DE4319626C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Recycling von thermoplastischen Schäumen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Recycling von thermoplastischen Schäumen als Ausgangsmaterial, insbesondere PE- oder PP-Schäumen zu geschlossenzelligen Formschaumteilen oder Schaumplatten als Recyclingprodukt.

Die hier in Rede stehenden Ausgangsmaterialien, insbesondere thermoplastische Reststoffe aus der Herstellung und Bearbeitung von PE- oder PP-Schäumen wurden bisher nur in sehr geringem Umfang recycelt, da deren Verarbeitung und Wiederaufbereitung sehr aufwendig ist. Bei dem Zerkleinern des Ausgangsmaterials auf üblichen Zerkleinerungsmaschinen, wobei das Ausgangsmaterial zu Flocken oder feinkörnigem Granulat zerkleinert wurde, traten erhebliche Probleme auf, da beim anschließenden Erhitzen und Pressen die Flocken oder das feinkörnige Granulat bei niedrigeren Temperaturen keinen guten Wertstoffverbund eingingen. Bei weiterer Temperaturerhöhung ergab sich neben dem erhöhten Energieaufwand als wesentlicher Nachteil, daß die Flocken an ihren unregelmäßigen, ausgefransten Außenkanten verkokten oder gar zu brennen anfingen.

Als Konsequenz wurde beim Recycling von thermoplastischen Schäumen häufig das Ausgangsmaterial so stark zerkleinert, daß es wie bei der Neuherstellung so weit granuliert wurde und in einem Extruder verarbeitet werden konnte, sowie dann anschließend wieder mit entsprechenden Treibgasen aufgeschäumt wurde. Dieses Recyclingverfahren ist jedoch aufgrund des erforderlichen Aufschäumschrittes sehr aufwendig und damit unwirtschaftlich.

Die DE 30 37 011 A1 beschreibt ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines bahnförmigen Schichtmaterials aus Schaumstoffteilchen, z. B. aus Randabfällen. Hierdurch sollen Bau- Abdichtungsplatten hergestellt werden. Die Schaumstoffteilchen werden dabei auf eine Förderstrecke aufgestreut, im freien Fall vorgewärmt und zwischen zwei Förderbändern zu einer Bahn verdichtet und kalibriert. Die Form der Schaumstoffteilchen sind als zerkleinerte Schnitzel oder Chips beschrieben, die, wie vorstehend erwähnt, zum Zusammenbacken zu einem Formschaumteil ungünstig sind.

Die für den Vorrichtungsanspruch gattungsbildende DE 40 04 587 A1 beschreibt die Wiederaufbereitung von Polystyrolschaum, der auf annähernd Granulatgröße zerkleinert wird. Dieses Polystyrolgranulat weist dabei Kugel- oder Perlenform auf und wird in einer Preßform mit einem Preßstempel mehrfach verdichtet, wobei durch die Seitenwände Heißdampf durch Düsen zugeführt wird.

Die JP 59-155019 befaßt sich ebenfalls mit der Wiederaufbereitung von Schaumabschnitten, die in einer luftdurchlässigen Form mittels Heißluft vorgewärmt werden. Aus dieser Vorwärm-Form wird der vorgewärmte und teilweise angeschmolzene Schaum dann jedoch in eine gesonderte Preßform übergeführt und dort von einem Preßstempel verdichtet. Hierdurch gestaltet sich der Verfahrensablauf relativ kompliziert.

Die CH-PS 374 826 beschreibt eine Granuliermaschine mit einer gezackten Gegenschneidleiste, in die einzelne, rotierende Messer eingreifen. Diese rotierenden Messer sind hierbei schraublinienförmig am Walzenumfang angeordnet und unterschiedlich ausgeführt, nämlich einmal als Profilmesser, das in die zackenförmige Gegenschneidleiste eingreift und einmal als gerades Messer, das an der Außenkante der Gegenschneidleiste abtrennt. Dabei werden jedoch streifenförmige Granulatstücke abgeschnitten, die für das anschließende Verdichten und Zusammenbacken ungünstig sind.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Recycling von thermoplastischen Schäumen zu schaffen, das bzw. die einfacher und wirtschaftlicher arbeitet und die Herstellung von Formschaumteilen oder schaumplatten als formbeständiges Recyclingprodukt ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß dem Anspruch 1 bzw. einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 3.

Insbesondere durch die Zerkleinerung des Ausgangsmaterials zu im wesentlichen gleichmäßigen, dreidimensionalen Granulatstücken in Würfelform, läßt sich in dem Recyclingprodukt die Schaumcharakteristik erhalten, so daß also auch das Recyclingprodukt nahezu die gleichen Federungs- und Elastizitätseigenschaften wie die Formschaum-Ausgangsmaterialien aufweist. Durch die gleichmäßige, dreidimensionale Form der Granulatstücke von im allgemeinen 1 cm Kantenlänge ergibt sich eine leicht zu verarbeitende Form, so daß diese durch übliche Fördervorrichtungen auf einfache Weise zu der Preßform transportiert werden können.

Als besonderer Vorteil ergibt sich durch die Gleichmäßigkeit der Granulatstücke, daß diese beim Erhitzen oder Ansintern an der Oberfläche gleichmäßig erweichen, ohne zu verkoken oder gar zu verbrennen. Hierdurch ergibt sich beim anschließenden Verpressen ein sehr guter Verbund zwischen den einzelnen Granulatstücken zum Recyclingprodukt. Hierbei bleibt die Federcharakteristik des Schaumes im wesentlichen erhalten. Durch den Grad der jeweiligen Verdichtung, bevorzugt im Bereich zwischen 1 : 2 bis 1 : 3 läßt sich der Grad der Porösität bzw. der Kompaktheit des gewünschten Recyclingprodukts anpassen. Von weiterem Vorteil ist hierbei, daß durch die Formgebung der Preßform auch gewölbte oder gekrümmte Recyclingprodukte für verschiedene Anwendungsfälle herstellbar sind.

Die entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist als Zerkleinerungsvorrichtung eine Messerwalze mit mäanderförmigen Schneidzacken auf, die in eine korrespondierend gezackten Gegenschneidleiste eingreifen, so daß bei jedem Durchlauf der Schneidzacken durch die entsprechend gezackte Gegenschneidleiste eine größere Anzahl der gewünschten Granulatwürfel von dem Ausgangsmaterial abgeschnitten wird. Hierdurch läßt sich die gewünschte Gleichmäßigkeit der Granulatstücke erreichen. Durch Erhöhung des Vorschubes des Ausgangsmaterials ist es jedoch auch möglich, leicht quaderförmige Granulatstücke zu erzeugen, die ähnliche Vorteile wie die Granulatwürfel bieten.

Die vorgeschlagene Zerkleinerungsvorrichtung eignet sich dabei für verschiedene Dicken des Ausgangsmaterials, wobei dann der Vorschub und die Rotationsgeschwindigkeit derart aneinander angepaßt werden, daß die Kantenlängen der abgehackten Granulatstücke in etwa gleich ist, also somit die erwünschte Würfelform erzeugt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert und beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der verwendeten Zerkleinerungsvorrichtung; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens zum Recycling von thermoplastischen Schäumen.

In Fig. 1 ist in perspektivischer Ansicht ein wesentliches Bauteil der Vorrichtung zum Recycling von thermoplastischen Schäumen dargestellt, nämlich eine Zerkleinerungseinrichtung 3, der, von einer Vorschubwalze 2 angetrieben, Ausgangsmaterial 1, insbesondere Abfallstoffe aus PE oder PP-Schäumen, zugeführt werden. Derartige Abfallstoffe können z. B. Stanzgitter oder Randstreifen oder sonstige Abfallmaterialien aus den genannten Schäumen sein. Das Ausgangsmaterial 1 wird hierbei über eine gezackte, mäanderförmig ausgebildete Gegenschneidleiste 4 geleitet. In die Ausnehmungen der Gegenschneidleiste 4 greifen entsprechende Schneidzacken 6 einer Messerwalze 5 ein. Die hier dargestellte Messerwalze 5 weist zwei derartige rotierende Schneidleisten auf, die beide mäanderförmig verlaufende Schneiden aufweisen. Es sei darauf hingewiesen, daß nicht nur die radial äußere Schneidkante angeschärft ist, sondern auch die in Radialrichtung weiter innen liegende Kante der Mäanderform.

Beim Durchlauf der Schneidzacken 6 durch die Ausnehmungen der Gegenschneidleiste 4 wird somit vom Ausgangsmaterial 1 gleichzeitig eine Vielzahl von Granulatstücken 7 abgetrennt, die etwa eine Würfelform aufweisen. Diese abgehackten Granulatstücke 7 sind hier unterhalb der Schneidwalze 5 dargestellt, wobei einzelne Granulatstücke 7 an der mit 8 gekennzeichneten Eckkante aufgrund des mäanderförmigen Verlaufes leicht zusammenhängen können. Bei der weiteren Verarbeitung, insbesondere der Zudosierung in einen Bunker 9 (vgl. Fig. 2), werden jedoch die einzelnen Granulatstücke 7 jeweils an der Eckkante 8 getrennt, sofern dies nicht schon durch die Wucht bei dem Zerkleinerungsvorgang oder dem Herabfallen in ein Silo oder einen Bunker 9 erfolgt.

In Fig. 2 ist der grundsätzliche Verfahrensablauf nach der wesentlichen Zerkleinerung in Granulatwürfel 7 dargestellt. Die Granulatstücke 7 werden von dem schematisch dargestellten Bunker 9 aus in eine Preßform 10 eingefüllt. Bei diesem Verfahrensschritt befindet sich ein etwa flächengleicher Preßkolben 11 über der Preßform 10, wie dies in durchgezogenen Linien dargestellt ist. Nach dem Einfüllen der Granulatstücke 7 in die wannenförmige Preßform 10 wird diese durch Absenken des Preßkolbens 11 (strichlierte Stellung) geschlossen. Dann werden die in der Preßform 10 befindlichen Granulatstücke 7 durch einströmende Heißluftströme 17 erhitzt. Hierzu sind einerseits in dem Preßkolben 11 Perforationsflächen 12, insbesondere Lochbleche vorgesehen, während in der wannenförmigen Preßform 10 an den Seitenflächen ebenfalls derartige Perforationsflächen 13 vorgesehen sind. Die Heißluftströme 17 werden unter entsprechender Ausrichtung in einem Gehäuse 14 durch die Perforationsflächen 13 und dann durch die Perforationsfläche 12 des Preßkolbens 11 gelenkt. Hierdurch werden die Außenflächen der Granulatstücke 7 stark erhitzt, so daß diese in einer Art Ansintervorgang erweicht werden. Dieses Erhitzen bzw. Ansintern der Granulatstücke 7 erfolgt bevorzugt im nicht-verdichteten Zustand, so daß die einzelnen Würfel gut von der Heißluft umströmt werden.

Wie ersichtlich, ist hierbei der Boden der Preßform 10 durch ein geschlossenes Bodenblech 15 gebildet, das sich über strahlenförmig verlaufende Abstützungen 16 an dem Gehäuse 14 abstützt. Die Abstützungen 16 bewirken somit auch eine Gleichrichtung der Heißluftströme 17. Die Heißluft 17 wird in einem Heizregister 18 erwärmt und nach Durchströmung durch die Preßform 10 und den Preßkolben 11 durch eine Rückführleitung 19 zum Heizregister 18 zur anschließenden Wiedererwärmung zurückgeführt.

Nach einer entsprechenden Ansinterperiode der Granulatstücke 7 wird dann der Preßkolben 11 in die mit Strichpunktlinien dargestellte Endstellung abgesenkt, wobei die erhitzten Granulatstücke 7 zum Recyclingprodukt 20, beispielsweise hier einem Quader oder einer Platte, verpreßt werden. Wie schematisch angedeutet, bleibt dabei die Grundstruktur der Granulatstücke 7 im wesentlichen erhalten, so daß deren Federeigenschaften aufgrund ihres geschlossenzelligen Aufbaus erhalten bleibt, jedoch ein sehr guter Verbund zwischen den einzelnen Granulatstücken 7 erreicht wird.

In der linken unteren Hälfte in Fig. 2 ist ein alternativer Aufbau der Preßform 10 angedeutet, wobei die Perforationsfläche 13 im Gegensatz zu der seitlichen Anbringung bei der Ausführung in der rechten Hälfte an der Bodenfläche vorgesehen ist. Hierdurch wird eine direkte Durchströmung der Preßform 10 mit Umströmung der darin eingefüllten Granulatstücke 7 durch den Heißluftstrom 17 und anschließender Wiederaustritt über die Perforationsfläche 12 des Preßkolbens 11 erreicht. Diese hier links dargestellte Ausführung eignet sich insbesondere, wenn bei dem Recyclingprodukt 20 glatte Seitenflächen gewünscht werden, während die Ausführung in der rechten Hälfte dazu geeignet ist, eine vollständig glatte Bodenfläche aufgrund des glatten Bodenblechs 15 zu erzeugen. Es versteht sich dabei, daß die Granulatstücke 7 aufgrund der Erweichung geringfügig in die Bohrungen oder Löcher der Perforationsflächen 12 und 13 fließen, so daß beim Recyclingprodukt 20 an diesen Flächen geringfügige Noppen oder Erhebungen vorhanden sind. Selbstverständlich sind hierbei die Durchbrüche der Perforationsflächen 12 und 13 erheblich geringer bemessen als die mittlere Kantenfläche der Granulatstücke 7.

Claims (7)

1. Verfahren zum Recycling von thermoplastischen Schäumen, insbes. PE- oder PP-Schäumen zu geschlossenzelligen Formschaumteilen oder Schaumplatten als Recyclingprodukt, umfassend folgende Schritte:

• a) Zerkleinern des Ausgangsmaterials (1) zu gleichmäßigen Granulatstücken (7) mit Würfelform;
• b) Einfüllen der Granulatstücke (7) in eine Preßform (10);
• c) Erhitzen der Granulatstücke (7); und
• d) Verpressen der erhitzten, angesinterten Granulatstücke (7) zum Recyclingprodukt (20), wobei das Ansintern der Granulatstücke (7) im über Perforationsflächen (12, 13) in die Preßform (10) zugeführten Heißluftstrom (17) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verpressen mit einem Verdichtungsgrad von 1 : 2 bis 1 : 3 erfolgt.

3. Vorrichtung zum Recycling von thermoplastischen Schäumen, insbes. PE- oder PP-Schäumen zu geschlossenzelligen Formschaumteilen oder Schaumplatten als Recyclingprodukt mit einer Zerkleinerungsvorrichtung zum Zerkleinern des Ausgangsmaterials zu Granulatstücken und einer nachgeschalteten Preßform, wobei zum Verdichten der Granulatstücke ein Preßkolben und zum Einleiten eines Heizmediums Perforationsflächen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Zerkleinerungsvorrichtung (3) eine Messerwalze (5) mit mäanderförmigen Schneidzacken (6) vorgesehen ist, die bei ihrer Rotationsbewegung in eine korrespondierend gezackte Gegenschneidleiste (4) eingreifen, wobei der Gegenschneidleiste (4) wenigstens eine Vorschubwalze (2) zugeordnet ist und die Vorschubgeschwindigkeit des Ausgangsmaterials (1) mittels der Vorschubwalze (2) und die Rotationsgeschwindigkeit der Messerwalze (5) zur Erzeugung von würfelförmigen Granulatstücken (7) miteinander gekoppelt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßform (10) von seitlichen Perforationsflächen (13) und einem glatten Bodenblech (15) begrenzt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßform (10) als Boden eine Perforationsfläche (13) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über der Preßform (10) der in diese eingreifende Preßkolben (11) vorgesehen ist, dessen Preßfläche Perforationen (12) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Preßform (10) eine Rückführleitung (19) für die Rückführung des Heißluftstromes (17) zu einem Heizregister (18) vorgesehen ist.