DE69709948T2

DE69709948T2 - Verfahren zur wiederverwertung von vulkanisiertem kautschuk sowie die hierbei erhaltenen produkte

Info

Publication number: DE69709948T2
Application number: DE69709948T
Authority: DE
Inventors: Rolf Degerman
Original assignee: CICER SCANDINAVIA MALA AB
Current assignee: CICER SCANDINAVIA MALA AB
Priority date: 1996-11-01
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2017-10-31
Also published as: WO1998020067A1; US6316509B1; EP0935636A1; ATE211752T1; AU4889997A; US6228295B1; DE69709948D1; EP0935636B1; CA2270347A1; DK0935636T3; ES2169365T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Materialzusammensetzung, bei welcher der Hauptbestandteil ein rückgeführter vulkanisierter Kautschuk ist, und ein Verfahren zur Herstellung dieses Materials.

Hintergrund der Erfindung

Abgefahrene Reifen sind sowohl hinsichtlich Rückführung als auch hinsichtlich Müllentsorgung/Mülldeponien mit bestimmten Problemen verbunden. Zusätzlich zu einer natürlichen und/oder synthetischen Kautschuk umfassenden Kautschukmatrix, enthalten zeitgemäße Reifen auch Ruß, Weichmacher, Vernetzungsmittel, Antioxidationsmittel, Antiozonmittel und andere leistungsverbessernde Zusatzstoffe plus Metall- oder Faserverstärker.
Zusätzlich dazu, dass sie viel Raum auf Müllentsorgungsdeponien einnehmen, verursacht das Abladen von Reifen auch verschiedene andere Probleme. Durch die Gestalt des Reifens wird bewirkt, dass er langsam aber sicher an die Oberfläche der Entsorgungsdeponie wandert und damit stark den Zersetzungsprozess unterbricht. Reifen haben auch eine Lange Lebenszeit, da sie so hergestellt sind, dass sie sowohl gegenüber thermischer und biologischer Zersetzung als auch mechanischem Verschleiß beständig sind. Weiterhin sind Reifen gegenüber Ultraviolettstrahlung, Ozon und anderen Oxidationsmitteln sowie gegenüber Wasser und Eis beständig. Brände in einem herkömmlichen Reifenlager sind besonders problematisch, da sie nachweislich schwer zu löschen sind. Zusätzlich setzt der Brand toxische Substanzen sowohl im Rauch als auch im zum Löschen des Feuers verwendeten Wasser frei.
Werden Reifen als Brandquellen verwendet, treten neben anderen Gründen auch Probleme nicht nur wegen ihrem Schwefelgehalt, sondern auch wegen ihren enthaltenen Metallen und Chemikalien auf.
Da bisher die Entwicklung eines Verfahrens in großem Maßstab zum Entvulkanisieren von rückgeführtem Kautschuk noch nicht gelang, ist es schwer, einen beliebig großen Grad bei der Herstellung von neuen Reifen zu verwenden. Gegenwärtig werden nicht mehr als 2% alten Kautschuks bei neuen Reifen verwendet. Das Problem kann teilweise durch Modifizieren der Kautschukteilchenoberfläche gelöst werden. Die Oberflächenmodifikation von Kautschukteilchen von zermahlenen Reifen ist ein Verfahren, das das Modifizieren der äußersten Schicht der Kautschukteilchen zum Erhalten einer verbesserten Haftung bei der Vereinigung mit anderen Werkstoffen, z. B. anderen Elastomeren, bedeutet. Das Verfahren beteiligt das Aussetzen der Kautschukteilchen einem leistungsstarken, reaktiven Gas, z. B. Fluor. Es ist deshalb nicht unproblematisch.
Die Wiederverwendung von Reifenkautschuk stand bisher bei relativ unkomplizierten Anwendungen, wie Gebläseabdeckungen, Mischen zu Asphalt oder bei der Herstellung von Niedervibrationsbodenbelägen im Mittelpunkt. Geschnittene Fragmente von Kautschuk oder Kautschukgranulat können sogar für Zwecke, wie Bodenveredelung, Füllmaterial für Gebäudearbeiten, z. B. Straßenbau für Freizeit- oder Trabrennbahnen usw. verwendet werden. Es wurde auch das Mischen mit Kompost vorgeschlagen. Dennoch ist das Problem des Auswaschens von Metallen und polyaromatischen Kohlenwasserstoffen, die von dem Biosystem aufgenommen werden können, mit diesen Anwendungen verbunden.
Mit Bewusstsein dieses Hintergrunds besteht somit der Bedarf nach neuen, wirksamen und gesunden Materialien mit hohem Gehalt an rückgeführtem, vulkanisiertem Kautschuk.

Das Fachgebiet

Gemäß US 5 157 082 (EP 649 871) kann eine thermoplastische Zusammensetzung hergestellt werden, die Teilchen von vulkanisiertem Kautschuk und ein Polyolefinharz mit einem Zusatz an funktionalisiertem Olefinpolymer umfasst. Polyolefinharze sind z. B. Polyethen, Polypropen, Polybutadien, Polybutylen, Polyisopren oder Gemische davon, vorzugsweise Polyethen. Das funktionalisierte Olefinpolymer ist ein Copolymer von mindestens einem Olefin, das hydriertes Butadien oder Isopren oder einen oder mehrere ethylenisch ungesättigte, organische Monomere umfasst. Um nützliche Produkte mit dieser Zusammensetzung in der Praxis herzustellen, muss das Gemisch unter hohem Druck verarbeitet werden. Die Beschreibung erwähnt Verfahrensschritte, wie Strangpressen oder Formpressen. Diese sind wegen dem erforderlichen hohen Druck mit hohen Kosten für die mechanische Ausstattung und Pressformen verbunden. Als Folge sind große Serien notwendig, wenn die Herstellung profitabel sein soll.
Auch ist die Herstellung von elastischem Isoliermaterial, das eine große Anzahl von einzelnen Hohlräumen unter Verwendung einer gleichmäßigen Gestalt oder schäumbaren Mikrokügelchen umfasst, z. B. durch WO 87/06245 und WO 96/11226 bekannt. Gemäß WO 87/06245 erfordert das Verfahren auch, dass das Gemisch einem bemerkenswerten äußeren Druck durch Formpressen oder ähnliche Verfahren unterworfen wird. Die in diesem Gemisch verwendeten Mikrokügelchen müssen deshalb eine ausreichend hohe Brechfestigkeit aufweisen. WO 96/11226 betrifft ein thermoplastisches Material, das mit schäumbaren Mikrokügelchen zusammengemischt wird. Der Schaumstoff kann nach Extrusion wieder erhitzt und in Gestalt gebracht werden, um z. B. ein orthopädisches, starres Element oder ähnliches herzustellen. Andere erwähnte Herstellungsverfahren schließen Formpressen und Spritzguss ein.
EP 692 516 beschreibt ein Verfahren und ein Material, das die Beteiligung von Abfallprodukt und rückgeführtem Material aus der Herstellung desselben zulässt. Die Möglichkeit des Einschließens von rückgeführtem vulkanisiertem Kautschuk in ähnlichen Gemischen wird nicht erwähnt. Tatsächlich wäre solch eine Maßnahme dem Fachmann fremd, da es bekannt ist, dass vulkanisierter Kautschuk schlechte Haftungsmerkmale aufweist und das Zumischen von Kautschuk die Schmelzeigenschaften von Thermoplasten nachteilig beeinflusst. Zusätzlich wurde gezeigt, dass mit einem Kautschuk gemischte Thermoplaste nicht mit einem voll zufriedenstellenden Ergebnis verschmolzen werden können.

Zusammenfassung der Erfindung

Überraschend wurde nun gezeigt, dass es möglich ist, ein Material herzustellen, das rückgeführten Kautschuk als seine Hauptkomponente ohne einen hohen Druck beteiligenden Verfahrensschritt, wie Strangpressen oder Formpressen, verwendet.
Das Material ist in den beigefügten Ansprüchen 1-5 definiert und wird durch das Verfahren gemäß den Ansprüchen 6-9 hergestellt. Die vorliegende Erfindung betrifft auch Produkte, die unter Verwendung des wie in Anspruch 10 spezifizierten Verfahrens hergestellt werden.

Kurzbeschreibung der Abbildungen

Die Erfindung wird detaillierter mit Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben, wobei
Fig. 1 ein Formwerkzeug zeigt, das teilweise mit einem erfindungsgemäßen teilchenförmigen Gemisch gefüllt ist,
Fig. 2 das gleiche Formwerkzeug nach dem Erwärmen zeigt, wenn das gebildete Material den gesamten Hohlraum gefüllt hat,
Fig. 3 ein Beispiel der Einlagerung einer Verstärkervorrichtung zeigt,
Fig. 4 ein Beispiel der Einlagerung einer Gussvorrichtung zeigt,
Fig. 5 ein Beispiel eines Verfahrensschritts zeigt, wobei eine Form mit einem erfindungsgemäßen teilchenförmigen Gemisch gefüllt wird und wobei das Gemisch vor dem Erwärmen gepresst wird,
Fig. 6 und 7 Verfahrensschritte bei der Herstellung von Sandwichaufbauten zeigen, die die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung umfassen,
Fig. 8 ein Beispiel eines Verfahrensschritts zeigt, wobei ein erfindungsgemäßer, vorgeformter Körper erwärmt wird und anschließend in ein Schneidewerkzeug plaziert und in Gestalt gebracht wird, und
Fig. 9 und 10 zeigen, wie ein erfindungsgemäßer, vorgeformter Körper in ein Formwerkzeug plaziert und unter Einfluss von Wärme und negativem Druck in Gestalt gebracht wird.

Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Materialzusammensetzung, wobei der Hauptbestandteil rückgeführter Kautschuk ist. Zusätzlich zu dem rückgeführten teilchenförmigen Kautschuk umfasst die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung auch einen Thermoplast und schäumbare Mikrokügelchen plus herkömmliche Zusatzstoffe, wie z. B. ein Pigment. In einer bevorzugten Ausführungsform jedoch besteht die Materialzusammensetzung vollständig aus Teilchen von rückgeführtem Kautschuk, einem Thermoplast und schäumbaren Mikrokügelchen. In einer weiteren Ausführungsform besteht die Materialzusammensetzung vollständig aus Teilchen von rückgeführtem Kautschuk und schäumbaren Mikrokügelchen.
Teilchen von rückgeführtem Kautschuk (nachstehend als Kautschukteilchen bezeichnet) können durch jedes beliebige, ausgewählte Mittel, wie Schneiden, Zermahlen oder Tieftemperaturbrechen von Kautschukabfallprodukten, hergestellt werden. Alte Reifen sind nur eine von vielen möglichen Quellen. Sogar andere Kautschukprodukte, Herstellungsspillagen und ähnliches können verwendet werden. Der Begriff "Kautschuk" in diesem Zusammenhang bedeutet alle vulkanisierten Elastomergemische natürlichen oder synthetischen Ursprungs. Erfindungsgemäß weisen die Kautschukteilchen eine mittlere Größe von weniger als 10 mm auf. Ein Pulver mit einer mittleren Teilchengröße in dem Bereich von weniger als etwa 0,2 mm oder weniger als etwa 0,4 mm ist eine geeignete Form. Kautschukteilchen können auch als Kügelchen mit einer Teilchengröße von etwa 1 bis etwa 4 mm oder als geschnittene Teilchen mit einer Größe von etwa 1 bis etwa 10 mm und mit Resten des/r verbliebenen Stoffs oder Stahlschnur bereitgestellt werden.
Eine geeignete Materialzusammensetzung ist wie folgt (in Gewichtsprozent): 40- 98% Kautschukteilchen, 10-30% eines Thermoplasts und 2-30% schäumbare Mikrokügelchen. Im Idealfall liegt die Menge an Kautschukteilchen im Bereich von 60-90 Gewichts-%, des Thermoplasts von etwa 10-30 Gewichts-% und der schäumbaren Mikrokügelchen von etwa 2-20 Gewichts-%.
Erfindungsgemäß wird der Thermoplast aus im Handel erhältlichen, synthetischen, thermoplastischen Polymeren, wie PE, PP, EVA oder EPM, ausgewählt. Polypropen ist zur Verwendung geeignet. Der Thermoplast wird in Pulver- oder Granulatform bereitgestellt.
Erfindungsgemäß werden die Mikrokügelchen aus im Handel erhältlichen schäumbaren Mikrokügelchen, wie unter der Marke EXPANSELº (Akzo Nobel AB) verkaufte Mikrokügelchen, ausgewählt. In diesem Zusammenhang bedeutet Mikrokügelchen ein hohles, mit Gas gefülltes Kügelchen aus einem thermoplastischen Material. Diese werden gewöhnlich durch Umschließen eines kondensierten Tropfens Treibgas, z. B. Isobutan, mit einer undurchlässigen Schicht, z. B. einem Copolymer von Vinylidenchlorid und Acetonitril, hergestellt. Beim Schäumen kann das Volumen des Kügelchens auf mehr als das 60-fache und sein Durchmesser von etwa 1-5 um auf etwa 10-200 um ansteigen. Geschäumte Mikrokügelchen sind deshalb mit Dichten so niedrig wie 0,03 g/cm³ äußerst leicht. Die geschäumten Mikrokügelchen zeigen eine elastische Fähigkeit und wandeln sich beim Entfernen der angewandten Last in ihr ursprüngliches Volumen zurück.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun detaillierter mit Bezug auf Fig. 1-4 beschrieben. Die vorstehenden Komponententeile, möglicherweise mit weniger Pigmentzusatzstoffen, werden gut gemischt. Das erhaltene teilchenförmige Gemisch oder Pulver ist leicht zu handhaben, bildet keine Klumpen und kann bei Raumtemperatur gelagert werden. Das teilchenförmige Gemisch 3 wird dann in Formen dosiert, welche aus zwei oder mehreren Pressformen (einfachheitshalber zeigen Fig. 1-4 nur zwei Teile oder Pressformen, die die Form 1 und 2 bilden), bestehen, die den die Gestalt und die Größe des herzustellenden Produkts bildenden Hohlraum abgrenzen. Es ist geeignet, die Gestalt des Hohlraums zu etwa der Hälfte seines Volumens zu füllen. Formwerkzeuge 1 und 2 können eine innere Permanentbeschichtung aus einem reibungsmindernden Material 4, z. B. einer Siliconschicht, aufweisen.
Nach Umschließen des Formhohlraums mit dem Formwerkzeug 1 wird die Form erwärmt, bis das Pulvergemisch 3 eine Temperatur erreicht, bei der die Mikrokügelchen beginnen aufzuschäumen. Diese Temperatur liegt gewöhnlich im Bereich von etwa 100 bis etwa 150ºC. Nach Aufschäumen des Gemisch und vollständigem Füllen des Formhohlraums mit demselben wird weiter erwärmt bis ein bestimmter Überdruck in der Form erhalten wird. Ein geeigneter Druck liegt gewöhnlich um 0,5-1,0 bar. Die angegebene Temperatur wird einige Minuten gehalten. Eine geeignete Zeit beträgt z. B. etwa 2 bis 30 Minuten. Der in dem Gemisch eingeschlossene Thermoplast wird dann mit den Kautschukteilchen wegen dem sich in der Form aufgebauten Überdruck zusammengefügt. Nach Abkühlen wird der Körper 6 der gebildeten Gestalt aus der Form mit dem Stempel 5 herausgepresst.
Wenn nötig können Verfestigungselemente oder Verstärkung 7 in die Form plaziert werden. Solche Elemente oder Verstärkung können aus jedem beliebigen Material, wie z. B. Metall, Glasfaser, Holz, organische oder anorganische Fasern natürlichen oder synthetischen Ursprungs, hergestellt sein. Wenn nötig kann sogar eine Gussvorrichtung 8 in die Form plaziert werden. Beispiele von Gussvorrichtungen schließen ein Rohrleitungssystem für elektrische Kabel, Vertiefungen oder Kerben oder Hohlräume ein.
Die Herstellung kann deshalb bei Drücken um 0,5 bar durchgeführt werden, wodurch keine speziellen Anforderungen für die Form oder andere Ausstattung gestellt werden. Zum Beispiel kann die Pressform aus Ton, Zement, Gips, Holz oder Leichtmetall hergestellt sein.
Die Beschichtung der inneren Formoberfläche mit einem Silcon ergibt ein Formwerkzeug, das ohne die Notwendigkeit von in die Materialzusammensetzung einzuschließenden Ablösemitteln verwendet werden kann. Die Verwendung einer Innenbeschichtung aus Silicon ist möglich, da die Materialzusammensetzung bei verhältnismäßig geringen Temperaturen aufgeschäumt wird.
Formkörper können auch so hergestellt werden, dass ein erfindungsgemäßes teilchenförmiges Gemisch vor dem Erwärmen durch Anordnen einer Pressplatte 9 oder einer oberen Form wie in Fig. 5 gepresst wird.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern in Fig. 6 und 7 gezeigt, bei welchem ein erfindungsgemäßes teilchenförmiges Gemisch auf mindestens einer Seite mit einer Schicht 10 z. B. aus organischen oder anorganischen Fasern natürlichen oder synthetischen Ursprungs, Metall, Glasfasern, Holz oder Kautschuk bedeckt wird.
Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform, bei welcher eine obere Pressplatte 11 Schneidkanten 12 aufweist. Ein vorgeformter Körper, in diesem Beispiel ein Blatt 6 aus dem erfindungsgemäßen Material, wird auf eine Temperatur, bei welcher er bearbeitbar ist, d. h. seine Plastifiziertemperatur, erwärmt. Anschließend wird das Materialblatt 6 abgeschnitten und in Gestalt gebracht/zurückgebracht.
Weiterhin wird ein anderes Verfahren zur Herstellung von Formkörpern in Fig. 9 und 10 gezeigt, bei welchen ein vorgeformter und erwärmter Körper, wie ein Blatt 6, in luftdichter Weise auf eine Pressform 13 und ein Befestigungswerkzeug oder eine obere Pressform 14 plaziert wird. Durch Evakuieren des zwischen dem Blatt 6 und der Pressform 13 gebildeten Raums durch die Kanäle 15 wird das Blatt an die Pressform gezogen und ein umgeformter Körper 16 gebildet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Blatt 6 vorher in Gestalt gebracht oder in geeigneter Weise eingepresst werden und somit eine variable Dicke bereitgestellt werden, die während des vorstehenden Vakuumformens die Ausdehnung und Spannung des zu erzielenden Körpers ausgleicht. Diese Dickevariationen werden natürlich in solcher Weise zusammengestellt, dass der fertige Körper eine gleichmäßige Dicke aufweist. Hierdurch wird der Nachteil von ungleichmäßiger Dicke, gegenwärtig schwierig handhabbarer Produkte, die durch Vakuumformen der Form des vorgefertigtern Materials hergestellt werden, wie ein Blatt aus einem über Erwärmen bearbeitbaren Material, vermieden.
Ein zusätzliches Verfahren zur Herstellung von Formkörpern wird schematisch in Fig. 11 gezeigt, bei welchem eine erfindungsgemäße Materialzusammensetzung in einen durch zwei Pressformen 1 und 2 begrenzten Hohlraum eingeschlossen ist. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung wird dann einem externen Druck P1 während oder nach dem Erwärmen unterworfen. Der angewandte Druck ist so, dass die Zusammensetzung mit Sicherheit ein homogenes und stabil gehärtetes Produkt bildet. Der Druck wird durch mindestens einen Kanal 17 in flüssigem Kontakt mit dem Hohlraum angewandt.
Beispiele für Produkte, welche zur erfindungsgemäßen Herstellung geeignet und aus der erfindungsgemäßen Materialzusammensetzung hergestellt sind, sind z. B. Gebäudeteile, wie Bodenunterlagen, gegen Kälte, Feuchtigkeit oder Lärm isolierte Böden, oder Füllstoffe für Sandwichaufbauten. Andere Beispiele für Produkte schließen Kompost- oder Müllcontainer, Transportpaletten, Pontons und Stoßdämpfer für verschiedene Anwendungen ein. Die erfindungsgemäße Materialzusammensetzung kann vorteilhaft als Mülldeponie- und Straßenisolierung verwendet werden.

Claims

1. Zusammensetzung, die rückgeführte vulkanisierte Kautschukteilchen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung schäumbare Mikrokügelchen und ein thermoplastisches Polymer umfaßt.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung 40 bis 98 Gew.-% rückgeführten vulkanisierten Kautschuk umfaßt.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung 2 bis 30 Gew.-% schäumbare Mikrokügelchen umfaßt.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung 10 bis 30 Gew.-% des thermoplastischen Polymers umfaßt.

5. Zusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Polymer Polypropen ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Materials, das rückgeführten vulkanisierten Kautschuk in Teilchenform, ein thermoplastisches Polymer und geschäumte Mikrokügelchen enthält, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- ein teilchenförmiges Gemisch (3) wird aus rückgeführten Kautschukteilchen, einem thermoplastischen Polymer und schäumbaren Mikrokügelchen hergestellt;

- das teilchenförmige Gemisch wird, in ein Formteil (2) dosiert, das zusammen mit einem oder mehreren Formteilen (1) die Gestalt und die Abmessungen des herzustellenden Produkts festlegt,

- Formteile (1, 2) werden vereinigt und das Gemisch wird auf eine Temperatur erwärmt, bei der die Mikrokügelchen aufgeschäumt werden,

- die Temperatur wird 2 bis 30 Minuten gehalten, woraufhin die Formteile (1, 2) getrennt werden und der Körper des gebildeten Formstücks (6) aus der Form gelöst wird,

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch das thermoplastische Polymer in Pulverform umfaßt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Form auf eine Temperatur von 100 bis 150ºC erwärmt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Verstärkungsvorrichtungen und/oder Gußvorrichtungen vor dem Erwärmen in der Form plaziert werden.

10. Produkte, hergestellt gemäß der Vorgehensweise nach einem der Ansprüche 6 bis 9.