DE69815268T2 - Verfahren zur wiederverwertung von verkleidungsteilen - Google Patents

Verfahren zur wiederverwertung von verkleidungsteilen

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Wiederverwertung von Fahrzeug-Verkleidungsteilen und insbesondere ein Verfahren, das Verbraucherabfälle und Herstellungsabfälle von Fahrzeughimmeln zu fertigen Verkleidungsplatten für die Verwendung in Fahrzeugen umwandeln kann.
  • Polyurethane sind die am häufigsten verwendeten Polymere in Kraftfahrzeugen. Bei der Herstellung von Polyurethan-haltigen Teilen für Fahrzeuge wird ein großes Volumen von Herstellungsabfällen erzeugt. Außerdem wird ein großes Volumen von Polyurethan-Verbraucherabfällen erzeugt, wenn Fahrzeuge verschrottet werden. Aufgrund von behördlichen Bestimmungen und der abnehmenden Verfügbarkeit von Haldenräumen stellt sich zunehmend die Frage, was mit diesen Abfallmaterialien zu tun ist. Unter allen verfügbaren Alternativen bleibt die Wiederverwertung von Polyurethan-Abfallmaterialien die beste langfristige Lösung.
  • Ein Problem bei der Wiederverwertung von Polyurethan in Fahrzeughimmeln besteht darin, dass die Fahrzeughimmel allgemein aus mehreren Materialien wie etwa Nylon, Polyesterfasern, Zellulosefilmen, halbsteifen und flexiblen thermohärtenden Polyurethanschäumen und Glasfasern bestehen. Eine Trennung dieser einzelnen Komponenten kann schwierig sein und würde nicht kosteneffizient sein. Außerdem enthalten die Verbraucherabfallmaterialien häufig Unreinheiten wie Schmutz und Kfz-Fluide.
  • EP 0,684,125 beschreibt einen Prozess gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zum Erzeugen von Zellschaum-Formprodukten aus wiederverwertetem Polyurethanmaterial. Der beschriebene Prozess ist ein Schaumformprozess, der eins Blasmittel verwendet, um Komponenten zu erzeugen. Der Prozess umfast folgende Schritte: Mischen eines Polyisocyanats mit einem Polyol mit einem Molekulargewicht zwischen 1000 und 20.000, Hinzufügen dieser Mischung zu einem gemahlenen wiederverwerteten Material und unmittelbar folgendes Schaumformen. In diesem Prozess wird vor dem Schaumformen weiterhin ein Quervernetzungsmittel hinzugefügt.
  • Während dieser Prozess die Wiederverwertung von Abfallmaterialien gestattet, lässt der Prozess eine Verbesserung sowohl hinsichtlich des Herstellungsprozesses als auch des Typs und der Eigenschaften der erzeugten Endkomponente zu.
  • Es ist deshalb vorteilhaft, schnelle, effiziente, kosteneffektive und relativ einfache Systeme für die Wiederverwertung von Herstellungs- und Verbraucher-Polyurethan-Abfallmaterialien vorzusehen. Die vorliegende Erfindung gestattet die schnelle, kosteneffektive und effiziente Wiederverwertung von Herstellungsabfällen aus Fahrzeughimmeln in der Form von verschiedenen Platten für die folgende Verwendung in Fahrzeugen.
  • Die Erfindung versucht weiterhin, allgemeine Verbesserungen für die Wiederverwertung und für Verfahren zum Erzeugen von Verkleidungsplatten anzugeben.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren gemäß Anspruch 1 an.
  • Das Verfahren umfasst die Merkmale von einem oder mehreren der abhängigen Ansprüche 2 bis 19.
  • Das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die folgenden Schritte: Zerkleinern von Abfallmaterial zu Staub, Herstellen eines Bindereagens aus einer Mischung aus Polyisocyanat und Polyolen, Verbinden des Staubs mit dem Bindereagens und Wasser, um ein Prepreg-Gemisch herzustellen, wobei die Prepreg-Mischung dann zu Prepreg-Platten geformt wird und die Prepreg-Platten dann bei höheren Temperaturen zu verschiedenen Verkleidungsplatten für die Verwendung in einem Fahrzeug pressgeformt werden. Die Erfindung gestattet auch das Anbringen einer Lage eines dekorativen Abdeckmaterials an der Platte, wenn die Platte geformt wird, wodurch ein weiterer Herstellungsschritt beseitigt wird.
  • Dank der Erfindung ist es nicht erforderlich, weitere Haldenräume für Abfallmaterialien von Fahrzeughimmeln zu finden. Außerdem bietet die Erfindung ein kostengünstigeres Verfahren für die Erzeugung von vielen verschiedenen Verkleidungsplatten für die Verwendung in Fahrzeugen. Dazu gehören neue Fahrzeughimmel, Innenverkleidungsplatten, Schalldämpfungsplatten und Verkleidungen für den Motorhauben- und Kofferraumbereich eines Fahrzeugs.
  • Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden für den Fachmann durch die folgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform verdeutlicht. Die beigefügten Zeichnungen lassen sich wie folgt beschreiben.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte des Verfahrens der Erfindung zeigt.
  • Fig. 2 ist eine Querschnittansicht einer Verkleidungsplatte, die durch das Verfahren der Erfindung erzeugt wird.
    • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Fig. 1 ist ein Flussdiagramm, das die Grundschritte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der Beschreibung der Schritte des vorliegenden Verfahrens sind Fahrzeughimmel als Quelle für das Abfallmaterial genannt, wobei dem Fachmann jedoch deutlich sein sollte, dass auch Abfallmaterial aus anderen Quellen wie etwa von Innenverkleidungsplatten und anderen Polyurethanen in dem Fahrzeug als Ausgangsabfallmaterial verwendet werden kann. Die zwei Hauptquellen für Falhrzeughimmel-Abfallmaterial sind entweder Herstellungsabfälle, die während der Erzeugung eines Fahrzeughimmels erzeugt werden, und Verbraucherabfälle, die während der Verschrottung des Fahrzeugs erzeugt werden. In dem ersten Schritt wird das Abfallmaterial in einer herkömmlichen Verkleinerungsmaschine zu Endpartikeln mit einem Durchmesser von zwischen 2 und 10 mm verkleinert. Dieses verkleinerte Material wird als Staub bezeichnet.
  • Der nächste Schritt sieht die Bildung des Bindereagens vor. Die wesentlichen Kriterien für die Auswahl eines Bindereagens bestehen darin, dass das Bindereagens in der Lage sein muss, für eine angemessene Zeitdauer im vorpolymerisierten Zustand bleiben, um die Handhabung der Prepreg-Platten zu gestatten. Außerdem muss das Bindereagens in der Lage sein, in Produktionspressformzyklen von 15 bis 60 Sekunden bei 100ºC bis 250ºC ohne Nachhärten gehärtet zu werden.
  • Ein für die Erfindung effektives Bindereagens ist eine Kombination aus Polyisocyanaten mit Polyolen. Effektive Polyisocyanate sind unter anderem: Poly(methylen)(polyphenyl) (polyisocyanat) (Poly-MDI), Toluendiisocyanat (TDI) oder Naphtylendiisozynat (NDI). Poly- MDI, eines der effektivsten Polyisocyanate ist eine Kombination aus Diphenylmethandiisocyanat und Polymethylenpolyphenylpolyisocyanat, in der die Isocyanat-Funktion zwischen 2,1 und 3,0 variieren kann. Dem Fachmann sollte jedoch deutlich sein, das auch andere Polyisocyanate, Isocyanat-endige Verbindungen oder Isocyanat-Quasi-Polymere effektiv in dem Verfahren verwendet werden können. Von den getesteten Polyolen sind verschiedene Polyester und Polyetherpolyole effektiv, um ein geeignetes Bindereagens zu bilden. Ein besonders geeignetes Polyol ist Terate·203 von Hoechst-Celanese. Terate·203 ist besonders gut geeignet, weil es ein kostengünstiges Polyesterpolyol ist, das aus Polyethylenterephthalat-Verbraucherabfällen wie etwa Mineralwasserflaschen und Folien wiedergewonnen werden kann. Es sind jedoch auch Polyole mit einer Äquivalenzmasse im Bereich von 100 bis 200 für das Verfahren effektiv. Das Verhältnis des Polyisocyanats zu dem Polyol ist von wesentlicher Bedeutung, um eine Prepreg-Plate mit annehmbaren Formungs- und Härtungseigenschaften zu erzeugen. Vorzugsweise ist eine größere Menge von Polyisocyanat als Polyol vorgesehen. Noch besser ist ein Äquivalenzverhältnis von mehr als 3 zu 1. Ein Äquivalenzverhältnis von fünf Teilen Polyisocyanat zu einem Teil Polyol hat sich als bevorzugtes Verhältnis für die Erzeugung eines Bindereagens mit annehmbaren Eigenschaften herausgestellt. In einer Kombination mit Wasser erzeugt diese Binder aus Polyisocyanat und Polyol ein Polyurethanurea-Bindereagens.
  • Das bevorzugte Polyisocyanat ist Poly-MDI.
  • Der nächste Schritt im Verfahren besteht darin, den Staub mit dem gewählten Bindereagens und Wasser zu kombinieren um eine Prepreg-Mischung zu erzeugen. Wasser wird in einer Menge von 2 bis 20 Gewichtsteilen Wasser pro 100 Gewichtsteile Staub plus Bindereagens hinzugefügt. Die bevorzugte Menge Wasser liegt zwischen 5 und 10 Gewichtsteilen Wasser pro 100 Gewichtsteile Staub plus Bindereagens. Das Verhältnis zwischen Staub und Bindereagens kann im Bereich von 80 bis 97 Gewichtsteilen Staub in Kombination mit jeweils 20 bis 3 Gewichtsteilen Bindereagens variiert werden. Der bevorzugte Bereich liegt zwischen 90 und 97 Gewichtsteilen Staub in Kombination mit jeweils 10 bis 3 Gewichtsteilen Bindereagens. Wenn das Bindereagens nur aus Polyisocyanat besteht, reagiert es mit freien Hydroxylgruppen in dem Staubmaterial und mit dem Wasser.
  • Der nächste Schritt im Verfahren besteht darin, das Bindereagens kräftig mit dem Wasser und dem Staub bei Raumtemperatur zu mischen. Ein sekundärer Effekt der Hinzufügung von Wasser besteht darin, die Dispersion des Bindereagens während dieser Mischperiode zu unterstützen. Auf das kräftige Mischen folgend wird die resultierende Prepreg-Mischung in eine Plattenform gegeben und mit einer Teflonschicht bedeckt. Die Prepreg-Mischung wird mit zwischen 8,8 bis 29,2 · 10&supmin;³ kg/m&supmin;² (30 bis 100 Pfund pro Quadratzoll) bei Raumtemperatur komprimiert. Eine Erhöhung der Temperatur während der Kompression auf zwischen 40 und 55ºC resultiert in einer stärkeren Prepreg-Platte. Bis zu diesem Punkt im Verfahren ist nur eine wenig umfangreiche Polymerisation des Bindereagens aufgetreten. Die Prepreg-Platten weisen eine Lagerdauer von mehreren Stunden bis hin zu mehreren Monaten auf, wenn sie in einem Polyethylenfilm eingeschlossen gelagert werden.
  • Der abschließende Schritt im Verfahren sieht das Formpressen der Prepreg-Platten bei erhöhten Temperaturen vor, um ein fertiges Produkt wie etwa eine Verkleidungsplatte zu erzeugen. Unter Verwendung der Bindereagenzien des vorliegenden Verfahrens können die Prepreg-Platten zu Verkleidungsplatten geformt werden, wobei ein Kompressionszyklus von zwischen 15 und 60 Sekunden bei 100 bis 220ºC ohne Nachhärtung verwendet wird. Die durch das Formpressen der Prepreg-Platten erzeugten Platten weisen eine hohe Zugfestigkeit, Biegefestigkeit und Kompressionsfestigkeit auf. Während des Formpressens findet die Aushärtung des Bindereagens statt. Ein wichtiger Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass das Bindereagens in den Prepeg-Platten keine wesentliche Polymerisierung erfahren hat, sodass eine Lage eines dekorativen Abdeckmaterials ohne zusätzlichen Kleber in der Pressform auf einer Seite der Prepreg-Platte platziert werden kann, wobei die Eigenschaften des Pressformzyklus derart gewählt werden können, dass die Verbindung des dekorativen Abdeckmaterials mit der Prepreg-Platte eine Verkleidungsplatte mit einer dekorativen Abdecklage erzeugt.
  • In Fig. 2 ist eine Querschnittansicht einer gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung vorbereiteten Verkleidungsplatte allgemein durch das Bezugszeichen 10 angegeben. Die Verkleidungsplatte 10 umfasst eine Substratschicht 12, die aus dem Formpressen einer Prepreg-Platte (nicht gezeigt) resultiert. Die Verkleidungsplatte 110 kann auch eine Lage aus einem dekorativen Abdeckmaterial 14 aufweisen, die auf einer Seite der Verkleidungsplatte 10 angebracht ist. Die durch das Verfahren der Erfindung erzeugten Verkleidungsplatten können als Fahrzeughimmel, Innenverkleidungsplatten, Auskleidungen für Motorräume und Kofferräume, Schalldämpfungsplatten oder andere Fahrzeugplatten verwendet werden.
    • BEISPIEL 1
  • In einem Beispiel einer unter Verwendung des Verfahrens der Erfindung erzeugten Verkleidungsplatte wurden 90 Gewichtsteile Staubmaterial mit 2,1 Gewichtsteilen Terate·203 (Hoechst-Celanese), 7,9 Gewichtsteilen Poly-MDI und 8,3 Gewichtsteilen Wasser pro 100 Gramm Staub plus Bindereagens kombiniert. Das Material wurde kräftig gemischt und dann in eine 610 mm · 610 mm (2 Zoll · 2 Zoll) große Form mit einem 5 mm breiten Rahmen platziert, wobei es dann mit 1,1 · 10&supmin;² kg/m&supmin;² (38,6 Pfund pro Quadratzoll) für zehn Minuten bei Raumtemperatur komprimiert wurde. Die resultierende Prepreg-Platte wurde dann 60 Sekunden lang bei 150ºC und 2,5 · 10&supmin;² kg/m² (86,8 Pfund pro Quadratzoll) in einer dreistufigen Form ohne Nachhärtung pressgeformt.
    • BEISPIEL 2
  • In diesem Beispiel wurden 95 Gewichtsteile Staub mit 1, 1 Gewichtsteilen Terate·203, 3,9 Gewichtsteilen Poly-MDI und 8,3 Gewichtsteilen Wasser pro 100 Gramm Staub plus neuem Bindereagens kombiniert. Das Material wurde kräftig gemischt, in eine 610 mm · 610 mm (2 Zoll · 2 Zoll) große Form mit einem 5 mm breiten Rand gegossen und mit 1,5 · 10&supmin;² kg/m&supmin;² (50 Pfund pro Quadratzoll) für zehn Minuten bei 50ºC komprimiert. Die resultierende Prepreg-Platte wurde dann einer Pressformung für 60 Sekunden bei 130ºC ohne Nachhärtung unterworfen.
    • BEISPIEL 3
  • In diesem Beispiel wurden 97 Gewichtsteile Staub mit 0,6 Gewichtsteilen Terate·203, 2,4 Gewichtsteilen Poly-MDI und 8,3 Gewichtsteilen Wasser pro 100 Gramm Staub plus Bindereagens kombiniert. Das Material wurde bei Raumtemperatur kräftig gemischt, in eine 610 mm · 610 mm (2 Zoll · 2 Zoll) große Form mit einem 5 mm breiten Rand gegossen, wobei dann eine Formung bei Raumtemperatur für zehn Minuten durchgeführt wurde. Die Prepreg-Platte wurde dann 60 Sekunden lang bei 130ºC ohne Nachhärtung formgepresst. Das formgepresste Verbundmaterial hatte die folgenden Eigenschaften: eine Zugfestigkeit von 3,9 Megapascal (MPa), einen Young-Modulus von 296 MPa, eine Biegefestigkeit von 9,6 MPa und eine Biegemodulus von 981 MPa.
    • BEISPIEL 4
  • In diesem Beispiel wurden 90 Gewichtsteile Staub mit 2,1 Gewichtsteilen Terate·203, 7,9 Gewichtsteilen Poly-MDI und 8,3 Gewichtsteilen Wasser pro 100 Gramm Staub plus Bindereagens kombiniert. Das Material wurde bei Raumtemperatur kräftig gemischt, in eine 457 mm · 457 mm (1,5 Zoll · 1,5 Zoll) große Form mit einem 5 mm breiten Rand bei Raumtemperatur gegossen und mit 38,6 Pfund pro Quadratzoll zehn Minuten lang komprimiert. Die resultierende Prepreg-Platte wurde dann für 15 bis 30 Sekunden bei 200 bis 220ºC und 3,8 bis 6,4 · 10&supmin;¹ kg/m² (1.300 bis 2.200 Pfund pro Quadratzoll) komprimiert.
  • Die vorstehende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und nicht einschränkend. Variationen und Modifikationen an dem angegebenen Verfahren können durch den Fachmann vorgenommen werden, ohne dass dadurch der Erfindungsumfangs verlassen wird. Der Umfang der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims (19)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Verkleidungsplatte für ein Fahrzeug, wobei das Fahren die folgenden Schritte umfasst:
    a) Zerkleinern von Abfallmaterial, um Staub herzustellen;
    b) Herstellen eines Bindereagens, das ein Polyisocyanat und ein Polyol umfasst;
    c) Verbinden des Staubs mit dem Bindereagens und Wasser, um ein Gemisch herzustellen;
    d) Formen des Gemischs, um eine Verkleidungsplatte herzustellen;
    dadurch gekennzeichnet, dass das Formen umfasst:
    e) anfängliches Pressen des verbundenen Gemischs aus Staub, Bindereagens und Wasser, um eine Prepreg-Platte zu erzeugen, wobei das Bindereagens sich in einem im Wesentlichen vorpolymerisierten Zustand befindet; und anschließend
    f) Formpressen der Prepreg-Platte, um die Verkleidungsplatte herzustellen, wobei das Bindereagens im Wesentlichen ausgehärtet wird und kein Nachhärten erforderlich ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Polyisocyanat Poly-MDI ist und das Verfahren die Schritte des Verbindens des Poly-MDI mit einem Polyol zum Herstellen des Bindereagens einschließt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Polyol ein Polyester-Polyol umfasst und das Verfahren das Verbinden des Polyester-Polyols mit einem Polyisocyanat zum Herstellen des Bindereagens umfasst.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Polyol ein Polyether-Polyol umfasst und das Verfahren das Verbinden des Polyether-Polyols mit einem Polyisocyanat zum Herstellen des Bindereagens umfasst.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Menge des Bindereagens 3 bis 20 Gew.-% des Gesamtgewichtes des Staubes und des Bindereagens umfasst und wobei das Verfahren das Verbinden des Bindereagens mit dem Staub und Wasser zum Herstellen des Prepreg-Gemischs umfasst.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Menge des Bindereagens 3 bis 10 Gew.-% des Gesamtgewichtes des Staubes und des Bindereagens umfasst, und wobei das Verfahren das Verbinden des Bindereagens mit dem Staub und Wasser zum Herstellen eines Prepreg-Gemischs umfasst.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Wasser 2 bis 20 Gew.-% des Gesamtgewichtes des Staubes und des Bindereagens umfasst und das Verfahren das Verbinden des Wassers mit dem Bindereagens und dem Staub zum Herstellen eines Prepreg-Gemischs umfasst.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Wasser 5 bis 10 Gew.-% des Gesamtgewichtes des Staubes und des Bindereagens umfasst und das Verfahren das Verbinden des Wassers mit dem Bindereagens und dem Staub zum Herstellen eines Prepreg-Gemischs umfasst.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren den weiteren Schritt des Aufbringens einer Lage eines dekorativen Abdeckmaterialls an eine Seite der Prepreg-Platte angrenzend beim Formen der Prepreg-Platte zu der Verkleidungsplatte einschließt, so dass das dekorative Abdeckmaterial an einer Seite der Verkleidungsplatte haftet.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Formpressen der Prepreg-Platte das Formpressen bei erhöhten Temperaturen zwischen 100ºC und 220ºC zwischen 15 und 60 Sekunden zum Ausbilden der Verkleidungsplatte umfasst.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Staub Teilchendurrchmesser zwischen 4 und 10 mm hat, das Bindereagens ein Gemisch aus Polyol und Poly-MDI in einem Äquivalentverhältnis von Isocyanat-Gruppen zu Hydroxyl-Gruppen von 5 : 1 umfasst, und das Prepreg-Gemisch 90 bis 97 Teile Staub, 10 bis 3 Teile Bindereagens und 8 bis 9 Teile Wasser pro 100 Teile Staub plus Bindereagens umfasst.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Polyol ein Polyester-Polyol umfasst und das Verfahren das Verbinden des Polyester-Polyols mit einem Poly-MDI zum Herstellen des Bindereagens umfasst.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Polyol ein Polyether-Polyol umfasst und das Verfahren das Verbinden des Polyether-Polyols mit Poly-MDI zum Herstellen des Bindereagens umfasst.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verfahren den weiteren Schritt des Aufbringens einer Lage eines dekorativen Abdeckmaterials an eine Seite der Prepreg-Platte angrenzend beim Formen der Prepreg-Platte einschließt, so dass das dekorative Abdeckmaterial an einer Seite der Verkleidungsplatte haftet.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Wasseranteil 2 bis 20 Gewichtsteile des Gesamtgewichtes des Staubsund des Bindereagens umfasst.
  16. 16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das anfängliche Pressen des verbundenen Gemischs aus Staub, Bindereagens und Wasser zum Erzeugen eines Prepreg-Platte das Pressen zwischen 8, 8 und 29,2 · 10&supmin;³ kgm&supmin;² umfasst.
  17. 17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das anfängliche Pressen des verbundenen Gemischs aus Staub, Bindereagens und Wasser zum Erzeugen einer Prepreg-Platte bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und 55ºC stattfindet.
  18. 18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Abfallmaterial Polyurethane umfasst.
  19. 19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Abfallmaterial so zerkleinert wird, dass es eine Teilchengröße zwischen 2 und 10 mm hat.
DE69815268T 1997-07-08 1998-07-01 Verfahren zur wiederverwertung von verkleidungsteilen Expired - Fee Related DE69815268T2 (de)

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PCT/US1998/013749 WO1999002321A1 (en) 1997-07-08 1998-07-01 Recycling trim components

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