Verfahren zur Wiedergewinnung von Polyestern oder Polyestergemischen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiedergewinnung von Polyestern oder Polyestergemischen aus Polyester oder Polyester enthaltenden Abfällen. Polyester haben sich für viele Applikationen als beson- ders geeignete Kunststoffe erwiesen. So werden sie in der Lebensmittelindustrie als Verpackungsmittel oder für Behälter eingesetzt. Ein anderes wichtiges Einsatzgebiet für Polyesterkunststoffe sind Leiterplatten für die Elektronikindustrie.
Da für die Wiederverwendung von Kunststoffen aus Polyester hohe Qualitätsanforderungen gestellt werden und bereits benutzte im Recyclingkreislauf geführte Abfälle teilweise bedruckt, mit Etiketten beklebt oder in Form von Verbundwerkstoffen, wie im Falle der Leiterplatten enthalten sind, sind der Wiederverwendung bisher Grenzen gesetzt, da entweder die erreichbare Qualität oder auch der finanzielle Aufwand für die Aufarbeitung dem entgegen stehen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit vorzuschlagen, mit der Polyester oder Polyestergemi- sche kostengünstig und in guter Qualität wiedergewonnen werden können und so die natürlichen Ressourcen geschont werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungs- formen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich mit den in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmalen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Wiedergewinnung von Polyestern oder Polyestergemischen aus Polyester oder Polyester enthaltenden Abfällen wird so vorgegangen, dass die entsprechenden vorsortierten Abfälle in einem Dicarbonsäuredialkylesterbad erwärmt werden, wobei sich die Polyesteranteile bei einer Temperatur oberhalb 150 °C, bevorzugt oberhalb 180 °C und ganz besonders bevorzugt kurz unterhalb der Siedetemperatur von Dicarbonsäuredialkylester oder einem Dicarbonsäuredialkylestergemisch, die bei ca. 210 °C liegt, gelöst wird.
Dabei sollten die Abfälle vorab gereinigt und von Verunreinigungen befreit werden, wobei eine Siebung und/oder eine Wäsche gegebenenfalls mit Schwimm-Sink- Trennung durchgeführt werden kann.
Günstig ist es auch, die Abfälle vor dem Lösevorgang mechanisch zu zerkleinern, so dass die Oberflächenverhältnisse zum Lösen verbessert werden.
Als ein besonders geeignetes Dicarbonsäuredialkyle- stergemisch hat sich das unter der Bezeichnung DBE von der Firma DuPont kommerziell erhältliche erwiesen.
Die gelösten Polyester können aus der Dicarbonsäure- dialkylesterlösung durch eine mechanische und/oder
thermische fest-flüssig Trennung separiert werden. Dabei kann es sich allein um eine herkömmliche Fällung handeln.
Günstiger ist es jedoch, das Dicarbonsäuredialkyl- ester oder ein Dicarbonsäuredialkylestergemisch bis oberhalb der Siedetemperatur weiter zu erwärmen und zu verdampfen, so dass das Polyester durch Trocknung gewonnen werden kann.
Selbstverständlich kann auch eine Kombination von Fällung und Verdampfung eingesetzt werden. Mit der Fällung können außerdem andere feste, d.h. in Dicar- bonsäuredialkylester nicht lösliche Elemente und Ver- bindungen separiert werden.
Eine solche Separation kann beispielsweise adsorptiv, durch eine Filterung oder durch Separation im Zentrifugalfeld erreicht werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es außerdem möglich, andere Kunststoffe außer Polyestern durch Lösen in Dicarbonsäuredialkylester wieder zu gewinnen. Dabei kann es sich um Polyolefine handeln, die dann in Vorstufen, bei denen niedrigere Temperaturen zum Lösen eingehalten werden, in Lösung gehen und abgetrennt werden.
Die Separation von Polyester kann dann im Nachgang an die Separation der anderen Kunststoffarten bzw. auch anderer in Dicarbonsäuredialkylester löslicher Substanzen selektiv durchgeführt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch sehr vorteilhaft, dass der Verbrauch an frischem Dicarbon-
säuredialkylester durch Rückführung des verdampften und anschließend kondensierten Dicarbonsäuredialkyl- esters verringert wird.
Neben dem bereits erwähnten DBE können auch andere Dicarbonsäuredialkylester oder Dicarbonsäuredialkyle- stergemische z.B. Diethylester oder Diemethylester von Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäu- re und/oder Adipinsäure eingesetzt werden.
Für die Wiedergewinnung geeignete Polyester sind Polyethylenterephthalat (PET) und/oder Polybutylen- therephthalat (PBT) .
Sollen die wieder gewonnenen Polyester wieder, beispielsweise in der Lebensmittelindustrie zu Verpa- kungszwecken oder als Behältnisse für Getränke eingesetzt werden, sollte die fest-flüssig Trennung zumindest soweit durchgeführt werden, dass der Anteil an Dicarbonsäuredialkylester unterhalb 15 ppm gehalten wird.
Wird zum Lösen der Kunststoffe reines Dicarbonsäuredialkylester (DBE) verwendet, kann in der Lösung Po- lyester mit einem Anteil von bis zu 20 % enthalten sein. Für bestimmte Anwendungsfälle können aber auch Lösungen von Dicarbonsäuredialkylester oder entsprechende Emulsionen, in denen Dicarbonsäuredialkylester enthalten ist, vorteilhaft eingesetzt werden.
Mit der Erfindung können die Kosten für das erhaltene Polyesterrecyclat gegenüber entsprechender Neuware auf bis zu 50 % reduziert werden.
Wie bereits erwähnt, können auch die Polyesteranteile
von Abfällen in Form von Verbundmaterialien, z.B. metallisierte Polyethylenterephthalatfolien und selbstverständlich auch anderweitig verschmutzte bzw. beklebte oder bedruckte Abfälle erfindungsgemäß ver- arbeitet und der Polyesteranteil neben den Metallen wiedergewonnen werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es außerdem vorteilhaft, dass auf zusätzliche Fällungsmittel ver- ziehtet werden kann und keine zweite flüssige oder auch eine zusätzliche Gasphase anfällt und dementsprechend keine spezielle Fällapparatur und keine energie- und kostenintensive Löse- und Fällmittelaufbereitung erforderlich ist.
Bei Versuchen, bei denen PET-Abfälle (Soft-Drink-Fla- schenschredder) sowie flexible Leiterbahnen, Kupfer beschichtete PET-Folie, bei verschiedenen S/L-Ver- hältnissen eingesetzt und Temperatur-Zeitbelastungen eingehalten worden sind, wurde mittels HPLC/MS-Mes- sungen keine signifikante Zunahme der Oligomere festgestellt. Mit Hilfe der Hochtemperatur-headspace-Gas- chromatographie (HS-GC) wurde ein Anstieg des Anteils an Acetaldehyd, aber ansonsten keine Veränderung und insbesondere keine Umesterung festgestellt, die die Eigenschaften der Polyester negativ beeinflusst.
Das erhaltene PET-Recyclat wies eine geringfügig verringerte Glasübergangstemeperatur TG von 80 °C, ge- genüber von originalem PET auf.
Mechanische Eigenschaften von PET-Recyclat sind in nachfolgender Tabelle festgehalten:
*amorph = teilkristallines (transparentes) PET
Nachfolgend soll das erfindungsgemäße Verfahren anschaulicher erläutert werden.
Dabei zeigen:
Figur 1 ein Beispiel einer Verfahrensführung für die Wiedergewinnung von PET-Abfällen und
Figur 2 einen zweiten Verfahrensablauf für die Wiedergewinnung von Polyestern aus PET-Abfällen.
Bei dem in Figur 1 schematisch dargestellten Verfahrensablauf für ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorgehensweise, werden in einem ersten Schritt die anfallenden und gesammelten PET-Abfälle zerkleinert und vorgereinigt. Bei der Vorreinigung kann eine Entfernung von losen metallischen Teilen, ein Sieben, ein Waschen und auch eine Schwimm-Sink-Trennung durchgeführt werden.
Die so vorbereiteten geschredderten Abfälle werden in einer Vorstufe in Dicarbonsäuredialkylester (DBE) , jedoch bei relativ niedrigen Temperaturen, die zum Lösen von Polyester noch nicht ausreichen, lösliche Komponenten gelöst . Im nächsten Schritt werden diese Komponenten, beispielsweise andere Polymere, Additive oder sonstige Störstoffe durch fest-flüssig Trennung separiert, und gegebenenfalls ausgetragenes Dicarbonsäuredialkylester kann wieder aufgefüllt werden. Nach weiterer Erwärmung kann sich PET in Dicarbonsäuredialkylester lösen. Diese feststoffreiche Lösung wird dann durch Temperaturerniedrigung < 150 °C einer Fällung unterzogen, wobei überschüssiges Dicarbonsäuredialkylester abgezogen und in die bereits vorab be- schriebene Vorstufe oder an Stelle des in der Vorstufe ausgetragenen Dicarbonsäuredialkylesters zurückgeführt wird. Nachfolgend an die Fällung wird das Polyester getrocknet, d.h. es wird gegebenenfalls unter reduziertem Druck weiter erwärmt, bis die Sie- detemperatur von Dicarbonsäuredialkylester überschritten wird. Das gasförmige Dicarbonsäuredialkylester kann nach Kondensation ebenfalls im Kreislauf rückgeführt werden.
Dabei können die verschiedenen Verfahrensschritte in unterschiedlichen Reaktionsgefäßen, die für den jeweiligen Anwendungsfall besonders günstig gestaltet sein können, durchgeführt werden.
Das getrocknete PET kann nachfolgend extrudiert und als PET-Recyclat weiter verarbeitet werden.
Das Beispiel nach Figur 2 unterscheidet sich in einigen Verfahrensschritten vom Beispiel nach Figur 1, wobei die PET-Lösung durch eine Filtration, bei der
inerter Schmutz, Pappe, Papierreste und auch Metalle entfernt werden, vor dem Fällen und Verdampfen (z.B. Sprühtrocknung) gereinigt wird. Zusätzlich erfolgt in Ergänzung zur Trocknung z.B. (Festphasen nach Konden- sation) des pulverför igen PET-Recyclats auch eine Konditionierung, bevor das getrocknete PET mit erhöhter Qualität wieder verwendet werden kann.
Auch bei diesem Beispiel wird das in verschiedenen Verfahrensschritten anfallende überschüssige DBE wieder rückgeführt .