausgangsstoffes erhaltenen Mahlgut vor oder während der Extrusion gleichzeitig oder nacheinander

1. als Verträglichkeitsverbesserer und/oder Haftvermittler mindestens ein anhydrid-modifiziertes Polypropylen, ein acrylsäure-modifiziertes Polypropylen oder ein säure modifiziertes Vinylacetat in einer Gewichtsmenge von 5 bis 15% und
2. mindestens ein phenolisches Antioxidans oder ein Phosphit-Gemisch als Stabilisator für den thermoplastischen Kunststoff in einer Gewichtsmenge von 0,1 bis 1% und
3. mindestens ein Schlagzähigkeits-Modifizierungsmittel auf der Basis von Ethylen-Propylen-Kautschuk, Polypropylen- Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer, Styrol-Butadien- Blockpolymer und/oder Polypropylen-Granulat in einer Gewichtsmenge von 5 bis 20% und
4. gegebenenfalls mindestens ein Versteifungsmittel in Form von Glasfasern und/oder einem anorganischen Füllstoff in einer Gewichtsmenge von 10 bis 20% zugesetzt wird und
5. das regranulierte Mahlgut in bekannter Weise im Spritzgußverfahren zu einem Kunststoffbauteil verspritzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mahlgut als anorganischer Füllstoff ein Talkum-Pulver zugesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastischer Kunststoff Polypropylen eingesetzt wird.

4. Verwendung der unter Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 oder 3 hergestellten Kunststoffbauteile im Nichtsichtbereich innerhalb des Kraftfahrzeugbereiches.

5. Verwendung der unter Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 oder 3 hergestellten Kunststoffbauteile im Sichtbereich im Kraftfahrzeugbereich nach vorhergehender Beschichtung mit einer Abdeckfolie oder einem anderen dekorativen Oberflächenmaterial.