DE69427539T2

DE69427539T2 - Wiederverwertung von teppichabfällen

Info

Publication number: DE69427539T2
Application number: DE69427539T
Authority: DE
Inventors: J. Chlystek; Robert Malloy; Ivan Rios; C. Young
Original assignee: Masland Industries Inc
Current assignee: Masland Industries Inc
Priority date: 1993-08-30
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 2002-04-04
Anticipated expiration: 2014-07-30
Also published as: DE69427539D1; EP0719301B1; WO1995006684A1; US5852115A; CA2170616A1; ATE202309T1; EP0719301A1; US5719198A; EP0719301A4; AU7407394A

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein sekundäres Wiederverwertungsverfahren zur Herstellung einer Polymermischung, die aus Teppichabfall gebildet wird, durch die Verwendung ausgewählter Kompatibilisierungsmittel und die daraus erzeugten Produkte. Die Teppiche, aus denen der Abfall erzeugt wird, haben einen Teppichgrund, der Polyolefine oder Olefin-Copolymerharze allein oder in Kombination mit Füllstoffen umfaßt. Insbesondere betrifft die Erfindung das Verfahren zur Bildung eines nützlichen Produkts mit gewünschten Eigenschaften aus Teppichabfall, umfassend ein Polyamid, einen Polyester, Polyolefine, etc., die normaler unvereinbar im geschmolzenen und festen Zustand sind, durch die Verwendung eines oder mehrerer Kompatibilisierungs- Polymere oder -Copolymerharze.

Beschreibung des Standes der Technik

Die Verwendung von Kunststoffen weltweit in einer Vielzahl von Anwendungen hat seit dem Ende des zweiten Weltkriegs exponentiell zugenommen. Die Kunststoffindustrie hat ein phänomenales Wachstums während des letzten Jahrzehnts erfahren. 1976 wurden Kunststoffe das am weitesten verwendete Material in den Vereinigten Staaten, wobei selbst Stahl übertroffen wurde. Kunststoffe werden jetzt in jedem Segment der amerikanischen Wirtschaft verwendet und werden in allen Aspekten des täglichen Lebens gefunden. Entsprechend existiert heute das Problem, was mit dem Abfall gemacht werden soll, den die Kunststoffprodukte darstellen, nachdem ihre Nutzungsdauer erschöpft ist. Das erhöhte Umweltbewußtsein hat Bedenken gegenüber Abfall und was damit gemacht werden soll, sobald er erzeugt wurde, geweckt. Allein das Gesamtvolumen der in der Automobilindustrie verwendeten Kunststoffe wird über das nächste Jahrzehnt Milliarden von Pfund erreichen. In den Vereinigten Staaten hergestellte Autos hatten kürzlich im Durchschnitt beinahe 136 kg (300 Pfund) Kunststoffe in jeder Einheit.
Die signifikante Zunahme in der Kunststoffproduktion und Produkterzeugung hat einen ähnlich signifikanten Anstieg in der Kunststoffentsorgung bewirkt. Geschätzt auf mehr als 7 Gew.-%, aber möglicherweise zweimal so hoch volumenbezogen hat sich die Kunststoffmenge im festen Abfall des Landes in den letzten 15 Jahren mehr als verdoppelt. Ein höherer prozentualer Anstieg wird erwartet, da mehr Kunststoffverpackung und haltbare Kunststoffkomponenten von Automobilen und Geräten sich dem Ende ihrer Nutzungsdauer nähern.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf die Wiederverwertung von Teppichabfällen, die unter anderem aus thermoplastischem Material bestehen, oder von Teppichabfällen, die hauptsächlich aus thermoplastischen Materialien zusammengesetzt sind, die in Teppichanwendungen verwendet werden. Es wird geschätzt, daß allein in den Vereinigten Staaten jedes Jahr bis zu 1,36 Milliarden kg (3 Milliarden Pfund) Teppich entsorgt werden.
Automobilteppich stammt in den meisten Fällen aus faserbildenden Polymeren, hauptsächlich Nylon-6 und Nylon-6,6, Polypropylen, Polyethylen, Polyester und Acryl- Verbindungen. Automobil-Teppichabfall stammt aus zwei Quellen: dem Montageprozeß des Autos und Abfall nach dem Verbraucher.
Im Verlauf der Herstellung wird ein Auto mit Innenteppichen ausgestattet. Während des Ausrüstungsprozesses wird eine gewisse Menge an Teppichrest erzeugt, wenn der Teppich geformt und zu verschiedenen unregelmäßigen Formen geschnitten wird. Als Ergebnis werden Millionen Pfund Teppichabfall jedes Jahr als Teil des Automobilherstellungsverfahrens erzeugt. Beinahe der gesamte Teppichabfall endet im Abfallfluß als Herstellungsabfall, da der Verbund-Abfallkunststoff aufgrund von Problemen mit Trennung etc. schwierig im primären Herstellungsverfahren wiederzuverwenden ist.
Eine zweite Quelle für Teppichabfall ist Abfall nach der Verbraucherseite. Wenn ein Automobil nach Jahren sinnvoller Verwendung entsorgt wird, endet der darin eingebaute Teppich im Abfallfluß als "Abfall nach der Verbraucherseite".
Neben dem aus der Automobilherstellung erzeugten Teppichabfall wird Teppichabfall ebenfalls während der Wohn- und Nicht-Wohngebäudekonstruktion sowie während der Renovierung erzeugt. Es wird erwartet, daß das jedes Jahr erzeugte Teppichabfallvolumen weltweit kontinuierlich ansteigen wird.
Es ist bekannt, daß die Gesamtmenge von Herstellungsabfall bis zu 12% der Gesamtproduktion in einer voll integrierten Teppichherstellungsanlage sein kann, wobei der Abfall ca. 5 bis 7% Kantenbeschneidungen und 3 bis 5% Schnittabfall umfaßt.
Aufgrund seiner geringen Schüttdichte kann Teppichabfall voluminös sein. Daher würde die Wiederverwertung dieser Teppiche und Brücken einen signifikanten Einfluß auf die Anstrengungen zur wirksamen Reduzierung der Kunststoffkomponenten in städtischen Abfallflüssen haben.
Teppichabfälle der oben angegebenen Art können sich als wertvolle Quelle erweisen, falls der aus der Wiederverwertung erzeugte Kunststoff für andere nützliche Anwendungen verwendet werden kann, anstelle ihn in den städtischen Abfallflüssen zu entsorgen.
Es gibt vier Kategorien von Kunststoff- Wiederverwertungstechnologien, die sich in den vergangenen Jahrzehnten entwickelt haben. Diese sind:
1. Primäre Wiederverwertung: Die Konvertierung von Abfallkunststoffen durch Standardverarbeitungsverfahren zu Produkten mit Leistungseigenschaften, die äquivalent mit den aus neuen Kunststoffen hergestellten originalen Produkten sind.
2. Sekundäre Wiederverwertung: Die Konvertierung von Restader Abfallkunststoffen durch einen oder eine Kombination von Verfahrensgängen zu Produkten mit weniger anspruchsvollen Leistungserfordernissen als das ursprüngliche Material und Produkt.
3. Tertiäre Wiederverwertung: Die Verfahrenstechnologien der Erzeugung von Chemikalien und Treibstoffen aus Rest- oder Abfallkunststoffen.
4. Quaternäre Wiederverwertung: Die Verfahrenstechnologien der Wiedergewinnung von Energie aus Rest- oder Abfallkunststoffen durch Verbrennung.
Teppichabfall enthält nach seiner Natur wie oben angegeben mehr als ein Polymermaterial. Die primäre Wiederverwertung des vermischten Materials scheint allgemein aufgrund der Trennungs- und Handhabungsprobleme nicht praktikabel zu sein. Der Schwerpunkt in der Automobilindustrie ist die Entwicklung von Wegen zur Wiederverwertung von gebrauchtem Nylonteppich für direkte Automobilanwendungen, falls er in einem im wesentlichen reinen Produkt isoliert werden kann. Die Wiederverwertung kann chemisch oder physikalisch erfolgen. Die chemische Wiederverwertung impliziert die tertiäre Wiederverwertung. Dies kann mit Nylon durchgeführt werden, aber könnte schwieriger bei Verwendung anderer Komponenten sein. Das Nylon kann auch "physikalisch" wiederverwertet werden, weil es ein thermoplastisches Material ist. Chemische Reaktionen, falls überhaupt, würden aufgrund von Reaktionen mit Kompatibilisatoren erfolgen.
Das Interesse in der sekundären Wiederverwertung von Teppich oder anderem vermischtem Abfall nimmt aufgrund der zunehmenden Kosten für den Lager- und/oder Müllkippenplatz, die strengeren Vorschriften für die Entsorgung, Verbrennung unter anderem stetig zu.
Die Kunststoff-Wiederverwertung in den Vereinigten Staaten hat sich bis heute hauptsächlich auf die Kunststoffverpackung und primär auf Kunststoffflaschen und -Behälter gerichtet. Die Technologie zur Wiedergewinnung von Polyethylenterephthalat-(PET)-Flaschen wurde aufgrund ihres hohen Volumens im Abfallfluß nach der Verbraucherseite entwickelt; eine ähnliche Technologie existiert ebenfalls für die Wiedergewinnung von Kunststoffflaschen, Folie und Formteilen. PET ist derzeit das hauptsächlich wiederverwertbare Kunststoffmaterial, gefolgt von hochdichtem Polyethylen (HDPE), Polypropylen (PP) und Polyvinylchlorid (PVC). Andere Polymere wie Styrolharze, Acrylharze, Polycarbonate, Polyurethane werden ebenfalls wiedergewonnen und wiederverwertet. Andere Mischkunststoffabfall- Wiederverwertungstechnologien wurden für vermischte Kunststoffe entwickelt, wenn die Trennung unpraktikabel wird.
Die unterschiedlichen Alternativen für die Kunststoffentsorgung oder -wiederverwertung sind.
(1) Müllkippen, (2) Verbrennung, (3) Pyrolyse, (4) Hydrolyse, (5) Kompostierung, (6) biologischer Abbau und (7) Wiederverwertung. Die vorliegende Erfindung betrifft die Wiederverwertung.
Die Wiederverwertungsalternative reduziert die Öl- und Erdgasanforderungen als Rohstoff und als Energiequelle für die Polymerisation des Kunststoffs. Zusätzlich eliminiert die Wiederverwertung der Kunststoffmaterialien jedwedes Entsorgungsproblem.
Wie oben angegeben enthalten Kunststoffprodukte wie Teppich gewöhnlich mehr als ein Polymermaterial, und somit ist die primäre Wiederverwertung des vermischten Materials allgemein aufgrund der Trenn- und Handhabungsprobleme nicht praktikabel. Das Interesse an der sekundären Wiederverwertung von vermischtem Abfall nimmt aufgrund der erhöhten Kosten für Lager- und/oder Müllkippenplatz stetig zu. Jedoch hat die sekundäre Wiederverwertung häufig, wenn zwei oder mehr unverträgliche Polymere vermischt werden, schlechte mechanische Eigenschaften des Endmaterials und des aus der Mischung entwickelten Produkts erzeugt. Unter den tertiären und quaternären Wiederverwertungstechnologien verliert die Verbrennung ihre Vorzüge als Behandlungsverfahren wegen technischer, wirtschaftlicher und Umweltgründe. Spezifische hier angegebene Schwierigkeiten schließen die Zunahme in den Kapital- und Betriebskosten dieser Behandlung ein (wenigstens teilweise aufgrund des von der Öffentlichkeit verlangten Umweltschutzes). Bei der Abwägung der Frage der Einteilung jedes Polymers in Teppichabfall, ob es effizienter ist wiederzuverwerten als zu verbrennen, ist die derzeitige Überlegung unter Umweltschützern, daß der Kunststoff, falls es mehr als zweimal so viel Energie (z. B. BTU pro Pfund) zur Herstellung eines Kunststoffs erfordert als durch die Verbrennung des Kunststoffs erhalten wird, wiederverwertet sollte, da der Wiederverwertungsansatz effizienter ist. Da das Energieverhältnis (Energie zur Herstellung des Kunststoffs/Energie aus der Verbrennung des Kunststoffs) für Nylon etwa 7 : 1 beträgt, diktiert dies eindeutig, daß Nylon wiederverwertet und nicht verbrannt werden sollte.
Die sekundäre Wiederverwertung, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, beinhaltet die Verwendung von Abfällen zur Herstellung von Gegenständen mit unterschiedlich anspruchsvollen Eigenschaften. Es gibt mehr Verfahren von industrieller Bedeutung und viele erhältliche Anwendungen. Allgemein haben Materialien, die aus wiederverwerteten Abfällen stammen, Anwendung in der Herstellung von Formteilen gefunden, die in der Verpackung und im Transport, im Bauwesen, in der Landwirtschaft, Fischerei und in vielen anderen Gebieten verwendet werden. Diese Anwendungen sind effizient für den Verbraucher, da das Material gewöhnlich für einen Bruchteil der Kosten des primären Materials erhalten werden kann.
Mehrere Typen von Herstellungsverfahren wurden spezifisch für die Verarbeitung vermischter Kunststoffe entwickelt. Diese Verfahren können grob in entweder ein Extrusionsverfahren oder ein Formpreßverfahren eingeteilt werden.
Jedes dieser Verfahren ist in der Lage, Produkte aus einer Vielzahl von makroskopisch nicht-homogenen Mischungen von Abfallkunststoffen zu erzeugen. Wegen der heterogenen Natur dieser Mischungen sind vermischte Verfahren allgemein auf die Erzeugung von Produkten mit großen Querschnitten beschränkt, in denen kleine innere Fehler von geringer Auswirkung auf die mechanischen Eigenschaften sein können.

Zusammenfassung der Erfindung

Es gibt ein zunehmendes Interesse an der Wiederverwertung des vermischten Kunststoffabfalls von Automobilen. Die in den verschiedenen Teilen eines Automobils verwendeten unterschiedlichen technischen Kunststoffe schließen Polycarbonat, Nylons, Polyethylenterephthalat, Acrylnitril- Butadien-Styrol, ungesättigte Polyester als Harzmatte und Polyurethan ein. Ebenfalls wird eine große Menge Polyethylen und Polypropylen verwendet, aber manche betrachten dies nicht als einen "technischen Kunststoff" aufgrund seiner relativ geringen Kosten pro Pfund im Vergleich mit z. B. Polycarbonat. Zum jetzigen besonderen Zeitpunkt gibt es keinen wirksamen Weg zur Wiedergewinnung der technischen Kunststoffe oder irgendwelcher anderer Polymermaterialien, wenn das Automobil nach seiner sinnvollen Lebensdauer entsorgt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Wiederverwertung von Kunststoff-haltigen Teppichprodukten. Für den Zweck dieser Erfindung kann Teppich in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden: Web- und Vliesteppiche.
Faservliesstoffe werden manchmal auch "Verbundtextilien" genannt. Sie werden als Textilgewebe betrachtet, das aus Fasermatten besteht, die wegen ihrer innewohnenden Bindungseigenschaften oder als Ergebnis eines mechanischen Prozesses zusammengehalten werden, der die Verwendung eines chemischen Haftmittels beinhaltet. Ihre Eigenschaften hängen davon ab, für was sie verwendet werden, und werden in Form physikalischer und chemischer Eigenschaften ausgedrückt.
Nadelflor-Teppiche sind Verbundstrukturen, in denen das Garn, das den Flor bildet (die Oberfläche des Teppichs), typischerweise Nylon-6 oder Nylon-6,6, Polypropylen-Polyester wie nachfolgend im einzelnen aufgeführt, durch ein Basis- oder Grundgewebe wie einen Spinnvlies-Polyester genadelt wird. Die Basis jedes Faserbüschels erstreckt sich durch dieses Grundgewebe und ist auf der unteren Oberfläche der Verbundstruktur sichtbar. Nadelflor-Teppiche sind allgemein aus zwei Typen, Noppen ("Nap") und Zotteln ("Shag").
In Nap-Teppichen werden Garnschlaufen durch Vernadeln oder Ausschlagen eines kontinuierlichen Garns gerade durch das Grundgewebe gebildet, wodurch die Basis des Teppichs gebildet wird, während die Spitzen der Schlaufen allgemein 0,635 bis 1,905 cm (1/4 bis 3/4 Zoll) lang sind, wodurch die Verschleißoberfläche des Teppichs gebildet wird.
Shag-Teppiche haben die gleiche Basis wie der Nap-Teppich, aber die Spitzen der Schlaufen wurden geteilt, oder die Spitzen der Schlaufen wurden abgeschnitten. Die Oberfläche des Shag-Teppichs wird dadurch durch die offenen Enden der zahlreichen U-förmigen Garnstücke gebildet, wobei die Basis des U im Grundgewebe eingebettet ist.
Die Garnschlaufen werden im Teppichgrund durchgenadelt und eingebettet (wobei die Kombination der rauhe Nadelflor- Teppich ist), wodurch die Nadelflor-Basis gebildet wird, die mit dem Basisgewebe gesichert werden muß, um zu verhindern, daß die Schlaufen aus dem Grundgewebe gezogen werden. Das Grundgewebe oder der primäre Teppichgrund kann jeder Typ sein, der auf diesem Gebiet bekannt ist, und kann ein Vlies- Polymergewebe sein. Gleichsam kann das sekundäre Teppichgrundmaterial ebenfalls Vlies-Polymergewebe sein. Die zuvor genannten Teppichgründe werden aus Materialien wie vernadeltem, Web- oder Vlies-Polypropylen und Polyester- Vlieswaren und Geweben und Mischungen daraus gebildet. Die Nadelflor-Basen werden allgemein durch Auftragen einer Beschichtungsverbindung, die als "Zwischenschicht" bekannt ist, auf der Rückseite des rauhen Nadelflor-Teppichs gesichert, um die Nadelflor-Garne an das Basisgewebe zu binden. Dies ist allgemein Polyethylen oder Poly(ethylen-covinylacetat). Ein sekundäres Teppichgrundmaterial, das als Massebeschichtung bekannt ist, wird gewöhnlich ebenfalls auf die Rückseite des rauhen Nadelflor-Teppichs aufgetragen und mit dem gleichen Zwischenschicht-Haftmittel daran gebunden, daß das Garn am Basisgewebe sichert.
Die Massebeschichtung kann schwer gefüllt oder ungefüllt sein, Polyethylen oder Ethylen-Vinylacetat-Copolymer. Die Auftragung des sekundären Grundmaterials sichert weiterhin die Garnschlaufen, da sie dann durch das Haftmittel an das Grundmaterial sowie das Basisgewebe gebunden werden.
Das Ethylen-Vinylacetat-Copolymer-Grundmaterial besteht aus einem thermoplastischen Material mit niedrigem Schmelzpunkt, manchmal gefüllt mit anorganischem teilchenförmigem Füllstoff, wie Calciumcarbonat oder Bariumsulfat. Die Faseranteile des Teppichs werden aus Materialien wie Polypropylen, Nylon-6 oder Nylon-6,6 und Polyethylenterephthalat (PET) hergestellt. Gemischte Wiederverwertung ist ein möglicher Ansatz für dieses Verbundprodukt, jedoch kann es Probleme hinsichtlich der Kompatibilität der verschiedenen Materialien geben, die den Teppich bilden. Obwohl beträchtliche Anstrengungen hinsichtlich der Verbesserung der Kompatibilität unmischbarer Polymermischungen unternommen wurden, die mit der Wiederverwertung gemischter Kunststoffabfälle verbunden sind, haben nur sehr wenige Untersuchungen über die sekundäre Wiederverwertung von Teppichabfall berichtet.
Das bei der Bildung des Flor eines Nadelflor-Teppichs verwendete Garn kann aus jeder Art Faser hergestellt werden, die auf diesem Gebiet als nützlich für Nadelflor-Teppich bekannt ist, z. B. Nylon, Acryl, Wolle, Baumwolle und dgl. In Nordamerika sind die am häufigsten verwendeten Fasermaterialien für Nadelflor-Teppiche Nylon-6 und Nylon- 6,6. In Europa und Japan ist Polypropylen das üblichste Material für Auto-Vollfußmatten (Nadelflor und Vlies). Während Mischungen aus Nylon und Polypropylen allgemein nicht direkt verträglich sind, wurde festgestellt, daß Kompatibilisierungsadditive wie Carboxyl-haltige Ethylen- Copolymere, die gemischte Wiederverwertung von Polypropylen- Mischungen verbessern können.
Dies ist besonders dienlich bei der Nylon/Polypropylen- Teppichwiederverwertung, da Copolymermaterialien wie Ethylen/Vinylacetat (EVA) üblicherweise in der Rückenbeschichtung der Teppichzusammensetzung verwendet werden. Diese Rückenbeschichtungen werden gewöhnlich in Form eines Latex oder eine extrudierten "heißen Schmelze" aufgetragen. Der Teppich wird dann entweder zur Härtung des Latex erwärmt oder zur Verfestigung der heißen Schmelze abkühlen gelassen. Es wurde gefunden, daß die Wiederverwertbarkeit des Teppichs verbessert ist, falls ein Kompatibilisierungsadditiv, wie ein Ethylen-Vinylacetat- Copolymer, als funktionelle Komponente durch Zugabe zur Teppichformulierung verwendet wird.
Automobilteppiche unterscheiden sich geringfügig von anderen Teppichen. Der Hauptunterschied ist die Menge des verwendeten Rückenbeschichtungsmaterials. Die Rückenbeschichtung oder Massebeschichtung in Automobilteppichen dient einem zusätzlichen Zweck nach der Sicherung der Faserbüschel in ihrer Stelle und der Verfestigung des Teppichgrundes. Sie dient als feste Isolierungsbarriere in einem Automobil. Der Effekt der geräuscharmen Fahrt wird zum Teil durch die Verwendung der Teppich-Rückenbeschichtung erreicht. Die Erhöhung der Masse zwischen einer Lärmquelle und dem Inneren des Automobils ist eine typische Art zum Erhalt einer "geräuscharmen Fahrt". Daher sind die Automobilteppich- Rückenbeschichtungen allgemein dick und stellen über 50% des Gesamtgewichts des Teppichs dar. Anorganische Füllstoffe wie CaCO&sub3; und BaSO&sub4; werden typischerweise verwendet, um die Schallisolierungseigenschaften zu verbessern.
Von diesen zwei Füllstoffen hat BaSO&sub4; aufgrund seiner höheren Dichte die überragenden Schallisolierungseigenschaften. Es gibt eindeutige Kompromisse zwischen den Schallisolierungseigenschaften und der Gewichtszunahme, die wiederum die Benzineinsparung reduziert. Die Kosten sind ebenfalls ein wichtiger Faktor. CaCO&sub3; ist der günstigere Füllstoff der beiden auf einer Kosten/Masse-Basis.
Stand der Technik zum Automobil-Teppichgrund offenbart eine Auswahl von Materialien, Additiven und jeweiligen Konzentrationsbereichen, die in den Teppichgrund- Formulierungen verwendet werden können.
Im Auto-Ausrüstungsprozeß erzeugte Teppichabfälle sind hauptsächlich Beschneidungsabfälle. Aufgrund ihrer geringen Schüttdichte ist das Volumen der erzeugten Teppichabfälle überraschend hoch. Von den Größenreduktions-Arbeitsvorgängen, nämlich Brechen, Schneiden, Mahlen, Scheren, Granulieren, Pelletisieren, Würfeln und Pulverisieren, ist der Granulierungs-Arbeitsvorgang der am häufigsten in der Kunststoffindustrie verwendete. Die Eignung des Granulats zur erneuten Zufuhr in einen Extruder oder für andere Verfahren hängt hauptsächlich von der Fließfähigkeit des Granulats ab, die durch seine Schüttdichte oder Teilchengröße beeinflußt wird. Die Granulierungsbedingung und die Granulatorkonfiguration sind wichtige Faktoren in der vorliegenden Erfindung, die die Granulatqualität, die spezifische Energie und die Durchsatzrate beeinflussen.
Der hier typischerweise verwendete Granulator setzt sowohl Scherschneid- als auch Hochgeschwindigkeits- Aufprallzertrümmerungsprinzipien ein, um die Größe des Materials zu reduzieren, wie es im Stand der Technik gefunden wird, Während duktile Materialien hauptsächlich durch die Scherschneidwirkung größenreduziert werden, werden Materialien, die relativ spröde sind, durch die Hochgeschwindigkeits-Aufprallzertrümmerung zerkleinert.
In jeder Granulierung von Plastikabfall gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Teilchengröße des Granulats sehr wichtig, da sie die Qualität der Schmelze während des nächsten Schmelzverarbeitungsvorgangs beeinflußt. Feines teilchenförmiges Material sollte vermieden werden, da es vorzeitig schmilzt und einen geringen Ausstoß und Stoßen beim Strangpressen oder Spritzgießen verursachen kann. Späne, die zu groß sind, sollten vermieden werden, weil sie Zufuhrprobleme im Trichter und Zufuhrauslauf verursachen können.
Für leichte Abfallmaterialien, die üblicherweise in den Produktgebieten von Folien, Fasern und Teppich angetroffen werden, ist die Schüttdichte des Materials nach der Größenreduktion normalerweise zu gering für eine direkte Wiederverwertung zurück in das Verfahren, außer in geringen Prozentanteilen. Diese Materialien müssen nochmals auf eine Zufuhrform höherer Dichte wie Pellets vor der Wiederverwertung verarbeitet werden. Dies kann durch verschiedene Ausrüstungstypen erreicht werden, aber es beinhaltet immer zunächst das Umschmelzen des Abfalls und dann das Formen von Pellets oder ähnlicher Formen. Ein Rückgewinnungsextruder ist ideal für diesen Zweck geeignet. Er besitzt gewöhnlich eine "weitere" Materialeintrittsöffnung oder einen solchen Füllzylinder.
Beim Einsatz des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird eine bessere Schmelzvermischung unter Verwendung eines Doppelschneckenextruders erhalten. Der Doppelschneckenextruder ist zum Schmelzen, Mischen und Pumpen von Aufschlämmungen oder viskoelastischen Schmelzen bei hohen Temperaturen, Drücken, hoher Viskosität und Veränderungen in den drei Eigenschaften in der Lage. Außerdem besitzt er die Fähigkeit, die Verarbeitungsschritte aneinanderzureihen, eine Zugabe von Monomeren, Polymeren oder anderen Additiven stromabwärts über zusätzliche Einspritzöffnungen zu erlauben, die sich an beliebiger Stelle zwischen dem Zufuhrtrichter und dem Düseneingang befinden, und ebenfalls etwaige Verunreinigungen, nicht umgesetztes Monomer oder Nebenprodukte des Verfahrens zu vergasen. Zusätzlich besitzt der Verarbeiter die Möglichkeit der Kombination eines oder mehrerer Verarbeitungsabläufe stromabwärts, wie Vermischen und Formen, und der Reaktion in der gleichen Maschine.
Doppelschneckenextruder weisen modulare Schnecken- und Trommelkonstruktionen und Aufbauanordnungen auf, die es erlauben, die Extrudergeometrie für spezifische Formulierungen zu optimieren. Diese Extruder werden mit segmentierten Schrauben und Trommelelementen gebaut, die für jede Anwendung angepaßt werden können. Die wichtigen Funktionen der Doppelschneckenextruder sind die segmentierte Schraube und die Trommelkonstruktion, eine enge Temperaturkontrolle über die gesamte Schneckenlänge und über breite Temperaturbereiche, eine optimale Verfahrensvergrößerung für die gesamte Reaktion durch Auswahl der geeigneten Extruderlänge, eine präzise Kontrolle der Reaktion (für die reaktive Verarbeitung) durch enge Verweilzeitverteilungen in der Reaktionszone und die Option der Entgasung in jedem Abschnitt des Extruders.
Erfindungsgemäß werden Doppelschneckenextruder bevorzugt verwendet, um die Mischung zu vermischen, obwohl ein Einschneckenextruder wirksam verwendet werden kann. Umpumpmischer mit hoher Scherung oder ähnliche Mischer, wie ein Banbury-Mischer, können ebenfalls zum Vermischen des Materials verwendet werden.
Die Eigenschaften des Endprodukts der vorliegenden Erfindung hängen stark von der Verträglichkeit der Multikomponenten der Mischung ab.
Aus thermodynamischen Gründen sind die meisten Polymerpaare im molekularen Maßstab nicht mischbar. Dennoch kann der Grad der Verträglichkeit zweier Polymere in einem hohen Ausmaß variieren. Die dispergierte Phase in nicht-kompatibilisierten unmischbaren Polymermischungen neigt häufig dazu, während der Nach-Mischverarbeitungsschritte zusammenzuwachsen. Zur Stabilisierung und Verbesserung der Dispersion der Nebenphase werden allgemein Grenzflächenmittel hinzugegeben. Diese Stoffe werden verwendet, um die Mischbarkeit zweier Polymere zu erhöhen, und werden häufig Kompatibilisatoren, Kompatibilisierungsmittel oder Tenside genannt. Kompatibilisierungsmittel sind allgemein Block- oder Pfropf- Copolymere mit niedrigem Molekulargewicht mit wenigstens zwei ausgeprägten chemischen Funktionalitäten. Z. B. kann ein Teil des Moleküls eine Affinität hin zu polaren Materialien zeigen, während der andere kompatibel mit den nicht-polaren Materialien sein kann, wobei Verknüpfungen mit beiden Phasen gebildet werden. Von den Kompatibilisatoren wird angenommen, daß sie bevorzugt zur Grenzfläche wandern und die Grenzflächenspannung zwischen den Komponenten der Mischung reduzieren. Der Gesamteffekt der Kompatibilisierung ist eine feinere und stabilere Dispersion, und Kompatibilisatoren können zur Mischung als dritte Komponente hinzugegeben werden oder können in-situ gebildet werden. Die in-situ-Bildung von Kompatibilisatoren kann durch Modifizieren einer der Komponenten erreicht werden, so daß sie mit der Funktionalität der anderen Komponente während des Mischungsverfahrens reagiert, wodurch ein Pfropf- oder Blockcopolymer gebildet wird. Die angemessene Verwendung von Kompatibilisatoren führt zu einer deutlichen Verbesserung vieler Eigenschaften der Mischungen.
Die thermodynamische Kompatibilität kann wie folgt ausgedrückt werden:
ΔGmix = ΔHmix - T ΔSmix
worin ΔHmix die Mischungsenthalpie ist, ΔSmix die Mischungsentropie ist und T die absolute Temperatur ist. Damit zwei Polymer als thermodynamisch kompatibel oder mischbar betrachtet werden können, muß ΔGmix negativ sein.
Da zwei ungleiche Polymermoleküle eine geringere Anziehung zueinander als für ihre eigene Art haben, wird die Mischungsenthalpie oder ΔHmix Positiv und somit unvorteilhaft für die Kompatibilität sein. Wenn kleine Moleküle, wie Lösungsmittel, vermischt werden, besitzt die statistische Mischung eine viel größere Entropie als die reinen Bestandteile, so daß T ΔSmix das unvorteilhafte ΔHmix überwindet, wodurch die Veränderung in der freien Energie negativ gemacht wird, was das Mischen begünstigt. Beim Mischen großer Polymermoleküle sind andererseits die Atome oder Gruppen von Atomen beschränkt, indem sie in den Polymermolekülen gebunden sind, so daß das Mischen viel weniger statistisch ist, und die Entropiezunahme ist viel geringer; daher ist der Ausdruck -T ΔSmix unzureichend, um das unvorteilhafte ΔHmix zu überwinden; ΔGmix bleibt positiv, und daher ist das Mischen unvorteilhaft, was die zwei Polymere inkompatibel zueinander macht. Daher würde man erwarten, daß Polymermischungen selten, falls überhaupt, kompatibel sind. Eine zusätzliche mathematische Behandlung der obigen Gleichung, insbesondere des Ausdruck ΔHmix führt zu den Löslichkeitsparametern. Diese Parameter helfen bei der Voraussage der Kompatibilität von Polymerpaaren. Damit Polymere als thermodynamisch mischbar betrachtet werden können, sollte die Differenz der Werte 1 [cal/cm³]1/2 nicht überschreiten. Wenige Polymerpaare Weise eine thermodynamische Mischbarkeit auf.
Polymere können zur Bildung einer großen Vielzahl von statistischen oder strukturierten Systemen mit der gewünschten Kombination von Eigenschaften gemischt werden, aber in der Praxis werden diese theoretisch erwarteten Eigenschaften wegen der schlechten Adhäsion der geschaffenen Phase nicht erreicht. Für diesen Zweck setzt man meistens Block- oder Pfropf-Copolymere mit langen Segmenten oder Blöcken ein. Es wurde gezeigt, daß die Blöcke, aus denen diese Moleküle an der Grenzfläche aufgebaut sind, mischbar mit den Phasen A oder B sein müssen (die Blöcke oder Segmente der Grenzflächenmittel sind chemisch identisch oder ähnlich zu A oder B), um die Grenzflächenenergie zwischen den unmischbaren Phasen zu reduzieren. Sie stellen ebenfalls eine feinere Dispersion während des Mischens sicher und stellen eine höhere Stabilität gegen die Trennung bereit.
Block- oder Pfropf-Kompatibilisatoren müssen sich in zwei Phasen entmischen, um an der Mischungsgrenzfläche fixiert zu werden. Das spezifische Verhalten der Homopolymer-Phase hängt von den Wechselwirkungen zwischen zwei Segmenten und ihren Molekulargewichten ab. Die erforderliche Menge des Kompatibilisators hängt von vielen Faktoren ab, von denen die kristalline Struktur, Konformation und das Molekulargewicht die wichtigsten sind.
Der Teppich in der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Multikomponenten-Produkt, das Nylon-6; Nylon-6,6; Polypropylen; EVA etc. enthält. Die Kompatibilität dieser Polymere ist signifikant wichtig für die Eigenschaften von aus wiederverwertetem Teppich hergestellten Teilen. Es ist sehr schwierig, eine gute Dispergierbarkeit in einer mechanischen Mischung aus Polymer zu erhalten, wie z. B. im vorliegenden Fall die Kombination aus Nylon-6; Nylon-6,6; Polyester; Polypropylen; Polyethylen; und Ethylen- Vinylacetat-Copolymer plus Füllstoff. Jedoch kann es möglich sein, eine gute Löslichkeit in der Mischung dieser nichtgelösten Polymere zu erhalten, indem ein geeigneter Kompatibilisator eingefügt wird, der eine gute Löslichkeit gegenüber jedem zu vermischenden Polymer besitzt.
Die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist eine Mischung aus Polymeren, die zu jedem der kommerziellen Formgegenstände geformt werden kann, die heute aus thermoplastischen Polymeren hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Vielzahl von Mischungen, deren Zusammensetzung von der Zusammensetzung des im Verfahren verwendeten Abfallmaterials abhängt.
Die Zusammensetzung enthält die folgenden Bestandteile in den nachfolgend aufgeführten Bereichen, wobei verständlich ist, daß in einer Ausführungsform der Abfall, aus dem die letztliche Mischung hergestellt wird, aus einem Teppich mit Nylon-Fasern erzeugt wird; alternativ wird der verwendete Abfall aus Teppich mit Polypropylen- oder Polyester-Fasern erzeugt. Die verbleibenden Bestandteile in jeder der angeführten Zusammensetzungen müssen wenigstens 5% Ethylen- Vinylacetat-Copolymer enthalten und gegebenenfalls einen oder mehrere der anderen aufgeführten Bestandteile umfassen. Das Ethylen-Vinylacetat-Copolymer liegt in der Mischung aus zwei möglichen Quellen vor.
Zuerst kann das Ethylen-Vinylacetat-Copolymer in der Mischung als Ergebnis seiner Gegenwart in der Massebeschichtung oder im Teppichgrund auf dem Teppichabfall oder aus anderen Quellen vorhanden sein. Seine Gegenwart kann von 0 bis 36 Gew.-% variieren.
Zweitens ist das Ethylen-Vinylacetat-Copolymer in der Mischung als Ergebnis einer separaten Zugabe zur Mischung vor dem Mischen vorhanden. Die Menge des Ethylen-Vinylacetat- Harzes, das gegebenenfalls zu den Mischungen mit den Kompatibilisierungsmitteln hinzugegeben werden kann, wird im Bereich zwischen ca. 1 und 30 Gew.-% liegen. Es wurde gefunden, daß das Ethylen-Vinylacetat-Copolymer die Eigenschaften der letztlichen Mischung, die gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellt wird, steigert.
Die Zusammensetzung der verschiedenen oben beschriebenen Abfallmaterialien umfaßt: faserbildendes Polyamid, z. B. Nylon-6 oder Nylon-6,6, bis zu 35%; Polypropylen bis 55%; Polyester bis zu 35%; Polyethylen bis zu 18%; Ethylen- Vinylacetat-Copolymer bis 36%; Füllstoff bis zu 60%.
Eine in der vorliegenden Erfindung verwendete, typische Teppichabfallformulierung umfaßt die folgende Zusammensetzung:
Das Abfallmaterial mit einer Zusammensetzung in den zuvor genannten Bereichen wird wie oben beschrieben granuliert, und die Zusammensetzungsteilchen werden bei 90ºC getrocknet und bei 230ºC schmelzvermischt und pelletisiert. Teile werden daraus unter Verwendung von Spritzguß- oder Extrusionsverfahren hergestellt. Es ist möglich, den Doppelschnecken-Schmelzmischvorgang zu überspringen und ein Produkt direkt durch Strangpressen herzustellen, da diese Verfahren ebenfalls ein Vermischen durchführen. Die Eigenschaften solcher Zusammensetzungen sind in Tabelle 16, Nr. 5; Tabelle 17, Nr. 20, Tabelle 22, Nr. 90 nachfolgend aufgeführt.
Es wurde gefunden, daß Poly(ethylen-co-vinylacetat) (EVA) ein nützliches Harzadditiv ist, wenn es eine Schmelzflußrate von 0,8 bis 19 g/10 min (ASTM D1238) und einen Vinylacetat-Gehalt von ca. 9 bis ca. 36% hatte. Das EVA-Polymerharz wurde mit dem Abfall in einer Konzentration zwischen ca. 1 und 30% vermischt.
Beispiele für solche Zusammensetzungen sind in Tabelle 18, Nr. 45, 51, 63 nachfolgend offenbart.
Die zur Mischung hinzugegeben Kompatibilisierungsmittel werden ebenfalls in Mengen zwischen ca. 1 und 30 Gew.-% hinzugegeben.
Das EVA-Harz und die Kompatibilisatoren allein oder in Kombination werden nicht mit mehr als insgesamt als ca. 30 Gew.-% hinzugegeben.
Ein Beispiel für eine solche Zusammensetzung ist nachfolgend in Tabelle 19, Nr. 69 aufgeführt.
Die bevorzugten Formulierungen der vorliegenden Erfindung umfassen den Abfall plus EVA plus Kompatibilisator, wie nachfolgend in Tabelle 20, Nrn. 72-83 und Tabelle 22, Nrn. 96-100, bevorzugt Nr. 98 aufgeführt.
Zwei andere besonders bevorzugte Zusammensetzungen, die in der vorliegenden Erfindung nützlich sind, werden in Tabelle 22, Nrn. 94 und 95 gefunden.

Die folgenden sind Beispiele für typische

Teppichabfallzusammensetzungen, die erfindungsgemäß modifiziert wurden.

A

Nylon 12%-35%
Polyester 1%-3%
Polypropylen 1%-3%
Polyethylen 7%-18%
EVA 15%-36%
Füllstoff 34%-60%

B

Nylon 12%-35%
Polyester 1%-3%
Polypropylen 1%-3%
Polyethylen 7%-18%

C

Nylon 12%-35%
Polypropylen 1%-3%
Polyethylen 7%-18%
EVA 15%-36%
Füllstoff 34%-60%

D

Nylon 12%-35%
Polyester 1%-3%
Polyethylen 7%-18%
EVA 15%-36%
Füllstoff 34%-60%

E

Nylon 12%-35%
Polyester 1%-3%
Polypropylen 1%-3%
EVA 15%-36%
Füllstoff 34%-60%

F

Nylon 35%-55%
Polyester 10%-15%
Polyethylen 40%-45%

G

Polyester 33%-60%
Polyethylen 40%-67%

H

Polyester 15%-44%
Polypropylen 33%-51%
Füllstoff 24%-34%

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

]Automobilteppiche wurden oben als Mehrkomponentenprodukt beschrieben. Jedes der den Teppich bildenden Polymere hat seine eigenen physikalischen und chemischen Eigenschaften und deshalb unterschiedliche Verarbeitungsbedingungen. Z. B. beginnt das in der Massebeschichtung oder dem Teppichgrund des Teppichs und als Additiv für das zu verarbeitende Abfallmaterial verwendet Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA), sich bei 190 bis 200ºC zu zersetzen, wobei im Verfahren Essigsäure freigesetzt wird. Da EVA eine Hauptkomponente von Teppichabfall ist, müssen ernsthafte Überlegungen für die Verarbeitungstemperatur angestellt werden. Polypropylen hat eine Schmelztemperatur von 165ºC, währen Nylon-6,6 eine Schmelztemperatur von 265ºC hat. Zur Herstellung von Mischungen aus EVA und Polypropylen-Materialien würde man idealerweise zwischen 210 und 230ºC arbeiten; jedoch kann der EVA-Abbau einen Betrieb bei einer so hohen Temperatur verhindern.
Es wurde experimentell bestimmt, daß die bevorzugte Schmelzmischtemperatur des Abfalls ca. 230ºC sollte, was ein gleichförmigeres Produkt erzeugt. Außerdem wurde eine niedrigere Spritzguß- oder Extrusionstemperatur von ca. 204ºC zur Erzeugung des Produkts in pelletisierter Form verwendet, um einen weiteren thermischen Abbau des Materials zu verhindern.
Wie oben angegeben wurden in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren alle Formulierungen bei einer Temperatur von 230ºC vermischt und bei 204ºC spritzgegossen, um Probekörper oder Fertigprodukte zur Untersuchung herzustellen, außer daß die Formtemperatur für jene Formulierungen höher war, in denen Polypropylen als Additiv verwendet wurde. Das gesamte Schmelzmischen der Formulierungen wurden entweder in einem Einschnecken- oder Doppelschneckenextruder durchgeführt. Der Doppelschneckenextruder ist bevorzugt, weil er gegenüber dem Einschneckenextruder mehrere Vorteile bietet. Die besseren Zufuhr- und positiveren Transporteigenschaften des Doppelschneckenextruders erlauben es der Maschine, schwierig zuzuführende Materialien (wie Teppichabfall) zu verarbeiten. Die kontrollierbaren Verweilzeiten, ein enges Verweilzeitverteilungsspektrum (RTD) sowie besseres Mischen sind andere Vorteile des Doppelschneckenextruders.
Eine Analyse jeder der verschiedenen Proben von Teppichabfall wurde durchgeführt, um zu bestimmen, was die Bestandteile aus dem Produkt der vorliegenden Erfindung sein werden, gebildet aus der Teppichabfall-Schmelzmischung.
Allgemein umfassen derzeit erhältliche Automobil- Teppichabfall-Zusammensetzungen verschiedene Mengen von Nylon-6 oder Nylon-6,6, Polypropylen, Polyethylen, Polyester, EVA und gefülltem EVA. Tabelle 1 zeigt eine typische ausführliche Formulierung für eine Teppichprobe, die in dieser Untersuchung verwendet wurde, die kein Polyethylen- Homopolymer enthält.

Tabelle 1

Typische Zusammensetzung von nordamerikanischem Automobil- Teppichabfall (MSL-1)

Komponente Zweck

14% Nylon-6,6 Teppichoberseite
4% Polypropylen primärer Teppichgrund
11% EVA Zwischenschicht
71% BaSO&sub4;-gefülltes EVA Rückenbeschichtung
Insbesondere enthält die oben angegebene Rückenbeschichtung die folgenden Bestandteile:
75% BaSO&sub4; Füllstoff
14-29% EVA Polymermatrix
4-10% naphthenische Öle Weichmacheröle
Spuren organischer Säuren Dehnungsadditiv
Das oben offenbarte EVA umfaßt Copolymere aus Ethylen und Vinylacetat mit unterschiedlichem Vinylacetat-Gehalt und somit unterschiedlichem Potential zur Bildung von Wasserstoffbrücken. Ein geeignetes EVA wird unter der Handelsbezeichnung "Elvax" von E.I. Dupont de Nemour, E.I. & Co., verkauft. EVA ist von Natur aus flexibel, elastisch, zäh und zeigt einen hohen Glanz, gute Abriebfestigkeit und ausgezeichnete Beständigkeit gegen Ozon und Umwelt- Spannungsriß.
EVA-Copolymer stellt wegen höherer Polarität und Wasserstoff- Bindung eine herausragende Zähigkeit und Flexibilität über einen breiten Temperaturbereich bereit und ergibt ein gleichförmigeres Mischen mit den thermoplastischen Komponenten in den Teppichabfällen. EVA-Copolymere bieten eine einzigartige Kombination von Verarbeitungs- und Leistungseigenschaften.
Es scheint, daß EVA ein gutes Additiv für die Teppichwiederverwendung zusätzlich zu dem schon in der Mischung vorhandenen EVA ist. Das zusätzliche EVA verbessert die mechanischen und thermischen Eigenschaften, speziell die Schlagzähigkeit, Dehnung die Fließeigenschaften der Mischung und der aus der Mischung gebildeten Fertigprodukte. Aus den oben angegebenen Gründen werden verschiedene Anteile von EVA zur Teppichabfallmischung hinzugegeben.
Kompatibilisierungsmittel dienen zur Reduzierung der Phasengröße und/oder Oberflächenspannung zwischen inkompatiblen Polymeren. Diese Phasengrößenunterschiede und Oberflächenspannungen sind gewöhnlich verantwortlich für schlechte mechanische Eigenschaften von Polymermischungen. Verarbeitete Teppichabfallmischungen bestehen aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien, von denen manche miteinander inkompatibel sind. Daher wurden Kompatibilisierungsmittel verwendet, um die Eigenschaften von Teppichabfallmischungen zu modifizieren.
Eine Verbindung, die zur Teppichabfallmischung als nützliches Kompatibilisierungsmittel hinzugegeben wird, ist ein Acrylsäure-modifiziertes Polypropylen-Polymer, das unter der Handelsbezeichnung PolybondTM 1001 verkauft wird.
Andere Verbindungen, die im Abfall verwendet werden können, sind Anhydrid-modifizierte Polymere, die unter den Handelsbezeichnungen Bynel CXA 302 und CXA E361 verkauft werden. Sie sind in Pelletform zur Verwendung in herkömmlicher Extrusionsausrüstung erhältlich. Tabelle 2 Eigenschaftsdaten von BynellTM-Harzen
Eine weitere Verbindung, die in Teppichabfall verwendet werden kann, ist ein thermoplastischer Kautschuk, der ein Maleinsäureanhydrid-funktionalisiertes Copolymer umfaßt, das aus Polystyrol-Endblöcken und Poly(ethylen/Butylen)- Mittelblöcken besteht, bekannt als "Kraton FG 1901 X", eine Marke von Shell Chemical Co. Die Funktionalität in diesem Material steigert die Wechselwirkung des Polymers mit polaren Materialien, wobei einige einzigartige Vorteile in einer Vielzahl von Anwendungen geboten werden. Es liefert ebenfalls eine ausgezeichnete thermische, oxidative und UV-Stabilität.

Tabelle 3

Typische Eigenschaften von KratonTM FG 1901X

Eigenschaft Wert

Dichte (g/cm³) 0,91
Styrol-Gehalt im Polymer (Gew.-%) 28
Shore A-Härte 75
Zugfestigkeit ((psi)) (·10³ Pa) (5 000) 34473,8
Bruchdehnung (%) 500
Ein weiteres in Teppichabfall gefundenes und erfindungsgemäß verwendetes Kompatibilisierungsmittel ist "Surlyn". "Surlyn", eine Marke von E.I. DuPont de Nemours % Co., ist eine Matrix aus Kohlenwasserstoffen, in der relativ kurze Polyethylen- Ketten und Granalien aus mit Natrium-Ionen verknüpftem Polymethacrylat eingebettet sind.
Die oben aufgeführten Kompatibilisierungsmittel, einschließlich ElvaxTM, PolybondTM, BynelTM und KratonTM, verbesserten die Schlagzähigkeit des Teppichabfalls und verbesserten die Kompatibilität unter den Polymeren.
Einer oder mehrere dieser Kompatibilisatoren werden in Mengen zwischen ca. 1 und 30 Gew.-%, allein oder in Kombination mit EVA hinzugegeben. Die Gesamtmenge von zum Abfall hinzugegebenem Kompatibilisator und EVA-Harz wird allgemein 30 Gew.-% nicht übersteigen.
In einem Satz von Proben wurde Polypropylen als Additiv verwendet. Das Polypropylen wurde als Harz verwendet, um die Steifigkeit der flexibleren Teppichmischungen zu erhöhen, um einen "steifen" Polyblend-Kautschuk zu erzeugen.

Beispiel 1

Die Reihe experimenteller Untersuchungen wurde durchgeführt, um die Wirksamkeit der verschiedenen, oben aufgeführten EVAs und Kompatibilisierungsmittel auszuwerten, die zum in Tabelle 1 angegebenen MSL-1-Teppichabfall hinzugegeben wurden. Insgesamt 38 Formulierungen wie in den Tabellen 5, 6 und 7 aufgeführt wurden für den Zweck dieses Beispiels 1 hergestellt, das unterschiedliche Beladungen mit EVA und Kompatibilisierungsmitteln darstellt. In diesem Experiment wurden vier EVAs mit unterschiedlichen Vinylacetat-Gehalten und unterschiedlichen Schmelzindex-Werten zum Teppichabfall in Anteilen von 10, 20 bzw. 30% hinzugegeben, um die Wirkungen dieser Additive auf die Eigenschaften von wiederverwertetem Teppichabfall zu bestimmen. Der Teppichabfall umfaßte verschiedene Kombinationen aus Bestandteilen, einschließlich Nylon, Polypropylen, Polyester und den anderen, in den Zusammensetzungen A-H oben aufgeführten Bestandteilen.
Die Wirkungen der zuvor genannten Kompatibilisierungsmittel sowohl auf die mechanischen als auch thermischen Eigenschaften von wiederverwertetem Abfall wurden ebenfalls untersucht.
Diese Kompatibilisierungsmittel wurden einzeln oder in Kombination mit EVA oder PP zu den Teppichabfällen gegeben.
Die Eigenschaften des nicht-modifizierten MSL-1- Teppichabfalls wie in Tabelle 17, Nr. 20 gezeigt waren:
Zugfestigkeit bei Spitzenbelastung: 4743,59 · 10³ Pa (688 psi)
Elastizitätsmodul: 62052,84 · 10³ Pa (9000 psi)
Dehnung bei Bruch: 7,6%
Härte (A-2): 79 kg.m
Schlagzähigkeit
(gekerbt): 0,169 kg.m/cm (3,1 ft lb/in)
(ungekerbt): 0,261 kg.m/cm (4,8 ft lb/in)
Die optimale Trocknungstemperatur von 90ºC, Trocknungszeit von 2 h und Verarbeitungstemperatur zwischen 180 und 230ºC.
Die Verarbeitungstemperaturen wurden unter Verwendung eines Drehmoment-Rheometers bestimmt.
Die Proben wurden bei verschiedenen Temperaturen verarbeitet, zu flachen Probekörpern gepreßt und sowohl visuell als auch durch Anfassen untersucht. Die höchste Temperatur, bei der die Teppichoberseitenfasern völlig intakt zu bleiben schienen, betrug 180ºC. Die niedrigste Temperatur, bei der die Fasern vollständig zu schmelzen und zu dispergieren erschienen, betrug 230ºC. Es wird jedoch erwartet, daß das meiste des H&sub2;O bei dieser Temperatur entfernt würde, was die Zersetzungsmenge beschränkt.
Proben aus der Teppichabfallschmelze wurden bei Temperaturen von sowohl 180 als auch 230ºC unter Verwendung eines Doppelschneckenextruders vermischt und pelletisiert. Die Pellets wurden bei 204ºC oder, im Falle von Polypropylenhaltigen Proben, bei 230ºC zu Standard-ASTM-Probekörpern spritzgegossen. Zug- und Schlageigenschaften sowie die Shore- Härte und Biegetemperatur unter Last wurden bestimmt. ASTM- Protokolle wurden für alle Untersuchungen befolgt, wie in Beispiel 1 aufgeführt. Die Abbaueigenschaften der vermischten Formulierung wurden unter Verwendung von Thermogravimetrie- Analyse-Techniken (TGA) bestimmt.
Allgemein wies das bei der niedrigen Temperatur (180ºC) verarbeitete Material höhere Werte von Modul, Zugfestigkeit, Härte und Biegetemperatur unter Last als seine Gegenstücke bei hoher Temperatur (230ºC) auf. Jedoch waren die höchsten Dehnungswerte für das bei niedriger Temperatur verarbeitete Material geringer. Diese geringeren höchsten Dehnungswerte werden möglicherweise durch die Gegenwart von intakten Fasern erklärt, die nicht durch das Schmelzen verschwunden waren, wodurch ein stärker elastomeres Verhalten gezeigt wurde.
Es wurde gefunden, daß das Einsetzen des Abbaus im Bereich von 180 bis 200ºC auftritt, was mit der Deacetylierungstemperatur von EVA übereinstimmt. Dennoch schien der Abbaugrad bei 230ºC nicht signifikant zu sein, möglicherweise aufgrund der relativ geringen Verweilzeit während des Mischvorgangs.
Es ist bevorzugt, die Mischungen bei Temperaturen deutlich über 90ºC zu trocknen, da Polyester und Nylon hygroskopische Materialien sind; jedoch erweicht das EVA und wird klebrig bei Temperaturen über 90ºC. Nylon und Polyester neigen zum Abbau während der Verarbeitung, falls Wasser zugegen ist; jedoch wird erwartet, daß das meiste Wasser bei dieser Temperatur entfernt wird, was die Abbaumenge beschränkt.
Nach dem Trocknen wurden der Teppichabfall, das EVA und die Kompatibilisierungsadditive abgewogen und in einem geschlossenen Behälter für 5 min vorgemischt, um eine bessere Mischung und Verteilung der Additive sicherzustellen. Diese Mischung wurde dann innerhalb des ineinandergreifenden, gleich schnell rotierenden Doppelschneckenextruders schmelzgemischt. Der Extruder wurde mit 120 U/min betrieben und war mit einem Schneckenprofil mittlerer Scherung und einer Stabdüse zur Pelletisierung ausgerüstet. Die Extrudate wurden dann in einem Wasserbad gekühlt und pelletisiert. Die Betriebstemperatur wurde auf 230ºC eingestellt. Die tatsächliche Schmelztemperatur betrug ca. 237ºC. Der Kopfdruck für alle Formulierungen war im Bereich von 2413,17 · 10³ bis 3240,54 · 10³ Pa (350 bis 470 psi).
Die vermischten Mischungen aus Automobilteppich wiesen eine schlechte Adhäsion an der Polymer-Polymer-Grenzfläche und somit allgemein schlechte Eigenschaften auf. Die oben angegebenen Kompatibilisierungsmittel kompatibilisierten unterschiedliche, im Teppich enthaltene Polymere, die PP, Nylon-6,6 und EVA einschlossen.
In den Fällen, in denen Polypropylen als hauptsächliches (Matrix)-Polymer verwendet wurde, hatte es die folgenden, in Tabelle 4 aufgeführten mechanischen Eigenschaften.

Tabelle 4

Mechanische Eigenschaften von reinem PP

Konventionelle Streckgrenze ((psi)) (· 10³ Pa) (5 200) 35852,75
Zugmodul ((psi)) (· 10³ Pa) (210 000) 1447899,6
Bruchdehnung (%) 400
Schmelzindex (g/10 min) 0,45
Hersteller Amoco
Eine 20 t, 22,8 cc Spritzgußmaschine vom Ingersoll-Rand Toggle-Typ wurde verwendet, um die Zug- und Schlagblöcke für jede der Formulierungen zu formen. Die Spritzgußmaschine wurde bei 204ºC für alle Formulierungen betrieben, außer für jene mit hinzugegebenem PP, wobei in diesem Fall die Betriebstemperatur der Spritzgußmaschine 230ºC betrug. Die folgenden Tabellen 5, 6 und 7 geben die spezifischen Formulierungen an, die in diesem Beispiel 1 verwendet werden, um die geformten Gegenstände zu bilden, die in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.

Tabelle 5

Wiederverwertungsformulierungen aus MSL-1-Teppichabfall

Formulierungs-Nr. Formulierungsbeschreibung

Nr. 43 MSL-1-Abfall + 10% Elvax 170
Nr. 44 MSL-1-Abfall + 20% Elvax 170
Nr. 45 MSL-1-Abfall + 30% Elvax 170
Nr. 49 MSL-1-Abfall + 10% Elvax 360
Nr. 50 MSL-1-Abfall + 20% Elvax 360
Nr. 51 MSL-1-Abfall + 30% Elvax 360
Nr. 55 MSL-1-Abfall + 10% Elvax 350
Nr. 56 MSL-1-Abfall + 20% Elvax 350
Nr. 57 MSL-1-Abfall + 30% Elvax 350
Nr. 61 MSL-1-Abfall + 10% Elvax 760
Nr. 62 MSL-1-Abfall + 20% Elvax 760
Nr. 63 MSL-1-Abfall + 30% Elvax 760

Tabelle 6

Wiederverwertungsformulierungen aus MSL-1-Teppichabfall

Formulierungs-Nr. Formulierungsbeschreibung

Nr. 64 MSL-1-Abfall + 2% PB 1001
Nr. 65 MSL-1-Abfall + 10% PB 1001
Nr. 66 MSL-1-Abfall + 1% PB Surlyn
Nr. 67 MSL-1-Abfall + 10% Surlyn
Nr. 68 MSL-1-Abfall + 5% E361
Nr. 69 MSL-1-Abfall + 10% E361
Nr. 70 MSL-1-Abfall + 5% E302
Nr. 71 MSL-1-Abfall + 10% E302
Nr. 72 MSL-1-Abfall + 29% Elvax 170 + 1% PB 1001
Nr. 73 MSL-1-Abfall + 20% Elvax 170 + 10% PB 1001

Tabelle 6 (Fortsetzung)

Nr. 74 MSL-1-Abfall + 29% Elvax 360 + 10% PB 1001
Nr. 75 - MSL-1-Abfall + 20% Elvax 360 + 10% PB 1001
Nr. 76 MSL-1-Abfall + 29% Elvax 760 + 1%PB 1001
Nr. 77 MSL-1-Abfall + 20% Elvax 760 + 10% PB 1001

Tabelle 7

Wiederverwertungsformulierungen aus MSIA-Teppichabfall

Formulierungs-Nr. Formulierungsbeschreibung

Nr. 78 MSL-1-Abfall + 27,5% Elvax 170 + 2,5% E361
Nr. 79 MSL-1-Abfall + 20% Elvax 170 + 2,5% E361
Nr. 80 MSL-1-Abfall + 27,5% Elvax 360 + 2,5% E361
Nr. 81 MSL-1-Abfall + 20% Elvax 360 + 10% E361
Nr. 82 MSL-1-Abfall + 27,5% Elvax 760 + 2,5% E361
Nr. 83 MSL-1-Abfall + 20% Elvax 760 + 10% E361
Nr. 84 Pp + 49% MSL-1-Abfall + 1% PB 1001
Nr. 85 PP + 40% MSL-1-Abfall + 10% PB 1001
Nr. 86 PP + 47,5% MSL-1-Abfall + 2,5% E 302
Nr. 87 PP + 40% MSL-1-Abfall + 10% E 302
Nr. 88 PP + 45% MSL-1-Abfall + 5% Kraton
Nr. 89 PP + 40% MSL-1-Abfall + 10% Kraton
Die Formulierungen, umfassend die in jeder Probe aus Abfall gefunden Bestandteile in inniger Mischung mit den Additiven, wurden für 2 h vor dem Spritzgießen zur Bildung von Proben getrocknet.
Nach Erhalt der Proben wurden die folgenden Untersuchungen durchgeführt, um die Eigenschaften des wiederverwerteten Materials zu messen.
Eine Instron Universal Testing Maschine, Modell 6025, wurde verwendet, um die Zugeigenschaften jeder Formulierung zu untersuchen. Das ASTM D-638-Standardtestverfahren wurde eingesetzt. Der Test wurde mit einer konstanten Querkopfgeschwindigkeit von 5,08 cm/min (2 Zoll/min) durchgeführt. Alle Proben wurden durch das gemäß ASTM vorgeschriebene Verfahren vor dem Testen konditioniert. Die Probekörper wurden für 24 h in einem Raum bei 22,8ºC (73ºF) und 50% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert. 6 Proben wurden für jede Formulierung untersucht, um eine Normalverteilung der Zugfestigkeit sicherzustellen.
Die Izod-Schlagzähigkeit der Proben wurde gemäß dem ASTM D256-Testverfahren durchgeführt.
Der Härtewert jeder Probe wurde unter Verwendung eines Härtetesters vom Typ Shore A-2 (für weiches Material) oder vom D-Typ (für hartes Material) gemäß dem ASTM D-2240- Testverfahren ausgewertet.
Schmelzflußraten (MFR) für jede Formulierung wurden unter Verwendung eines Extrusionsplastometers Modell AD987 (Tinius Olsen Co., Willow Grove, PA) gemäß dem ASTM D-1238- Testverfahren gemessen. Das Testprobenmaterial wurde bei einer Temperatur von 90ºC für 2 h vor dem Testen im Ofen getrocknet. Die MFR-Werte (g/10 min) wurden bei 204ºC für die Formulierungen von Nr. 1 bis Nr. 34 oder bei 230ºC für die Formulierungen von Nr. 35 bis Nr. 39 bestimmt. Die Gesamtlast auf der Schmelze für alle Formulierungen betrug 2160 g. Tabelle 8 MSL-1-Teppichabfall & EVA
Tabelle 8 führt die angegebenen Ergebnisse auf. Alle vier EVA-Qualitäten verringerten die Steifigkeit in bezug auf den Zug-Elastizitätsmodul.
Alle vier EVA-Qualitäten erhöhten signifikant die höchste Dehnung der spritzgegossenen Teile, speziell die ElvaxTM 170- und ElvaxTM 360-EVA-Harze.
Wenn die Menge des hinzugegebenen ElvaxTM 170 EVA-Harzes von 0 auf 30% erhöht wurde, stieg die Dehnung von 7,6 auf 80% an. Wenn unterschiedliche Mengen. ElvaxTM 360 verwendet wurden, betrug die Zunahme von 7,6 auf 148%. Im Falle der Herstellung von Spritzgußteilen, wenn EVA-Additive in der Mischung vorhanden waren, waren die Teile eher flexibel und duktil als spröde. Die Spritzgußteile zeigten eine hohe Schlagzähigkeit. Wenn der Izod-Schlagversuch durchgeführt wurde, trat für alle diese Formulierungen mit hinzugegebenem EVA kein Bruch auf.
Matten und Bögen, die unter Verwendung der Formulierung Nr. 45 (Tabelle 18) hergestellt wurden, d. h. 30% ElvaxTM 360, vermischt bei 230ºC, zeigten eine der potentiellen Anwendungen für wiederverwertetes Teppichmaterial. Die Schmelzflußraten aller Formulierungen (Nr. 40 bis 63, Tabelle 18) mit EVA als Additive waren im Bereich von Allzweck- Thermoplasten für Gebrauchsgegenstände.
Zusammenfassend verringerten die unterschiedlichen EVA- Gehalte etwas die Biegesteifigkeit und Festigkeit und verbesserten die Schlagzähigkeit und Duktilität signifikant. Diese gemischten Materialien wurden leicht sowohl für die Extrusion als auch den Spritzguß verarbeitet, obwohl einige kleinere Modifikationen des Doppelschneckenextruders erforderlich waren, um den gemahlenen Teppich in den Extruder zu füllen.
Die Testergebnisse zeigten, daß das Einbringen der Kompatibilisierungsmittel, selbst in kleinen Prozentanteilen, die Zugfestigkeit und Dehnung bei Bruch signifikant erhöhte. Die Schlagzähigkeiten dieser Proben Nrn. 64-71 in Tabelle 9 (64 bis 71 in Tabelle 19) waren ebenfalls stark verbessert. Die in den Tabellen 10, 11 und 12 angegebenen Ergebnisse zeigen eine gewisse Zunahme in der Kompatibilität der vermischten Materialien. Tabelle 9 Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-1-Teppich (wiederverwerteter MSL-1-Teppichabfall + Kompatibilisierungsmittel)
Tabelle 10 zeigt zusätzlich verbesserte mechanische Eigenschaften, die nicht in Tabelle 9 offenbart werden. Tabelle 10 Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-1-Teppichabfall (MSL-1-Teppichabfall + Kompatibilisierungsmittel)
PolybondTM 1001, selbst bei 2 Gew.-%, erhöhte die Zugfestigkeit von 4743,59 · 10³ auf 9114,87 · 10³ Pa (688 psi auf 1322 psi), die Dehnung ebenfalls von 7,6 auf 17,5% und die Izod-Schlagzähigkeit (ungekerbt) von 0,261 kg.m/cm auf 0,485 kg.m/cm (4,8 auf 8,9 ft lb/in).
Das SurlynTM-Ionomer erhöhte die Flexibilität, Schlagzähigkeit und Zugfestigkeit, wie in den Ergebnisse gezeigt wurde.
BynelTM CXA E361 (das Anhydrid-modifizierte EVA-Polymer) und BynelTM CXA E302 (das Anhydrid-modifizierte PP-Polymer), die zum MSL-1-Teppichabfall hinzugegeben wurden, verbesserten die Grenzflächenadhäsion und die mechanischen Eigenschaften.
Beide BynellTM-Kompatibilisatoren waren wirksam in der Erhöhung von Schlagfestigkeit und Dehnungswerten. Die Spritzgußteile mit diesen darin eingearbeiteten zwei Additiven, selbst bei 5 Gew.-%, waren flexibel, gummiartig und besaßen noch eine relativ gute Zugfestigkeit (im Bereich von 9238,98 · 10³ bis 9652,66 · 10³ Pa (1340 bis 1400 psi)).
Anhydrid-modifiziertes EVA (CXA E361) lieferte flexiblere Eigenschaften als die nicht-modifizierte Mischung. Die Schlagfestigzeit und Dehnung nahmen mit der Zunahme des Anteils von CXA E361 zu.
Zusammenfassend zeigte die Zugabe dieser Kompatibilisierungsmittel zum Teppichabfall ein komplizierteres System an, das nicht nur empfindlich für den Typ von Additiven ist, sondern ebenfalls für die Konzentration dieser Additive. Die Gesamtverbesserung der Eigenschaften ergab einen Hinweis auf ein mögliches Auftreten einer Reaktion zwischen den Amid-Endgruppen von Nylon-6,6, Polypropylen und Kompatibilisierungsmitteln unter Bildung eines Zwischenketten-Copolymers.
Wenn EVA als Additiv verwendet wurde, zeigte es beträchtliche vielversprechende Eigenschaften zur Verbesserung der Eigenschaften von Teppichabfall. Eine Anzahl von zweiten Additiven, d. h. Kompatibilisierungsmitteln, wurde auf die Verbesserung von Zugfestigkeit, Steifigkeit, Zähigkeit, Duktilität und Schlagfestigkeit untersucht.
Im Vergleich mit den oben in Tabelle 8 aufgeführten Formulierungen (MSL-1-Teppichabfall + EVA) erhöhte die Zugabe von zweiten Additiven die Zähigkeit und Zugfestigkeit. Die Schlagfestigkeit und Dehnung waren noch hoch genug, und die Gesamtverbesserung der Eigenschaften war signifikant. Tabelle 11 zeigt die mechanischen Eigenschaften dieser Formulierungen. Tabelle 11 Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-1-Teppichabfall (MSL-1-Teppichabfall + Elvax + Kompatibilisierungsmittel)
Bezüglich der Wirkung der EVAs wird aus den Ergebnissen gefunden, daß der Modul und die Zugfestigkeit mit Zunahme des Vinylacetat-Gehalts etwas abnahmen und die Zugfestigkeit sowie Dehnung zunahmen. Wie oben angegeben, ist ein niedriger Modul äquivalent mit Flexibilität.
Unter den in Tabelle 20 offenbarten Formulierungen lieferten die Formulierungen Nr. 79, Nr. 81, Nr. 83, d. h. 70% MSL-1- Teppichabfall + 20% Elvax 170 + 10% E361; 70% MSL-1- Teppichabfall + 20% Elvax 360 + 10% E361; bzw. 70% MSL-1- Teppichabfall + 20% Elvax 760 + 10% E361 ausgeglichene Eigenschaften für die Endprodukte, d. h. eine sehr gute Schlagfestigkeit, hohe Dehnungswerte und eine relativ gute Zähigkeit und Zugfestigkeit.
Tabelle 12 offenbart zusätzliche Eigenschaften, die nicht in Tabelle 11 aufgeführt wurden. Tabelle 12 Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-1-Teppichabfall (MSL-1-Teppichabfall + Elvax + Kompatibilisierungsmittel) Tabelle 12 (Fortsetzung)
Fußnote: nb - kein Bruch
Es wird festgestellt, daß die Eigenschaften der Polypropylenmodifizierten Zusammensetzungen, die in Tabelle 17 offenbart werden, Nrn. 35 bis 39, den Schluß stützen, daß das Vermischen von MSL-1-Teppichabfall in unterschiedlichen Anteilen mit Polypropylen im 0 bis 80%-Anteil der Abfallzugabe eine synergistische Zunahme in Steifigkeit und Dehnungswerten bereitstellt, verglichen mit jenen Werten (d. h. Steifigkeit und Dehnung für die Mischungen) mit dem unmodifizierten MSL-Teppichabfall (Tabelle 17, Formulierung 20) und Polypropylen (Tabelle 17, Formulierung 34).
Ein anderer Satz Experimente (Tabelle 21, Formulierung Nr. 84 bis 89) wurde durchgeführt, um Polypropylen (PP) und Kompatibilisierungsmittel mit Teppichabfall einzuarbeiten, um ein "steifes" Material aus dem wiederverwerteten Teppichabfall zu erzeugen.
Alle diese Formulierungen wurden bei 230ºC vermischt und spritzgegossen. Aus den Ergebnissen war ersichtlich, daß die Zugabe von PP und Kompatibilisierungsmitteln die mechanischen Eigenschaften der spritzgegossenen Teile dramatisch verbesserte. Der Modul und die Zugfestigkeit erhöhten sich sehr, und die Proben behielten noch eine gute Schlagfestigkeit und Dehnung. Die Oberflächen der Proben waren viel glatter. Diese Formulierungen lieferten ausgeglichene Eigenschaften für steife Endprodukte.
Wie erwartet, sind die Proben um so zäher und daher die Dehnungswerter um so höher, je höher der Gehalt an Kompatibilisatoren ist. Die Wirkungen der Kompatibilisierungsmittel sind in den Tabellen 13 und 14 aufgeführt. Tabelle 13 Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-1-Teppichabfall (MSL-1-Teppichabfall + PP + Kompatibilisierungsmittel) Tabelle 14 Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-1-Teppichabfall (MSL-1-Teppichabfall + pp + Kompatibilisierungsmittel)
Das als Ergebnis des oben beschriebenen Verfahrens gebildete Produkt kann vorteilhaft zu flexiblen Bodenmatten zur Verwendung in Kraftfahrzeugen geformt werden, die derzeit aus Vinyl-Material oder Kautschuk hergestellt werden. Das Material kann ebenfalls zur Bildung einer Fasermatte ("nibbed mat") oder als Automobil-Teppichgrund, der ausgezeichnete schalldämpfende Eigenschaften bereitstellt, verwendet werden.
Das Produkt kann ebenfalls zu steifen Anwendungen geformt werden, wie steifen Matten, Türfüllungen, Kofferraumauskleidungen oder einer beliebigen anderen Anwendung, in der eine Anwendung erforderlich ist, in der ein Konstruktionskunststoff Formstabilität und Struktur liefern muß. In steifen Anwendungen werden modifizierte Polypropylenharze verwendet.

Beispiel 2

Eine zusätzliche Reihe von experimentellen Untersuchungen wurde durchgeführt, um die Auswertung der Verarbeitbarkeit und Eigenschaften von Automobil-Teppichabfall zu erweitern, wobei der MSL-1-Teppichabfall und die Verarbeitungsparameter, beschrieben in Beispiel 1, und eine unterschiedliche Zusammensetzung, bezeichnet als MSL-2, verwendet wurde.
Die MSL-2-Teppichabfall-Formulierung enthielt Nylon-6,6 als Teppichoberseite, einen primären Polyester-Teppichgrund und eine Keldax 6826Q-Rückenbeschichtung. Diese Rückenbeschichtung war auf EVA-Basis, stark gefüllt mit CaCO&sub3;. Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen bezüglich MSL-2 sind in Tabelle 16 aufgeführt. Die MsL-1- Daten, wie zuvor angegeben, sind in Tabelle 17 angeführt.
Diese Formulierungen wurden bei 180ºC und bei 230ºC vermischt und pelletisiert. Die pelletisierten Formulierungen, die kein Polypropylen enthielten, wurden zu Probekörpern bei 204ºC spritzgegossen, und jene, die Polypropylen enthielten, wurden bei 230ºC spritzgegossen.
Tabelle 16 zeigt Formulierungen 1 bis 9, die mit unterschiedlichen Mengen Keldax 6826Q bei sowohl niedrigen als auch hohen Verarbeitungstemperaturen vermischter MSL-2- Abfall waren. Tabelle 17 zeigt die Formulierungen 16 bis 24, die aus MSL-1-Teppich und unterschiedlichen Mengen Keldax 8210 bestanden, vermischt bei beiden Temperaturen.

Beispiel 3

Der Zweck dieses Experiments war, die in Beispiel 1 bezüglich der Verwendung von EVA als Additiv aufgeführte Arbeit zu erweitern. Wie in Tabelle 16 gezeigt, wurden die Formulierungen 10 bis 15, Mischungen aus Elvax 410 mit MSL-2- Teppichabfall als Hauptkomponente, ausgewertet. Elvax 410 ist ein ungefülltes EVA mit einem höheren MFR-Wert, das als Zwischenschicht in der Teppichherstellung verwendet wird. Die Formulierungen 25 bis 30, wie in Tabelle 17 gezeigt, waren ähnlich, außer daß sie MSL-1-Abfall als Teppichkomponente enthielten. Verbesserte Ergebnisse wurden in den Formulierungen beobachtet, die Elvax 410 enthielten.
Andere verwendete-EVAs schlossen Elvax 170 (36% VA-Gehalt, 0,8 MFR), Elvax 360 (25% VA-Gehalt, 2,0 MFR), Elvax 350 (25% VA-Gehalt, 19 MFR) und Elvax 760 (9,3%, VA-Gehalt, 2,0 MFR) ein. Alle wurden bei sowohl 180 als auch 230ºC ausgewertet. Die erhaltenen guten Ergebnisse waren konsistent mit den in Beispiel 1 erhaltenen und diskutierten Ergebnissen.
Von besonderem Interesse war die dramatische Verbesserung in den höchsten Dehnungswerten der bei 230ºC und mit einem EVA- Gehalt von 30% verarbeiteten Formulierungen. Beispiele für diese Verbesserung sind in den folgenden, in Tabelle 18 aufgeführten Mischungen gezeigt:
Nr. 45 MSL-1-Abfall + 30% Elvax 170 Höchste Dehnung 80%
Nr. 51 MSL-1-Abfall + 30% Elvax 360 Höchste Dehnung 149%
Nr. 63 MSL-1-Abfall + 30% Elvax 760 Höchste Dehnung 41%
Wenn diese Werte mit der höchsten Dehnung von 8% des MSL-1- Teppichabfalls selbst (Formulierung 20, Tabelle 17) verglichen werden, ist es ersichtlich, daß eine substantielle Verbesserung erhalten wird. Die EVAs mit hohem MFR und niedriger Viskosität (Elvax 410 und 350) boten keine äquivalenten Vorteile.
Die Steifigkeit über einen weiten Temperaturbereich (-40ºC bis 100ºC) für diese drei Formulierungen wurde unter Verwendung der Dynamischen Mechanischen Analyse (DMA) bestimmt. Das Niedrigtemperaturverhalten dieser Formulierungen war vorteilhaft.
Die Niedrigtemperatureigenschaften von aus diesen Formulierungen hergestellten Bögen wurden mit aus anderen Formulierungen hergestellten Bögen verglichen. Diese Vergleichsbögen wurden als 0,125 PVC und 0,125 LC-7 identifiziert. Von der Formulierung 51 aus Tabelle 18 wurde angenommen, daß sie diejenige ist, die den Eigenschaften dieser Vergleichsbögen am meisten ähnelt, insbesondere bei niedrigen Temperaturen. Pellets der Formulierung 51 wurden zu einer Proben-Einlegematte verarbeitet. Die Ergebnisse waren äußerst positiv, da die Probe eine ausgezeichnete Spitzenabreißbeständigkeit ("nib tear resistance") zeigte.

Beispiel 4

Dieses Beispiel offenbart eine Reihe von zusätzlichen experimentellen Untersuchungen, die durchgeführt wurden, um das Ausmaß der Verbesserungen für die Mischungen zu erhalten, die aus der Zugabe von Kompatibilisierungsmitteln resultieren. Die Mischungen wurden unter Verwendung des in Beispiel 1 offenbarten Verfahrens hergestellt.
Formulierungen 64 bis 71 in Tabelle 19 offenbaren verschiedene Kompatibilisierungsmittel, vermischt mit dem MSL-1-Abfall. Diese Mittel wurden in kleinen Mengen verwendet (nicht mehr als 10 Gew.-%). Die untersuchten Kompatibilisierungsmittel waren jene, die in Beispiel 1 verwendet wurden, und jene, die in Tabelle 15 aufgeführt werden. Tabelle 15 Kompatibilisierungsmittel
In Tabelle 20 geben die Formulierung 78, 79 und 81 die mechanischen Eigenschaften für eine Mischung aus MSL-1-Abfall und verschiedenen Elvax-Harzen und geringen Mengen (nicht mehr als 10%) von Kompatibilisierungsmitteln an.
Diese drei Proben wiesen eine ausgezeichnete Schlagzähigkeit während des Izod-Schlagversuchs auf, und alle besaßen gute höchste Dehnungen (ca. 80%). Alle drei wiesen ein gutes Verhalten (beschränkte Weißfärbung durch Mikrorisse) in Handmischversuchen auf.

Beispiel 5

Eine Mischung aus MSL-3-Abfall plus Additiven wurden unter Verwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens hergestellt.
MSL-3-Abfall hatte eine Nylon-6-Teppichoberseite, primären Polyester-Teppichgrund und Keldax 8210 als Rückenbeschichtung.
Die MSL-3-Abfallmischproben wurden dann untersucht. Die Ergebnisse der mechanischen Untersuchungen sind in Tabelle 22 aufgeführt.
Alle MSL-3-Versionen wiesen ausgezeichnete Bruchbeständigkeit während der Izod-Schlagversuche auf.
Die Formulierungen 97 und 98 aus Tabelle 22 wurden durch eine Breitschlitzdüse extrudiert. Die Schmelzfestigkeit dieser Formulierungen war geeignet zur Bogenherstellung. Die Bedeutung des Trocknens wurde erneut erkannt, wie sie durch die Gegenwart von Blasen angezeigt wurde, wenn Pellets aus dem Material nicht vor der Extrusion getrocknet wurden. Die extrudierten Bögen hatten einen guten Griff und gute mechanische Eigenschaften. Alternativ wurden Mischungen ohne Trocknen unter Verwendung eines belüfteten Extruders hergestellt.
Rasterelektronenmikrographien (REM) der Formulierung 98 aus Tabelle 22 bestätigten, daß dies Verbesserungen in der Morphologie waren, verglichen mit mikroskopischen Aufnahmen des Abfalls selbst. Der unmodifizierte Teppichabfall MSL-3 (Formulierung 90) zeigt deutlich multiple Phase und Größen, wohingegen die modifizierte Formulierung ein viel gleichförmigeres Bild aufweist. Formulierung 98 wurde ebenfalls zu Bögen gewalzt.
Formulierungen 99 und 100 aus Tabelle 22 wiederholten die Formulierungen 97 und 98, aber unter Verwendung von nur 10% der Elvax-Komponente. Erneut wurde keine Streckgrenze beobachtet. Beide Formulierungen besaßen Dehnungswerte von mehr als 250%. Keine Probe brach während des Izod- Schlagversuchs.
Die Formulierung 101 aus Tabelle 22 war identisch mit 98, aber wurde in einem Einschneckenextruder vermischt. Die Eigenschaften waren vergleichbar mit der im Doppelschneckenextruder vermischten Formulierung.
Die folgenden Tabellen 16 bis 22 offenbaren die Ergebnisse der mechanischen Untersuchungen, die an den aufgeführten Mischungen durchgeführt wurden, die in Beispielen 1 bis 5 diskutiert werden. Tabelle 16 Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-2-Teppichabfall + verschiedenen Additiven Tabelle 16 (Fortsetzung) Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-2-Teppichabfall + verschiedenen Additiven
* Keldax 6826Q ist ein Calciumcarbonat-gefülltes System auf EVA-Basis
** Elvax 410 ist ein ungefülltes EVA
a LT steht für Vermischen bei niedriger Temperatur (180ºC)
b HT steht für Vermischen bei hoher Temperatur (230ºC) Tabelle 17 Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-1-Teppichabfall + verschiedenen Additiven Tabelle 17 (Fortsetzung) Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-1-Teppichabfall + verschiedenen Additiven Tabelle 17 (Fortsetzung) Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-1-Teppichabfall + verschiedenen Additiven Tabelle 17 (Fortsetzung) Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-1-Teppichabfall + verschiedenen Additiven
* Keldax 8210 ist ein Calciumcarbonat-gefülltes System auf EVA-Basis
** Elvax 410 ist ein ungefülltes EVA
a LT steht für Vermischen bei niedriger Temperatur (180ºC)
b HT steht für Vermischen bei hoher Temperatur (230ºC) Tabelle 18 Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-1-Teppichabfall + EVA Tabelle 18 (Fortsetzung) Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-1-Teppichabfall + EVA Tabelle 18 (Fortsetzung) Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-1-Teppichabfall + EVA Tabelle 18 (Fortsetzung) Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-1-Teppichabfall + EVA
a LT steht für Vermischen bei niedriger Temperatur (180ºC)
b HT steht für Vermischen bei hoher Temperatur (230ºC) Tabelle 19 Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-1-Teppichabfall + Kompatibilisierungsmitteln Tabelle 19 (Fortsetzung) Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-1-Teppichabfall + Kompatibilisierungsmitteln
* PB 1001 ist ein Acrylsäure-modifiziertes PP-Polymer (Polybond)
** E361 ist ein Anhydrid-modifiziertes EVA-Polymer (Bynel CXA-Serie 3800)
*** E302 ist ein Anhydrid-modifiziertes PP-Polymer (Bynel CXA-Sreie 5000)
nb gibt an, daß die Probe nicht brach

Tabelle 20

Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-1-Abfall + Elvax + Tabelle 20 (Fortsetzung) Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-1-Abfall + Elvax + Kompatibilisierungsmitteln Tabelle 20 (Fortsetzung) Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-1-Abfall + Elvax + Kompatibilisierungsmitteln Tabelle 21 Mechanische Eigenschaften von PP + wiederverwertetem MSL-1-Teppichabfall + Kompatibilisierungsmitteln
nb gibt, daß die Probe nicht brach Tabelle 22 Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-3-Teppichbfall + verschiedenen Additiven Tabelle 22 (Fortsetzung) Mechanische Eigenschaften von wiederverwertetem MSL-3-Teppichbfall + verschiedenen Additiven
* Elvax 170 ist ein EVA-Polymer von Du Pont mit partiellem Schmelzindex und hohem Vinylacetat-Gehalt (36%)
** Elvax 360 ist ein EVA-Polymer von Du Pont mit hohem Molekulargewicht, niedrigem Schmelzindex und 25% Vinylacetat-Gehalt
*** E361 ist ein Anhydrid-modifiziertes EVA-Polymer (Bynel CXA-Serie 3800 von Du Pont)
a Gibt eine hohe Standardabweichung an
b Wert der einzigen Probe, die brach. Andere erreichten die maximal erlaubte Dehnung (363%)
NY Wert vom Ende des Versuchs, kein Grenzpunkt beobachtet.
nb gibt an, daß die Probe nicht brach.
max gibt an, daß die maximale Dehnung (363%) ohne Brechen erreicht wurde.

Claims

1. Im wesentlichen homogene thermoplastische Polymermischung, umfassend wiederverwertete Bestandteile, die Webteppichabfall oder Vliesteppichabfall umfassen, wobei die wiederverwerteten Bestandteile wenigstens drei der folgenden umfassen:

zwischen 0 und 35% eines faserbildenden Polyamids;

zwischen 0 und 35% Polyester;

zwischen 0 und 55% Polypropylen;

zwischen 0 und 18% Polyethylen;

zwischen 0 und 36% Poly(ethylen-co-vinylacetat);

zwischen 0 und 60% Füllstoff;

im Gemisch mit zwischen 1 und 30% eines oder mehrerer der folgenden Additive:

polymere Kompatibilisatoren, ausgewählt aus der Gruppe, die aus

Polypropylen mit darauf gepfropfter Acrylsäure;

Poly(ethylen-co-methacrylat-co-butylacrylat);

einem mit Maleinsäureanhydrid modifizierten Poly(ethylen-co-vinylacetat);

einem mit Maleinsäureanhydrid modifizierten Polypropylen;

mit Maleinsäureanhydrid modifiziertem Styrol-Ethylen- Buten-1-Styrol-Triblockcopolymer; und einem

Poly(ethylen-co-vinylacetat)harz-Modifizierer, der zwischen 9 und 36% Vinylacetat enthält, besteht.

2. Polymermischung, definiert in Anspruch 1, worin die wiederverwerteten Bestandteile umfassen:

zwischen 12 und 35% Polyamid;

zwischen 1 und 3% Polyester;

zwischen 1 und 3% Polypropylen;

zwischen 7 und 18% Polyethylen;

zwischen 15 und 36% Poly(ethylen-co-vinylacetat);

zwischen 34 und 60% Füllstoff.

3. Polymermischung, definiert in Anspruch 1, worin die wiederverwerteten Bestandteile umfassen:

zwischen 12 und 35% Polyamid;

zwischen 1 und 3% Polyester;

zwischen 1 und 3% Polypropylen;

zwischen 7 und 18% Polyethylen.

4. Polymermischung, definiert in Anspruch 1, worin die wiederverwerteten Bestandteile umfassen:

zwischen 12 und 35% Polyamid;

zwischen 1 und 3% Polypropylen;

zwischen 7 und 18% Polyethylen;

zwischen 15 und 36% Poly(ethylen-co-vinylacetat); zwischen 34 und 60% Füllstoff.

5. Polymermischung, definiert in Anspruch 1, worin die wiederverwerteten Bestandteile umfassen:

zwischen 12 und 35% Polyamid;

zwischen 1 und 3% Polyester;

zwischen 7 und 18% Polyethylen;

zwischen 15 und 36% Poly(ethylen-co-vinylacetat);

zwischen 34 und 60% Füllstoff.

6. Polymermischung, definiert in Anspruch 1, worin die wiederverwerteten Bestandteile umfassen:

zwischen 12 und 35% Polyamid;

zwischen 1 und 3% Polyester;

zwischen 1 und 3% Polypropylen;

zwischen 15 und 36% Poly(ethylen-co-vinylacetat);

zwischen 34 und 60% Füllstoff.

7. Polymermischung, definiert in Anspruch 1, worin die wiederverwerteten Bestandteile umfassen:

zwischen 35 und 55% Polyamid;

zwischen 10 und 15% Polyester;

zwischen 40 und 45% Polyethylen.

8. Polymermischung, definiert in Anspruch 1, worin die wiederverwerteten Bestandteile umfassen:

zwischen 33 und 60% Polyester;

zwischen 40 und 67% Polyethylen.

9. Polymermischung, definiert in Anspruch 1, worin die wiederverwerteten Bestandteile umfassen:

zwischen 15 und 44% Polyester;

zwischen 33 und 51% Polypropylen;

zwischen 24 und 34% Füllstoff.

10. Verfahren zur Bildung eines thermoplastischen Produkts aus Web- oder Vliesteppichabfall, umfassend wiederverwertete Bestandteile, wobei die wiederverwerteten Bestandteile wenigstens drei der folgenden umfassen:

zwischen 0 und 35% eines faserbildenden Polyamids;

zwischen 0 und 35% Polyester;

zwischen 0 und 55% Polypropylen;

zwischen 0 und 18% Polyethylen;

zwischen O und 36% Poly(ethylen-co-vinylacetat);

zwischen 0 und 60% Füllstoff;

umfassend die Schritte aus Granulieren des Teppichabfalls; Vermischen des granulierten Teppichabfalls in einem Hochleistungsmischer mit zwischen 1 und 30% eines oder mehrerer der folgenden Additive:

polymere Kompatibilisatoren, ausgewählt aus der Gruppe, die aus

Polypropylen mit darauf gepfropfter Acrylsäure;

Poly(ethylen-co-methacrylat-co-butylacrylat);

einem mit Maleinsäureanhydrid modifizierten Poly(ethylen-co-vinylacetat);

einem mit Maleinsäureanhydrid modifizierten Polypropylen;

mit Maleinsäureanhydrid modifiziertem Styrol-Ethylen- Buten-1-Styrol-Triblockcopolymer; und einem Poly(ethylen-co-vinylacetat)harz-Modifizierer, der zwischen 9 und 36% Vinylacetat enthält, besteht,

wobei das Vermischen bei einer Temperatur stattfindet, die ausreichend ist, um die Polymere im Abfall zu schmelzen und die Kompatibilisatoren und das Harzmaterial gleichmässig im Teppichabfall zu dispergieren, um eine geschmolzene Mischung zu bilden;

Extrudieren der geschmolzenen Mischung zur Bildung eines Formgegenstands und Abkühlen des Formgegenstands.

11. Verfahren gemäss Anspruch 10, worin die Temperatur des Mischens 230ºC beträgt.

12. Verfahren gemäss Anspruch 11, worin der Formgegenstand ein Pellet ist.

13. Verfahren gemäss Anspruch 11, worin der Formgegenstand eine Platte ist.

14. Im wesentlichen homogene thermoplastische Mischung, die aus Teppichabfall mit einer Vorderseite aus polymeren Fasern, ausgewählt aus der Gruppe aus Polyolefin, Polyamid und Polyester, und einer polymeren Rückseite, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Polyester, Polyolefin und olefinhaltigen Copolymeren besteht, stammt, und mit einem Kompatibilisierungsmittel in einer Menge von 1 bis 30 Gew.-% zur Kompatibilisierung der polymeren Fasern und der polymeren Rückseite zur Bildung der thermoplastischen Mischung.

15. Im wesentlichen homogene thermoplastische Mischung gemäss Anspruch 14, worin das Kompatibilisierungsmittel ein carboxyliertes Polyolefin ist.

16. Verfahren zur Herstellung einer im wesentlichen homogenen thermoplastischen Mischung, die aus Teppichabfall stammt, umfassend:

Bereitstellen von Teppichabfall mit einer Vorderseite aus polymeren Fasern, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Polyamid, Polyolefin und Polyester besteht, und mit einer polymeren Rückseite, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyester, Polyolefin und olefinhaltigen Copolymeren besteht,

Granulieren des Teppichabfalls,

Zugeben eines Kompatibilisierungsmittels in einer Menge von 1 bis 30 Gew.-% zur Kompatibilisierung der polymeren Fasern und der polymeren Rückseite und

Erhitzen das granulierten Teppichabfalls im Gemisch mit dem Kompatibilisierungsmittel zur Bildung einer im wesentlichen homogenen thermoplastischen Mischung.

17. Verfahren gemäss Anspruch 16, worin das Kompatibilisierungsmittel ein carboxyliertes Polyolefin ist.