DE60206271T3

DE60206271T3 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von gefüllten thermoplastischen polymeren

Info

Publication number: DE60206271T3
Application number: DE2002606271
Authority: DE
Inventors: Mauro Magni; Giuseppe Delzotto
Original assignee: MAGMA SpA
Current assignee: Magma SpA Chieti It
Priority date: 2001-07-02
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2022-07-02
Also published as: DE60206271T2; EP1401623A1; EP1273412A1; ES2214171T1; EP1401623B1; CN1549761A; US7842221B2; EP1401623B2; ATE304929T1; DE60206271D1; CA2452360A1; ES2214171T5; BR0211322A; WO2003004236A1; CN1549761B; US20040232578A1; ES2214171T3

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung gefüllter thermoplastischer Polymere. Spezieller betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung thermoplastischer Polymermaterialien, die mit inerten Füllstoffen wie Mineralfüllstoffen und Fasern gefüllt sind, auch als „Compounds” bekannt.
Hintergrund der Erfindung
Inerte Füllstoffe, d. h. Füllstoffe, die mit dem Basispolymer nicht reagieren, werden üblicherweise zu thermoplastischen Polymeren zugegeben, wobei ihre Hauptfunktionen darin bestehen, die durchschnittlichen Kosten des Produktes und die Abkühlzeiten des geformten Gegenstandes zu verringern und ein gefülltes Polymer bereit zu stellen, das im Hinblick auf das Ausgangspolymer davon verschiedene technische Merkmale aufweist. Beispiele für Füllstoffe stellen Calciumcarbonat, Siliciumdioxid, Bariumsulfat, Talkumpulver, Holzpulver oder -fasern, Cellulosefasern und Glasfasern dar. Die Menge an zugegebenem Füllstoff reicht im Allgemeinen von 15 bis 80% bezogen auf das Gewicht des Polymergrundstoffs, und liegt vorzugsweise im Bereich von 30 bis 70 Gewichts%.
Bei Polymermaterialien von Bedeutung handelt es sich um thermoplastische Harze und insbesondere PP, PE und Polyolefine im Allgemeinen, PVC, ABS etc.; bei dem Material handelt es sich um ein Homo- oder Copolymer und es stellt ein Monomaterial oder eine Mischung kompatibler Materialien dar, z. B. PP/PE. Mit anderen Worten, Mischungen nicht kompatibler Materialien liegen nicht im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung und mit dem Ausdruck thermoplastisches Material ist ein Monomaterial oder eine Mischung kompatibler Materialien gemeint.
Bei bevorzugten thermoplastischen Materialien handelt es sich um industrielle Abfallmaterialien, wie Produktionsausschuss, z. B. BO PP und PP/PE-Folienausschuss, die aus der Herstellung von Windeln und bi-orientierten Folien stammen, Ausschuss, der aus der Herstellung von Textilverbundstoffen und nicht-gewebten Produkten stammt, Polymerpulver aus Polymerisationsverfahren und Polymerherstellungen.
Gemäß dem Stand der Technik werden Füllstoffe zu den thermoplastischen Polymeren zugefügt, nachdem das Polymermaterial in einen Schmelzzustand überführt wurde. So werden z. B. Körner eines Polymermaterials oder Polymermaterial in verdichtetem Zustand in einen Extruder eingebracht und der Füllstoff wird nach dem Schmelzen und Plastifizieren des Polymermaterials an einer oder mehreren Stellen des Zylinders der Extrusionsschnecke eingespeist; das gefüllte Material wird nach dem Verlassen des Schneckenzylinders wieder granuliert. Der Hauptnachteil dieses Verfahrens besteht in den hohen Kosten eines Verfahrens, das von einem Material in Form von Körnern oder Pellets ausgeht, um wieder Körner oder Pellets des gefüllten Materials zu erhalten. Dieser Nachteil macht sich besonders bemerkbar, wenn es sich bei dem Polymermaterial um ein recyceltes Material handelt.
Um dieses Problem zu vermeiden wurde vorgeschlagen, die Polymerkörner oder das verdichtete Material während ihres Verarbeitungsschrittes zu füllen, z. B. während der Extrusion oder des Spritzgießens des geformten Produktes; diese Lösung erwies sich jedoch nur teilweise als anwendbar, da der Endverbraucher des Materials es aus offensichtlichen Gründen der Einfachheit, der niedrigeren Kosten des Verfahrens, und der billigeren und leichter zu verwendenden maschinellen Formteil- und Extrusionsausrüstung, bevorzugt, ein Compound zu verwenden, das bereits die notwendige Menge an Füllstoff aufweist.
US-A-4,225,640 (Erb) offenbart ein Verfahren zur Regenerierung von Hausmüll durch Mischen von Fragmenten verschiedener und inkompatibler Kunststoffmaterialien und von getrockneten Blättern und durch Extrudieren der Mischung. In dem Extruder wird Hitze angewandt, um die thermoplastischen Materialien zum Schmelzen zu bringen und darin die Blattfragmente einzubringen. In einer Ausführungsform werden die thermoplastischen Materialien geschmolzen, bevor sie mit den Blattfragmenten gemischt werden. Bei dem Produkt, das den Extruder verlässt, handelt es sich um eine verdichtete Masse von Blättern, die durch den Kunststoff gebunden sind, wobei die Blattfragmente als Brücke dienen, um verschiedene thermoplastische Materialien, die sich anderenfalls nicht miteinander verbinden würden, zusammenzufügen.
DE-A-19718138 (Ermafa) betrifft eine Recycling-Maschine, die thermoplastische Materialien zertrümmert und agglomeriert bis eine voreingestellte Menge des Materials in der Maschine behandelt worden ist; das Material wird anschließend zum Schmelzen gebracht und Wasser zum „Abschrecken” wird zugegeben, um es innerhalb der Maschine zu verfestigen. Das feste und agglomerierte Material wird anschließend getrocknet, zertrümmert und aus der Maschine entnommen. Das Dokument macht keine Angaben in Bezug auf Füllstoffe.
US-A-5,635,125 (Ternes) offenbart eine Schindel, die erhalten wird durch Mahlen eines Faser verstärkten PVC-Materials (nämlich Gartenschläuche), Mischen des gemahlenen Schlauchs mit Sägemehl und Extrudieren der Mischung. In diesem Dokument wird der Füllstoff wiederum während der Extrusion in das geschmolzene Kunststoffmaterial eingebracht.
US-A-3,552,722 (Sutter) beschäftigt sich mit dem Problem des einheitlichen Mischens von pulverförmigem Kunststoff und Bruchstücken des Kunststoffmaterials bevor die Mischung einem Extruder oder einer Knet- und Heizvorrichtung zugeführt wird. Die offenbarte Vorrichtung führt keinerlei Zerkleinerung oder Erweichen des Materials durch und es werden keine Füllstoffe erwähnt.
EP-A-0911131 (Gamma Meccanica) offenbart eine Vorrichtung zum Zertrümmern, Zerkleinern und Verdichten eines Kunststoffmaterials. Die Vorrichtung umfasst einen Behälter mit einem Rotor, der das Kunststoffmaterial zerkleinert und es in eine erste Schnecke schiebt, die sich tangential zum Behälter befindet und die das Material zu einer Extruderschnecke trägt. Zuführeinrichtungen zum Zuführen von Farbstoffen oder granuliertem Kunststoff zur tangentialen Schnecke werden bereitgestellt. Die genannte Anordnung sollte eine einheitlichere Zuführung des zerkleinerten Kunststoffs zum Extruder sicherstellen.
Beschreibung der Erfindung
Daher besteht ein Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung eines gefüllten Kunststoffcompounds, d. h. eines thermoplastischen Polymerausgangsmaterials, das mit inerten Füllstoffen gefüllt ist, zu geringeren Kosten als bei den gegenwärtig verfügbaren unter Verwendung einer Vorrichtung, die einfach und nicht teuer ist. Es besteht ebenfalls ein Bedürfnis nach einem gefüllten thermoplastischen Compound, das billiger ist als die bekannten Produkte, aber dieselben oder bessere technische Merkmale aufweist als die entsprechenden bekannten Produkte.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, das oben genannte Problem mittels eines Verfahrens zur Herstellung gefüllter thermoplastischer Materialien zu lösen, das billiger ist als die herkömmlichen Verfahren und das ein Produkt (d. h. ein gefülltes Granulat) mit einer im wesentlichen gleichbleibenden Zusammensetzung liefern kann, insbesondere mit einem im wesentlichen gleichbleibenden prozentualen Anteil an Füllstoff in allen erzeugten Körnern, und das mit denselben oder besseren technischen Eigenschaften ausgestattet ist als die momentan bekannten entsprechenden Compounds.
Das Ziel wird durch die vorliegende Erfindung erreicht, die ein Verfahren zur Herstellung gefüllter thermoplastischer Polymere gemäß Anspruch 1 betrifft.
Bei einem weiteren Gegenstand des Patents handelt es sich um eine Vorrichtung zur Herstellung gefüllter thermoplastischer Polymere, das mit dem zuvor genannten Verfahren in Einklang steht und das durch Anspruch 5 gekennzeichnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Polymergrundstoff um industrielles Abfallmaterial und es wird durch Rühren und Zerkleinern in einem vertikalen Behälter, der auch als „Warmwalzwerk” bezeichnet wird, erweicht, wobei die Wärme, die benötigt wird, um das Polymerausgangsmaterial zu erweichen, durch die Reibung geliefert wird, die durch den Rühr- und Zerkleinerungsvorgang erzeugt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung handelt es sich bei dem Verfahren um ein kontinuierliches Verfahren, wobei das Material dem Behälter von oben zugeführt und das erweichte und gefüllte Polymergrundstoff vom Boden her entnommen wird. Gemäß Anspruch 5 wird der Füllstoff dem unteren Bereich des Behälters zugeführt, wo der Polymergrundstoff sich in einem erweichten Zustand befindet.
Gemäß der Erfindung wird der Füllstoff mittels Zuführungsmittel zugeführt, wobei das Zuführungsmittel eine am Behälter befestigte Schnecke umfasst, die einen Zylinder beinhaltet mit einem Auslass in dem unteren Bereich des Behälters, und weiterhin eine Dosierwaagenvorrichtung enthält, die physisch von der Schnecke und dem Behälter getrennt ist, und wobei vorzugsweise der Auslass des Mittels zur Zuführung des Füllstoffs in den Behälter gegenüber dem Fluss des erweichten Materials abgeschirmt wird.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung erlauben es, aus industriellem Ausschuss oder Abfall ein gefülltes Material zu erhalten, d. h. ein „Compound”, mit Produktionskosten, die deutlich niedriger sind als die Kosten eines traditionellen Verfahrens; die Verringerung der Produktionskosten, ausgehend von demselben Ausgangsmaterial liegt im Allgemeinen bei etwa 25–30% und kann bis zu 50% erreichen. Der prozentuale Anteil des Füllstoffs im Endprodukt ist während der Produktion gleichbleibend und kann bis zu 70% des Gesamtgewichts erreichen. Die Erfindung hat zudem den Vorteil, dass das thermoplastische Material nur einer thermischen Behandlung unterworfen wird anstelle von zweien wie bei Verfahren des Standes der Technik; dies führt zu einem geringeren Verlust der Eigenschaften des thermoplastischen Materials.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen als nicht einschränkendes, verdeutlichendes Beispiel erläutert, in denen:
1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt;
2 eine schematische Draufsicht auf den Behälter und einen Teil der mit diesem verbundenen Vorrichtungen darstellt;
3 eine schematische Seitenansicht einer gravimetrischen Beschickungseinrichtung und ihre Verbindung zum Behälter darstellt;
4 eine schematische Ansicht eines Details des Auslasses der Füllstoffzuführung in den rührenden Behälter darstellt.
Bestes Verfahren zur Durchführung der Erfindung
Wie in 1 zu sehen ist umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung oder das erfindungsgemäße System ein „Warmwalzwerk”, d. h. einen zylindrischen vertikalen Behälter 1, der mit einem Rührelement 2 ausgestattet ist, das rotierbar an der Grundplatte des Behälters eingepasst und mit einer Vielzahl von Flügeln 3 versehen ist. Weitere Flügel 3a werden stationär an der Wand angebracht und wirken mit den Flügeln 3 zusammen, um das thermoplastische Material zu rühren und zu zersetzen und es zu erweichen, ohne es zu schmelzen. Der Behälter 1 ist seitlich mit einem Zuführungsmittel 4 zur Zuführung des Füllstoffs, zum Beispiel Calciumcarbonat, in den Behälter sowie mit einem Auslassmittel 5, um das Endmaterial, d. h. den erweichten Polymergrundstoff mit beigefügtem Füllstoff, vom Behälter aufzufangen, ausgestattet.
Im Allgemeinen erfolgt die Zugabe des Füllstoffs nachdem das Material seinen erweichten Zustand erreicht hat, aber in jedem Fall bevor das Material geschmolzen wurde. Mit anderen Worten, erfolgt die Zugabe des Füllstoffs zum Polymermaterial und das Mischen damit wenn das Material noch nicht geschmolzen ist und es daher noch nicht kompakt und dicht, sondern immer noch „belüftet” ist, da es von zerkleinerten Stücken stammt und sich in einem erweichten Zustand befindet.
Der Füllstoff wird mittels des rotierenden Rührers und der Flügel gründlich mit dem thermoplastischen Harzmaterial gemischt, d. h. gemäß der Erfindung werden Füllstoff und erweichtes thermoplastisches Material innerhalb des Behälters 1 gemischt; die hohe Geschwindigkeit des Rührers und der Flügel liefert ebenfalls die Wärme, die erforderlich ist, um das thermoplastische Material zu erweichen.
Mit dem Wortlaut „erweichtes thermoplastisches Material”, „erweicht” und „erweichend” ist hierin ein Material in einem Zustand gemeint, wie es in einem Temperaturbereich erhältlich ist, der von gerade unterhalb des Schmelzpunktes des Materials bis zu etwa 20–25 Grad unterhalb des Vicat-Erweichungspunktes des Materials wie mittels ASTM D1525; ISO 306, „A”, bestimmt, reicht. Vorzugsweise wird die Temperatur am Boden des Behälters, d. h. des Warmwalzwerks, im Bereich von 5–10°C unterhalb des Schmelzpunktes und 15–20°C unterhalb des Vicat-Erweichungspunktes des genannten Materials gehalten. Im Fall von Polypropylen- und Polypropylen/Ethylen-Materialien, bei denen der Erweichungspunkt bei etwa 140–150°C liegt und der Schmelzpunkt 168–171°C (bei Polypropylen) beträgt, liegt der Temperaturbereich, der zu einem erweichten Material führt, innerhalb des Bereichs von etwa 120–125°C bis etwa 165–170°C. Vorzugsweise liegt die Temperatur bei etwa 130–160°C.
Die aktuellen Werte für jedes Material werden vom Hersteller erhalten oder durch Tests, die an dem Material durchgeführt werden, wobei der letztere Fall häufiger ist wenn Abfallmaterialien zu gefüllten Compounds recycelt werden.
Nachdem das gefüllte Material das Warmwalzwerk 1 verlassen hat wird es mindestens einem Verdichtungsschritt (z. B. Agglomerierung) unterzogen, indem seine Schüttdichte erhöht wird, um ein Material zu erhalten, das bei der nachfolgenden Verarbeitung leicht zu verwenden ist. Dieser Schritt kann sofort oder später durchgeführt werden; es ist bevorzugt, sofort eine Plastifizierung und Granulierung des Materials durchzuführen. Die Mittel zum Auffangen und Verarbeiten des erweichten Materials enthalten vorzugsweise eine Förderschnecke, die im Hinblick auf ihre Länge variieren kann entsprechend dem Plastifizierungsgrad, der dem Material vermittelt werden soll. Eine kurze Schnecke ergibt ein verdichtetes Produkt, ein Extruder ergibt ein pelletiertes Produkt. Die Förderschnecke kann radial oder tangential zum Behälter 1 positioniert werden.
In der in den beigefügten Figuren gezeigten Ausführungsform, umfasst das Mittel 5 einen Extruder, der auf bekannte Weise mit einer Schnecke 5a ausgestattet ist, und ein Mittel zum Filtern, Entgasen etc. des geschmolzenen Materials am Ende des Extruders, wo ebenfalls eine Pelletiervorrichtung oder ein Granulator bereitgestellt werden. Filter, Entgasungsvorrichtung und Granulator, allgemein mit Bezugsziffer 6 gekennzeichnet, sind aus dem Stand der Technik bekannt und in den 1 und 2 nicht im Detail gezeigt. Vorzugsweise ist der Extruder tangential zum Behälter 1 angeordnet, entsprechend der Lehre der US-A-4,222,728 auf den Namen von Kraus-Maffei, Asten, Österreich, in der eine Vorrichtung offenbart ist, die verwendet wird, um thermoplastisches Abfallmaterial aus einem industriellen Verfahren zu recyceln, ähnlich einem Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und die ein zerkleinerndes Warmwalzwerk und einen Extruder umfasst.
Der tangentiale Extruder 5 kommuniziert mit dem Behälter 1 durch eine Öffnung 19 und kann vom traditionellen oder Zweischnecken-Typ sein, entweder horizontal oder vertikal; in einer Ausführungsform ist der Extruder auf eine aus dem Stand der Technik bekannte Weise mit einem Zuführungsmittel zur Zuführung weiteren Füllstoffes, zum Beispiel eines von dem ersten Füllstoff verschiedenen Füllstoffes, zu dem behandelten Material ausgestattet.
Das Mittel zur Zuführung des Füllstoffes umfasst eine Dosiervorrichtung 7, die das Füllstoffmaterial aus einem Silo 8 aufnimmt, welches wiederum mit einem „ablassenden” Silo 9 verbunden ist, das den Füllstoff aus Lagersilos (nicht gezeigt) aufnimmt. Die Dosiervorrichtung 7 führt den Füllstoff einer Schnecke 10 zu, die einen Auslass in den Behälter 1 aufweist.
Bei der Dosiervorrichtung 7 handelt es sich um eine Dosierwaagenvorrichtung, wie diejenige, die schematisch in 3 gezeigt ist. Gemäß der Erfindung ist die Dosierwaageneinrichtung 7 an einer zweckorientierten Struktur (nicht gezeigt) angebracht, d. h. an einer Struktur die von der Struktur des Behälters 1 oder jeder anderen damit verbundenen Struktur verschieden ist; auf jeden Fall ist die Vorrichtung 7, wie in 3 gezeigt, physisch von dem Zylinder der Schnecke 10 getrennt, die den Füllstoff in den Behälter 1 einspeist. Wie zu sehen ist, leitet die Dosiervorrichtung den abgewogenen Füllstoff mittels einer ersten Schnecke 11a zu einem umgedrehten Trichter 11, der Füllstoff fällt in die Zuführungsschnecke 10, die sich unter und in der Nähe der Dosiervorrichtung 7 und des Trichters 11 befindet, ohne physisch mit diesen Elementen verbunden zu sein, wohingegen sie am Behälter 1 fixiert ist. Die Verwendung einer „aufgehängten” Dosierwaageneinrichtung, d. h. von Zuführungsmitteln für den Füllstoff, die Dosiermittel umfassen, die von der Schnecke, die den dosierten Füllstoff in das Warmwalzwerk 1 einspeisen, getrennt sind, ermöglicht es, eine extrem hohe Konstanz und Einheitlichkeit bzgl. des prozentualen Anteils des Füllstoffs im Endmaterial zu erhalten.
Wie zuvor erwähnt befindet sich der Auslass 12 der Schnecke 10 im unteren Bereich des Behälters 1, d. h. in dem Bereich des Behälters, in dem das thermoplastische Material durch Zersetzungs- und Rühraktivitäten, die durch die Flügel 3 und 3a erfolgten, in einen erweichten Zustand gebracht wurde. Mit dieser Anordnung wird die feine Verteilung von Stäuben des Füllstoffs in die Umgebung vermieden oder in hohem Maße verringert.
Im Hinblick auf die hohe Rührgeschwindigkeit der rotierenden Flügel, die im Bereich von 700–1200 U/Min and vorzugsweise von 800–1000 U/Min liegt, wird der Auslass 12 durch eine Abschirmung 13, die dem Auslass 12 im Hinblick auf die Bewegung des Materials, die in 4 mit dem Pfeil R angezeigt ist, vorgeschaltet ist, geschützt, um eine Störung bei der Zuführung des Füllstoffs zum Material zu vermeiden.
Im oberen Bereich des Behälters 1 sind Düsen 14 und 15 positioniert, um Wasser bzw. Öl vorzugsweise durch Zerstäuben einzuspeisen. Wasser wird gesprüht wenn die Temperatur des Materials, das sich in der unteren Region befindet und das schneller rotiert, einen Grenzwert erreicht, oberhalb dem das Material von seinem erweichten Zustand in einen geschmolzenen Zustand übergehen kann. Bei Kontakt mit dem heißen Polymermaterial verdampft das Wasser und kühlt die Masse, die gerührt wird; der dabei erzeugte Dampf wird auf bekannte Weise behandelt, zum Beispiel durch Einsaugen in einen Sauglüfter (nicht gezeigt). Das Öl, das mineralischer oder pflanzlicher Herkunft sein kann, weist die bekannte Funktion der „Schmierung” des Materials auf und ebenfalls der „Benetzung” des staubigen Füllstoffes und verhindert, dass der Staub den Behälter verlässt, oder schränkt dies ein. Für diesen Zweck ist der Behälter zudem mit einem Ring 16 ausgestattet, der nach innen gerichtet ist und sich nach unten neigt.
Der Betrieb der Vorrichtung gemäß dem Verfahren, das sich auf die vorliegende Erfindung bezieht, erfolgt vorzugsweise kontinuierlich, wie folgt.
Das Material wird mittels eines Höhenförderbandes 18 durch den Einlass 17 dem Behälter 1 zugeführt und fällt in den vertikalen Behälter, d. h. das „Warmwalzwerk” 1, wo es mittels der Flügel 3 und 3a gerührt, zersetzt und erweicht wird. Die Menge des zugeführten Materials ist bekannt, zum Beispiel weil sie zuvor abgewogen wurde oder weil sie mittels einer oder mehrerer Druckmessdosen gemessen wird während es entlang der Fördervorrichtung 18 zugeführt wird.
Entsprechend der gewünschten Mengen und dem gewünschten prozentualen Anteil an Füllstoff führt die Dosiervorrichtung 7 dem Behälter eine entsprechende Menge des Füllstoffs mittels der Schnecke 11a und der Schnecke 10 zu. Dank der Verwendung der Dosierwaagenvorrichtung und der Abschirmung 13, die den Auslass 12 der Schnecke 10 schützt, ist diese Dosierung besonders genau. Tatsächlich ist es dem vorgenannten zu verdanken, dass es nicht erforderlich ist, leistungsstarke Zuführungsmittel anzupassen, was darüber hinaus in Anbetracht der physischen Trennung, die zwischen der Schnecke 10 und der Dosierwaagenvorrichtung 7 erforderlich ist, und der nachfolgenden unbedeckten Öffnung, die sich unterhalb des Trichters 11 befindet, nicht durchführbar ist.
Wie zuvor erwähnt weist das Kunststoffmaterial im oberen Bereich des Materialstapels in dem Warmwalzwerk oder dem Behälter 1 seine ursprüngliche Form auf (d. h. ein Blatt) und das Material am Boden des Behälters 1 ist zerkleinert, zersetzt und erweicht, ist aber noch nicht geschmolzen. Um das Schmelzen des Materials zu verhindern, d. h. das Material in dem erweichten Zustand zu belassen, wird die Temperatur des Materials am Boden des Behälters 1 mittels Sensoren, z. B. Thermoelementen, kontrolliert, und wenn sie einen voreingestellten Schwellenwert erreicht, bei Polypropylen zum Beispiel im Bereich von 140–150°C, werden die Düsen 14 aktiviert, um eine Menge an Wasser zu sprühen, die ausreicht, um die Materialtemperatur auf den gewünschten Wert abzusenken. Dieser Wert liegt im Bereich von der maximalen Temperatur, die ohne ein Schmelzen des Materials erreicht werden kann, bis etwa 20–25°C unterhalb des VICAT-Erweichungspunktes gemäß ASTM D 1525 oder ISO 306 (10 N).
Das erweichte Material, das gefüllt ist und vom Behälter geliefert wird, wird durch Mittel aufgefangen, die es weiteren Behandlungsschritten unterwerfen, die zumindest seine Verdichtung, d. h. eine Zunahme der Schüttdichte, vorsehen, z. B. durch Extrudieren durch eine kurze Schnecke oder einen Extruder und möglicherweise ein abschließendes Pelletieren. Mit anderen Worten wird in diesem Schritt das Material in ein Produkt (vorzugsweise ein Granulat) umgewandelt, das ohne weitere Behandlung einem Extruder oder einer anderen Formmaschine zugeführt werden kann.
Die Körner können vor dem Verpacken optional in einem Misch- und Homogenisierungssilo (nicht gezeigt) gemischt werden.
Das Verfahren wird kontinuierlich durchgeführt und das Material wird mittels des Extruders so zugegeben, wie es an der Bodenplatte aufgefangen wird. Die verschiedenen Verarbeitungsparameter werden mittels Sensoren kontrolliert, z. B. Thermoelementen für die Temperatur des erweichten Materials, Sensoren zur Messung der durch den elektrischen Motor 2 absorbierten Energie, um die Bedingungen des thermoplastischen Materials festzustellen, und einer PLC, die die Vorrichtung in einer im wesentlichen automatischen Weise betreibt.
BEISPIEL 1
Bei einem typischen Verfahren werden 400 kg/Stunde an Polypropylen-Abfallblättern einem vertikalen 2000 Liter Behälter (Warmwalzwerk) zugeführt, der mit einer Rühr-/Zerkleinerungsvorrichtung, die mit 850 U/Min rotiert, und mit einem Ablaufextruder mit einem L/D-Verhältnis von 32 ausgestattet ist, wobei der Extruder mit einer Entgasung, einem kontinuierlichen Filter und einem Abschlussgranulator versehen ist. Die dem Behälter zugeführten PP-Blätter werden mittels vier Kraftmessdosen gewogen während sie entlang des Förderbandes 18 transportiert werden, das durch die Menge des im Behälter vorliegenden Materials und seines Zustandes aktiviert wird. Das Material wird durch die Tätigkeit der Rührvorrichtung und der Flügel 3 und 3a zersetzt und erweicht, so dass im Behälter ein Gradient des Materials ausgebildet wird, wobei das Materials, das immer noch in Blättern vorliegt, sich im oberen Bereich befindet und das erweichte und zerkleinerte Material sich im unteren Bereich des Behälters befindet. Die Dosiervorrichtung 7 führt 400 kg/Stunde an Calciumcarbonat in einem Verhältnis zu, das der Menge des durch das Förderband 18 zugeführten PP entspricht; der Füllstoff wird der Region des Behälters zugeführt, in der das Material erweicht ist (130–150°C bei Polypropylen) und der Füllstoff wird dem Material zugemischt, das anschließend mittels des Extruders 5 durch die Öffnung 19 aufgefangen wird. Das Material wird im Extruder plastifiziert und geschmolzen, entgast, filtriert und zu Pellets granuliert, um 800 kg/Stunde der zu 50% mit Calciumcarbonat gefüllten Polypropylenkörner zu ergeben.
Die Kosten des Produktes sind um etwa 30% niedriger als die desselben Produktes, das aus denselben Ausgangsmaterialien aber nach dem Verfahren des Standes der Technik hergestellt wurde.
BEISPIEL 2
400 kg/Stunde Polypropylen-Abfallblätter und 600 kg/Stunde Calciumcarbonat werden gemäß dem Verfahren nach Beispiel 1 behandelt, um 1000 kg/Stunde 60% PP-Granulat zu ergeben. Die Kosten dieses Produktes sind um etwa 30% geringer als die des traditionell erhaltenen Produktes.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines thermoplastischen Materials, das einen Füllstoff enthält, umfassend die Schritte: Einfüllen eines thermoplastischen Basismaterials in einen Behälter (1), der mit Misch- und Rühreinrichtung (2, 3) ausgestattet ist, die Zerkleinerungsmittel (3, 3a) umfasst; Erhöhen der Temperatur des thermoplastischen Basismaterials mit Hilfe von Rühreinrichtung und Zerkleinerungsmittel (3, 3a) bis das Material einen Erweichungszustand erreicht hat; Zumischen eines Füllstoffes zu dem im unteren Bereich des Behälters (1) befindlichen thermoplastischen Material, wobei sich das thermoplastische Material in einem erweichten Zustand befindet, wobei das Zumischen durch Zuführungsmittel (4) erfolgt, wobei das Zuführungsmittel eine am Behälter (1) befestigte Schnecke (10) umfasst, wobei die Schnecke einen Zylinder beinhaltet und einen Auslass (12) in dem unteren Bereich des Behälters (1) aufweist, und weiterhin eine Dosierwaagenvorrichtung (7) enthält, die physisch von der Schnecke (10) und dem Behälter getrennt ist; Mischen des Füllstoffes mit dem erweichten thermoplastischen Material innerhalb des Behälters (1); Sammeln des mit dem Füllstoff gefüllten Materials aus dem Behälter und Durchführen eines Verdichtungsschrittes des erweichten und gefüllten Materials.
Verfahren gemäß den Anspruch 1, wobei die Temperatur des erweichten thermoplastischen Materials in einem Bereich von seinem Schmelzpunkt bis 25°C unterhalb seines Vicat-Erweichungspunktes (10 N) liegt, wobei die Temperatur des Schmelzpunktes ausgenommen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Verdichtungsschritt um einen Extrusionsschritt handelt.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem thermoplastischen Material um ein industrielles Abfallmaterial handelt, das recycelt werden muss.
Vorrichtung zur Herstellung eines gefüllten thermoplastischen Materials umfassend: einen Behälter (1) mit Misch- und Rühreinrichtung (2) enthaltend Zerkleinerungsmittel (3, 3a), um das polymere thermoplastische Material in einen erweichten Zustand zu bringen, und Mitteln (7, 10) zum Einfüllen eines Füllstoffes zu dem thermoplastischen Material in dem Behälter; wobei die Zuführungsmittel eine am Behälter (1) befestigte Schnecke (10) umfasst, wobei die Schnecke einen Zylinder beinhaltet und einen Auslass (12) in dem unteren Bereich des Behälters (1) aufweist, in dem das thermoplastische Material in einem erweichten Zustand vorliegt, und eine Dosierwaagenvorrichtung (7) enthält, die physisch von der Schnecke (10) und dem Behälter getrennt ist; Mittel (5) zum Sammeln des erweichten und gefüllten Materials aus dem Behälter und Mittel (5–6) mit dem das gefüllte Material mindestens einem Verdichtungsschritt unterworfen wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, welche darüber hinaus Mittel zum Screenen (13) des Auslasses (12) des Mittels zum Einfüllen des Füllstoffes (10) in den Behälter (1) umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, welche darüber hinaus Mittel (14, 15) umfasst, um Wasser und/oder Öl in den Behälter zu füllen.
Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Mittel zum Sammeln und Verdichten des gefüllten Materials einen Extruder (5) und einen Granulator (6) umfasst.