EP3883741A1 - Verfahren und vorrichtung zum recyceln von kunststoffen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum recyceln von kunststoffen

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EP3883741A1
EP3883741A1 EP19805957.8A EP19805957A EP3883741A1 EP 3883741 A1 EP3883741 A1 EP 3883741A1 EP 19805957 A EP19805957 A EP 19805957A EP 3883741 A1 EP3883741 A1 EP 3883741A1
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EP
European Patent Office
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plastic melt
melt
vacuum
degassing
vacuum chamber
Prior art date
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Pending
Application number
EP19805957.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Schäfer
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BB Engineering GmbH
BTI Holding SE
Original Assignee
BB Engineering GmbH
BTI Holding SE
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Filing date
Publication date
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    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling

Definitions

  • the invention relates to a method for recycling plastics in several successive process steps and a device for recycling plastics according to the preamble of claim 7.
  • a recycled material is first melted and then freed of impurities by filtration.
  • the plastic melt is then degassed in a section of a screw extruder.
  • Long dwell distances are required to produce sufficient contact between the plastic melt and a vacuum atmosphere so that all volatile constituents can be removed from the plastic melt.
  • elongated degassing zones generally have the disadvantage of long residence times, which favor the risk of the formation of decomposition substances within the plastic melt. Due to the limited space and the low degassing capacity, several degassing stages are often used, which increases the degassing capacity without, however, allowing the melt viscosity to be influenced. It is an object of the invention to provide a method and an apparatus for recycling plastics, with which plastics which are as pure as possible can be produced without foreign particles and gases.
  • Another object of the invention is to realize a recovery of the plastic melt with as few process steps as possible.
  • the invention has the particular advantage that the filtering and degassing process steps that usually take place can be carried out according to the invention in one process step.
  • Filtration in a vacuum atmosphere allows the filtered plastic melt to be degassed immediately. Large contact zones between the plastic melt and the vacuum atmosphere can be realized so that the volatile components can be released from the plastic melt in a relatively short dwell time.
  • the multi-stage filtration enables a high degree of purity to be produced in the plastic melt.
  • the plastic melt By first filtering the plastic melt under an overpressure atmosphere, coarse solid particles and impurities can initially be removed from the melted recycled material. The subsequent two-stage filtration with integrated degassing can be carried out accordingly in order to first remove the solids before the actual degassing. As a result, the plastic melt is additionally homogenized to a high degree, so that it is subsequently discharged for final processing can be. In particular, in addition to filtration and degassing, the viscosity of the melt can also be rebuilt.
  • the degassing device has at least one filter element and a vacuum chamber with a vacuum atmosphere, the plastic melt being able to be guided through the filter element into the vacuum atmosphere of the vacuum chamber.
  • the plastic melt being able to be guided through the filter element into the vacuum atmosphere of the vacuum chamber.
  • very large contact surfaces for degassing the filtered plastic can thus be realized.
  • the dwell times for degassing the plastic melt can thus be reduced to a minimum.
  • the negative pressure atmosphere is set to a negative pressure in the range from 0.5 mbar to 50 mbar.
  • the vacuum atmosphere within the vacuum chamber is selected as a function of a layer thickness of the plastic melt on an outlet surface of the filter element. A relatively high vacuum can thus be generated in order to obtain intensive degassing in the case of relatively thick melt layers.
  • the cleaned polymer melt is collected in a sump of the vacuum chamber formed below the filter element and discharged through a melt outlet.
  • a continuous melt flow can be realized, so that after the degassing, the plastic melt can be fed continuously to the discharge extruder for discharge.
  • the process variant in which the plastic melt after the filtration and degassing under a vacuum atmosphere is fed to a residence reactor for ho mogenization and to continue degassing, is particularly advantageous in order to increase the so-called intrinsic viscosity (IV value). So IV- Values> 0.6 and also> 0.8 can be realized in a previously degraded PET plastic melt.
  • the device according to the invention has a residence reactor which is connected to the degassing device on an inlet side.
  • the indwelling reactor has a vacuum connection in order to generate the vacuum atmosphere by means of a vacuum pump.
  • the plastic melt is circulated by a driven screw shaft within the indwelling reactor and fed to a reactor outlet.
  • the process variant is also preferably carried out, in which the plastic melt is filtered a third time under an overpressure atmosphere when it is discharged for the final processing and is then mixed dynamically or statically with an additive.
  • high-purity colored and / or additive plastic melts can also be fed directly to a finishing process.
  • the device according to the invention has a discharge pump which is arranged downstream of the discharge extruder and which interacts with an end filter device.
  • a dynamic mixer with a secondary extruder is provided, which is connected directly before the final processing.
  • a vacuum filtering according to the invention and a dynamic or static mixer the intrinsic viscosity and the additives of the melt can be optimized exactly to the product to be produced.
  • the finishing device is by a granulating device for granulating the plastic melt or by an extruding device for Extruding the plastic melt into fibers or foils. This makes it possible to feed the plastic granulate to a separate extrusion process. Alternatively, however, the processed plastic melt can be used directly to produce fibers or foils that are produced in the extrusion device.
  • Fig. 1 shows schematically a first embodiment of the device according to the invention for recycling plastic
  • FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of an exemplary embodiment of a degassing device of the exemplary embodiment from FIG. 1
  • Fig. 3 schematically shows another embodiment of the device for recycling plastic according to the invention
  • Fig. 4 schematically shows another embodiment of the device for recycling plastic according to the invention
  • a first embodiment of the Vorrich device according to the invention for recycling plastic is shown schematically.
  • the exemplary embodiment has a melt extruder 1.
  • the melting extruder 1 can be single or multi-shaft and is connected to an extruder outlet 1.1 with a filter device 2.
  • the filter device 2 is followed by a melt pump 3, which is driven by a pump drive 3.1.
  • the melt pump 3 is connected to a degassing device 4.
  • the degassing device 4 has a melt outlet 4.7, which is assigned to a discharge extruder 5.
  • the discharge extruder 5 is followed by a discharge pump 6 with the pump drive 6.1 and a final filter device 7.
  • the final filter device 7 is assigned a final processing device 8, which in this exemplary embodiment is formed by a granulating device 9.
  • the degassing device 4 has a housing 4.1, which in this case is a cover formed by a cylindrical pot.
  • a vacuum chamber 4.2 is formed within the housing 4.1.
  • several filter elements 4.4 are arranged in the form of hollow cylindrical filter candles.
  • the filter elements 4.4 have a pressure chamber 4.5 inside, which is connected to a melt inlet 4.6 on the housing 4.1.
  • the filter elements 4.4 are closed at the freely projecting end and have a permeable Fil terwand.
  • a sump 4.8 is formed in the vacuum chamber below the free end of the filter elements 4.4.
  • the sump 4.8 is connected to a melt outlet 4.7 in the housing 4.1.
  • the melt outlet 4.7 is arranged in the center of the bottom of the housing 4.1, the sump 4.8 extending in a funnel shape above the melt outlet 4.7.
  • the vacuum chamber 4.2 is connected via a vacuum connection 4.3 to a collecting container 4.10 and a vacuum pump 4.11.
  • a heating device 4.9 is arranged on the circumference of the housing 4.1.
  • the heating device 4.9 preferably has electrical heating means, which are not shown here.
  • a recycled material that has already been processed, for example PET flakes, is fed to the melt-on extruder 1, which could preferably be carried out without, but also with a vacuum unit.
  • the melt extruder 1 melts the recycled material into a plastic melt which is fed to the filter device 2 via the extruder outlet 1.1.
  • the plastic melt is pre-filtered with a relatively coarse filter fineness in order to remove foreign particles and non-melted particles of the recycled material from the plastic melt.
  • the plastic melt is filtered in an overpressure atmosphere, which is essentially generated by the discharge extruder 1.
  • the pre-filtered plastic melt is taken up by the melt pump 3 and supplied to the Entgasungsein device 4 under a predefined operating pressure.
  • the plastic melt reaches the pressure chamber 4.5 of the degassing device 4 via the melt inlet 4.6 and penetrates the filter elements 4.4.
  • the plastic melt occurs in the vacuum chamber 4.2 of the Entgasungseinrich device.
  • a vacuum atmosphere is generated within the vacuum chamber 4.2 via the vacuum pump 4.11.
  • the vacuum atmosphere is in this case set to a value in the range from 0.5 mbar to max. 50 mbar set.
  • a vacuum in the vacuum chamber 4.2 of ⁇ 2 mbar is preferably set.
  • the gases and volatile constituents escaping from the plastic melt due to the negative pressure atmosphere are discharged from the vacuum chamber 4.2 via the vacuum connection 4.3 and separated in the collecting container 4.10.
  • the gaste plastic melt collects in the sump 4.8 at the bottom of the housing 4.1 and leaves the degassing device 4 via the melt outlet 4.7.
  • the degassed and filtered plastic melt reaches the discharge extruder 5 from the melt outlet 4.7.
  • the discharge extruder 5 conveys the plastic melt to a discharge pump 6 which feeds the final filter device 7 in order to carry out a final filtration of the plastic melt before the final processing.
  • the final processing is carried out by granulation in the granulating device 9.
  • the granulate produced is shown here, for example, in a granulate container 9.1 (as shown in FIG. 1).
  • the granules can now be extruded directly in a melt spinning device for the production of threads or for the production of films.
  • the multi-stage filtration of the plastic melt and the degassing of the plastic melt integrated with the second filtration result in a high degree of purity.
  • the multi-stage filtration enables essentially all solid foreign particles to be removed from the plastic melt.
  • FIG. 3 is essentially identical to the exemplary embodiment according to FIG. F, so that only the differences are explained at this point and otherwise reference is made to the above description.
  • the degassing device 4 is coupled to a residence reactor f0.
  • the degassing device 4 is located on an outlet side in a bottom area 4.7 connected to the indwelling reactor 10.
  • the filtered and degassed plastic melt of the degassing device 4 is fed directly to the inlet reactor 10 of the induction reactor 10.
  • the indwelling reactor 10 has a vacuum connection 10.2 on its outlet side.
  • the vacuum connection 10.2 is connected to a separate vacuum pump (not shown here) or alternatively to the vacuum pump 4.11 of the degassing device 4.
  • a driven worm shaft 10.1 is arranged, which supplies the plastic melt to a reactor outlet 10.3.
  • a discharge extruder 5 is directly coupled to the reactor outlet 10.3 in order to discharge the filtered and degassed plastic melt.
  • the discharge extruder 5 is also followed by a discharge pump 6 and an end filter device 7.
  • the end filter device 7 is connected upstream of the end processing device 8.
  • the finishing device 8 is formed in this case by an extrusion device 13 which has a plurality of spinning nozzles 10.1 for extruding fibers.
  • the degassing and ho mogenization of the plastic melt is intensified by the additional dwell gate 10. In this way, further gases that dissolve from the plastic melt can be removed via the vacuum connection 10.2.
  • the embodiment shown in FIG. 3 is particularly suitable for direct finishing of the recycled plastic material.
  • the exemplary embodiment of the invention according to FIG. 4 is provided.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 4 is essentially identical to the exemplary embodiment according to FIG. 3, so that only the differences are explained at this point.
  • the final filtered plastic melt is fed to a dynamic mixer 11.
  • the dynamic mixer 11 can be replaced by a static mixer or even supplemented.
  • the dynamic mixer 11 is associated with a secondary extruder 12, through which an additive is fed into the plastic melt.
  • the additive is thoroughly mixed with the plastic melt.
  • the plastic melt is then fed to the final processing device 8, which is formed in this exemplary embodiment by a granulating device 9.
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 4 is thus particularly suitable for producing conditioned plastic melts directly in the recycling process.
  • the embodiment shown in FIG. 4 is also well suited to communicate directly with an extrusion device 10 of a melt spinning device.
  • the properties of the melt according to the invention and the device according to the invention can also be adjusted in such a way that film extrusion and other applications are also possible. It is also possible to feed the recycled melt directly into the main stream of a polymerization. In this way, all production waste can be returned to the production process.
  • a further exemplary embodiment of the device according to the invention is shown in FIG. 5.
  • FIG. 5 The embodiment shown in FIG. 5 is essentially identical to the embodiment of FIG. 1, so that only the differences are explained below and otherwise reference is made to the above description.
  • a melt prepared from a recycled material is fed through a discharge pump 6 to a main melt stream 15.
  • the main melt stream 15 is generated by means of a poly condensation system 14.
  • a mixer 11 is integrated in the main melt stream 15.
  • the mixer 11 can be formed as a dynamic or static mixer or as a combination of both mixers.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 5 can advantageously be used in all production plants processing polymer melts, in order to continuously integrate all the production waste which arises into the process. It is also possible to feed a processed melt, for example from PET flakes, to a PET melt. For example, melt spinning systems for fiber and thread production or extrusion systems for film production can be operated without waste. The feed of the processed melt can, of course, also take place directly in partial streams which are branched from a main stream of a polycondensation device.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Recyceln von Kunststoffen in mehreren aufeinanderfolgenden Prozessschritten, wobei ein Polymer, bevorzugt ein Recycelmaterial durch einen Austragsextruder aufgeschmolzen, durch eine erste Filtereinrichtung unter einer Überdruck-Atmosphäre filtriert, mit einer Entgasungseinrichtung filtriert und entgast und durch einen Austragextruder ausgetragen wird, wobei zur Filtrierung und Entgasung die Entgasungseinrichtung zumindest ein Filterelement und eine Vakuumkammer mit einer Unterdruckatmosphäre aufweist, wobei die Kunststoffschmelze durch das Filterelement in die Unterdruckatmosphäre der Vakuumkammer führbar ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Recyceln von Kunststoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Recyceln von Kunststoffen in mehreren aufeinanderfolgenden Prozessschritten sowie eine Vorrichtung zum Recyceln von Kunststoffen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Aufgrund der weltweit zunehmenden Kunststoffabfällen wie beispielsweise die sogenannten PET-Flaschen gewinnt das Materialrecycling zur Wiedergewinnung von Kunststoffen immer mehr an Bedeutung. So sind im Stand der Technik viel- zählige Verfahren und Vorrichtungen zum Recyceln von Kunststoffen beschrie ben, um ein Recycelmaterial aufzuschmelzen und die Kunststoffschmelze an schließend intensiv zu filtrieren und zu entgasen, um eine möglichst hochreine Polymerschmelze für eine Wiederverwendung zu erhalten. Ein derart gattungsge mäßes Verfahren und Vorrichtung zum Recyceln von Kunststoffen geht bei- spielsweise aus der EP 2 853 374 Al hervor.
Bei dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung zum Recyceln von Kunststoffen wird ein Recycelmaterial zunächst aufgeschmolzen und anschlie ßend durch eine Filtration von Verunreinigungen befreit. Danach erfolgt eine Ent- gasung der Kunststoffschmelze in einem Abschnitt eines Schneckenextruders. Dabei sind lange Verweilstrecken erforderlich, um einen ausreichenden Kontakt zwischen der Kunststoffschmelze und einer Unterdruckatmosphäre zu erzeugen, damit alle flüchtigen Bestandteile aus der Kunststoffschmelze entfernt werden können. Derartig langgezogene Entgasungszonen besitzen jedoch grundsätzlich den Nachteil langer Verweilzeiten, die die Gefahr der Bildung von Zersetzungs stoffen innerhalb der Kunststoffschmelze begünstigen. Durch den beschränkten Raum und der geringen Entgasungsleistung werden auch oft mehrere Entgasungs stufen eingesetzt, welche die Entgasungsleistung erhöht, ohne jedoch eine Beein flussung der Schmelzviskosität zu ermöglichen. Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Recy celn von Kunststoffen zu schaffen, mit welchem möglichst hochreine Kunststoffe ohne Fremdpartikel und Gase herstellbar sind.
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, eine Wiedergewinnung der Kunst stoffschmelze mit möglichst wenigen Prozessschritten zu realisieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 7 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merk malskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.
Die Erfindung besitzt den besonderen Vorteil, dass die üblicherweise stattfinden den Prozessschritte Filtrierung und Entgasung erfindungsgemäß in einem Prozess schritt ausführbar sind. Durch die Filtrierung in einer Unterdruckatmosphäre lässt sich die filtrierte Kunststoffschmelze unmittelbar entgasen. So können großflächi ge Kontaktzonen zwischen der Kunststoffschmelze und der Unterdruckatmosphä re realisiert werden, damit die flüchtigen Bestandteile sich in relativ kurzer Ver weilzeit aus der Kunststoffschmelze lösen können. Zudem lässt sich durch die mehrstufige Filtrierung ein hoher Reinheitsgrad in der Kunststoffschmelz erzeu gen.
Durch eine erste Filtrierung der Kunststoffschmelze unter einer Überdruck- Atmosphäre können so zunächst grobe Festpartikel und Verunreinigungen aus dem aufgeschmolzenen Recycelmaterial entfernt werden. Die anschließende zwei te Filtrierung mit integrierter Entgasung kann entsprechend fein ausgeführt wer den, um zunächst die Feststoffe vor der eigentlichen Entgasung zu entfernen. Dadurch wird zusätzlich die Kunststoffschmelze im hohen Maße homogenisiert, so dass diese anschließend unmittelbar zu einer Endverarbeitung ausgetragen werden kann. Insbesondere kann neben der Filtration und Entgasung auch die Viskosität der Schmelze wieder aufgebaut werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht mit einem geringen apparativen Aufwand eine Wiedergewinnung eines reinen Kunststoffes. Hierzu weist die Ent gasungseinrichtung zumindest ein Filterelement und eine Vakuumkammer mit einer Unterdruckatmosphäre auf, wobei die Kunststoffschmelze durch das Fil terelement in die Unterdruckatmosphäre der Vakuumkammer führbar ist. Je nach Ausgestaltung des Filterelementes lassen sich somit sehr große Angriffsflächen zur Entgasung des gefilterten Kunststoffes realisieren. Die Verweilzeiten zum Entgasen der Kunststoffschmelze kann damit auf ein Minimum reduziert werden.
Um das Austreten der flüchtigen Fremdstoffe aus der Kunststoffschmelze inner halb der Vakuumkammer zu ermöglichen, ist die Unterdruckatmosphäre auf einen Unterdrück im Bereich von 0,5 mbar bis 50 mbar eingestellt. Die Unterdruckat mosphäre innerhalb der Vakuumkammer wird dabei in Abhängigkeit von einer Schichtdicke der Kunststoffschmelze an einer Austrittsfläche des Filterelementes gewählt. So lässt sich ein relativ hohes Vakuum erzeugen, um bei relativ dicken Schmelzschichten eine intensive Entgasung zu erhalten.
Die gereinigte Polymerschmelze wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in einem unterhalb des Filterelementes ausgebildeten Sumpf der Vakuumkammer gesammelt und durch einen Schmelzeauslass abgeführt. Es ist ein kontinuierlicher Schmelzefluss realisierbar, so dass nach der Entgasung die Kunststoffschmelze kontinuierlich zum Austragen dem Austragungsextruder zu- führbar ist.
Die Verfahrensvariante, bei welcher die Kunststoffschmelze nach der Filtrierung und Entgasung unter einer Unterdruckatmosphäre einem Verweilreaktor zur Ho mogenisierung und zum Fortsetzen der Entgasung zugeführt wird, ist besonders vorteilhaft, um die sogenannte Grenzviskosität (IV-Wert) zu erhöhen. So sind IV- Werte > 0,6 und auch >0,8 in einer vorher abgebauten PET-Kunststoffschmelze realisierbar.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist hierzu einen Verweilreaktor auf, der auf einer Einlassseite mit der Entgasungseinrichtung verbunden ist. Zudem weist der Verweilreaktor einen Vakuumanschluss auf, um die Unterdruckatmosphäre mit tels einer Vakuumpumpe zu erzeugen.
Die Kunststoffschmelze wird dabei durch eine angetriebene Schneckenwelle in nerhalb des Verweilreaktors umgewälzt und einem Reaktorauslass zugeführt.
Zur Aufbereitung der Kunststoffschmelze ist zudem die Verfahrensvariante be vorzugt ausgeführt, bei welcher die Kunststoffschmelze beim Austragen zu der Endverarbeitung ein drittes Mal unter einer Überdruckatmosphäre filtriert und anschließend mit einem Additiv dynamisch oder statisch vermengt wird. Insoweit können auch hochreine gefärbte und/oder additivierte Kunststoffschmelzen unmit telbar einer Endverarbeitung zugeführt werden.
Um einen kontinuierlichen Schmelzefluss zur Endverarbeitung erzeugen zu kön nen, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine dem Austragsextruder nachge- ordnete Austragspumpe auf, die mit einer Endfiltereinrichtung zusammenwirkt.
Zur Einmischung von Additiven beispielsweise von Farbpigmenten ist des Weite ren ein dynamischer Mischer mit einem Nebenextruder vorgesehen, der der End verarbeitung unmittelbar vorgeschaltet ist. Durch den Einsatz einer erfindungs gemäßen Vakuumfiltrierung und eines dynamischen oder statischen Mischers kann die Grenzviskosität und die Additivierung der Schmelze exakt auf das zu erzeugende Produkt optimiert werden.
Die Endverarbeitungseinrichtung ist durch eine Granulierungsvorrichtung zum Granulieren der Kunststoffschmelze oder durch eine Extrudiervorrichtung zum Extrudieren der Kunststoffschmelze zu Fasern oder Folien gebildet. Damit besteht die Möglichkeit, das erzeugte Kunststoffgranulat einem separaten Extrusionspro zess zugeführt wird. Alternativ kann jedoch die aufbereitete Kunststoffschmelze unmittelbar zur Erzeugung von Fasern oder Folien genutzt werden, die in der Extrudiervorrichtung erzeugt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Recyceln von Kunststoffen wird nachfol gend anhand einiger Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Recyceln von Kunststoffen unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
Es stellen dar:
Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor richtung zum Recyceln von Kunststoff
Fig. 2 schematisch eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Entgasungseinrichtung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1
Fig. 3 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Recyceln von Kunststoff
Fig. 4 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Recyceln von Kunststoff
Fig.5 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Recyceln von Kunststoff
In der Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrich tung zum Recyceln von Kunststoff schematisch dargestellt. Das Ausführungsbei spiel weist einen Aufschmelzeextruder 1 auf. Der Aufschmelzextruder 1 kann ein- oder mehrwellig ausgeführt sein und ist mit einem Extruderauslass 1.1 mit einer Filtereinrichtung 2 verbunden. Der Filtereinrichtung 2 folgt eine Schmelzepumpe 3, die über einen Pumpenantrieb 3.1 angetrieben wird. Die Schmelzpumpe 3 ist mit einer Entgasungseinrichtung 4 verbunden. Die Entgasungseinrichtung 4 weist einen Schmelzeauslass 4.7 auf, der einem Austragsextruder 5 zugeordnet ist. Dem Austragsextruder 5 folgt eine Austragspumpe 6 mit dem Pumpenantrieb 6.1 und eine Endfiltereinrichtung 7. Der Endfiltereinrichtung 7 ist eine Endverarbeitungs einrichtung 8 zugeordnet, die in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Granu liervorrichtung 9 gebildet ist.
Zur Erläuterung der Entgasungseinrichtung 4 wird nun Bezug auf die Darstellung in Fig. 2 genommen, in welcher die Entgasungseinrichtung 4 in einer Quer schnittsansicht dargestellt ist.
Die Entgasungseinrichtung 4 weist ein Gehäuse 4.1 auf, das in diesem Fall durch einen zylindrischen Topf einen Deckel gebildet ist. Innerhalb des Gehäuses 4.1 ist eine Vakuumkammer 4.2 ausgebildet. Innerhalb der Vakuumkammer 4.2 sind mehrere Filterelemente 4.4 in Form von hohlzylindrischen Filterkerzen angeord net. Die Filterelemente 4.4 weisen im Innern einen Druckraum 4.5 auf, der mit einem Schmelzeeinlass 4.6 am Gehäuse 4.1 verbunden ist. Die Filterelemente 4.4 sind am frei auskragenden Ende verschlossen und besitzen eine durchlässige Fil terwand.
Unterhalb der freien Ende der Filterelemente 4.4 ist in der Vakuumkammer ein Sumpf 4.8 ausgebildet. Der Sumpf 4.8 ist mit einem Schmelzeauslass 4.7 in dem Gehäuse 4.1 verbunden. Der Schmelzeauslass 4.7 ist mittig im Boden des Gehäu ses 4.1 angeordnet, wobei der Sumpf 4.8 sich trichterförmig oberhalb des Schmel zeauslasses 4.7 erstreckt.
Die Vakuumkammer 4.2 ist über einen Vakuumanschluss 4.3 mit einem Sammel behälter 4.10 und einer Vakuumpumpe 4.11 verbunden. Am Umfang des Gehäuses 4.1 ist eine Heizeinrichtung 4.9 angeordnet. Die Heiz einrichtung 4.9 weist vorzugsweise elektrische Heizmittel auf, die hier nicht dar gestellt sind.
Zur Erläuterung der Funktion des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 und der Ent gasungseinrichtung nach Fig. 2 wird Bezug zu beiden Figuren genommen.
Ein bereits aufbereitetes Recycelmaterial, beispielsweise PET-Flakes werden dem Aufschmelzeextruder 1 aufgebeben, der bevorzugt ohne jedoch auch mit einer Vakuumeinheit ausgeführt sein könnte. Der Aufschmelzeextruder 1 schmilzt das Recycelmaterial zu einer Kunststoffschmelze, die über den Extruderauslass 1.1 der Filtereinrichtung 2 zugeführt wird. In der Filtereinrichtung 2 wird die Kunst stoffschmelze mit eine relativ groben Filterfeinheit vorgefiltert, um Fremdpartikel und nicht aufgeschmolzene Partikel des Recycelmaterials aus der Kunststoff schmelze zu entfernen. Hierbei erfolgt die Filtrierung der Kunststoffschmelze in einer Überdruck-Atmosphäre, die im Wesentlichen durch den Austragextruder 1 erzeugt ist. Die vorgefilterte Kunststoffschmelze wird von der Schmelzepumpe 3 aufgenommen und unter einem vordefinierten Betriebsdruck der Entgasungsein richtung 4 zugeführt.
Die Kunststoffschmelze gelangt über den Schmelzeeinlass 4.6 in den Druckraum 4.5 der Entgasungseinrichtung 4 und durchdringt die Filterelemente 4.4. Dabei tritt die Kunststoffschmelze in die Vakuumkammer 4.2 der Entgasungseinrich tung. Innerhalb der Vakuumkammer 4.2 ist über die Vakuumpumpe 4.11 eine Unterdruckatmosphäre erzeugt. Die Unterdruckatmosphäre wird hierbei auf einen Wert im Bereich von 0,5 mbar bis max. 50 mbar eingestellt. Bevorzugt wird ein Vakuum in der Vakuumkammer 4.2 von < 2 mbar eingestellt. Die sich aufgrund der Unterdruckatmosphäre aus der Kunststoffschmelze entweichenden Gase und flüchtigen Bestandteile werden über den Vakuumanschluss 4.3 aus der Vakuum kammer 4.2 abgeführt und in dem Sammelbehälter 4.10 abgeschieden. Die ent- gaste Kunststoffschmelze sammelt sich in dem Sumpf 4.8 am Boden des Gehäu ses 4.1 und verlässt die Entgasungseinrichtung 4 über den Schmelzeauslass 4.7.
Von dem Schmelzeauslass 4.7 gelangt die entgaste und filtrierte Kunststoff schmelze in den Austragsextruder 5. Der Austragsextruder 5 fördert die Kunst stoffschmelze zu einer Austragspumpe 6, die die Endfiltereinrichtung 7 speist, um eine abschließende Filtrierung der Kunststoffschmelze vor der Endverarbeitung vorzunehmen. Die Endverarbeitung erfolgt durch eine Granulierung in der Granu liervorrichtung 9. Das erzeugte Granulat ist hier beispielhaft in einem Granulatbe hälter 9.1 (wie in Fig. 1 gezeigt) dargestellt. Das Granulat lässt sich nun direkt in einer Schmelzspinneinrichtung zur Herstellung von Fäden oder zur Herstellung von Folien extrudieren. Durch die mehrstufige Filtrierung der Kunststoffschmelze sowie der mit der zweiten Filtrierung integrierten Entgasung der Kunststoff schmelze wird ein hoher Reinheitsgrad erzeugt. Die mehrstufige Filtrierung er möglicht, dass im Wesentlichen alle festen Fremdpartikel aus der Kunststoff schmelze entfernt werden können.
Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass das Recycelmaterial un mittelbar nach dem Aufschmelzen und Reinigen einer Endverarbeitungseinrich tung zugeführt wird, die Fasern oder Folien extrudiert. Hierzu ist in Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Recyceln von Kunststoffen schematisch dargestellt.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist im wesentlichen identisch zu dem Aus führungsbeispiel nach Fig. f , so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläu tert werden und ansonsten Bezug zu der vorgenannten Beschreibung genommen wird.
Um insbesondere in der Kunststoffschmelze eine höhere Grenzviskosität herstel- len zu können, ist die Entgasungseinrichtung 4 mit einem Verweilreaktor f0 ge koppelt. Die Entgasungseinrichtung 4 ist auf einer Auslassseite in einem Boden- bereich 4.7 mit dem Verweilreaktor 10 verbunden. Insoweit wird die filtrierte und entgaste Kunststoffschmelze der Entgasungseinrichtung 4 direkt einem Einlassbe reich des Verweilreaktors 10 zugeführt. Der Verweilreaktor 10 besitzt auf seiner Auslassseite einen Vakuumanschluss 10.2. Der Vakuumanschluss 10.2 ist mit einer separaten Vakuumpumpe (hier nicht dargestellt) oder alternativ mit der Va kuumpumpe 4.11 der Entgasungseinrichtung 4 verbunden. Innerhalb des Verweil reaktors 10 ist eine angetriebene Schneckenwelle 10.1 angeordnet, die die Kunst stoffschmelze einem Reaktorauslass 10.3 zuführt. An dem Reaktorauslass 10.3 ist ein Austragsextruder 5 direkt gekoppelt, um die filtrierte und entgaste Kunststoff schmelze auszutragen. Hierbei folgt dem Austragsextruder 5 ebenfalls eine Aus tragspumpe 6 und eine Endfiltereinrichtung 7. Die Endfiltereinrichtung 7 ist der Endverarbeitungseinrichtung 8 vorgeschaltet. Die Endverarbeitungseinrichtung 8 ist in diesem Fall durch eine Extrudiervorrichtung 13 gebildet, die mehrere Spinn düsen 10.1 zum Extrudieren von Fasern aufweist.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Entgasung und Ho mogenisierung der Kunststoffschmelze noch durch den zusätzlichen Verweilreak tor 10 intensiviert. So lässt sich über den Vakuumanschluss 10.2 weitere sich aus der Kunststoffschmelze lösesende Gase entfernen. Am Beispiel einer PET- Kunststoffschmelze konnte auch gezeigt werden, dass eine Grenzviskosität mit einem IV-Wert >0,8 realisierbar ist. Insoweit ist das in Fig. 3 dargestellte Ausfüh rungsbeispiel besonders geeignet, um eine direkte Endverarbeitung des recycelten Kunststoffmaterials auszuführen.
Um beispielsweise eine gefärbte Kunststoffschmelze zu erzeugen, ist das Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 4 vorgesehen. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist im wesentlichen identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die endgefilterte Kunst stoffschmelze einem dynamischen Mischer 11 zugeführt. Grundsätzlich könnte der dynamische Mischer 11 durch einen statischen Mischer ersetzt oder sogar er gänzt werden. Dem dynamischen Mischer 11 ist ein Nebenextruder 12 zugeord net, durch welchen ein Additiv in die Kunststoffschmelze eingespeist wird. In dem dynamischen Mischer 11 erfolgt eine intensive Durchmischung des Additivs mit der Kunststoffschmelze. Die Kunststoffschmelze wird anschließend der End verarbeitungseinrichtung 8 zugeführt, die in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Granuliervorrichtung 9 gebildet wird.
Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel ist somit besonders geeignet, um konditionierte Kunststoffschmelzen direkt im Recyclingprozess zu erzeugen. In soweit ist das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel auch gut geeignet, um direkt mit einer Exrudiervorrichtung 10 einer Schmelzspinneinrichtung zu kom munizieren.
Die Schmelze kann in ihren Eigenschaften durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung auch so eingestellt werden, dass auch eine Folienextrusion und andere Anwendungen möglich sind. Auch das direkte Ein speisen der recycelten Schmelze in den Hauptstrom einer Polymerisation ist mög lich. So lassen sich alle Produktionsabfälle in den Produktionsprozess zurückfüh ren. Hierzu ist in Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt.
Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel ist im wesentlich identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so dass nachfolgend nur die Unterschiede erläu tert werden und ansonsten Bezug zu der vorgenannten Beschreibung genommen wird.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wir eine aus einem Recycel material aufbereitetet Schmelze durch eine Austragspumpe 6 einem Haupt schmelzstrom 15 zugeführt. Der Hauptschmelzstrom 15 wird mittels einer Poly kondensationsanlage 14 erzeugt. Um die eingespeiste Recycelschmelze mit einer Produktionsschmelze der Polykondensationsanlage zu vermengen, ist ein Mischer 11 in dem Hauptschmelzstrom 15 eingebunden. Der Mischer 11 kann als dynami scher oder statischer Mischer oder als eine Kombination beider Mischer gebildet sein.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 lässt sich vorteilhaft in allen Polymer schmelzen verarbeitenden Produktionsanlagen einsetzen, um kontinuierlich alle anfallenden Produktionsabfälle in den Prozess einzubinden. Ebenso ist es mög lich, eine aufbereitete Schmelze beispielweise aus PET-Flakes einer PET- Schmelze zuzuführen. So können beispielweise Schmelzspinnanlagen zur Faser und Fadenherstellung oder Extrusionsanlagen zur Folienherstellung ohne Abfall betrieben werden. Die Einspeisung der aufbereiteten Schmelze kann natürlich auch direkt in Teilströmen erfolgen, die von einem Hauptstrom einer Polykonden sationseinrichtung abgezweigt sind.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Recyceln und Aufbereiten von Kunststoffen in meh reren aufeinander folgenden Prozessschritten mit zumindest:
1.1. einem Aufschmelzen eines thermoplastischen Polymers, be vorzugt eines Recycelmaterials durch einen Aufschmelzextru der;
1.2. einer ersten Filtrierung der Kunststoffschmelze unter einer Überdruck- Atmosphäre;
1.3. einer Entgasung bei einer zweiten Filtrierung der Kunststoff schmelze unter einer Unterdrück- Atmosphäre und
1.4. ein Austragen der Kunststoffschmelze zu einer Endverarbei tung, vorzugsweise zu einem Granulieren oder Extrudieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kunststoffschmelze in dem Prozessschritt zur zweiten Filtrierung durch ein Filterelement in ein Vakuum einer Vakuumkammer ge drückt wird, wobei feste Fremdpartikel vom Filterelement aufge- nommen werden und wobei flüchtige Gase in der Vakuumkammer gesammelt und abgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Unter druck- Atmosphäre in der Vakuumkammer auf einen Unter drück im Bereich von 0,5 mbar bis 50 mbar eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kunststoffschmelze in einem Sumpf der Vakuumkammer ge- sammelt und durch einen Schmelzauslass abgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kunststoffschmelze nach der Filtrierung und Entgasung unter ei ner Unter druck- Atmosphäre einem Verweilreaktor zur Homogenisie rung und zum Fortsetzen der Entgasung zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kunststoffschmelze beim Austragen zu der Endverarbeitung ein drittes Mal unter einer Überdruck- Atmosphäre filtriert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kunststoffschmelze nach der dritten Filtrierung mit einem Addi tiv dynamisch und/oder statisch vermengt wird.
8. Vorrichtung zum Recyceln von Kunststoffen mit einem Aufschmel zextruder (1) zum Aufschmelzen eines Polymers, bevorzugt eines Recycelmaterials, mit einer Filtereinrichtung (2) zum Filtern der Kunststoffschmelze, mit einer Entgasungseinrichtung (4) zum Ent gasen der Kunststoffschmelze und mit einem Austragsextruder (5) zum Austragen der Kunststoffschmelze zu einer Endverarbeitungs einrichtung (8),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Entgasungseinrichtung (4) zumindest ein Filterelement (4.4) und eine Vakuumkammer (4.2) mit einer Unter druck- Atmosphäre auf weist, wobei die Kunststoffschmelze durch das Filterelement (4.4) in die Unterdruck-Atmosphäre der Vakuumkammer (4.2) führbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Unter druck- Atmosphäre in der Vakuumkammer (4.2) durch eine Vakuumpumpe (4.11) auf einen Unterdrück im Bereich von 0,5 mbar bis 50 mbar erzeugbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einem Bodenbereich der Vakuumkammer (4.2) ein Sumpf (4.8) unterhalb des Filterelementes (4.4) ausgebildet ist, der mit einem
Schmelzauslass (4.7) der Entgasungseinrichtung (4) verbunden ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Entgasungseinrichtung (4) in einem Bodenbereich (4.7) mit ei nem Verweilreaktor (10) verbunden ist und dass der Verweilreaktor (10) über einen Vakuumanschluss (10.2) mit einer Vakuumpumpe (4.11) verbunden ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verweilreaktor (10) eine angetriebene Schneckenwelle (10.1) aufweist, wobei der Verweilreaktor (10) über einen Reaktorauslass (10.3) mit dem Austragsextruder (5) verbunden ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
dem Austragsextruder (5) eine Austragspumpe (6) und eine Endfil tereinrichtung (7) nachgeordnet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Endfiltereinrichtung (7) ein dynamischer und/oder statischer Mi scher (11) mit einem Nebenextruder (12) nachgeordnet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Endverarbeitungseinrichtung (8) durch eine Granulierungsvor richtung (9) zum Granulieren der Kunststoffschmelze und/oder durch eine Extrudiervorrichtung (13) zum Extrudieren der Kunst stoffschmelze zu Fasern oder Folien gebildet ist.
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