DE4429390A1 - Verfahren zur Aufbereitung und direkten Verarbeitung von verdichtbaren Formteilen und Halbzeugen aus Kunststoffen zu neuen Fertigteilen oder Halbzeugen aus kompakten Kunststoffen oder zu neuen geschäumten Fertigkeiten oder Halbzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung und direkten Wieder- oder Weiterverarbeitung von Altprodukten aus verdichtbaren Formteilen und Halbzeugen geringer Dichte aus Kunststoffen zu neuen Fertigteilen oder Halbzeugen aus kompakten Kunststoffen oder zu neuen geschäumten Fertigteilen oder Halbzeugen. Das Verfahren beinhaltet unterschiedliche Verfahrensteile und -varianten, die unter Berücksichtigung der Randbedingungen des werkstofflichen Kunststoffrecyclings, insbesondere Sortenreinheit und Verschmutzungsgrad, alternativ zum Einsatz kommen.

Anfallende Altprodukte aus verdichtbaren Kunststoffen, wie z. B. PS-Schäume, werden in der Praxis in einem speziell dafür aufgebauten Erfassungssystem einer Wiederverwertung zugeführt. Dieses Material wird dabei in der Regel sortenrein erfaßt und meist zu Granulat verarbeitet. Dazu existieren verschiedene Verfahrensmethoden. Allen gemein ist eine mechanische Vor- und/oder Feinzerkleinerung mittels Shredder und/oder Mühlen. Anschließend wird das Material über einen Extruder und eine Granulierstrecke oder durch eine Verdichtung des vorzerkleinerten Materials mit Hilfe von Wärmestrahlen zu einem wiederverarbeitbaren Halbzeug (Granulat oder Agglomerat) aufbereitet. Die Verarbeitung des so gewonnen Materials erfolgt dann in einem weiteren separaten Verfahrensschritt in der Regel mittels einer Spritzgießmaschine oder eines Extruders.

Die mechanische Zerkleinerung von Kunststoffschäumen, wie sie in den heute bestehenden Anlagen eingesetzt wird, hat mehrere entscheidende Nachteile. Durch die geringe Masse im Vergleich zur Größe der Schaumteile und die daraus resultierenden geringen Trägheitskräfte, die für die Zerkleinerungswirkung einer Reihe von Zerkleinerungsmaschinen von Bedeutung sind, erfolgt die Zerkleinerung nur unter einem schlechten Wirkungsgrad. Durch die geringe Dichte des Kunststoffschaums können die Zerkleinerungsmaschinen nicht effektiv eingesetzt werden, da nur geringe Massendurchsätze erzielt werden, da die Masse eines zerkleinerten Schaumpartikels wesentlich geringer ist als bei Kompaktmaterial. Hinzu kommt die Materialschädigung durch thermisch-oxidativen Angriff insbesondere bei der Feinzerkleinerung durch Oberflächenvergrößerung und Wärmeentwicklung beim Mahlen.

Ebenfalls nachteilig ist der hohe Reinigungsaufwand von verschmutzten EPS-Teilen (Teile aus expandierbarem Polystyrol) bei der Anwendung konventioneller Verfahren, der dazu führt, daß verschmutzte EPS-Teile häufig nicht einer Wiederverwertung zugeführt werden.

Hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der Materialbeanspruchung bestehen beim EPS- Recycling nach konventionellen Methoden Nachteile durch einen hohen maschinentechnischen Aufwand im Anlagenbau und durch hohe Kosten beim Betrieb der Anlagen. Das Kunststoffmaterial wird bei der praxisüblichen Aufbereitung mehrmals erwärmt und wieder abgekühlt, was neben der Materialschädigung zu einem hohen Energieverbrauch und damit auch zu hohen Betriebskosten führt. Durch den enormen Energieverbrauch bei Zerkleinerung, Reinigung (mit anschließender Trocknung) und Granulierung des Materials ist der Sinn des konventionellen EPS-Recyclings unter ökologischen Gesichtspunkten fragwürdig.

In der Vergangenheit wurden bereits Verfahren zur Direktverarbeitung von kompakten Altkunststoffen entwickelt, nicht aber für verdichtbare Altkunststoffe geringer Dichte. Bisherige Verfahren zur Direktverarbeitung von verdichtbaren Altkunststoffen geringer Dichte kombinieren lediglich Teile der Aufbereitung mit der Verarbeitung. Durch die zeitliche und räumliche Trennung von Aufbereitung und Verarbeitung sowie durch die angewandten Methoden der Aufbereitung kann der Energieverbrauch beim werkstofflichen Kunststoffrecycling nur unzureichend gesenkt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, nachdem eine Anlage gebaut werden kann, die eine energetisch und wirtschaftlich günstige Aufbereitung von verdichtbaren Altkunststoffen geringer Dichte unter umweltrelevanten Bedingungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zu verwertenden Altkunststoffe in einem Verfahrensablauf, unmittelbar vor der Wiederverarbeitung des Kunststoffmaterials zu neuen Produkten, in einer Aufbereitungseinheit gleichzeitig vorzerkleinert oder vorverdichtet, erwärmt, verdichtet und, falls erforderlich, von festen und flüchtigen Verunreinigungen und Fremdstoffen getrennt und für die direkt daran anschließende Verarbeitung vorbereitet werden, um sie energiesparend und material­ schonend verarbeiten zu können.

Das Verfahren beinhaltet die Aufbereitung und Verarbeitung des Kunststoffmaterials. Die Aufbereitung wird überwiegend mit Hilfe der Wirkungsmechanismen der Materialerwärmung durchgeführt. Diese Wirkungsmechanismen sind Trocknung, Verdichtung, Verbundtrennung, Erweichung und Vorplastifizierung. Neben diesen Maßnahmen müssen außerdem die Vorzerkleinerung der Altteile, die Separierung verschiedener Werkstoff- und Fremdstofffraktionen und die Förderung des Materials in die Verarbeitungseinheit innerhalb des Aufbereitungsprozesses durchgeführt werden können. Die Maßnahmen der Verarbeitung dienen der Formgebung und damit der Herstellung eines Produkts.

Für unterschiedliche Anwendungsfälle werden unterschiedliche Verfahrensvarianten zur Durchführung der jeweils erforderlichen Aufbereitungsmaßnahmen eingesetzt. Welche Aufbereitungsmaßnahmen durchgeführt werden müssen, hängt insbesondere von den Randbedingungen ab, die durch das Input-Material vorgegeben werden. Alle Aufbereitungsmaßnahmen können mit drei Verfahrensschritten (Vorzerkleinerung oder Vorverdichtung, Heißluftverdichtung und Separierung) durchgeführt werden. Bei der Heißluftverdichtung können eine Reihe von Aufbereitungsmaßnahmen miteinander kombiniert werden:

• - Vorzerkleinerung oder Vorverdichtung: vorzerkleinern von Formteilen oder vorverdichten von losen Partikeln
• - Heißluftverdichtung: erwärmen, trocknen, verdichten, trennen von Verbunden, erweichen, fördern, vorplastifizieren
• - Separierung: Separierung verschiedener Werkstoff- und Fremdstofffraktionen.

Vorzerkleinerung oder Vorverdichtung

Die Vorzerkleinerung dient dem Zerteilen von sehr großen Formteilen beispielsweise aus EPS und die Vorverdichtung dem Kompaktieren von z. B. losen Folienschnitzeln. In der Praxis werden Blöcke aus EPS mit Hilfe eines erwärmten Drahts, der durch den Schaum geführt wird, zu Formteilen geschnitten. Durch die Temperatureinwirkung des erwärmten Drahts wird der Kunststoffschaum in einem engen Bereich um den Draht verdichtet und dadurch an dieser Stelle getrennt. Die gute Isolationswirkung von Kunststoffschäumen beschränkt die Temperatureinwirkung auf die direkte Umgebung des Drahts. EPS-Teile können so unter geringer Krafteinwirkung zerschnitten werden. Dieser Effekt wird hier genutzt, um große Teile (z. B. Verpackungen von TV-Geräten) zunächst in quader- und dann in würfelförmige Partikel zu zerkleinern.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Recyclinganlage mit einer Vorzerkleinerung der Schaumstoffteile dargestellt. Die Schaumteile werden dabei durch ein Gitter mit erhitzten Gitterdrähten geführt, die die Schaumteile zerschneiden. Bei großen Blöcken entstehen so zunächst quaderähnliche Teilstücke, die durch ein zweites Gitter zu würfelähnlichen Teilen zerkleinert werden. Die Größe der Würfel wird unter Berücksichtigung des Verdichtungsgrads von der Schneckengeometrie der Verarbeitungseinheit bestimmt. Kleinere Teile können daher auch ohne Vorzerkleinerung aufbereitet werden.

Gitter aus erwärmten Drähten können auch dazu genutzt werden, um dünnwandige, lose Partikel mit einer geringen Schüttdichte vorzuverdichten. Werden die Kunststoffpartikel gegen das Gitter gedrückt, schmelzen sie auf und werden durchtrennt. Durch den Anpreßdruck werden sie komprimiert. Das örtliche Aufschmelzen an den Drähten bewirkt ein Verschweißen der Kunststoffpartikel im komprimierten Zustand. Dieser Effekt wird in der Praxis bisher für Folienschweißgeräte z. B. im Haushaltsbereich genutzt.

Heißluftverdichtung

Durch das Relaxationsvermögen von Kunststoffen können expandierbare Kunststoffe bei Temperatureinwirkung wieder in ihren Ausgangszustand vor der Schäumung eingeschrumpft werden. Durch die größere Beweglichkeit der Moleküle bei höheren Temperaturen können innere Spannungen im molekularen Bereich abgebaut und Verformungen im makromolekularen Bereich zurückgestellt werden.

PS-Schäume werden erfindungsgemäß mit Heißluft aufbereitet und können so ohne äußere Krafteinwirkung verdichtet werden. Werkstoffverbunde aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Relaxationsvermögen können problemlos getrennt werden. Verunreinigungen und Fremdstoffe, wie z. B. Klebestreifen lösen sich während des Verdichtungsprozeß' unweigerlich vom Schaumstoff ab und können aus der EPS- Fraktion abgetrennt werden.

Gleichzeitig erreicht man durch die Verdichtung zunächst eine Erwärmung des Materials. Diese Erwärmung kann für eine Vorplastifizierung des Materials genutzt werden. Dadurch kann im anschließenden Verarbeitungsprozeß Plastifizierleistung eingespart werden.

Außerdem kann durch die Erwärmung feuchtes Input-Material getrocknet werden. Da die Verdichtung bzw. Erwärmung des Materials im Aufbereitungsprozeß mittels Heißluft erreicht wird, kann ein guter Trocknungseffekt erzielt werden. Die Erweichung des Kunststoffs, die ebenfalls aus der Erwärmung resultiert, wird für den Einzug der groben Partikel in der Verarbeitungseinheit genutzt.

Die Verdichtung des Materials im Heißluftstrom kann nach unterschiedlichen Varianten durchgeführt werden. Welche Variante zum Einsatz kommt, richtet sich in erster Linie nach dem Grad und der Art der Verschmutzung sowie dem eingesetzten System zur Separierung von Werkstoff und Verunreinigungen. Die Varianten werden grundsätzlich nach dem Prinzip der Heißluftführung unterschieden.

a) Gegenstromprinzip

Die Kunststoffpartikel werden in einem entsprechenden Behälter gegen die Schwerkraft mit Hilfe von Heißluft nach oben geblasen und durch die Temperatureinwirkung verdichtet. Da an den Kunststoffpartikeln bei zunehmender Verdichtung geringere Auftriebskräfte wirken, können die verdichteten Partikel gegen den Heißluftstrom nach unten in den Einzugsbereich einer Verarbeitungseinheit fallen und direkt verarbeitet werden. Der Heißluftstrom muß dabei so eingestellt werden, daß eine ausreichende Verdichtung der Kunststoffpartikel erfolgt, die Effektivität und Kontinuität des Eintrags der verdichteten Partikel in die Verarbeitungseinheit jedoch nicht darunter leidet. Das Gegenstromprinzip eignet sich zur Realisierung eines Heißluftverdichters mit relativ geringem Aufwand, insbesondere zur Aufbereitung nicht verunreinigter sortenreiner Altstoffe. Bei Kombination mit einem geeigneten Separierungssystems (z. B. Windsichtung oder elektrostatische Separierung) können auch verunreinigte Fraktionen aufbereitet werden.

b) Gleichstromprinzip

Die Kunststoffpartikel werden in Richtung des Heißluftstroms durch den Vorzerkleinerungs- und Verdichtungsbereich in die Verarbeitungseinheit gefördert. Die Kunststoffteile werden zunächst durch den sich vor den Vorzerkleinerungsgittern im Heißluftstrom aufbauenden Druck (oder durch Stopfer) durch diese Gitter aus erwärmten Drähten gedrückt und dadurch vorzerkleinert. Weitere nachfolgende Gitter aus kalten und/oder schlecht wärmeleitenden und relativ dicken Drähten halten die Kunststoffpartikel solange im Heißluftstrom bis sie ausreichend verdichtet sind, durch die Gitterstäbe hindurchfallen und mit dem Heißluftstrom in die Verarbeitungsmaschine (Extruder oder Spritzgießmaschine) eingezogen werden.

Bei dem Gleichstromprinzip besteht die Möglichkeit, den Heißluftstrom bis in die Verarbeitungseinheit zu führen, um ihn dort über entsprechende Bohrungen in der Zylinderwand abzusaugen. Dadurch erreicht man eine verstärkte Wandhaftung des Materials im Einzugsbereich des Extruders oder der Spritzgießmaschine. Die Förderwirkung kann so erhöht und der Einzug grober Partikel durch die Verarbeitungseinheit verbessert werden.

Separierung

Die Separierung dient der Trennung des zurückzugewinnenden Werkstoffs von anderen Fremdstoffen oder Verunreinigungen. Häufig können Fremdstoffe und Verunreinigungen erst nach einer Verbundtrennung mit einem wirtschaftlich vertretbaren Aufwand aus der Werkstofffraktion herausgetrennt werden. Durch die Verbindung von Verbundtrennung und Separierung bei der Aufbereitung mit Heißluft besteht die Möglichkeit, Aufbereitung und Verarbeitung auch bei verunreinigten Altkunststoffen zu kombinieren. Für die Separierung werden ebenfalls mehrere Verfahrensvarianten eingesetzt. Die Varianten unterscheiden sich nach der zeitlichen Anordnung der Separierung im Verlauf des Verdichtungsprozesses.

a) einstufige Variante

Bei der einstufigen Variante werden die Kunststoffpartikel vor der Separierung vollständig nach dem Gegenstrom- oder Gleichstromprinzip verdichtet. Im Anschluß daran werden die durch den Heißluftstrom bewegten Teile durch eine praxisübliche Separierung (z. B. Windsichtung, elektrostatische Trennung, Magnetabscheidung, Trennung über Zyklon) fraktioniert. Die zur Anwendung kommende Separierung hängt von den zu erwartenden Verunreinigungen und Fremdstoffen ab. Die separierten Kunststoffpartikel gelangen dann mit oder gegen den Heißluftstrom in die Verarbeitungseinheit.

b) zweistufige Variante

Bei der zweistufigen Verfahrensvariante werden die Kunststoffpartikel zunächst nur soweit vorverdichtet, bis sich anhaftende Verunreinigungen gelöst haben. Die Kunststoffteile werden dann von Fremdstoffen und Verunreinigungen getrennt und anschließend erst vollständig verdichtet. Dies hat den Vorteil, daß die Kunststoffpartikel noch relativ groß sind und so einfacher separiert werden können.

Dies trifft in besonderem Maße für PS-Schäume aus dem Baubereich zu. Die anhaftenden Verunreinigungen sind relativ spröde und zerfallen während des Ablösevorgangs zu kleineren Partikeln. Die noch relativ großen vorverdichteten Schaumpartikel können dann wie in Ausführungsbeispiel 2 (siehe Fig. 2) durch Absaugen von den Verunreinigungen getrennt werden.

Die Verarbeitung des Materials erfolgt direkt im Anschluß an die Aufbereitung. Die verdichteten Kunststoffpartikel werden direkt im erwärmten und erweichten Zustand (Vorplastifizierung) einem Extruder oder einer Spritzgießmaschine zugeführt. Damit auch größere Partikel verarbeitet werden können, sollten die Schnecken dieser Verarbeitungsmaschinen im Einzugsbereich tief geschnitten sein. Weitere Hilfsmittel zur Verbesserung des Einzugs sind Einzugstaschen, Aussparungen im Zylinder oder ein größerer Zylinderdurchmesser im Einzugsbereich. Dadurch können größerer Partikel besser zwischen die Schneckenstege gelangen und von der Schnecke erfaßt werden. Ein weiteres Hilfsmittel ist die Verwendung eines Stopfers. Besonders bei der diskontinuierlichen Arbeitsweise einer Spritzgießmaschine kann ein Stopfer vorteilhaft eingesetzt werden.

Schließlich besteht noch die Möglichkeit, die Aufbereitungseinheit so mit der Verarbeitungseinheit zu kombinieren, daß die für die Verdichtung und Erwärmung des Materials genutzte Heißluft im Einzugsbereich der Verarbeitungsmaschine über die Zylinderwand abgesaugt wird. Die verdichteten Schaumpartikel werden dann regelrecht zwischen die Schneckenstege in den Einzugsbereich der Verarbeitungsmaschine gesaugt.

Durch den Unterdruck werden die Kunststoffpartikel an die Zylinderwand gedrückt, wodurch sich die Reibung zwischen Zylinderwand und Kunststoffpartikel verstärkt und der Förderwirkungsgrad steigt. Der Einzug kann so entscheidend verbessert werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile können wie folgt zusammengefaßt werden:

• - Einsparung der Verfahrensschritte zur Zerkleinerung des Materials mit konventionellen mechanischen Zerkleinerungsmaschinen (Shredder, Mühlen)
• - Einsparung der Verfahrensschritte Trocknung, Reinigung (Reinigung durch Anwendung von Reinigungsmitteln), Verbundtrennung und Granulierung
• - einfache Vorzerkleinerung bzw. Vorverdichtung bei geringem Kraftaufwand und Energieverbrauch durch Zerschneiden des Materials mit erwärmten Drähten
• - Effektive und schnelle Verdichtung und Trocknung des Materials durch Anwendung von Heißluftströmen
• - direkte Verarbeitung des bereits durch die Aufbereitung vorplastifizierten Materials
• - geringere Materialschädigung durch sanfte Aufbereitung und Verzicht auf Granulierung durch Direktverarbeitung
• - Kombination unterschiedlicher Wirkprinzipien zur Erzielung von Mehrfachnutzen bei der Durchführung von Aufbereitungs- und Verarbeitungsmaßnahmen:
• - gleichzeitige Verdichtung, Trocknung, Verbundtrennung und Erweichung bzw. Vorplastifizierung des Materials
• - Nutzung der Materialerwärmung bei der Aufbereitung für die Verarbeitung des Materials zu neuen Produkten
• - Verbesserung des Einzugsverhalten von schwer rieselfähigem Material durch geeignete Heißluftführung
• - energetisch günstige Aufbereitung und Verarbeitung insbesondere durch:
• - Verzicht auf konventionelle mechanische Zerkleinerung (Shreddern, Mahlen) und Anwendung von energiesparenden Zerkleinerungsverfahren
• - Nutzen der Materialerwärmung beim Verdichten für die bei der Verarbeitung erforderliche Plastifizierung des Materials
• - Verzicht auf Granulierung durch Anwendung der Direktverarbeitung im Anschluß an die Aufbereitung des Materials
• - umweltgerechte Aufbereitung und Verarbeitung durch Anwendung energetisch günstiger Verfahrensvarianten.
  (Das Verfahren arbeitet nach dem Prinzip des minimalen Energieaufwands, der durch die Energiemenge zum Aufschmelzen bzw. Plastifizieren für die Verarbeitung des Materials bestimmt wird. Die Materialerwärmung im gesamten Prozeß ist bis zur Formgebung der Schmelze bei der Verarbeitung stetig ansteigend. Die Erwärmung des Materials innerhalb eines Verfahrensschritts wird jeweils für den nächsten Schritt genutzt.)
• - geringe Investitionskosten beim Bau einer Recyclinganlage durch Zusammenfassen von Verfahrensschritten und Verzicht auf konventionelle Zerkleinerung, Trocknung und Granulierung
• - geringer Platzbedarf durch Verzicht auf bzw. Kombination von Verfahrensschritten der konventionellen Aufbereitung (Möglichkeit zur kompakten Bauweise der Aufbereitungseinheit)
• - geringe Betriebskosten durch:
• - geringen personellen und maschinentechnischen Aufwand
• - energetisch günstige Verfahrensvarianten für Aufbereitung und Verarbeitung
• - größere Wirtschaftlichkeitsspanne des Materialrecyclings (werkstoffliches Recycling) durch:
• - Direktverarbeitung des zurückgewonnen Werkstoffs unmittelbar nach dem Aufbereitungsprozeß (Einsparungen bei Verarbeitung, Distribution und Lagerung)
• - Anpassung des Aufbereitungsaufwands an Qualitätsanforderungen des Endprodukts (Ziel des Recyclingverfahrens ist nicht die Gewinnung eines wiederverwendbaren Materials mit maximalen Werkstoffeigenschaften zu einem Preis, der meist über dem von Neuware liegt, sondern die Herstellung eines Produkts mit vorher festgelegten Eigenschaften)
• - geringere Absatzschwierigkeiten bei der Herstellung von marktfähigen Produkten im Vergleich zum Absatz von Rezyklaten beim konventionellen Materialrecycling.

Im folgenden wird das Verfahren an Hand von Ausführungsbeispielen noch näher beschrieben.

In der Praxis kann das Verfahren durch eine Anlage realisiert werden, die prinzipiell eine Aufbereitungs- und eine Verarbeitungseinheit besitzt. Die verschiedenen Verfahrensvarianten werden an vier unterschiedlichen Ausführungsbeispielen erläutert. Es handelt sich dabei um Anlagenkonfigurationen, die unter Berücksichtigung der Randbedingungen des Input-Materials, auf den Anwendungsfall des Rezyklats ausgerichtet sind.

Ausführungsbeispiel 1

EPS-Teile, die als Transportverpackung für Elektrogeräte (z. B.: TV-Geräte, Videorecorder, Hifi-Anlagen, Küchengeräte, Haartrockner, etc.) eingesetzt waren, sind meist nicht verschmutzt, da sie in der Regel noch von einer Kartonverpackung umschlossen sind. Werden diese Verpackungen sortenrein erfaßt, besitzen sie keinen oder nur einen geringen Fremdstoffanteil. Diese EPS-Teile können mit einer Recyclinganlage nach Fig. 1 wiederverwertet werden.

Diese Anlage besteht aus einer Aufbereitungseinheit mit Vorzerkleinerung und Heißluftverdichtung. Die Direktverarbeitung wird durch eine Spritzgießmaschine realisiert, da aus dem Altstyropor Cassettengehäuse als Spritzgieß-Formteile hergestellt werden sollen.

Die EPS-Teile können ohne weitere Vorbehandlung der Recyclinganlage zugeführt werden. Sie werden über ein Förderband mit Überbandmagnet in die Aufbereitungseinheit gebracht. Über einen Stopfer werden die Schaumteile durch das Vorzerkleinerungsgitter 1 gedrückt. Über ein weiteres Förderband und einen Stopfer werden die Teilstücke durch Vorzerkleinerungsgitter 2 zu würfelähnlichen Partikeln vorzerkleinert. Die würfelförmigen Teile fallen direkt in die nach oben strömende Heißluft des Heißluftverdichters, der nach dem Gegenstromprinzip arbeitet. Die Schaumpartikel werden solange durch die Heißluft nach oben geblasen, bis sie klein genug sind und gegen den Heißluftstrom durch das Absperrgitter in die Verarbeitungseinheit fallen.

Feuchte Schaumpartikel werden im Heißluftstrom außerdem gleichzeitig getrocknet. Die Temperatur der Heißluft muß so gewählt werden, daß zwar der Verdichtungseffekt einsetzt, die Partikel jedoch nicht klebrig werden. Bei ausreichender Volumenreduzierung ist die Auftriebskraft durch den Heißluftstrom geringer als die Schwerkraft der verdichteten Partikel. Die Partikel fallen durch das Absperrgitter, das nicht ausreichend verdichtete Schaumpartikel und Fremdstoffe, wie z. B. Klebebänder, zurückhält. Im tiefgeschnittenen Einzugsbereich des Spritzaggregats der Spritzgießmaschine werden die verdichteten Partikel eingezogen. Da das Spritzgießen ein diskontinuierlicher Prozeß ist, kann der Einzug problemlos durch einen Stopfer unterstützt werden. Die verdichteten Schaumpartikel werden in der Spritzgießmaschine direkt wieder zu Produkten aus kompaktem Polystyrol verarbeitet.

Ausführungsbeispiel 2

Dieses Ausführungsbeispiel beschreibt die Aufbereitung und Verarbeitung von verunreinigten EPS-Altstoffen aus der Baubranche. In Fig. 2 ist eine Anlagenkonfiguration dargestellt mit einer Aufbereitungseinheit, in der eine Vorzerkleinerung, Verdichtung und Separierung des aufgegebenen Materials realisiert wurde. Als Verarbeitungseinheit dient eine Spritzgießmaschine, mit der Büroartikel wie z. B. Schreibtisch-Briefkästen oder Diskettenboxen hergestellt werden.

Das Material wird zunächst wie in Ausführungsbeispiel 1 vorzerkleinert und gelangt dann in Heißluftverdichter 1. Dieser besteht aus einer Fördereinrichtung, die von Heißluft durchströmt wird. Die Schaumstücke werden darin soweit vorverdichtet, bis sich anhaftende Verunreinigungen durch die Volumenreduzierung des Schaums lösen. Durch den Fördervorgang und die einströmende Heißluft wird das Material umgewälzt, so daß sich die anhaftenden Verunreinigungen besser lösen und auf dem Grund der Fördereinrichtung ansammeln. Dort werden sie gemeinsam mit den Schaumpartikeln auf ein Separiergitter weitergefördert, von dem die noch relativ großen Schaumteile mittels eines Saugförderers von den Verunreinigungen getrennt werden. Der Saugförderer hat neben seiner Förderfunktion auch die Funktion eines Heißluftverdichters. Dieser Anlagenteil wird in Fig. 2 als Heißluftverdichter 2 bezeichnet. Der Förderstrom des Saugförderers ist als Heißluftstrom ausgeführt. Die Schaumteile werden so vollständig verdichtet und in die Verarbeitungseinheit gefördert. Über ein Absperrgitter wird sichergestellt, daß die Partikel ausreichend verdichtet sind. In der Spritzgießmaschine wird das Material direkt zu Büroartikeln verarbeitet.

Ausführungsbeispiel 3

Eine häufige Art der Verpackung von zerbrechlichen Teilen ist das Einbetten in EPS- Chips. Zur Aufbereitung dieser Verpackungsmittel bietet sich eine weitere Verfahrensvariante an. Eine Recyclinganlage, die nach diesem Prinzip arbeitet, wird in Fig. 3 gezeigt.

Aus dem EPS-Altmaterial soll in diesem Beispiel zunächst ein Granulat für eine konventionelle Weiterverarbeitung hergestellt werden.

Die Chips werden mit Hilfe eines Saugförderers in die Aufbereitungseinheit der Recyclinganlage gefördert. Durch das Absaugen der leichten Schaumteile verhindert man, daß beispielsweise metallische Verunreinigungen in die Verarbeitungsmaschine gelangen. Die Aufbereitungseinheit besteht aus einem einfachen Heißluftverdichter, der mit dem Saugförderer kombiniert ist. Die Heißluftverdichtung arbeitet nach dem Gleichstromprinzip. Die Chips werden mit dem Heißluftstrom durch den Verdichter direkt in einen Extruder geblasen. Die Verdichtung verläuft bei ausreichender Temperatur nahezu schlagartig, so daß die kurze Verweilzeit beim Durchströmen des Verdichters ausreicht, um das Material für die Verarbeitung vorzubereiten. Die Heißluft wird über Bohrungen im Zylinder des Einzugsbereichs des Extruders von den Materialpartikeln getrennt. Die verdichteten Partikel werden dadurch regelrecht in den Extruder gesaugt. Im Extruder wird das Material homogenisiert und mit Schlagzähmodifizierern aufgewertet. Im Anschluß an den Extruder erfolgt eine Granulierung.

Ausführungsbeispiel 4

Dieses Ausführungsbeispiel beschreibt die Aufbereitung und Verarbeitung von Folienabfällen. Ein häufiges Problem beim werkstofflichen Kunststoffrecycling ist die geringe Dichte der Werkstofffraktionen und der damit einhergehenden geringen Massendurchsätze. Dies trifft auch auf das Folien-Recycling zu. Die Verfahrensvariante nach Ausführungsbeispiel 4 soll zeigen, daß über die Technologie der Vorzerkleinerung nach Ausführungsbeispiel 1 und 2, ein Verdichten sowohl von Folienschnitzeln als auch von nicht vorzerkleinertem Folienmaterial möglich ist.

Mit der in Fig. 4 dargestellten Anlagenkonfiguration werden Folienschnitzel verdichtet und anschließend direkt zu neuen Folien verarbeitet. Über einen Saugförderer wird das Folienmaterial auf Zerkleinerungsgitter 1 gebracht (bei unzerkleinerten Folienabfällen erfolgt die Materialzuführung über ein Förderband mit Metalldetektor). Wird das Material durch die erwärmten Drähte gedrückt, erreicht man ein Durchtrennen quer und ein Verschweißen längs zur Richtung der Krafteinleitung (vgl. Folienschweißen). Durch Kombination dieses Trenn- und Verschweißungseffekts mit dem Druck, der durch den Stopfer aufgebracht wird, erreicht man die Verdichtung des Materials. Durch Wiederholung dieses Vorgangs bei Zerkleinerungsgitter 2 erhält man würfelförmige Partikel, die sich in einem Extruder mit tiefgeschnittenem Einzugsbereich weiterverarbeiten lassen. Über eine Breitschlitzdüse werden aus dem Material direkt wieder Folien hergestellt.

Claims (11)

1. Verfahren zur Aufbereitung und direkten Verarbeitung von verdichtbaren Formteilen und Halbzeugen aus Kunststoffen zu neuen Fertigteilen oder Halbzeugen aus kompakten Kunststoffen oder zu neuen geschäumten Fertigteilen oder Halbzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Verfahrensablauf, unmittelbar vor der Wiederverarbeitung des Materials oder zeitlich versetzt, die Teile in einer Aufbereitungseinheit mit Hilfe von thermisch wirkenden Trennwerkzeugen vorzerkleinert oder vorverdichtet und/oder gleichzeitig mit Heißluft und/oder erhitztem Gas erwärmt und verdichtet und, falls erforderlich, von festen und flüchtigen Verunreinigungen und Fremdstoffen getrennt und für die direkt daran anschließende Verarbeitung erweicht und/oder vorplastifiziert und durch den Aufbereitungsprozeß in eine Verarbeitungseinheit gefördert werden, ohne daß diese einer mechanischen Zerkleinerung oder Reinigung unterzogen werden. Die Materialerwärmung bei Aufbereitung und Verarbeitung ist bis zur Formgebung stetig ansteigend und daher prinzipiell im Hinblick auf den Energieverbrauch optimiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Formteile (z. B. Schaumteile), unter Berücksichtigung von erreichbarem Verdichtungsgrad im Heißluftverdichter und von Schneckengeometrie im Einzugsbereich der nachfolgenden Verarbeitungseinheit, ab einer bestimmten Größe durch Zerkleinerungsvorrichtungen aus erwärmten Drähten (z. B. durch hintereinandergeschaltete Gitter) vorzerkleinert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Halbzeug- (z. B. lose Folienschnitzel) mit Hilfe von erwärmten Drähten und geringer Kraftaufwendung quer zur Kraftrichtung durchtrennt und in Kraftrichtung verschweißt und dadurch zu verdichteten Partikeln geformt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile oder das Halbzeug durch die Temperatureinwirkung in einem Heißluftstrom verdichtet und gegen (durch die Einwirkung der Schwerkraft auf die verdichteten Partikel) oder mit dem Heißluftstrom direkt einem Extruder oder einer Spritzgießmaschine zugeführt werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Formteilen anhaftende Verunreinigungen und Verbundwerkstoffe (z. B. Klebefolien, Papieretiketten) durch die Kontraktion des Kunststoffs beim Verdichten im Heißluftstrom gelöst und gleichzeitig, gemeinsam mit anderen Verunreinigungen und Fremdstoffen, unter Ausnutzung der Beweglichkeit der Kunststoff-Partikel im Heißluftstrom, durch Windsichtung und/oder Staubabscheidung und/oder elektrostatische Abscheidung abgetrennt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile in einer ersten Stufe zunächst nur bis zu einem gewissen Grad verdichtet werden, bei dem sich anhaftende Verunreinigungen (wie z. B. Betonreste oder Erde bei EPS-Altstoffen aus dem Baubereich) lösen und in kleinere Teile zerbrechen. Die vorverdichteten Teile werden dann von den Verunreinigungen und von Fremdstoffen getrennt und in einer zweiten Stufe weiter verdichtet, bevor sie einer Verarbeitungseinheit zugeführt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nach der ersten Verdichtungsstufe noch relativ großen und im Vergleich zu ihrer Größe leichten Kunststoffpartikel von den gelösten und zerbrochenen Verunreinigungen durch Absaugen der Schaumpartikel getrennt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderstrom zum Absaugen der Kunststoffpartikel aus Heißluft besteht und dadurch der Saugförderer gleichzeitig als Heißluftverdichter zum vollständigen Verdichten der Schaumpartikel dient.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Heißluftverdichtung verdichteten Kunststoffpartikel in erwärmtem und erweichtem und/oder vorplastifiziertem Zustand in den Einzugsbereich einer Verarbeitungseinheit (z. B. Spritzgießmaschine oder Extruder) gebracht werden und so unter reduziertem Plastifizieraufwand direkt zu Formteilen oder Halbzeugen verarbeitet werden können.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Einzug der verdichteten Partikel in der Verarbeitungseinheit durch eine in der Einzugszone tiefgeschnittene Schnecke und/oder Aussparungen im Zylinder im Bereich der Einzugszone und/oder Erweiterung des Zylinderdurchmessers im Einzugsbereich und/oder durch einen Stopfer unterstützt werden kann.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Einzug der verdichteten Partikel in der Verarbeitungseinheit verbessert wird, indem der Heißluftstrom bis in den Einzugsbereich der Verarbeitungsmaschine geführt und die Heißluft über die Zylinderwand abgesaugt wird, um die Haftung bzw. Reibung der Partikel an der Zylinderwand zu verstärken und den Förderwirkungsgrad im Einzugsbereich zu erhöhen.