DE60209993T2

DE60209993T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Extrusion von Polyethylenterephthalat

Info

Publication number: DE60209993T2
Application number: DE60209993T
Authority: DE
Inventors: Franco Bandera; Enrico Venegoni
Original assignee: Costruzioni Meccaniche Luigi Bandera SpA
Current assignee: Costruzioni Meccaniche Luigi Bandera SpA
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2022-01-25
Also published as: EP1226922A1; DE60209993D1; ES2260383T5; ITMI20010152A1; US20020100995A1; PT1226922E; DE60209993T3; EP1226922B1; ES2260383T3; DK1226922T3; ATE320906T1; US6583261B2; EP1226922B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Extrusion von Polyethylenterephthalat.
Polyethylenterephthalat (PET) ist ein extrem hygroskopisches Material; es wird von Herstellern in Form von Granulat verpackt und verkauft, mit einem Feuchtigkeitsgrad von ungefähr 2.000 ppm (parts per million).
Bevor es extrudiert werden kann, wird es zuerst bei 160°C für 6 Stunden entfeuchtet, um die Feuchtigkeit, die innen und außen in jedem Granulatkörnchen enthalten ist, bis auf 20 ppm (parts per million) zu entfernen. Unter diesen Bedingungen kann das Material nicht extrudiert werden, ohne dass es hydrolysiert, und daher behält es eine charakteristische intrinsische Viskosität bei.
Traditionelle Entfeuchtungsverfahren finden in den meisten Fällen vor der Extrusionsphase mit Einschneckenextrudern statt und haben sich als komplex und teuer erwiesen.
Dieses traditionelle Entfeuchtungsverfahren besteht darin, eine der Ausstossrate des Extruders (kg/h) entsprechende Materialmenge für 6 Stunden in einem Silo aufzubewahren und mit einem beträchtlichen Energieverbrauch feuchtigkeitsfreie Luft durch sie hindurchzuführen.
Darüber hinaus sollte berücksichtigt werden, dass die Entfeuchtung besonders komplex wird, wenn das PET aus der Wiedergewinnung von gemahlenen gebrauchten Flaschen und/oder gemahlenen dünnen Folien stammt, die aus Abfallprodukten beim Thermoformen von Tabletts und Blisterverpackungen gewonnen werden.
Oberhalb einer Temperatur von 80°C neigt dieses Material nämlich dazu, zu erweichen und wenn es, wie in diesem Fall, nicht in Granulatform vorliegt, bilden sich Konglomerate und es kann nicht länger verarbeitet werden, bis sein Schüttgewicht durch ein zusätzliches Verdichtungsverfahren erhöht wird.
Die US-A-4,107,787 betrifft einen Schneckenextruder zur kontinuierlichen Verarbeitung und Entgasung von Elastomeren und Polymeren, der mehrere Entgasungszonen aufweist und in dem zwei Schnecken angebracht sind, die in entgegengesetzter Richtung drehbar sind. Der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 geht von diesem Dokument des Standes der Technik aus.
Die US-A-5,728,337 betrifft einen Doppelschneckenextruder und ein Extrusionsverfahren, bei dem ein derartiger Extruder für ein Harzmaterial eingesetzt wird, das einen feinen Füller mit einem hohen Mischverhältnis relativ zu dem Harzmaterial enthält.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einrichtung herzustellen, die die vorstehend beschriebenen technischen Probleme überwindet.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Einrichtung herzustellen, die besonders einfach und kostengünstig ist und die es ermöglicht, eine optimale Extrusion zu erzielen.
Eine zusätzliche Aufgabe besteht ersichtlich darin, Polyethylenterephthalat (PET) zu verarbeiten, ohne das gemahlene Produkt entfeuchten und verdichten zu müssen.
Diese Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Einrichtung zur Extrusion von Polyethylenterephthalat gemäß dem Patentanspruch 1 und ein Verfahren dazu nach dem Patentanspruch 6 gelöst.
Weitere Eigenschaften der Erfindung sind in den nachfolgenden Ansprüchen aufgezeigt.
Die Eigenschaften und Vorteile eines Ausrüstungssatzes für die Extrusion von Polyethylenterephthalat gemäß der vorliegenden Erfindung wird anhand der folgenden illustrativen und nicht beschränkenden Beschreibung mit Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen besser verständlich, wobei:
1 eine Vorderansicht einer schematischen Anlage ist, die ein Verfahren gemäß dem bekannten Stand der Technik zeigt,
2 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Extruders mit einer in derselben Drehrichtung rotierenden Doppelschnecke schematisch und teilweise geschnitten zeigt,
3 ein schematischer Querschnitt der zwei Schnecken des Doppelschneckenextruders ist,
4 ein vergrößerter Abschnitt eines oberen Teils des Extruders ist,
5, 6 und 7 vergrößerte Ansichten von Details eines Abschnitts des in 4 dargestellten Extruders sind.
1 zeigt eine schematische Anlage, die ein zuvor beschriebenes Verfahren gemäß dem bekannten Stand der Technik zeigt.
Die Figur zeigt, wie zu Granulat gemahlenes und aus der Wiedergewinnung von Flaschen, Abfallfolien aus dem Thermoformen, etc. stammendes Polyethylenterephthalat (PET) mittels eines Förderbands 11 in Richtung einer mit 12 bezeichneten Verdichtungsgruppe gefördert wird, von der es wiederum mittels einer Leitung 13 in Richtung eines Silobehälters 14 geleitet wird.
Das Material wird anschließend mittels einer weiteren Leitung 15 zu einem Silo 16 geleitet, wo es für ungefähr 6 Stunden bei einer Temperatur von 160°C aufbewahrt wird. Das Silo ist mit einer Entfeuchtungsgruppe 17 verbunden, die es ermöglicht, diese Temperatur im Inneren des Silos 16 aufrechtzuerhalten.
Parallel wird Polyethylenterephthalat (PET) als jungfräuliches Material in Granulatform mittels einer Rohrleitung 18 einem Silo 19 zugeführt, wo es für ungefähr 6 Stunden bei einer Temperatur von 160°C aufbewahrt wird. Das Silo 19 ist ebenfalls mit einer Entfeuchtungsgruppe 20 verbunden, die es ermöglicht, diese Temperatur im Inneren des Silos 19 aufrechtzuerhalten. Eine das Silo 19 verlassende Rohrleitung 21 ist mit einem zusätzlichen Silo 22 verbunden, um einen bekannten Extruder 23 mit zwei in derselben Drehrichtung rotierenden Schnecken zu versorgen.
Eine zweite Rohrleitung 24 ist mit dem Silo 16 verbunden und nimmt das verdichtete und entfeuchtete, gemahlene wiedergewonnene Material auf, das dem Extruder 23 gemeinsam mit der Hauptzufuhr von einem weiteren Silo 25 zugeführt werden soll.
Es kann daher festgestellt werden, dass besonders komplexe Entfeuchtungsphasen durchgeführt werden müssen, die die obenbeschriebenen Probleme des bekannten Standes der Technik erzeugen.
Die 2–7 zeigen einen insgesamt mit 30 bezeichneten Extruder mit zwei in derselben Drehrichtung rotierenden Schnecken, der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet.
Zwei zusammen in derselben Drehrichtung rotierende Schnecken 31 und 32 sind in diesem Extruder 30 im Inneren eines Gehäuses 29 angeordnet. Das immer noch feuchte, sowohl von den Wiedergewinnungsprodukten als auch aus dem jungfräulichen Material stammende Polyethylenterephthalatmaterial in Granulatform wird mittels eines Zufuhreinlasses 33 zugeführt. Gemäß der Erfindung wird dieses Material zwischen den zwei Schnecken 31 und 32 verarbeitet, um sich im Inneren des Extruders vorwärts zu bewegen, der beispielsweise ölthermogeregelt ist.
Nach einer bestimmten Länge im Inneren des Körpers des Extruders 30 ist eine Öffnung 34 in einer ersten Zone A vorhanden, mit der eine Aspirationshaube 35 in Verbindung steht, die eine als "offene Oberseite" oder Umgebungsentgasung bezeichnete Entgasung bewirkt. Diese Aspirationshaube 35 steht unter einem leichten Unterdruck, um zu verhindern, dass das Material (Granulatkörnchen/Folie) beschädigt wird, das an dieser Stelle des obenbeschriebenen Extruders noch nicht geschmolzen, sondern nur gesintert ist. Das Material füllt die Luftspalte der Schnecken 31, 32 nämlich lediglich teilweise und jeder mögliche starke Unterdruck könnte einen Teil davon entfernen.
Weiter im Inneren des Extruders 30 in einer nachfolgenden zweiten Zone B befindet sich eine Reihe von Teilen, die als Dichtung wirken. Diese Zone B besteht in der Anwesenheit einer Reihe von Nocken 36, die auf den Schnecken 31, 32 angeordnet sind, welche mit dem nahezu geschmolzenen Material beladen sind und unter einem leichten Druck stehen. Diese Anpassung verhindert, dass der starke Unterdruck der nachfolgend beschriebenen, sich anschließenden Entgasungsgruppe die vorhergehende Umgebungsentgasung beeinflusst.
Ein erster Kamin 37 ist in der Tat in einer Zone C angeordnet, dem in einem kurzen Abstand ein zweiter Kamin 38 in einer weiteren Zone D folgt, wobei beide einer zusätzlichen Entgasung dienen. Diese zwei Kamine bewirken eine Tandementgasung, die beispielsweise in einem Extruder mit einem Längenverhältnis von 34 bis 42 Durchmessern in einem Abstand von ungefähr 6/9 Durchmessern zwischen den zwei Kaminen vorgesehen sein kann.
Im Inneren ist die Schnecke so aufgebaut, dass sie nur teilweise mit dem geschmolzenen Material gefüllt ist und das zu behandelnde Material für eine lange Zeit einer Quetsch- und Kalanderwirkung aussetzt. Auf diese Art und Weise wird die gesamte Masse der Aspirationswirkung des so erzeugten Vakuumeffekts ausgesetzt.
Diese Entgasung hat die spezielle Funktion, das in dem Material enthaltene verdampfte Wasser zu entfernen.
Der Extruder 30 setzt sich dann mit einer weiteren Zone E fort, in der aktiviert durch die Schnecken 31 und 32 ein Transport und eine Beschickung bewirkt werden.
Schließlich aktiviert eine Endzone F des Extruders 30 das abschließende Pumpen des durch das Verfahren erzeugten Materials.
Diese in dem Extruder der vorliegenden Erfindung ausgeführte Reihe von Phasen ermöglicht es somit, ein feuchtes granulatförmiges Material unter Vermeidung komplizierter Entfeuchtungsschritte zu verarbeiten.
Bei diesem Verfahren wird tatsächlich Polyethylenterephthalatmaterial (PET) in Granulatform, das sowohl aus jungfräulichem Material als auch aus dem Mahlen wiedergewonnener Produkte stammt, in seinem vorliegenden Zustand, d.h. Feuchtigkeit enthaltend, einem Extruder mit zwei in derselben Drehrichtung rotierenden Schnecken zugeführt.
Sobald eine Mischung der oben spezifizierten zwei Materialarten zugeführt worden ist, wird eine Umgebungsentgasungsphase in einer ersten Zone, gefolgt von einer weiteren Entgasungsphase durch mindestens einen Kamin durchgeführt. Zwischen den zwei Phasen ist im Inneren der Vorrichtung eine Dichtzone erforderlich, um die zwei Phasen nicht zu beeinflussen und das verarbeitete Material nicht zu beeinträchtigen.
Insbesondere wird diese zusätzliche Entgasungsphase durch zwei Tandemkamine bewirkt, um den Betrieb zu optimieren.
Anschließend wird eine Transport- und Beschickungsphase durchgeführt, die die Vermischung des geschmolzenen Materials erleichtert, gefolgt von einer abschließenden Pumpphase, wodurch die Extrusion von Polyethylenterephthalat (PET) ermöglicht wird, das aus einem Granulat besteht, das sowohl aus jungfräulichem Material als auch aus Material aus dem Mahlen wiedergewonnener Produkte stammt.
Die Probleme des obenbeschriebenen bekannten Standes der Technik werden somit gelöst, indem die Entfeuchtungsphasen und die damit verbundenen Einrichtungen vermieden werden, was zu einer beträchtlichen Einsparung von Ressourcen und Betriebszeit führt.

Claims

Polyethylenterephthalatextrusionseinrichtung für granulatförmiges Material, insbesondere für feuchtes Granulat, welches sowohl aus gemahlenen wiedergewonnenen Produkten und auch aus jungfräulichem Material stammt, mit einem Chassis (29), das einen ölthermogeregelten Extruder mit zwei Schnecken (31, 32) umfasst, wobei der Extruder einen Zuführeinlass (33) für das granulatförmige Material hat und mehrere mit Öffnungen (34, 35; 37, 38) versehene Entgasungszonen (A, C, D), eine Dichtungszone (B) und eine Transport- und Beschickungszone (E) aufweist, die von den genannten Schnecken (31, 32) aktiviert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Schnecken (31, 32) des Extruders zusammen in derselben Drehrichtung rotieren und dass eine erste Entgasungszone (A) mit einer Aspirationshaube (35) zur Umgebung versehen ist, eine zweite Entgasungszone (C und D) mit zwei Kaminen (37, 38) in Tandemanordnung versehen ist, und dass zwischen der ersten (A) und der zweiten Entgasungszone (C und D) eine Dichtungszone (B) angeordnet ist, um eine Degenerierung des sich in der Herstellung befindlichen Materials zu verhindern.
Extrusionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Abschlusszone (F) aufweist, die das abschließende Pumpen des mit der Einrichtung hergestellten Materials bewirkt.
Extrusionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungszone (B) mittels einer Reihe von auf den Schnecken (31, 32) angeordneten Nocken (36) geschaffen wird, die mit nahezu geschmolzenem Material und unter leichtem Druck beschickt werden.
Extrusionseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Extruder ein Längenverhältnis von 34 bis 42 Durchmesser hat.
Extrusionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Extruder die beiden Kamine (37, 38), die eine Tandementgasung bewirken, sich in einem Abstand von ungefähr 6/9 Durchmessern befinden.
Polyethylenterephthalatextrusionsverfahren, durchgeführt in einem in mehrere Zonen (A, C, D) mit Öffnungen (34, 35; 37, 38) unterteilten Doppelschneckenextruder, wobei das Verfahren aufeinanderfolgende Entgasungsphasen in verschiedenen Zonen und eine Transport- und Beschickungsphase gefolgt von einer abschließenden Pumpphase umfasst, in der die Extrusion des Polyethylenterephthalats erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren, welches in einem Doppelschneckenextruder realisiert wird, bei dem die Schnecken zusammen in derselben Drehrichtung rotieren, eine erste Entgasungsphase eines granulatförmigen Materials in einer ersten Zone (A) in die Umgebung umfasst, gefolgt von einer zweiten Entgasungsphase in einer anschließenden Zone (C und D) mittels zweier Kamine (37, 38) in Tandemanordnung, wobei die erste und zweite Entgasungsphase dicht voneinander getrennt sind, um die Degenerierung des sich in der Herstellung befindlichen Materials zu verhindern.
Polyethylenterephthalatextrusionsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als granulatförmiges Material ein feuchtes Granulat verwendet wird, welches sowohl aus gemahlenen wiedergewonnenen Produkten und aus jungfräulichem Material stammt.