DE4311254A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gesinterten Granalien aus expandiertem Polystyrol - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gesinterten Granalien aus expandiertem Polystyrol

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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/22After-treatment of expandable particles; Forming foamed products
    • C08J9/228Forming foamed products
    • C08J9/232Forming foamed products by sintering expandable particles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
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    • C08J2325/02Homopolymers or copolymers of hydrocarbons
    • C08J2325/04Homopolymers or copolymers of styrene
    • C08J2325/06Polystyrene

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von gesinterten Granalien aus expandiertem Polystyrol, wobei man Teilchen aus Polystyrol zeitlich ge­ zielt unter äußerlichem Anschmelzen der Teilchen einer Wärmestrahlung aussetzt.
Ausgangsmaterial für diesen Sinterprozeß ist vorzugsweise ein gemahlenes und/oder gesiebtes Granulat aus expandiertem Polystyrol (=EPS), das beispielsweise aus zurückgenommenen Verpackungsteilen, Isolierplatten und ähnlichen Teilen aus expandiertem Polystyrol besteht.
Für die Aufbereitung durch Brechen und/oder Mahlen und/oder Sieben sind verschiedene, an sich bekannte Verfahrensweisen möglich, die mehrere Behandlungsschritte umfassen, wobei bei Anwendung der üblichen Anlagen diese Behandlungsschritte in getrennten Aggregaten durchgeführt werden, wodurch gegebenen­ falls zusätzliche Transport- und Lagerkapazitäten nötig sind.
In einem neuerdings vorgeschlagenen Aggregat ist die Auf­ bereitung dieser erfindungsgemäß zu sinternden expandierten Polystyrole in einem Arbeitsgang möglich. Bei diesem neuent­ wickelten Aggregat sitzen auf einer vertikalen Antriebsachse untereinander angeordnet, ein Schlagleistenbrecher, ein Mahl­ teller mit fliegenden Messern über auswechselbaren Siebböden und ein Ventilatorrad zur Luftförderung der ausreichend zer­ kleinerten EPS-Teile zu einem Abscheidesichter in einem Einzugstrichter, der gleichzeitig der Ansaugung der Sichter­ luft dient.
Durch die fliegenden Messer wird das Material meist zerschnitten und kaum zerrissen, wodurch wünschenswerterweise nur ein sehr geringer Staubanfall stattfindet, der nicht mehr in einem gesonderten Entstaubungsprozeß beseitigt werden muß, bevor man das Material weiter verarbeiten kann.
Das auf die eben beschriebene Weise gewonnene Granulat kann man ohne weitere Zwischenschritte dem erfindungsgemäßen Sinterprozeß unterwerfen. Dabei wird durch Anregung der an den Oberflächen der Polystyrolteilchen d. h. der sogenannten Kornoberflächen liegenden Moleküle durch Temperatureinwir­ kung das Bestreben der Moleküle, ein möglichst niedriges Energiepotential einzunehmen, unterstützt und ein Zusammen­ ziehen der Polystyrolteilchenoberflächen zu kugeligen oder annähernd kugeligen Formen begünstigt.
Durch geeignete Dosierung der Sinterenergie ist es möglich, angeschmolzene Kugeloberflächen bei nur wenig thermisch beeinflußtem Kugelinneren zu erreichen und ein relativ leichtes, teils hohles, kugeliges Korn mit relativ harter Oberfläche zu schaffen.
Über die Ausgangskorngröße und über den Sintergrad ist die Steuerung der Dicke der geschmolzenen und/oder gesin­ terten äußeren Kugelschale und der verbleibenden oder ge­ wünschten Endkorngröße möglich.
Es ist überraschend und ein Fortschrittsaspekt, daß die Schüttdichte der erfindungsgemäß hergestellten gesinterten Granalien aus expandiertem Polystyrol 9- bis 10mal so groß ist, wie die Schüttdichte des Ausgangs-EPS.
Mit der Erfindung ist es insbesondere auch möglich, eine sogenannte Sinterkruste der gesinterten Granalien zu schaffen, wodurch diese beispielsweise als Zuschlagstoff vor allem für Gipsputze optimal einsetzbar sind, da sich dieser Leichtzuschlag nach dem Glattstrich nicht an der geglätteten Oberfläche durch Auswölbung abzeichnet, wie dies beispiels­ weise bei zusammengepreßten Polystyrol-Kügelchen der Fall sein kann, infolge einer Rückstellkraft, die die Oberfläche des Gipsformkörpers uneben machen können.
Ferner ist das Ausgangsprodukt, nämlich die expandierten Polystyrol-Teile elektrostatisch aufgeladen bzw. aufladbar. Im Gegensatz dazu sind die erfindungsgemäßen Sintergranalien chemo-physikalisch ausgeglichen und elektrisch neutral. Es handelt sich bei diesem Ausgleich auch um einen solchen der sogenannten van der Waalschen-Kräfte, die zu einem neutralen kugelförmigen Produkt führen.
Zur Erzielung einer hohen Sinterleistung und Gleichmäßigkeit des Sinterprodukts bei gleichzeitig guter Regelmöglichkeit, wird erfindungsgemäß ferner ein kontinuierlich arbeitender Prozeß durchgeführt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird dabei das EPS-Mahlgranulat mittels Kastenbeschicker in einlagiger Schichtstärke auf ein umlaufendes waagrechtes Metallsieb- Gewebeband aufgebracht. Dieses durchläuft eine Heizein­ richtung, beispielsweise einen Heizstrahler, wobei die äußerliche Anschmelzung in einer Sinterzone stattfindet unter Entstehung der Kugelform oder annähernden Kugelform der gesinterten Granalien. Nach Durchlaufen der anschließen­ den Abkühlstrecke werden die fertig angeschmolzenen EPS- Kügelchen in ein Aufangbehältnis gefördert.
Metallsiebgewebe als Förderbandmaterial wird gewählt, um eine gleichmäßige Temperaturbeaufschlagung der EPS-Kügelchen zu erreichen und zu große Kontaktflächen zu vermeiden, die zu Anbackungen zwischen Granulat und Unterlage führen könnten.
Die Sinterzone kann als direktbestrahlte oder muffel­ beheizte Strecke ausgebildet sein. Die Temperaturein­ wirkungsdauer liegt je nach Korngröße, gewünschtem Sinter­ grad und Muffeltemperatur zwischen 10 Sekunden und ca. 2,5-3 Minuten.
Zur Verwertung bisher nicht genutzter Abwärmemengen wird eine Muffelbeheizung vorgeschlagen, zumal auf diese Art Luftturbulenzen vermieden werden, die zu Verwirbelungen und/oder Verblasungen des leichten EPS-Granulats führen könnten.
Die Abkühlstrecke muß so lange bemessen sein, daß die gesinterten Kügelchen in vereinzeltem Transport abkühlen können und damit thermische Zusammenbackungen weitgehend vermieden werden. Die dennoch entstehenden leicht zusammen­ haftenden Agglomerate können in einem nachgeschalteten Reibe- und/oder Mahlprozeß sehr leicht in Einzelkörner getrennt werden.
Die Anlagenanordnung zeichnet such durch eine hohe Flexibi­ lität und gute Regelbarkeit aus, wie im folgenden ausgeführt wird:
Die Sintermenge kann über Aufgabebreite und Bandgeschwindig­ keit geregelt werden.
Der Sintergrad ist über die Temperatur im Muffelbereich - bei Strahlern z. B. durch den Abstand zwischen Strahler und Sintergut und die Leistungsaufnahme der Strahler - und die Verweilzeit (Durchlaufzeit oder Streckenlänge) in der Muffel beeinflußbar.
Der Abkühlgrad ist abhängig von der verbleibenden Rest­ bandlänge, der Bandgeschwindigkeit und einer eventuellen Kühlung mit Kaltluftdüsen.
Eine weitere Einflußmöglichkeit besteht auch in der Veränderung der Aufgabendichte am Kastenbeschicker, wie auch in variab­ ler Schichtstärke und Ausgangskorngröße des EPS-Materials.
Die materialtechnischen Kenngrößen sind variabel, da sowohl Ausgangsmaterialien aus EPS verschiedenster Herkunft und Dichte verwendet werden können, als auch die Endeigenschaften des Sinterprodukts in weiten Grenzen variierbar sind. Die Schüttdichte des Ausgangsmahlgranulats liegt im allgemeinen zwischen 10-50 g/ltr. bei Korngrößen zwischen ca. 0,5-50 mm.
Die Schüttdichte des Sintermaterials schwankt je nach Aus­ gangskorngröße und Sintergrad zwischen ca. 50 g/ltr. (schwach gesintert-rel. weiche Kornoberfläche) und 270-300 g/ltr. (stark gesintert/geschmolzen - harte Kornoberfläche).
Die Korngröße des fertig gemahlenen Sintermaterials liegt je nach Ausgangskorngröße und Sintergrad zwischen ca. 0,01 mm und 10-15 mm.
Die Kornform des Sintermaterials ist meist kugelig und die Farbe weiß bis hellgrau, solange kein mit Pigmenten oder Halogeniden behandeltes Ausgangsmaterial verwendet wird; bei Verwendung solcher Materialien tritt eine Braunverfärbung oder Abdunkelung der jeweils verwendeten Farbpigmentstufen ein.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von ge­ sinterten Granalien aus expandiertem Polystyrol wird anhand der beiliegenden Fig. 1 näher beschrieben:
Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Trichtersilo für die zu sinternden Polystyrolteilchen 2 bezeichnet, welche durch die verschließbare Öffnung 3 auf das Metallsieb­ gewebeband 4 rieseln und durch die Vorwärtsbewegung des Metallsiebgewebebands in die Temperatureinwirkungs­ zone 5, die beispielsweise aus einer Heizstrahleran­ ordnung besteht, gelangen.
Beispielsweise kann man durch eine Geschwindigkeits­ regulierung des Metallsiebgewebebands die Stärke der Sinterung variieren bzw. feineinstellen. Kontinuierlich verlassen sodann die gesinterten Granalien 3a an der Umlenkstelle 6 des Metallsiebgewebebands 4 in Folge Schwerkrafteinwirkung das Metallsiebgewebeband und fallen in den Sammelbehälter 7.
Bezugszeichenliste
1 Trichtersilo für die
2 Zu sinternden Polystyrolteilchen
3 Verschließbare Öffnung des Trichtersilos
3a Gesinterte Granalien
4 Metallsiebgewebeband
5 Temperatureinwirkungszone
6, 6′ Umlenkstellen des Bands
7 Sammelbehälter.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung von gesinterten Granalien aus expandiertem Polystyrol, dadurch gekennzeichnet, daß man Teilchen aus Polystyrol zeitlich gezielt unter Erreichen eines äußerlichen Anschmelzens einer Wärmestrah­ lung aussetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man solche Teilchen aus Polystyrol einer Wärmestrahlung aussetzt, die durch Zerschneiden größerer Polystyrol-Teile mittels fliegender Messer erhalten wurden.
3. Verfahren nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Erhalt der gewünschten Dicke der äußeren Grana­ lienschale durch zeitliche Steuerung und/oder Regelung be­ stimmt.
4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmestrahlungsquelle ein Heizstrahler eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Wärmestrahlungsquelle einen Muffelofen einsetzt.
6. Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die einer Wärmestrahlung auszusetzenden Teilchen aus Polystyrol über eine Beschickungsvorrichtung auf ein hitze­ festes sich in Bewegung befindliches Förderband aufgegeben werden, über dem sich die Wärmestrahlungsquelle befindet.
7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Erhitzungsprozeß eine Abkühlphase der geschaffenen Sinterteilchen anschließt.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einem endlos umlaufenden Metallsieb­ gewebeband (4) besteht, über welchem ein unterseitig verschließbares Trichtersilo (1) für die zu sinternden Polystyrolteilchen (2) und in Förderrichtung nachge­ schaltet eine Heizeinrichtung mit Temperatureinwirkungs­ zone (5) zum Zwecke des Sinterns der aufliegenden Poly­ styrolteilchen (2) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallsiebgewebeband (4) über zwei Umlenk­ rollen (6, 6′) läuft, wobei unter der Umlenkrolle, die von den gesinterten Granalien zuerst erreicht wird, ein Auffangbehälter (7) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatureinwirkungszone (5) als Heizein­ richtung zumindest einen Heizstrahler aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatureinwirkungszone (5) eine Muffel­ ofenanordnung aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtungen regelbar und/oder steuerbar sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Metallsiebgewebebands regelbar und/oder steuerbar ist.
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