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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Umwandlung von Kunststoffmischabfällen in ein homogenes Produkt,
das industriell verwendet werden kann.
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Bekannt ist, dass aus in großen Mengen
hergestellten Endprodukten lediglich ein geringer Anteil an Kunststoffen
nach ihrer Verwendung der industriellen Verwertung wieder zugeführt werden
kann. Die Wiederaufbereitung umfasst in erster Linie solche Kunststofferzeugnisse
(z. B. Flaschen, Büchsen
usw.), die leicht zu erkennen sind und somit vom Abfall leicht abgetrennt
werden können
und unmittelbar wieder verwertet oder nach Waschen in Form von regranuliertem
Material verarbeitet werden können.
Die Wiederverwertung von Kunststoffmischabfällen ist in den meisten Fällen ein
ungelöstes
Problem, dessen Hauptgründe
in Folgendem bestehen: In den Abfällen, die selektiv von der
Bevölkerung
gesammelt werden, herrschen im Allgemeinen vier oder fünf Kunststoffsorten
vor, allerdings in vielen Formen. Sie können somit vom Abfall nicht
durch ein einfaches Verfahren abgetrennt werden, da das Aussehen
der Erzeugnisse aufgrund der einzelnen Sorten selbst vor der Verwertung
sehr unterschiedlich ist, was nach ihrer Abnutzung noch komplizierter
wird.
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Die Wiederaufbereitung einfacher,
im Handel weitverbreiteter Verpakungsmaterialien ist eine relativ gut
gelöste
Aufgabe, verursacht jedoch einerseits hohe Kosten, während andererseits
die zunehmende Effektivität
einen Grad an Normung erforderlich macht, der unter Marktbedingungen
praktisch nicht gewährleistet werden
kann.
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Eine weitere Schwierigkeit bei der
Wiederaufbereitung und Wiederverwertung besteht außerdem in der
Alterung der Kunst stofferzeugnisse während ihrer Abnutzung, wenn
sich ihr physikalisch-chemischer Zustand aus mechanischen, thermischen
oder anderen Gründen
verändert
und sich damit je nach dem Grad des Abbaus verglichen mit den Ausgangserzeugnissen
Farbe, mechanische und chemische Eigenschaften signifikant verändern.
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Ein Hauptproblem bei der Wiederverwertung
besteht darin, dass zuerst während
der Abnutzung und später
während
der Verarbeitung der Abfälle
die Kunststoffe durch andere Stoffe (Fremdstoffe) verunreinigt werden,
die entweder von den Abfällen
aufgenommen werden oder an deren Oberfläche haften bleiben. Das Spektrum
dieser Verunreinigungen ist äußerst breit
und umfasst Nahrungsmittelreste bis hin zu öligen und chemischen Rückständen, Pulver-,
Metallrückständen usw.,
d. h. die Verunreinigungen können
organischer oder anorganischer Natur sein.
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Der Hauptanteil der Kunststoffe allein
genommen oder zusammen mit anderen Abfällen wird entsorgt oder verbrannt.
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Eine relativ einfache Art und Weise
der Verwertung von Kunststoffmischabfällen besteht darin, dass man
sie nach ihrer Reinigung, jedoch ohne sie abzutrennen, granuliert
und dann durch Zusammenschmelzen unter Einsatz bekannter Kunststoffverarbeitungstechniken
formt. In manchen Bereichen werden die verarbeiteten Erzeugnisse
zum Ersatz von Holz (bei Zäunen,
Bänken
und dergleichen) verwendet, können
jedoch lediglich in nur einer ganz bestimmt gefärbten Qualität erzeugt
und nur in einem begrenzten Umfang abgesetzt werden. Die Qualität des wiederverwerteten
Erzeugnisses hängt
weitgehend von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials ab, weshalb
die Verwertung von Gemischen von genau definierter Zusammensetzung nicht
möglich
ist. Angesichts des heterogenen Zustandes der Ausgangsstoffe können die
mechanischen Eigenschaften der Erzeugnisse nicht vorhergesehen bzw.
ge normt werden. Die Erzeugung von "Kunstholz" ist daher nur von marginaler Bedeutung
und es kann nicht davon ausgegangen werden, dass sie bei der Verwertung
von Kunststoffabfällen
eine beträchtliche
Rolle spielen könnte.
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Die DOS 2 311 797 beschreibt ein
Verfahren zur Herstellung von Beschichtungen für Feststofferzeugnisse usw.
auf der Basis eines wärmebeständigen Füllstoffes
und eines thermoplastischen Bindemittels, wobei dieses Verfahren
die Erwärmung
des wärmebeständigen Füllstoffes
von geeigneter Teilchengröße auf eine Temperatur
umfasst, die unterhalb der Zersetzungstemperatur der Thermoplaste
liegt, wobei diese dann mit den erwärmten Füllstoffen, gegebenenfalls unter
Zugabe eines Weichmachers mechanisch gemischt werden und die Masse
schließlich
im erwärmten
Zustand geformt wird. Dieses Verfahren betrifft die Erzeugung sekundärer Kunststofferzeugnisse,
die lediglich für
bestimmte Zwecke geeignet sind.
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Zu den oben genannten Schwierigkeiten
kommt noch das Problem der Regranulierung der Kunststoffabfälle ohne
Abtrennung bzw. Formung der Endprodukte unmittelbar aus der Schmelze,
da bekannt ist, dass die meisten Kunststoffe selbst im geschmolzenen
Zustand kein verträgliches
homogenes Gemisch bilden und daher die mechanischen Eigenschaften
der erzeugten Produkte dem Zufall überlassen sind. Zur Lösung dieses
Problems beschreibt die
EP 0
578 500 , dass Niederdruckpolyethylenerzeugnisse in einer
Hochdruckpolyethylenmatrix suspendiert und dann zu Platten geformt
werden. Durch Zugabe von Mineralöl
wird dabei erreicht, dass trotz der beträchtlichen Unterschiede hinsichtlich
der Schüttdichte
die durch das Formen oder eine andere Behandlung gebildeten Verbundstofferzeugnisse
nicht zersetzt werden. Dieses Verfahren kommt lediglich für die Verarbeitung
eines Gemisches aus zwei Polyethylensorten in Frage, wobei sowohl
die Formgebung als auch die Abkühlung
für die
Aufrechterhaltung der Kohäsion
mit höchster
Sorgfalt durchgeführt
werden müssen.
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Wünschenswert
ist die Beseitigung des heterogenen Zustandes der Kunststoffmischabfälle, die
indifferente Kunststoffsorten enthalten, in der Hauptsache durch
spezifische mechanische Behandlung, um auf diese Weise ein verwendbares
Erzeugnis herzustellen. Gemäß
US 5 468 431 wird das vermengte
Gemisch in zwei Teile so aufgetrennt, dass beide Stoffgruppen jeweils
homogen sind, wonach die spezifische Oberfläche der einen Stoffgruppe erhöht und dann
diese in die als Medium verwendete andere Stoffgruppe eingearbeitet wird.
Der auf diese Weise hergestellte Verbundstoff ist quasi-homogen.
Dieses Verfahren ist jedoch sehr empfindlich gegenüber der
Zusammensetzung der Ausgangsstoffe und gegenüber Verunreinigungen, weshalb
es nicht ohne vorgängige
Auswahl bzw. Vorbehandlung des Frischmaterials werden kann. Angesichts
dieser Tatsache ist die Verarbeitung hier unwirtschaftlich.
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Gemäß der
US 5 030 662 wird versucht, den heterogenen
Zustand des Gemisches durch reaktionsfähige Zusätze zu lösen, wobei jedoch die Qualität der Erzeugnisse
verglichen mit Frischmaterial abnimmt. Gemäß der HU 204 461 wird versucht,
dieses Problem durch Kombination von -zwei Stufen zu lösen. Während des
ersten Arbeitsganges werden die Kunststoffmischabfälle durch
Scherkräfte
in einer Höhe
von 500 bis 5000 N im Bereich der Erweichungstemperatur aktiviert,
wonach die reaktionsfähigen
Zentren, die an den durch die Zersetzung abgebrochenen Molekülenden entstehen,
mit Hilfe eines Ziegler-Katalysators polymerisiert werden. Der Nachteil
dieses Verfahrens besteht darin, dass die aluminiumorganische Verbindung
pyrophor ist, was das Verfahren verteuert. Außerdem zersetzt sich der Katalysator
und wird durch Verunreinigungen, in der Hauptsache durch die Feuchtigkeit
der Mischabfälle,
ineffektiv.
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Eine Reihe weiterer bekannter Techniken
für die
Kunststoffverarbeitung werden in der Einleitung der HU 204 461 be schrieben.
Die Wiederverwertung von Kunststoffmischabfällen im Hinblick auf den Ausgangszweck
ist teuer und lässt
sich ohne eine Abtrennungsstufe von hoher Selektivität praktisch
nicht lösen.
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Ein anderer Weg zur Verwertung von
Kunststoffmischabfällen
besteht wiederum in der Herstellung eines Produktes der Mineralölindustrie,
d. h. eines Rohstoffes für
die chemische Industrie bzw. die Energietechnik aus dem ursprünglich aus
dem Mineralöl
erwünschten
Rohstoff. Gemäß
DE 4 311 034 wird aus dem
Kunststoffabfall ein Flüssigbrennstoff
bzw. ein Basismaterial der chemischen Industrie hergestellt. Das
Verfahren besteht in der Hauptsache darin, dass in Öl als Reaktionsmedium
in der Gas- und Flüssigphase
vorliegende Depolymerisationsprodukte erzeugt werden, die dann getrennt
voneinander verarbeitet werden. Der koks- bzw. teerähnliche
Rückstand
wird dann einer partiellen Hydrierung zugeführt. Bei diesem Verfahren sind
eine Temperatur zwischen 250 und 450°C, ein geeigneter Druck und
eine Reaktionsdauer von 0,55 Stunden erforderlich. Es ist offensichtlich,
dass nach diesem Verfahren bei der Verarbeitung von Mineralöl ein Produkt
hergestellt werden kann, das dann leichter und für allgemeinere Zwecke verwendet
werden kann als das oben beschriebene sekundäre Kunststofferzeugnis von
geringer Qualität.
Wendet man jedoch dieses Verfahren auf Abfälle von unterschiedlicher Zusammensetzung
innerhalb eines sehr weiten Bereichs in der Praxis an, sind weder
die Zusammensetzung noch das quantitative Verhältnis der Erzeugnisfraktionen
konstant. Die Wirksamkeit dieses komplizierten Verfahrens ist gering,
da die Menge an Erzeugnissen um eine Größenordnung geringer ist als
den Strom- und Investitionskosten des Verfahrens entspricht. Eine
weitere Schwierigkeit besteht darin, dass das Verhältnis des
als Reaktionsmedium verwendeten Mineralöls zum Abfall ca. 1 : 1 beträgt und daher
eine sehr hohe Menge an Öl
für den
technologischen Kreislauf aufrechterhalten werden muss.
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Das Verfahren gemäß
DE 3 037 829 hat eine ähnliche
Zielsetzung. Dabei werden nach Erwärmung eines Abfallgemisches,
das aus Polyolefinen und Polystyrol besteht, auf über 300°C in Anthracenöl, Kohlenteer
oder in einer Flüssigkeit
von ähnlich
geringer Flüchtigkeit,
Olefine und Benzolhomologen hergestellt. Der Verfahrensrückstand
wird zu einem ähnlichen
Zweck verwendet wie der Ausgangsteer. Ein Nachteil dieses Verfahrens
besteht darin, dass eine erhebliche Menge an aromatischem Material
mit hohem Siedepunkt verarbeitet wird, weshalb das Reaktionsgemisch
aufgrund der hohen Temperaturen gewöhnlich unter Druck gehalten
werden muss. Das Verhältnis
von Kosten zum Wert des Erzeugnisses ist in diesem Falle auch höher.
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Die Japanische Veröffentlichung
HO7-205 051 (Anmeldung Nr. HO5-354 767, Einreichungsdatum: 24. Dezember
1993) betrifft ein Verfahren zur Wiederaufbereitung von Kautschuk
nach einem Trockenverfahren, bei dem der fein pulverisierte Kautschukabfall
in einem geschlossenen Gefäß erwärmt wird,
wobei 5 bis 30 Gew.-% eines aus einem aromatischen öl, einem
Naphthamöl
und einem Paraffinöl
zusammengesetzten Prozessöl,
5-20 Gew.-% eines
anorganischen Füllers,
5–20 Gew.-%
eines Harzes und 1 bis 10 Gew.-% Zeolith zugesetzt werden, wonach
die Kautschukteilchen zu einem wiederaufbereiteten Kautschuk verarbeitet
werden. Die Wiederaufbereitung von Kautschuk in Anwesenheit eines
zusammengesetzten Öls
ist ein technisches Gebiet, das sich von der Wiederaufbereitung
von Kunststoffen unterscheidet.
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Zweck der vorliegenden Erfindung
ist die Wiederverwertung von Kunststoffmischabfällen nach einem wirtschaftlichen
Verfahren und die Herstellung eines Erzeugnisses mit neuen Eigenschaften,
das einen breiten Verwendungsbereich aufweist, der sich von dem
bisherigen unterscheidet.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Umwandlung zerkleinerter Kunststoffmischabfälle durch Wärmebehandlung und mechanisches
Mischen, das die Erwärmung
der Kunststoffmischabfälle
auf eine Temperatur zwischen 150 und 250°C in Anwesenheit von wenigstens
20 Gew.-%, bezogen auf die Menge an Kunststoffabfall, an Hochdruckpolyethylen
im Abfall mit einem Erweichungspunkt von unter 150°C und 5 bis
40 Gew.-% eines Mineralöls,
bezogen auf die Menge an Kunststoffabfall, mit einem Flammpunkt
im offenen Tiegel von über
220°C in
einer Rühr-
bzw. Mischvorrichtung umfasst, wobei während der Erwärmung starke
Zerreiß- und
Scherkräfte
auf das Gemisch einwirken und die starke Erwärmung und die mechanische Behandlung
in der Vorrichtung solange aufrechterhalten werden, bis die Antriebsleistung
der Mischvorrichtung und die Temperatur der Masse konstant sind
und es zu einem Abbau des Kunststoffgemisches kommt, wodurch ein
Material gebildet wird, das in einer quasi-homogenen flüssigen oder
geschmolzenen Phase vorliegt und ein bitumenähnliches Aussehen annimmt.
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Vorzugsweise erwärmt man das Ausgangsgemisch
allmählich
auf eine Temperatur für
eine starke Wärmebehandlung
zwischen 150 und 250°C.
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Als Hochdruckpolyethylenabfall wird
vorzugsweise ein Hochdruckpolyethylenfilm verwendet, der der Formgebung
und einer Abriebbehandlung unterworfen wurde.
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Die Mischvorrichtung ist vorzugsweise
ein Mehrbereich-Mischextruder mit einer Zahnwalze vom Werner-Pfleiderer-Typ
("Werner Pfleiderer" ist eine Handelsbezeichnung)
oder eine Vorrichtung vom "Multicat-transfermix"-Transfer-Typ. Verwendet
werden kann auch ein Banbury-Mischer ("Banbury" ist eine Handelsbezeichnung), der mit
einem kontinuierlich arbeitenden Extruder verbunden ist. Gegebenenfalls
wird das granulierte Erzeugnis, das gewöhnlich einen Erweichungspunkt
von über
100°C aufweist,
der Vermahlung in einer Mahlmaschine vom Prall-Typ ("Prall" ist eine Handelsbezeichnung)
unterworfen, bis eine Teilchengröße von unter
10 mm erreicht ist. Die Struktur des erhaltenen Granulats ist nicht
kugelförmig,
sondern dendritisch.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die Kunststoffmischabfälle,
die ein Gemisch aus verschiedenen Polymeren darstellen, so wärmebehandelt,
dass die höchste
Temperatur der Wärmebehandlung
unterhalb der Pyrolysetemperatur des Gemisches liegt.
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Die Zersetzung infolge der Wärmebehandlung
und die Ausgangstemperatur für
die Wärmebehandlung
hängen
einerseits von der chemischen Zusammensetzung und der Struktur des
Gemisches ab und andererseits von den Störstellen, die während der
Herstellung der einzelnen Kunststoffe entstehen, die Hand in Hand
gehen mit einer Schädigung
der Molekularstruktur infolge des mechanischen, chemischen oder
photochemischen Einflusses während
der Abnutzung. Wenigstens 20 Gew.-% des Ausgangskunststoffgemisches sollten
aus einem Kunststoffabfall mit niedrigem Erweichungspunkt bestehen,
der der Formung und Abnutzung unterworfen wurde. Dieses Material
erfährt
einen Vorabbau und stellt die reaktionsfähigen Reste bzw. ionischen
Molekülzentren,
Verzweigungen und Doppelbindungen bereit, die für die Umwandlung der Kunststoffmischabfälle beim
Verfahren erforderlich sind, und induziert daher den weiteren Abbau
bei niedrigerer Temperatur. Der Zusatz des verwendeten Ausgangsmaterials
kann auch als Abbauinitiator betrachtet werden, bildet jedoch gleichzeitig
die Schmelze bzw. Flüssigphase
für die
Ausgangsreaktion. Ein Hochdruckpolyethylenfilm bzw. jede andere
Form von Hochdruckpolyethylen kommt als solcher Zusatz in Frage.
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Die Kunststoffmischabfälle sind
anfänglich
eine lockere Anhäufung
von rissigen geschnittenen oder gemahlenen Kunst stoffteilchen von
geringer Wärmeleitfähigkeit.
Ein Mineralöl,
das z. B. ein Abfallöl
von geringer Flüchtigkeit
mit einem Flammpunkt im offenen Tiegel von wenigstens 200°C darstellt,
wird zugesetzt, um die weitere Verarbeitung und Homogenisierung
zu begünstigen,
sowie um die Plastifizierbarkeit zu verbessern und den kolloidalen
Zustand des zu verarbeitenden Material zu erreichen. Das zugesetzte Öl wird entweder mit
dem Abfall gemischt oder getrennt der Vorrichtung zugeführt. Vorzugsweise übersteigt
der Flammpunkt des Öls
die höchste
Verfahrenstemperatur. Eine Menge an Öl von 5 bis 6 Gew.-%, bezogen
auf das Ausgangsgemisch, befeuchtet das Material, verbessert seine
Kohäsion
und Wärmeübertragung,
d. h. die Bildung einer geschmolzenen Phase aus den niedrige Erweichungspunkte
aufweisenden Teilchen. Die Reaktion des gesamten Ausgangsgemisches
beginnt in der geschmolzenen Phase und wird mit dem übrigen Teil
des Materials unter "Schmelzen" und vor Erzielung
des Erweichungspunktes homogenisiert. Die Menge an verwendetem Ölzusatz
hängt vom
Grad der Ölaufnahmekapazität des Ausgangsgemisches
ab. Unter den gegebenen Verfahrensbedingungen erfährt der Ölzusatz
einen gewissen thermooxidativen Abbau, ähnlich dem Kunststoffmaterial.
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Versuche haben ergeben, dass die
Menge an Ölzusatz
15 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.-%, betragen kann, wobei
sein Erweichungseffekt bereits überwiegt.
Die Qualität
des Ölzusatzes
ist nicht kritisch, da im Fall der in Betracht kommenden Öle die Eigenschaften
der Adhäsion
und Wärmeleitung
fast dieselben sind. Wichtig ist, die untere Grenze des Flammpunktes
aufrechtzuerhalten. Eine entscheidende Bedingung für das erfindungsgemäße Verfahren
ist die Einhaltung der Temperaturwerte für die Wärmebehandlung, d. h. die untere
Grenze sollte wenigstens 115°C
betragen und in keinem Fall 250°C übersteigen.
Bei einer Temperatur unterhalb von 115°C beginnt die Reaktion nicht
mit der geeigneten Geschwindigkeit und die Homogenisierung, die
mit der Erweichung be ginnt, geht selbst in Anwesenheit eines Ölzusatzes
außerordentlich
langsam vonstatten. Andererseits beginnt bei einer Temperatur von über 250°C die Pyrolyse,
wobei Gase und toxische Zersetzungsprodukte frei werden.
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Neben der Einstellung der Zusammensetzung
des Ausgangsgemisches, der Dauer der Wärmebehandlung und der Zufuhr
von Ölzusatz
sind im Hinblik auf den Fortgang der Reaktion auch ein starkes mechanisches
Mischen und Formen unumgänglich.
Die Schmelze sollte mit zunehmender Reaktion unter konstantem Rühren gehalten
werden, da das Rühren
und das Mischen zum Abbau der viskosen Masse beitragen. Das Rühren und
Mischen bewirken keine so hohe Scherbeanspruchung, dass diese allein
einen starken Kettenabbruch durch Entfernung der Bindungsenergie
der Polymere induzieren könnte,
tragen jedoch zu einem erheblichen Maße zur Steigerung der Geschwindigkeit
der chemisch initiierten Reakion bei und begünstigen in beträchtlichem
Maße die
intramolekularen Kettenübertragungsreaktionen
bei der Polymerisation, die gleichzeitig mit dem Abbau auf mechanischem
Wege erfolgt.
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Durch Mischen des Materialgemisches
im geschmolzenen Medium während
des Verfahrens verwandelt sich der restliche Teil der Stoffteilchen
mit hohem Erweichungspunkt in Mikrogelteilchen, die im Dispersionsmedium
mit geringerem Erweichungspunkt gleichmäßig unterteilt werden können. Dieser
Prozess kann durch Steigerung des Abbaugrades beschleunigt werden,
jedoch nur bis zu einem gewissen Grad, bei dem eine stabile kolloidale
Substanz von hohem Dispersionsgrad aus dem Kunststoffgemisch gebildet
wird.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sollte die Rühr-
bzw. Mischvorrichung zu Beginn auf die angegebene Temperatur erwärmt werden
und das Ausgangskunststoffgemisch sollte so weit zerkleinert sein,
dass die Vorrichtung während
des Aufwärmens
gerührt
werden kann. Nach dem Einfüllen des Materials
und teilweisem Aufschmelzen übt
die Vorrichtung eine sehr starke Scherkraft aus, die für die Bildung eines
kolloidalen Stoffsystems erforderlich ist.
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Die aus den Kunststoffmischabfällen unter
Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens
umgewandelten kolloidalen Systeme ähneln hinsichtlich rheologischer
und vieler anderer Gesichtspunkte Bitumina oder Asphalten, da letztere
Kolloide darstellen, bei denen die dispergierten Mikrogelteilchen
des Asphaltens in einem öligen
Medium verteilt sind und das kolloidale System durch sogenannte
Petroleumharze stabilisiert wird.
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Entsprechend dem Verfahren spielen
das im Endprodukt erhaltene Öl
und das Kunststoffmaterial mit niedrigem Erweichungspunkt die Rolle
des öligen
Dispersionsmediums, die Stoffe mit höherem Erweichungspunkt spielen
die Rolle des Asphaltens und die Abbauprodukte sowie die nicht thermoplastischen
Harze und die staubförmigen
Verunreinigungen des Abfalls spielen die Rolle des Stabilisators.
Aus dem oben Gesagten kann geschlossen werden, dass die Zusammensetzung
und die Verunreinigungen eines gegebenen Abfallstoffes die technologischen
Parameter bestimmen, die für
die Umwandlung eines Kunststoffabfallstoffes der jeweiligen Zusammensetzung
für die
Herstellung eines bitumenähnlichen
Stoffs unter den gegebenen Bedingungen erforderlich sind.
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Die Konstanz der physikalischen Bedingungen
des bitumenähnlichen
Materials kann vermutlich dadurch erklärt werden, dass reaktionsfähige Moleküle, die
aus den einzelnen Stoffen stammen, zur wechselseitigen Reaktion
befähigt
sind, wodurch es gleichzeitig zu einem Abbau und zur Polymerisation
bzw. Copolymerisation kommt, welche die Bildung einer Übergangsschicht
an der Oberfläche
der fein zerkleinerten Teilchen begünstigt.
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Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird aus einem Gemisch der einzelnen Kunststoffe in jedem Fall ein
bitumenähnlicher
Stoff gebildet, weshalb der Radikalpyrolyse bei der Verarbeitung
der Kunststoffgemische immer der kolloidale Zustand als Übergangszustand
vorausgeht. Natürlich
hängen
der Erweichungspunkt, die Verformbarkeit und andere Eigenschaften
des Produktes von den zugeführten
Substanzen und den eingesetzten technologischen Parametern ab. Die
in der makroskopisch und mikroskopisch homogenen Masse vorliegenden
Teilchen werden homogenisiert. Die schwarze bzw. dunkle Farbe des
Produktes weist auch darauf hin, dass das Kunststoffgemisch gleichzeitig
mit einer Abnahme des Wasserstoffgehalts abgebaut wurde. Verglichen
mit dem traditionellen Bitumen besitzt dieses "synthetische" Bitumen auch vorteilhaftere Eigenschaften,
welche seine praktische Verwertung positiv beeinflussen. Vor allem
muss darauf hingewiesen werden, dass das Produkt frei ist von einer
Reihe von toxisch wirkenden Komponenten, da seine Erwärmung bzw.
Veraschung keine Schwefelverbindungen freisetzen oder karzinogene
polyaromatische Substanzen entstehen lassen. Die verfahrenstechnischen
Eigenschaften des Produktes sind auf vielen Gebieten bevorzugt,
da es keine Kaltfließeigenschaften
besitzt und daher einen idealen Fugenfüller darstellt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer
Vorrichtung durchgeführt
werden, die diskontinuierlich oder kontinuierlich arbeitet. Wichtig
ist, dass die Mischintensität
für die
Verteilung zusätzlich
zur Einhaltung der Betriebszeiten und Temperaturen ausreichend ist.
Bei diskontinuierlicher Verfahrensweise kann festgestellt werden,
dass der Widerstand des Mediums des Gemisches zu Beginn sehr stark
ansteigt und dies solange andauert, bis die Verteilung der teilweise
geschmolzenen oder erweichten Teilchen vorherrscht. Nach wenigen Minuten
nimmt der Widerstand des Mediums der Masse ab, stabilisiert sich
dann, was einerseits auf der Stabilisierung der Geschwindigkeit
der Leistungsaufnahme der Maschine beruht und andererseits auf der
Stabilisierung der Temperatur der Masse. Die Eigenschaften des erhaltenen
Produktes sind dann ebenfalls konstant und es lässt sich keine weitere erhebliche
Veränderung
feststellen. Das erfindungsgemäße Verfahren
wird somit so durchgeführt,
dass das Gemisch solange gemischt wird, bis die Geschwindigkeit
der Leistungsaufnahme der Mischmaschine sowie die Temperatur der
Masse konstant werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Hilfe
mehrerer bekannter Rühr-
bzw. Misch- (Form-) Vorrichtungen, wie sie bei der Verarbeitung
von Kunststoffen verwendet werden, durchgeführt werden. Vorzugsweise ist
es eine Maschine, die Blätter
mit stark scherender und zerreissender Wirkung sowie Oberflächen aufweisen,
die zum Zusammenpressen und zur Ausübung der Scherwirkung auf die
schwer miteinander verträglichen
Abfallspäne
befähigt
sind sowie ein intensives Verrühren
mit der Schmelze bzw. mit dem Öl
ermöglichen,
welches die Rolle eines Dispersionsmediums spielt, das jedoch auch
der Vermahlung der harten und thermoplastischen Harze bzw. Verunreinigungen
durch Fremdstoffe befähigt
ist.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, dass abgesehen von bestimmten Fällen (z. B. bei einer großen Zahl
von Metallverunreinigungen, vielen anorganischen Verunreinigungen, bei
das anhaftende Öl übersteigenden Ölmengen
usw.) das Waschen und die Vorreinigung von Kunststoffabfällen kommunalen
oder industriellen Urspungs, was mit erheblichen Kosten verbunden
ist, wegfallen.
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Die nachfolgenden Beispiele illustrieren
die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beispiel 1
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Grob vorgebrochener Abfall (maximale
Korngröße 5–10 cm)
aus den selektiv von der Bevölkerung
gesammtelten Abfallstoffen wird in einem Flügel aufweisenden Zerhacker
so fein zerkleinert, dass das Granulat einen Durchmesser von unter
10 mm aufweist. Das Abfallgemisch besitzt die folgende Zusammensetzung (ausgedrückt als
Gew.-%):
| Hochdruckpolyethylen | 47% |
| Niederdruckpolyethylen | 24% |
| Polypropylen | 13% |
| Polystyrol | 8% |
| PVC | 5% |
| nicht
identifizierbares Material | 3% |
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Das feste Material wurde mit 27 Gew:-%
eines sogenannten Grundöls,
das ein nichtcompoundiertes Mineralöl mit einem Flammpunkt im offenen
Tiegel von über
230°C darstellt,
für die
Herstellung verschiedener Schmieröle und industriell verwendbarer Öle gerührt. Das
Rühren
erfolgte so, dass das Öl
die Oberfläche
der Abfallpartikel gleichmäßig überzog.
In diesem Zustand konnte das Gemisch leicht behandelt, gelagert
und dem Reaktor mit Hilfe eines Schneckendosierers zugeführt werden.
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Das Gemisch wurde dann portionsweise
einem Doppelschnecken-Misch-
und Formreaktor so zugeführt,
dass die Zufuhrdauer 5 Minuten betrug. Der Reaktor ist dabei so
konstruiert, dass im Inneren desselben bei 10% des Radius des Zylinders
aus dem glatten Zylindermantel Zähne
vorstehen, deren Querschnitt in der Seitenansicht trapezförmig ist.
Eine Reihe von Zähnen,
die auf dem einen Zylinder angeordnet sind, ragt in den glatten
Hohlraum zwischen zwei Zahnreihen auf dem anderen Zylinder, so dass
bei Drehung der Zylinder die Kante der Zähne eine Brechwirkung ausübt und die
Gesamtheit der Zähne
eine Mischwirkung ausübt,
während
sie das Material an den glatten Mantel des anderen Zylinders presst.
Da die Zähne
nicht miteinander in Kontakt stehen, kann die Vorrichtung selbst
im Fall von relativ großen
Stücken
nicht brechen, wobei jedoch die Kante der Zähne ein weicheres oder härteres Material
entlang der Kante einer Scherwirkung auszusetzen vermag. Nach Zugabe
des Materials wird während
8 Minuten gemischt, wodurch sich das Material in eine homogene Paste
verwandelt, die dann durch Öffnen
der unteren Öffnung
ausgetragen wird. Das erhaltene Material ist gleichmäßig schwarz
gefärbt
und hat gute mechanische Eigenschaften sowie gutes Bindevermögen. Es stellt
ein bitumenähnliches
Produkt dar.
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Beispiel 2
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Ein Materialgemisch, das aus einem
gesammelten Mischabfall stammt, wurde verarbeitet, in dem Verpackungsmaterialien
(Kunststofffolien, Tüten
und Kunststoffbrillen), Kabelbeschichtungsreste, Hartkunststoffhauben
und dergleichen gut erkennbar waren. Durch Zweiphasen- (Zweistufen-)
-Brechen (Zerkleinern und Zerreißen) wurde eine Anhäufung von
gebrochenen Teilchen mit einem Durchmesser von 0,1–5 mm erhalten.
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Die Zusammensetzung, die durch nachfolgende
Analyse ermittelt worden war, war folgende (ausgedrückt als
Gew.-%):
| Hochdruckpolyethylen | 55% |
| Niederdruckpolyethylen | 8% |
| Polyamid | 7% |
| PVC | 8% |
| Polystyrol | 4% |
| Polyurethan | 6% |
| Polypropylen | 5% |
| nicht
identifizierbares Material | 6% |
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Das Material wurde ähnlich wie
in Beispiel 1 beschrieben behandelt, nur dass 19 Gew.-% eines Schmieröls (sogenanntes
Abfallöl),
das aus einem Auto stammte und frei von flüchtigen Substanzen war, zugesetzt
wurde.
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Die Behandlung erfolgte in einem
kontinuierlich arbeitenden Doppelschneckenextruder mit einem Gesamtvolumen
von 7 l, und zwar so, dass nach einer Vorwärmdauer von 4 Minuten das Material
dem Mischraum bei einer Temperatur von 190°C zugeführt wurde, worin es 6 Minuten
lang verblieb und dann dem kontinuierlich arbeitenden Granulator über die
Austragöffnung
der Vorrichtung zugeführt
wurde.
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Beispiel 3
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Verwendet wurde ein Kunststoffgemisch
aus einer selektiven Abfallsammlung. Es wies die folgende Zusammensetzung
(ausgedrückt
in Gew.-) auf:
| Polyethylen
(LDPE und HDPE) | 70% |
| Polypropylen | 15% |
| Polystyrol | 5% |
| PVC | 2% |
| andere | 6% |
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Das Material wurde in einem Flügel aufweisenden
Zerhacker bis zu einer Teilchengröße von 2 bis 5 cm gebrochen
und dann gleichmäßig mit
15 Gew.-% eines Mineralöls
mit einem Flammpunkt von über
220°C gemischt.
Eine Menge von 50 kg dieses Gemisches wurde dann einem auf 140°C vorgewärmten Mischer
vorm Banbury-Typ zugeführt.
Während
dieser Zufuhr stieg die Leistungsaufnahme der Maschine rasch an
und die Temperatur des Materials erreichte Werte von 195 bis 205°C. Nach der
Zugabe, die 12 Minuten dauerte, erreichte die Maschine innerhalb
von 3 Minuten die höchste
Temperatur. Danach fiel die Leistungsaufnahme der Maschine auf ca.
den halben Wert ab und die Temperatur des Materials sank auf 185°C. Es wurde
dann während
1 bis 2 Minuten unter unveränderten
Bedingungen nach der Stabilisierung weitergemischt, wonach die leicht
herausfließende
bitumenähnliche
Masse aus der Maschine ausgetragen und einem Extruder mit einem wassergekühlten Schneidkopf
für die
Granulierung zugeführt
wurde.
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Beispiel 4
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Ein Kunststoffgemisch mit der nachfolgenden
Zusammensetzung (ausgedrückt
in Gew.-%) wurde entsprechend dem Verfahren nach Beispiel 3 behandelt:
| Polypropylen | 12% |
| Polyamid | 0,4% |
| Polyethylen
+ Verunreinigungen auf | 100% |
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Die erhaltene Masse hatte einen Erweichungspunkt,
beginnend bei über
100°C und
einen klar definierten Erweichungspunkt bei 143°C. Das granulierte Material
wurde in einen Extruder bei Umgebungstemperatur bis zu einer Teilchengröße von 0
bis 2,5 mm zerkleinert. Die Teilchen des zerkleinerten Materials
waren dendritisch und klebten nicht aneinander fest.