NL2019534B1 - Werkwijze voor het verwerken van een thermoplast tot een monolithisch element zoals een tegel, en houder - Google Patents

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verwerken van een thermoplast tot een monolithisch element zoals een tegel, omvattende de stappen van: - het verschaffen van een houder met een bodem en een van de bodem opstaande omtrekswand; - het in de houder in stukken, zoals in flakes, aanbrengen van een thermoplast; - het gedurende een eerste smeltstap verwarmen van de bodem en/of omtrekswand van de houder zodanig dat ten minste de aan de bodem en/of omtrekswand grenzende delen van de in de houder aangebrachte thermoplast smelten; en - het na de eerste smeltstap gedurende een tweede smeltstap smelten van de inhoud van de houder door ten minste warmtestraling te richten op de inhoud van de houder. De uitvinding heeft voorts betrekking op een houder.

Description

Werkwijze voor het verwerken van een thermoplast tot een monolithisch element zoals een tegel, en houder

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verwerken van een thermoplast tot een monolithisch element zoals een tegel.

Thermoplasten, zoals bijvoorbeeld polyethyleentereftalaat, worden voor allerlei toepassingen gebruikt, bijvoorbeeld als verpakking voor allerlei soorten goederen, zoals voedsel. Nadat het verpakte goed uit de verpakking verwijderd is, komt de thermoplast veelal in een al dan niet gescheiden afvalstroom bekend. Het is wenselijk om deze thermoplasten uit duurzaamheidsoverwegingen te recyclen.

Hiervoor zijn diverse technieken bekend, echter met name het recyclen van polyethyleentereftalaat vormt met de op dit moment bekende technieken een grote uitdaging. De huidige problemen worden onder meer toegelicht in het rapport "PET-trays: op weg naar structurele oplossingen", van het Kennisinstituut Duurzaam Verpakken d.d. 4 oktober 2016.

Een eerste bekende technologie is bekend uit patentpublicatie WO 2008/042385 A2 . Hierbij wordt polyethyleentereftalaat, samen met een aantal andere stoffen verwerkt. Het resulterende materiaal reduceert het aandeel daadwerkelijk gerecycled materiaal en verslechtert daarmee de recycling.

Een tweede bekende technologie voor het verwerken van polyethyleentereftalaat omvat het tot een monolithisch materiaal verwerken van amorf polyethyleentereftalaat door middel van spuitgieten in een mal. Ook deze technologie heeft een aantal nadelen. Bij spuitgieten is het vereist dat het materiaal gedurende een langere periode wordt in de mal blijft, zowel bij verwarming als afkoelen. Omdat een mal voor spuitgieten evenals de resterende benodigde apparatuur voor spuitgieten kostbaar is in aanschaf wordt de werkwijze kostbaar, omdat slechts één monolithisch element tegelijkertijd gefabriceerd kan worden. Bovendien is het element dat ontstaat in uiterlijk sterk verschillend van bijvoorbeeld marmer.

Bovendien is de betreffende technologie in het bijzonder niet geschikt gebleken meerlaags polyethyleentereftalaat, zoals polyethyleentereftalaat gecombineerd met ethyleen vinylalcohol (PET-EVOH), polyethyleen of een laklaag.

Het is nu een doel van de uitvinding om de bovengenoemde problemen te verminderen of zelfs te voorkomen.

Dit doel wordt bereikt met behulp van een werkwijze voor het verwerken van een thermoplast tot een monolithisch element zoals een tegel, omvattende de stappen van: - het verschaffen van een houder met een bodem en een van de bodem opstaande omtrekswand; - het in de houder in stukken, zoals in flakes, aanbrengen van een thermoplast; - het gedurende een eerste smeltstap verwarmen van de bodem en/of omtrekswand van de houder zodanig dat ten minste de aan de bodem en/of omtrekswand grenzende delen van de in de houder aangebrachte thermoplast smelten; en - het na de eerste smeltstap gedurende een tweede smeltstap smelten van de inhoud van de houder door ten minste warmtestraling te richten op de inhoud van de houder.

Als gevolg van de verhitting zullen de stukken smelten en aan elkaar groeien en daarmee een monolithisch element vormen.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding worden in de eerste smeltstap de wanden en bodem van de houder verwarmd, zodat de thermoplast nabij deze wanden en bodem zal smelten. Gedurende deze eerste smeltstap heeft lucht tussen de stukken thermoplast de kans om te ontsnappen. Aan het einde van deze stap is de thermoplast nabij de omtrekswand in veel gevallen iets verkleurd en naar beneden gevallen ten opzichte van de thermoplast op afstand van de omtrekswand.

Tijdens de tweede smeltstap wordt warmtestraling gericht op de inhoud van de houder, bij voorkeur vanaf de open bovenzijde van de houder. Ook tijdens deze tweede smeltstap gaat men, naast het smelten door warmtestraling, bij voorkeur nog steeds door met het smelten van de thermoplast volgens de procedure tijdens de eerste smeltstap.

De eerste smeltstap duurt bij voorkeur langer dan de tweede smeltstap. Bij voorkeur duurt de eerste smeltstap ongeveer 5 keer zo lang als de tweede smeltstap. De lengte van de eerste smeltstap wordt hierdoor bepaald door het moment dat de thermoplast nabij de omtrekswand naar beneden is gevallen en, indien van toepassing, verkleurd is. In veel gevallen is de lengte van deze eerste smeltstap in de orde van 25 minuten, hetgeen betekent dat in dat geval de tweede smeltstap ongeveer 5 minuten duurt.

Het verdient de voorkeur om de verwarming plaats te doen vinden op een temperatuur ongeveer 40 tot 80 en bij voorkeur ongeveer 60 graden Celsius boven het smeltpunt van de gekozen thermoplast.

De stukken zijn bijvoorbeeld flakes of granulaat, of andere soorten van vermalen of verpulverd materiaal. Deze zijn bij voorkeur gelijkmatig over de houder verdeeld.

Met de werkwijze volgens de uitvinding is het mogelijk om een vlak monolithisch homogeen element te verkrijgen zonder luchtbubbels en interne spanningen dat dus niet doorbuigt, en met een glanzend oppervlak.

In een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding bestaat de thermoplast ten minste gedeeltelijk en bij voorkeur in hoofdzaak of volledig uit polyethyleentereftalaat (PET), zoals amorf PET (a-PET), (semi)kristallijn PET (c-PET), polyethyleentereftalaatglycol (PETG) of meerlaags polyethyleentereftalaat, zoals polyethyleentereftalaat gecombineerd met ethyleen vinylalcohol (PET-EVOH), polyethyleen of een laklaag, of uit een mengsel van een of meerdere van deze stoffen.

Het is gebleken dat de werkwijze zich zeer goed leent voor de verwerking van deze stoffen, of een mengsel hiervan, en dat het daarbij niet langer nodig is om additieven zoals hechtmiddelen toe te voegen. Indien een meerlaags-PET wordt gebruikt, dan is gebleken dat het voordelig is om een in hoofdzaak semi-kristallijn meerlaags-PET te gebruiken.

Gelet op het smeltpunt van polyethyleentereftalaat van 260 graden Celsius verdient het de voorkeur om de gebruikte oven te verwarmen op een temperatuur van tussen de 300 en 340 graden Celsius, bij voorkeur ongeveer 320 graden Celsius.

In een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding omvat de werkwijze verder de stappen van: - het verschaffen van een deksel; - het voorafgaand aan de eerste smeltstap plaatsen van het deksel op de houder; - het na de eerste smeltstap en bij voorkeur voor de tweede smeltstap verwijderen van het op de houder geplaatste deksel.

Door een deksel te verschaffen welke tijdens de eerste smeltstap de bovenkant van de houder afdekt, en welke tijdens de tweede smeltstap verwijderd is van de bovenkant van de houder, is het mogelijk om de twee stappen in hetzelfde apparaat uit te voeren, zoals bijvoorbeeld een oven zoals een oven met een keramische plaat. Het deksel op de in de oven geplaatste houder houdt daarbij warmtestraling die in hoofdzaak alleen tijdens de tweede smeltstap de thermoplast bereikt in de eerste smeltstap tegen en werkt op die manier als een soort van hitteschild.

In een derde voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding omvat de werkwijze de stap van het na de eerste en tweede smeltstap koelen van de thermoplast.

Na het koelen is het makkelijk om het gevormde monolithisch element met de handen vast te pakken voor verdere verwerking.

In een vierde voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding omvat de stap van het koelen van de thermoplast de stap van het in de houder met het deksel op de houder op kamertemperatuur afkoelen van de inhoud van de houder.

Door het gevormde monolithisch element in de houder af te koelen vindt een geleidelijke afkoeling plaats, hetgeen de kans op scheurvorming en/of spanningsopbouw in het monolithisch element verkleint.

In een vijfde voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding ligt de thermoplast slechts onder zijn eigen gewicht in de houder.

Doordat de thermoplast tijdens de werkwijze slechts onder zijn eigen gewicht in de houder ligt (de thermoplast wordt dus niet geperst) wordt de mogelijkheid van barstvorming tijdens het afkoelen van het gevormde monolithisch element verkleind of zelfs vermeden. Vanzelfsprekend zal de relatief op afstand van de bodem van de houder aangebrachte thermoplast wel druk uitoefenen op de meer nabij de bodem aangebracht thermoplast. De oriëntatie van de houder is vanwege het niet gebruiken van persen tijdens de smeltstappen horizontaal.

Doordat de stukken daarbij niet geperst worden zullen de kleuren van het materiaal uitwaaieren, waardoor het verkregen monolithisch element in uiterlijk sterke overeenkomsten heeft met marmer, in tegenstelling tot monolithische elementen geproduceerd met spuitgieten.

In een zesde voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding omvat de werkwijze verder de stappen van: - het na de tweede smeltstap verwijderen van het gevormde monolithisch element uit de houder; en - het afwerken van het verwijderde monolithisch element, zoals door schuren, in stukken zagen, primen, lasersnijden, waterstraalsnijden en/of lasergraveren.

Door het afwerken is het mogelijk om het gevormde monolithisch element klaar te maken voor verder gebruik. Schuren, zagen, primen, lasersnijden, waterstraalsnijden en lasergraveren zijn op zich bekende technieken die voordelig gebruikt kunnen worden. Bij voorkeur houdt het schuren een stap in waarbij de bovenzijde (die in de houder op afstand van de bodem heeft gelegen) vlak wordt gemaakt, in hoofdzaak parallel lopend aan de zijde die parallel aan en tegen de bodem van de houder aan heeft gelegen.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een houder voor gebruik in de werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, omvattend: - een bodem; - een van de bodem opstaande omtrekswand; en - een bij voorkeur van de houder losneembaar deksel.

Een dergelijke houder kan in de werkwijze gebruikt worden om de thermoplast in aan te brengen. Het deksel zorgt er daarbij voor dat in de eerste smeltstap de warmtestraling in hoofdzaak wordt tegengehouden en dat het smelten in hoofdzaak via conductie langs de bodem en omtrekswand plaatsvindt, terwijl na het verwijderen van het deksel in de tweede smeltstap de thermoplast ook smelt onder invloed van warmtestraling. Het kan hierbij gaan om een los deksel, maar bijvoorbeeld ook om een deksel die aan de houder langs bijvoorbeeld een scharnier scharnierbaar tussen een geopende en gesloten stand aan de houder bevestigd is.

In een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van de houder volgens de uitvinding is de houder en bij voorkeur het deksel van de houder voorzien van een of meerdere ventilatieopeningen.

Door in de houder ventilatieopeningen te voorzien, is het mogelijk om lucht en warmte te laten ontsnappen die zich tijdens de smeltstappen in de houder ophoopt. De ventilatieopeningen zijn hierbij bij voorkeur zodanig klein dat in de eerste stap eventueel in de gebruikte inrichting aanwezige warmtestraling gericht op de in de houder aanwezige thermoplast in hoofdzaak wordt tegengehouden.

Op het moment dat het deksel voorafgaand aan de tweede smeltstap wordt verwijderd, dan is de noodzaak voor de aanwezigheid van specifieke ventilatieopeningen in de houder niet langer aanwezig, omdat in dat geval de opening in de houder die tijdens de eerste smeltstap werd afgedekt door het deksel als ventilatieopening kan fungeren.

In een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van de houder volgens de uitvinding is de houder aan de naar de thermoplast gerichte zijde glad.

Door de houder aan de binnenzijde glad te maken is het makkelijker om het na de eerste en tweede smeltstap gevormde monolithisch element uit de houder te verwijderen. Dit glad maken kan bijvoorbeeld gebeuren door polijsten, of door de houder aan de binnenkant lang de omtrekswand of bodem te voorzien van een lossende coatinglaag. Een lossende coatinglaag heeft hierbij als voordeel ten opzichte van polijsten dat het niet nodig is om de houder te demonteren.

In een derde voorkeursuitvoeringsvorm van de houder volgens de uitvinding, waarbij de houder opgebouwd is uit vlakke, van elkaar losneembare, plaatdelen en bevestigingsmiddelen voor het aan elkaar bevestigen van de plaatdelen.

Het opbouwen van de houder uit plaatdelen en bevestigingsmiddelen (zoals bouten, schroeven en moeren zoals vleugelmoeren) heeft als voordeel dat het gemakkelijker is om de houder uit elkaar te halen zodat het in de werkwijze gevormde monolithisch element eenvoudig te verwijderen is voor verder gebruik. Het is bovendien voordelig om de wanden en bodem van de houder als plaatdeel uit te voeren, omdat plaatdelen na gebruik in de werkwijze makkelijker te reinigen zijn, bijvoorbeeld door middel van polijsten.

Naast de plaatdelen en bevestigingsmiddelen bestaat ook de mogelijkheid om bijvoorbeeld een veerring tussen een moer en een plaatdeel aan te brengen.

Deze en andere aspecten van de uitvinding worden verder toegelicht aan de hand van de bijgaande tekeningen.

Figuur IA en 1B tonen een houder volgens de uitvinding, respectievelijk in gemonteerde toestand en met uiteengenomen delen.

Figuur 2 toont de houder volgens figuur IA en 1B, gevuld met thermoplast.

Figuur 3 toont een stroomschema van de werkwijze volgens de uitvinding.

In de figuren IA en 1B is een houder 1 volgens de uitvinding getoond, opgebouwd uit een grondplaat 2, een bodemplaat 3 en bovenplaat 4. Tussen bodemplaat 3 en bovenplaat 4 is een uit vlakke plaatdelen 5 opgebouwde omtrekswand opgebouwd, welke plaatdelen aan de naar elkaar gerichte kant gepolijst is. Grondplaat 2 en bovenplaat 4 zijn door middel van schroeven 6 met vleugelmoeren 7 aan elkaar bevestigd. Plaatdelen 5 zijn met aan alle zijkanten aangebrachte bouten 8 aan elkaar bevestigd en worden door grondplaat 2 en bovenplaat 4 ingeklemd. Op de houder 1 kan een deksel 9 geplaatst zijn, die de bovenkant van de houder 1 afdekt. In het deksel 9 zijn ventilatieopeningen 10 aangebracht en een handgreep 11 met opening 12 zodat het deksel 9 uitgelijnd met een van de schroeven 6 met vleugelmoeren 7 op de houder kan liggen. Gevuld met thermoplast wordt de houder 1 op deze wijze gebruikt in de eerste smeltstap.

De houder is in figuur 2 getoond zoals deze in de tweede smeltstap wordt gebruikt. In dit geval is het deksel 9 verwijderd. Hierdoor is nu zichtbaar dat in de houder flakes thermoplast 100 gelijkmatig verdeeld zijn aangebracht. Aan het einde van de eerste smeltstap zullen de delen 100a nabij de plaatdelen 5 verkleurd en iets naar beneden gevallen ten opzichte van de rest 100b van het zichtbare oppervlak van de flakes 100.

In een werkwijze 200 volgens de uitvinding verschaft men een houder 1 (stap 201), wordt de houder 1 gevuld met thermoplastflakes (stap 202), wordt deksel 9 over de houder 1 geplaatst zoals getoond in figuur IA (stap 203), worden wanddelen 5 en grondplaat 2 en bodemplaat 3 verwarmd zodat gebied 100a smelt (stap 204), het verwijderen van deksel 9 (stap 205), het smelten van de volledige inhoud van houder 1 door verwarmen van wanddelen 5 en richten van warmtestraling door de bovenplaat 4 op de thermoplast 100 (stap 206), het afkoelen van het in de stappen gevormde monolithische element (stap 207).

Claims (11)

1. Werkwijze voor het verwerken van een thermoplast tot een monolithisch element zoals een tegel, omvattende de stappen van: - het verschaffen van een houder met een bodem en een van de bodem opstaande omtrekswand; - het in de houder in stukken, zoals in flakes, aanbrengen van een thermoplast; - het gedurende een eerste smeltstap verwarmen van de bodem en/of omtrekswand van de houder zodanig dat ten minste de aan de bodem en/of omtrekswand grenzende delen van de in de houder aangebrachte thermoplast smelten; en - het na de eerste smeltstap gedurende een tweede smeltstap smelten van de inhoud van de houder door ten minste warmtestraling te richten op de inhoud van de houder.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de thermoplast ten minste gedeeltelijk en bij voorkeur in hoofdzaak of volledig bestaat uit polyethyleentereftalaat (PET), zoals amorf PET (a-PET), (semi)kristallijn PET (c-PET), polyethyleentereftalaatglycol (PETG) of meerlaags polyethyleentereftalaat, zoals polyethyleentereftalaat gecombineerd met ethyleen vinylalcohol (PET-EVOH), polyethyleen of een laklaag, of uit een mengsel van een of meerdere van deze stoffen.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij de werkwijze verder de stappen omvat van: - het verschaffen van een deksel; - het voorafgaand aan de eerste smeltstap plaatsen van het deksel op de houder; - het na de eerste smeltstap en bij voorkeur voor de tweede smeltstap verwijderen van het op de houder geplaatste deksel.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, verder omvattend de stap van het na de eerste en tweede smeltstap koelen van de thermoplast.

5. Werkwijze volgens conclusie 3 en 4, waarbij de stap van het koelen van de thermoplast de stap omvat van het in de houder met het deksel op de houder op kamertemperatuur afkoelen van de inhoud van de houder.

6. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de thermoplast slechts onder zijn eigen gewicht in de houder ligt.

7. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, verder omvattende de stappen van: - het na de tweede smeltstap verwijderen van het gevormde monolithisch element uit de houder; en - het afwerken van het verwijderde monolithisch element, zoals door schuren, in stukken zagen, primen, lasersnijden, waterstraalsnijden en/of lasergraveren.

8. Houder voor gebruik in de werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, omvattend: - een bodem; - een van de bodem opstaande omtrekswand; en - een bij voorkeur van de houder losneembaar deksel.

9. Houder volgens conclusie 8, waarbij de houder en bij voorkeur het deksel van de houder voorzien is van een of meerdere ventilatieopeningen.

10. Houder volgens conclusie 8 of 9, waarbij de houder aan de naar de thermoplast gerichte zijde ten minste gedeeltelijk glad.

11. Houder volgens conclusie 8, 9 of 10, waarbij de houder opgebouwd is uit vlakke, van elkaar losneembare, plaatdelen en bevestigingsmiddelen voor het aan elkaar bevestigen van de plaatdelen.