WO2002094918A1 - Verfahren zur einfärbung von kunststoff mit kunststoffrecyclingma terial - Google Patents

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WO2002094918A1
WO2002094918A1 PCT/EP2002/005511 EP0205511W WO02094918A1 WO 2002094918 A1 WO2002094918 A1 WO 2002094918A1 EP 0205511 W EP0205511 W EP 0205511W WO 02094918 A1 WO02094918 A1 WO 02094918A1
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plastic
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ground
plastics
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PCT/EP2002/005511
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Klaus Schultheiss
Gerhard Schwarz
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Grundig Aktiengesellschaft
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J11/00—Recovery or working-up of waste materials
    • C08J11/04—Recovery or working-up of waste materials of polymers
    • C08J11/06—Recovery or working-up of waste materials of polymers without chemical reactions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/20—Compounding polymers with additives, e.g. colouring
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling

Definitions

  • the object of the invention is to provide a method and a device for coloring molded parts made of plastic in large quantities, using plastic recycling material.
  • Housings for electronic devices used in the home e.g. Due to their design, televisions are characterized by free shapes that are easiest to implement with plastic.
  • the injection molding process is used as an inexpensive production process.
  • a method for producing masterbatches is known from WO 98/01498.
  • a colored polymer is known from EP 0 352 804 A2, which forms a compound with the dye.
  • a process for coloring plastic granules is known from EP 0 290 092.
  • DE 198 07 261 A1 discloses a method for producing colored plastic powder.
  • DE 43 31 167 A1 discloses a method for producing a color concentrate for processing in plastic processing machines.
  • DE 40 26 188 A1 discloses a method for extracting valuable materials from non-volatile, inorganic plastic additives.
  • shaped objects or waste plastic residues are crushed and burned using methods known per se.
  • the residue obtained from the incineration is then processed and reused.
  • WO 00/67977 discloses a method for sorting and separating plastics. However, it is not disclosed to take the original recycled plastics into account when designing the color of the products to be produced from the original recycled plastics.
  • Color formulation is generally used to determine the
  • the reflection curve of the original is first measured exactly.
  • the template consists of a colorant that is embedded in a matrix.
  • Calibration series are created by measuring samples which contain the colorant in the matrix in different concentrations. On the basis of these calibration series, the amount of colorant required to reproduce a desired color can then be calculated.
  • the master batch has the task of coloring the plastic.
  • the problem is how much masterbatch is needed to achieve the desired color impression.
  • This quantity can be calculated using a color measuring device, a color formulation program and the calibration series for this color. During production control, it is determined whether the master batch quantity used is sufficient to produce the desired color impression.
  • Color which also includes black, white and gray tones as so-called achromatic colors, are defined in accordance with DIN 5033:
  • Color is the facial sensation of a part of the visual field that appears to be structureless to the eye, by means of which this part can differ from a simultaneously seen, likewise structureless adjacent part alone when observing with unmoved eyes.”
  • the purpose of this definition is to delimit the perception of color compared to other facial sensations such as a structural or spatial perception.
  • color measures are used to enable an exact definition of the color.
  • the color measure can be reached via mathematical calculation steps.
  • the measurement of the reflection curve of the sample is necessary for this.
  • the light entering the eye is determined. This results from the radiation distribution of the type of light and the proportion researched in the sample.
  • the light entering the eye is the sum of the amount of light over the entire spectrum of visible light according to the formula:
  • the color measure Y is of particular importance here
  • Spectral value curves adapted to the brightness perception of the eye it indicates the brightness of the sample.
  • the values are standardized in such a way that the Y value has the value 100 for an ideally white sample.
  • X is the color measure and D65 is the light type. 2 means 2 ° observer
  • the representation of the color is done to represent the technical conditions in a three-dimensional space, in a graphic representation.
  • the three-dimensional space is cut in a brightness level and this cut plane is used as a standard color chart.
  • the coordinates of this color chart are the proportions of the color measures (standard color value proportions).
  • the standard color value components are calculated:
  • the coordinates x and y are normally used here, the third coordinate is mostly omitted, it is perpendicular to the coordinate system and indicates the brightness.
  • each individual location of the color must be specified in the color space. Based on this, the distance between two color points in the coordinate system can then be calculated.
  • the calculation is carried out based on a standard sample. The result of the calculation and tests for this have shown that for some color locations a distance of a defined size has to be calculated, but no difference in color can be determined by an observer. It was therefore found that the visible difference does not correspond to that of a color distance of a unit at every location of a color space. Therefore, the color differences or the color impression are represented and adopted as ellipsoids. The so-called CIELAB color space was developed to avoid this problem.
  • the color coordinates of the color space can be converted using the following equation:
  • L * here is the brightness, C * the chroma or saturation, H * the hue angle or hue.
  • K is the absorption
  • S the scatter
  • R the reflectance
  • the color strength must also be determined.
  • the color strength indicates the ratio of a sample to a standard, which is defined as 100% color strength.
  • KPF is the absorption of the sample and K S F is the absorption of the standard.
  • the concentration of the colorant can be calculated, which is required to produce a sample with this color strength.
  • the dependency is reciprocal.
  • K K M + K 1 * c 1 + K 2 * c 2
  • S S M + S 1 * c 1 + S 2 * c 2 or in general:
  • the mixture of pigments at a wavelength can be determined.
  • the goal here is to achieve the reflectance of the sample. Since the reflection curve is only valid for one wavelength, the reflection curve is calculated using different wavelengths. It must be ensured that the color difference for the individual wavelengths is within a specified tolerance. This must then be taken into account in the recipe. The determination of the recipe is illustrated below using a schematic flow chart.
  • Reading in the calibration series determining the reflection curve of the sample and the colorant.
  • the colorants are then selected for formulation.
  • the K and S values of the selected colorants are calculated.
  • the initial concentration is then calculated. If this results in a negative concentration, the selection of colorants for the formulation must be re-entered. If there is no negative concentration or the value is not outside the tolerance, the reflection curves are calculated from the recipe.
  • the color measures of the recipe and the sample are then converted. There is then a comparison of the color dimensions, whether these within the
  • a further procedure and a type of process is given by the fact that, through targeted color formulation with colored recycling material, the amount of masterbatch to be used for coloring the new goods is replaced by colored regrind.
  • the recycling material has to be calculated back to a mixture of the colorants and their concentration in the uncolored plastic.
  • the problem is avoided that the recycling material is supplied by an external company, and it is therefore not guaranteed that the colorants are identical to the colorants, as was used in the preparation of predetermined calibration series.
  • the masterbatches which are supposed to produce the same color, can differ from color manufacturer to color manufacturer and therefore also have different absorption and scattering coefficients. This would have the consequence that separate calculations would have to be carried out for each color of a manufacturer.
  • the mixture of the shredded parts must be homogeneous so that a constant mixed color is available. Otherwise there would be color differences.
  • a so-called calibration series must be created for each color masterbatch. Such a calibration series can determine two coefficients, for example absorption and scattering coefficients, which are necessary for the recipe calculation, and determine the opacity of the color batch.
  • the existing regrind is extruded. Granules created by extrusion cannot be used for direct color measurement, since a flat surface is required for this purpose. For this purpose, so-called test plates are manufactured in a specially made tool. , ,
  • test plates and the tools required for this are patented by the applicant under the file number DE 197 39 599 C2.
  • the tool has a rectangular cavity, of which the two largest rectangular surfaces have a triple structure.
  • One sixth of the surface is highly polished, two thirds smooth and one sixth has a grained surface
  • a plastic part with a defined color is to be produced from a technical or thermoplastic.
  • ABS is an example of such a plastic. Waste plastic is used for this.
  • Used plastic is sorted by color and type of plastic. These plastic parts are sorted by color and are relatively pure. In a particularly advantageous embodiment of the invention, the plastics are not sorted by color, but are collected in a mixed form to form a mixed color. The plastic parts are homogenized unsorted, and then, as the color-sorted plastics are reused, as described below.
  • the plastic parts are old parts, which are removed from various device units or other components and only consist of the defined plastic. These parts are sorted by color class and stored in containers. The contents of these containers are then ground and stored in the ground state. The plastic ground material is then pure color plastic, insofar as this enables the pre-sorting.
  • the color pigments are determined for each of these plastic ground materials separately for each sorted and ground plastic. After the plastics have been ground, there is a plastic ground product, pure in color for each dye. By determining the color pigments, a color pigment palette is assigned to the ground plastic.
  • the target color of the target plastic is known. It is also known which color pigments are necessary to achieve the target color.
  • Manufacture of the target plastic are determined. Furthermore, further recipe suggestions are determined. From the individual recipe suggestions available, the associated remission curve, in particular the metamerism, i.e.
  • the color pigments required for the production of the plastic are determined on the basis of the selected recipe proposal. The individual identified
  • Colored pigments are then assigned to the existing ground plastic goods. Then the crowd and composition of the new too. forming plastic on the basis of the existing ground plastic ground goods determined on the basis of the assigned color pigments. The percentage of the individual amounts of granules to be used is then calculated and determined.
  • the individual ground plastic components present are mixed together in accordance with the determined recipe with the aid of a plastic composing system. This creates the plastic that will be used later with the desired color.
  • the individual waste plastics are plasticized, homogenized and regranulated, gravimetrically dosed in the plastic composing system. The resulting plastic can be processed further.
  • test molded part is injected via an injection molding machine. This test molded part is preferably the test plate protected under the file number DE 197 39 599 C2.
  • the individual color pigments of the plastic can be assigned, i.e. it can be calculated back to the color pigments that are present in the ground plastic.
  • the target color can be achieved by adding color batches.
  • this is only a quantity problem, since the technical implementation is always given.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einfärbung von Kunststoffen. Hierzu werden gebrauchte Kunststoffe gesammelt. Anschlie?end werden die gesammelten kunststoffe sortiert. Die gesammelten und sortierten Kunststoffe werden gemahlen und es werden die Farbpigmente, welche in den gemahlenen Kunststoffen vorhanden sind, ermittelt. Es wird die Zielfarbe des neu herzustellenden Kunststoffes vorgegeben und die gebrauchten gemahlenen Kunststoffe nach Mengen derart vermischt, dass der neue Kunststoff mit der gewünschten Zielfarbe vorliegt.

Description

VERFAHREN ZUR EINFÄRBUNG VON KUNSTSTOFF MIT KUNSTSTOFFRECYCLINGMATERIAL
Beschreibung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben um Formteile aus Kunststoff in großen Mengen einzufärben, unter Verwendung von Kunststoffrecyclingmaterial.
Kunststoffe liegen vor ihrer Verarbeitung als zumeist farbneutrales Grundmaterial vor. Um Formteile aus Kunststoff in der Masse einzufärben, werden daher sogenannte Masterbatches verwendet. Bei diesen Masterbatches handelt es sich um Stoffe, welche dem Kunststoffrohmaterial beigemengt werden und diesen einfärben. Diese Masterbatches haben den Nachteil, dass sie sehr teuer sind.
Gehäuse für im Hause verwendeten Elektronikgeräte, wie z.B. Fernseher sind designbedingt durch freie Formen gekennzeichnet, die sich mit Kunststoff am einfachsten realisieren lassen. Als kostengünstiges Produktionsverfahren kommt hierbei das Spritzgussverfahren zum Einsatz.
Aus WO 98/01498 ist ein Verfahren zur Herstellung von Masterbatches bekannt.
Aus EP 0 352 804 A2 ist ein farbiges Polymer bekannt, welches mit Farbstoff eine Verbindung eingeht.
Aus EP 0 290 092 ist ein Verfahren zur Einfärbung von Kunststoffgranulat bekannt. Aus DE 198 07 261 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von eingefärbtem Kunststoffpulver bekannt.
Aus DE 43 31 167 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Farbkonzentrates für die Verarbeitung in Kunststoffverarbeitungsmaschinen bekannt.
Aus DE 40 26 188 A1 ist ein Verfahren zur Wertstoffgewinnung von nichtflüchtigen, anorganischen Kunststoffadditiven bekannt. Hierbei werden geformte Gegenstände oder Abfallreste aus Kunststoff nach an sich bekannten Verfahren zerkleinert und verbrannt. Den erhaltenen Rückstand aus der Verbrennung wird dann aufbereitet und weiterverwendet.
Keines der bekannten Verfahren offenbart eine Verwendung von Recyclingmaterial aus Altgeräten zur Herstellung von neuen Geräten, insbesondere Gehäusen.
Ein besonderes Problem ist in diesem Zusammenhang das Recycling der Altgeräte. Hierzu ist es heutzutage üblich, Kunststoffteile der Altgeräte auszubauen, zu mahlen und der Neuware beizumischen und so diese Recyclingmaterialien der Produktion wieder zuzuführen. Nicht nur die Gehäuseformen, sondern auch die Farben dieser Gehäuse sind dem allgemeinen Modetrend unterworfen. Zu den bisherigen Grau- und Schwarztönen kommen zunehmend bunte Farben wie gelb, rot, blau etc. hinzu.
Die Herstellung bunt eingefärbter Gehäuse erschwert die Verwendung von Recyclingmaterial, da dessen Farbe großen Schwankungen unterworfen ist. Eine farbreine Sortierung des Recyclingmaterials wäre unwirtschaftlich, da hierbei jeder denkbare Farbton in lediglich kleinen Mengen anfallen würde.
Es besteht, aber die Möglichkeit, farbiges Recyclingmaterial mit ungefärbter Neuware zu compoundieren und die Farbe des Compounds exakt zu bestimmen. Um Kosten zu sparen soll ein Verfahren aufgezeigt werden, welches es ermöglicht farbiges Kunststoffrecyclingmaterial bei der Herstellung wiederzuverwerteα
Aus WO 00/67977 ist ein Verfahren zum Sortieren und Trennen von Kunststoffen offenbart. Es ist jedoch nicht offenbart die originären Recycling- Kunststoffe bei der Farbgestaltung der aus den originären Recycling- Kunststoffe herzustellenden Produkte zu berücksichtigen.
Aus DE-A1-41 26 694 ist es bekannt aus Kunststoffabfällen einen Gartenzaun herzustellen.
Aus JP-A-08099317 ist bekannt aus Altkunststoffflaschen neue Kunststoffflaschen herzustellen.
Aus DE-A1-41 29 754 ist bekannt aus kunststoffhaltigen Gemengen sortenreinen Kunststoff zu gewinnen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und der weiteren Beschreibung angegeben.
Unter Farbrezeptierung wird allgemein die Bestimmung der
Farbmittelkonzentration verstanden, die zur Nachstellung des Farbtons einer Vorlage notwendig ist. Zur Farbrezeptierung wird zunächst die Reflexionskurve der Vorlage exakt gemessen. Die Vorlage besteht aus einem Farbmittel, das in eine Matrix eingebettet ist. Mittels Messungen von Mustern, die das Farbmittel in der Matrix in unterschiedlichen Konzentrationen enthalten, werden Kalibrierreihen erstellt. Auf der Basis dieser Kalibrierreihen lässt sich dann die Menge an Farbmittel berechnen, die zur Nachstellung eines gewünschten Farbtons erforderlich ist.
Bei der Produktion von farbigen Kunststoffteilen werden allgemein voreingefärbte Kunststoffe oder uneingefärbte Kunststoffe und ein Masterbatch verwendet. Das Masterbatch hat die Aufgabe, den Kunststoff einzufärben. Das Problem besteht darin, welche Menge an Masterbatch notwendig ist, um den erwünschten Farbeindruck zu erzielen. Diese Menge lässt sich mit Hilfe eines Farbmessgerätes, eines Farbrezeptierungsprogramms und der Kalibrierreihe für diese Farbe berechnen. Bei der Produktionskontrolle wird bestimmt, ob die eingesetzte Masterbatchmenge ausreichend ist, um den gewünschten Farbeindruck zu erzeugen.
Farbe, hierbei sind auch Schwarz-, Weiß und Grautöne als sogenannte unbunte Farben inbegriffen, werden nach DIN 5033 definiert:
„Farbe ist diejenige Gesichtsempfindung eines dem Auge strukturlos erscheinenden Teiles des Gesichtsfeldes, durch die sich dieser Teil bei einäugiger Beobachtung mit unbewegten Augen von einem gleichzeitig gesehenen, ebenfalls strukturlosen angrenzenden Teil allein unterscheiden kann." Der Zweck dieser Definition ist die Abgrenzung der Wahrnehmung von Farbe gegenüber anderen Gesichtsempfindungen wie z.B. einer Struktur- oder einer Raumwahrnehmung.
Um eine exakte Festlegung der Farbe zu ermöglichen, werden sogenannte Farbmaßzahlen verwendet. Zur Farbmaßzahl gelangt man über mathematische Rechenschritte. Hierzu ist die Messung der Reflexionskurve der Probe notwendig. Als erstes wird das in das Auge eintreffende Licht bestimmt. Dies ergibt sich aus der Strahlungsverteilung der Lichtart und dem in der Probe recherchierten Anteil. Dabei ist das, in das Auge einfallende Licht die Summe der Lichtmenge über das gesamte Spektrum des sichtbaren Lichtes gemäß der Formel:
Figure imgf000006_0001
Dabei gilt für: S(λ) = Strahlungsverteilung der Lichtart
R(λ) = Reflexionskurve der Probe
Um aus den Messwerten die Farbmaßzahlen ermitteln zu können, muss bei jeder Wellenlänge der drei Primärfarben die Farbe nachgestellt werden. Die Formel für die Berechnung der Farbmaßzahlen lautet:
Figure imgf000007_0001
Z = ∑S(A)*R(A)*z(λ)
Dabei sind die Gleichungen S(λ), χ(λ) , y(λ) und z(λ) für jede Lichtart und
Beobachter (2°, 10°) genormt. S(λ)*x(Ä) , S(λ)*y(λ) , S(λ)*I(Ä). werden bei jeder Schrittweite gesammelt. R(λ) ist bei der durchzuführenden Messung Variable.
Von besonderer Bedeutung hierbei ist die Farbmaßzahl Y. Y wird bei den
Spektralwertkurven an das Helligkeitsempfinden des Auges angepasst, sie gibt die Helligkeit der Probe an. Idealerweise werden die Werte derart normiert, dass der Y - Wert bei einer ideal weißen Probe den Wert 100 besitzt.
Um die Farbe eindeutig klassifizieren zu können, muss neben der von den Beobachtern mit einem Gesichtsfeld von 2° oder 10° ermittelten Farbmaßzahlen noch die Lichtart angegeben werden, mit der die Beobachtung erfolgt. Die Angabe der Farbmaßzahl erfolgt folglich 1. X D65/2 bzw.
2. X2D65
Hierbei ist X die Farbmaßzahl und D65 die Lichtart. 2 bedeutet 2° - Beobachter
Die Darstellung der Farbe erfolgt zur Darstellung der technischen Gegebenheiten in einem dreidimensionalen Raum erfolgt, in einer graphischen Darstellung. Um die graphische Darstellung zu ermöglichen, wird der dreidimensionale Raum in einer Helligkeitsstufe geschnitten und diese Schnittebene als Normfarbtafel verwendet. Dabei sind die Koordinaten dieser Farbtafel die Anteile der Farbmaßzahlen (Normfarbwertanteile). Die Normfarbwertanteile werden berechnet:
X = X+ XY+Z
Y y X+Y+Z
Hierbei werden nur zwei der drei Normfarbwertanteile benötigt, um eine Farbe genau zu beschreiben, da die Summe der Normfarbwertanteile eins ist. Es gilt: x + y + z = 1
Hierbei werden normalerweise die Koordinaten x und y benutzt, auf die dritte Koordinate wird zumeist verzichtet, sie steht senkrecht auf dem Koordinatensystem und gibt die Helligkeit an.
Zur Berechnung des Farbabstandes zweier Farben muss jeder einzelne Ort der Farbe im Farbraum festgesetzt sein. Ausgehend hiervon kann dann der Abstand zweier Farbpunkte im Koordinatensystem berechnet werden. Bei der Berechnung des Farbabstandes wird, ausgehend von einer Standardprobe, die Berechnung durchgeführt. Das Ergebnis der Berechnung und Versuche hierzu haben ergeben, dass bei manchen Farborten ein Abstand von einer definierten Größe zu berechnen ist, von einem Beobachter jedoch kein Unterscheid in der Farbe festgestellt werden kann. Es wurde folglich festgestellt, dass nicht an jedem Ort eines Farbraumes der sichtbare Unterschied dem eines Farbabstandes einer Einheit entspricht. Daher werden die Farbabstände bzw. der Farbeindruck als Ellipsoide dargestellt und übernommen. Zur Umgehung dieses Problems wurde der sogenannte CIELAB- Farbenraum entwickelt.
Die Farbkoordinaten des Farbenraumes können durch die folgende Gleichung umgerechnet werden:
L* = 116 Y* - 16 a* = 500 (X* - Y*) b* = 200 (Y* - Z*)
Dabei gilt:
X = 3lX/χ Rx X/χ > 0,008856
X = + 0,138ftr %- < 0,008856
Figure imgf000009_0001
7* = 3 Υ für / 7. > 0,008856 n
7 = 7,787 * A Y/ + 0,138 für γ/y < 0,008856
7
Z = 3 Z f 'Z7 f J-üUrJ' % / 7 > 0,008856 n
Figure imgf000009_0002
Xn, Yn, Zn entsprechen den Normfarbwerten. [10] Im CIELAB-Raum wird der Farbabstand über zwei Formeln berechnet, die insbesondere in der Industrie Anwendung gefunden haben. Diese Formeln lauten wie folgt:
1. Diese Formel bei Vektorrechnung:
Δ£* = V(Δr)2 +(Δ *)2 +(ΔZ.*)2
oder
2. Diese Formel gilt bei zylindrisch aufgetragenen Koordinaten
Δ£* = (ΔL*)2 + (AC*)2 + (ΔH*)2
L* ist hier die Helligkeit, C* die Buntheit oder Sättigung, H* der Bunttonwinkel oder Farbton.
Wie bereits festgestellt, können zwei Farbproben, welche die gleichen Farbmaßzahlen besitzen, unter einer Lichtart einen identischen Farbeindruck hinterlassen, unter einer anderen Lichtart einen Farbeindruck erzeugen. Dieser Effekt wird als sogenannte Metamerie bezeichnet und ist hauptsächlich von der Lichtart, das heißt von deren spektraler Verteilung und dem Reflexionsverhalten der Probe, abhängig.
Bei der Farbrezeptierung muss vor allem der Zusammenhang zwischen Reflexion, Farbmittelkonzentration und Farbstärke betrachtet werden.
Der Zusammenhang der Reflexion und der Streuung in Abhängigkeit von der Farbmittelkonzentration ist zu klären, da die Farbmessung auch für die Farbrezeptierung einzusetzen ist. Im Weiteren wird bei der Darstellung lediglich auf opake Systeme Bezug genommen, da derartige in der Industrie insbesondere Einzug gefunden haben. Der Reflexionsgrad lässt sich wie folgt berechnen:
Figure imgf000011_0001
Hierbei ist K die Absorption, S die Streuung und R der Reflexionsgrad.
Im Weiteren muss die Farbstärke ermittelt werden. Die Farbstärke gibt das Verhältnis einer Probe zu einem Standard an, der als 100 % Farbstärke festgelegt ist.
KPF ist die Absorption der Probe und KSF ist die Absorption des Standards.
Aus diesem Verhältnis ist die Konzentration des Farbmittels berechenbar, die benötigt wird, um eine Probe mit dieser Farbstärke herzustellen. Die Abhängigkeit ist reziprok.
Alleinig aus der Farbstärke kann jedoch eine Rezeptierung nicht durchgeführt werden. Für die Nachstellung der Farbprobe muss das Verhalten der Pigmente bei unterschiedlichen Konzentrationen bestimmt werden, da aus der Messung nur die Normfarbwerte und die Reflexionskurve vorliegt. Aus der Gleichung
*-^κ/s- X + K,
;>
ist der Zusammenhang zwischen Reflexion, der Absorption und Streuung bei einer Wellenlänge ersichtlich.
Für die Mischung von verschiedenen Pigmenten gilt daher der Zusammenhang für die Absorption und die Streuung: K = KM +K1 * c1 +K2 * c2 S = SM +S1 *c1 +S2 * c2 oder allgemein:
K = KM +∑Ki * ci S = SM + ∑Si * ci
Anhand dieses Zusammenhanges kann die Mischung von Pigmenten bei einer Wellenlänge bestimmt werden. Das Ziel ist hierbei, den Reflexionsgrad der Probe zu erreichen. Da die Reflexionskurve jeweils nur für eine Wellenlänge Gültigkeit hat, wird die Reflexionskurve anhand verschiedener Wellenlängen errechnet. Hierbei muss gegeben sein, dass der Farbabstand bei den einzelnen Wellenlängen innerhalb einer vorgegebenen Toleranz liegt. Dies ist bei der Rezeptur dann zu berücksichtigen. Im nachfolgenden wird anhand eines schematischen Ablaufschemas die Rezepturermittlung verdeutlicht.
Dieses Schema ist in der beigefügten Figur FIG aufgezeigt.
Das Schema arbeitet wie folgt:
Einlesen der Eichreihe, Ermittlung der Reflexionskurve der Probe und der Farbmittel. Anschließend erfolgt eine Auswahl der Farbmittel für die Rezeptierung. Es werden die K- und S-Werte der ausgewählten Farbmittel errechnet. Anschließend wird die Anfangskonzentration berechnet. Ergibt sich hierbei eine negative Konzentration, so muss erneut zur Auswahl der Farbmittel für die Rezeptierung zurückgegangen werden. Ergibt sich keine negative Konzentration bzw. liegt der Wert nicht außerhalb der Toleranz, werden die Reflexionskurven aus dem Rezept berechnet. Anschließend erfolgt die Umrechnung der Farbmaßzahlen des Rezeptes und der Probe. Es erfolgt anschließend ein Vergleich der Farbmaßzahlen, ob diese innerhalb der
Toleranz liegen. Trifft dies zu, werden alle möglichen Kombinationen errechnet. Ist dies nicht möglich, muss erneut zurück zur Auswahl der Farbmittel gegangen werden. Liegen die Farbmaßzahlen außerhalb der Toleranz bzw. ist der Farbvergleich nicht zutreffend, wird eine neue Berechnung der Konzentration mit Hilfe der Farbabweichung ermittelt. Es wird zurückgegangen zum Schritt zur Berechnung der Reflexionskurve aus dem Rezept. Sind alle möglichen Kombinationen errechnet, so erfolgt eine Sortierung der Rezepte, anschließend erfolgte eine Ausgabe der Rezepte.
Eine weitere Vorgehensweise und eine Verfahrensart ist dadurch gegeben, dass durch gezielte Farbrezeptierung mit eingefärbten Recyclingmaterial die bisher zu verwendende Masterbatch-Menge zur Einfärbung der Neuware durch farbiges Mahlgut ersetzt wird. Es muss hierbei das Recyclingmaterial zurückgerechnet werden, auf eine Mischung aus den Farbmitteln und deren Konzentration im uneingefärbten Kunststoff.
Dieses Rückrechnen ist notwendig, da wie bisher aufgezeigt, nur anhand der Farbmittel und deren Koeffizienten eine Rezeptierung erfolgen kann.
Zugleich wird auch das Problem umgangen, dass das Recyclingmaterial von einer externen Firma angeliefert wird, und somit nicht gewährleistet ist, dass die Farbmittel mit den Farbmitteln identisch sind, wie bei der Erstellung von vorgegebenen Eichreihen verwendet wurden. Die Masterbatches, die ein und die selbe Farbe erzeugen sollen, können von Farbhersteller zu Farbhersteller unterschiedlich sein und daher auch unterschiedliche Absorptions- und Streukoeffizienten besitzen. Dies hätte dann zur Folge, dass für jede Farbe eines Herstellers eigene Berechnungen durchzuführen wären.
Sollte dies vermieden werden, müsste für jedes Material und jedes gefertigte Teil vom Hersteller bis zur Recyclingfirma verfolgbar sein, welche Materialien integriert sind. Es müsste exakt Buch geführt werden, welches Material mit welchem Farbstoff in welcher Menge vorhanden ist. Diese Information müsste den Abnehmern dann bereitgestellt werden. Dies wäre ein sehr aufwendiger logistischer Aufwand. Durch die Rückrechnung wird dieses Problem umgangen. Es müssen nicht mehr einzelne Farben voneinander getrennt werden, es muss nur noch ein definierter Kunststofftyp geliefert werden.
Es muss jedoch die Mischung der zerkleinerten Teile homogen sein, damit eine konstante Mischfarbe vorhanden ist. Andernfalls würde es zu Farbunterschieden kommen. Für jedes Farb-Masterbatch muss eine sogenannte Kalibrierreihe erstellt werden. Durch solch eine Kalibrierreihe können zwei Koeffizienten, beispielsweise Absorptions- und Streukoeffizient, bestimmt werden, die für die Rezeptberechnung notwendig sind, sowie die Deckkraft des Farbbatches bestimmen. Das vorhandene Mahlgut wird extrudiert. Durch das Extrudieren entstandene Granulat ist für eine direkte Farbmessung nicht einsetzbar, da zu diesem Zweck eine ebene Oberfläche erforderlich ist. Hierzu werden sogenannte Testplatten in einem hierzu speziell angefertigten Werkzeug hergestellt. . .
Die Testplatten, sowie das hierfür notwendige Werkzeug sind von der Anmelderin unter dem Aktenzeichen DE 197 39 599 C2 patentrechtlich geschützt.
Das Werkzeug besitzt eine quaderförmige Kavität, von deren beiden größten rechteckigen Oberflächen eine dreifach strukturiert ist. Ein sechstel der Oberfläche ist hochglanzpoliert, zwei Drittel glatt und ein sechstel hat eine genarbte Oberfläche
Im Weiteren wird, zur Verdeutlichung der Erfindung, die erfindungsgemäße Lehre anhand eines konkreten Ausführungsbeispieles erläutert. Es soll ein Kunststoffteil mit einer definierten Farbe aus einem technischen oder thermoplastischen Kunststoff hergestellt werden. Als derartiger Kunststoff kommt etwa ABS in Frage. Hierzu wird Altkunststoff verwendet. Der
Altkunststoff ist nach Farbe und Kunststoffart sortiert. Diese Kunststoffteile sind farbrein sortiert und liegen relativ farbrein vor. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Kunststoffe nicht nach Farben sortiert, sondern in Mischform zu einer dann entstehenden Mischfarbe gesammelt. Die Kunststoffteile werden unsortiert homogenisiert, und anschließend, wie die farbsortierten Kunststoffe wiederverwendet, wie im weiteren beschrieben.
Die Kunststoffteile sind Altteile, welche aus diversen Geräteeinheiten oder sonstigen Bestandteilen herausgebaut sind und lediglich nur noch aus dem definierten Kunststoff bestehen. Diese Teile werden nach Farbklassen sortiert und in Behältern abgelegt. Der Inhalt dieser Behälter wird anschließend gemahlen und in gemahlenem Zustand gelagert. Das Kunststoffmahlgut ist dann farbreiner Kunststoff, soweit dies die Vorsortierung ermöglicht. Für jedes dieser vorliegenden Kunststoffmahlgute werden die Farbpigmente, gesondert für jeden sortierten und gemahlenen Kunststoff ermittelt. Es liegt, nach dem Mahlen der Kunststoffe, ein Kunststoffmahlgut, farbrein für jeden Farbstoff, vor. Durch die Ermittlung der Farbpigmente wird dem Kunststoffmahlgut eine Farbpigmentpalette zugewiesen.
Die Zielfarbe des Zielkunststoffes ist bekannt. Es ist ebenfalls bekannt, welche Farbpigmente notwendig sind, um die Zielfarbe zu erreichen.
Auf Basis der Zielfarbe und der notwendigen Farbpigmente wird ein erster
Rezepturvorschlag für die Zusammenstellung der Farbpigmente, welche zur
Herstellung des Zielkunststoffes notwendig sind, ermittelt. Im Weiteren werden weitere Rezepturvorschläge ermittelt. Aus den einzelnen vorliegenden Rezepturvorschlägen wird anhand der zugehörigen Remissionskurve, insbesondere anhand der Metamerie , d.h.
Farbunterschiede bei rechnerischer Gleichheit, ein Rezepturvorschlag ausgewählt.
Anhand des ausgewählten Rezepturvorschlages werden die zur Herstellung des Kunststoffes notwendigen Farbpigmente ermittelt. Die einzelnen ermittelten
Farbpigmente werden anschließend den jeweils bereits vorhandenen gemahlenen Kunststoffmahlgütern zugeordnet. Anschließend wird die Menge und Zusammensetzung des neu zu. bildenden Kunststoffes auf Basis der vorhandenen gemahlenen Kunststoffmahlgüter anhand der zugeordneten Farbpigmente ermittelt. Es wird anschließend die prozentuale Menge der jeweils zu verwendenden einzelnen vorliegenden Granulatmengen berechnet und ermittelt.
Auf Basis dieser errechneten prozentualen Zusatzmengen werden die einzelnen vorliegenden gemahlenen Kunststoffkomponenten gemäß der ermittelten Rezeptur unter zu Hilfenahme einer Kunststoffcompounieranlage zusammengemischt. Hierbei entsteht der Kunststoff, welcher später verwendet werden soll, mit der gewünschten Farbe. In der Kunststoffcompounieranlage werden die einzelnen Altkunststoffe, gravimetrisch dosiert plastifiziert, homogenisiert und regranuliert. Der hierbei entstehende Kunststoff kann weiterverarbeitet werden.
Um den einzelnen vorliegenden Kunststoffmahlgütern die entsprechenden Farbpigmente zuzuweisen, wird von jedem Kunststoffgranulat eine . homogenisierte Masse hergestellt und über eine Spritzgussmaschine ein Testformteil abgespritzt. Bei diesem Testformteil handelt es sich vorzugsweise um die unter dem Aktenzeichen DE 197 39 599 C2 geschützte Testplatte.
Auf Basis dieser Testplatte lassen sich die einzelnen Farbpigmente des Kunststoffes zuweisen, d.h. es kann auf die Farbpigmente, welche im Kunststoff mahlgut vorhanden sind, zurückgerechnet werden.
Wird bei der Erstellung des Rezepturvorschlages festgestellt, dass mit den vorliegenden Kunststoffgranulaten die gewünschte Zielfarbe nicht erreicht werden kann, da entweder eine entsprechende Farbe fehlt oder aber eine nichtausreichende Menge eines Mahlgutes vorhanden ist, so kann durch Zugabe von Farbbatches die Zielfarbe erreicht werden. Dies ist jedoch lediglich ein Mengenproblem, da die technische Realisierung stets gegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Einfärbung von Kunststoffen unter Verwendung von Kunststoffrecyclingmaterial, wobei gebrauchte Kunststoffe gesammelt werden, die gesammelten Kunststoffe nach Farbe sortiert werden, die gesammelten und sortierten Kunststoffe gemahlen und gelagert bzw. zwischengelagert werden, die Farbpigmente, welche in den gemahlenen und gelagerten bzw. zwischengelagerten Kunststoffen vorhanden sind, ermittelt werden, die Zielfarbe des neu herzustellenden Kunststoffes vorgegeben wird und die gebrauchten gemahlenen Kunststoffe nach Mengen derart vermischt werden, dass der neue Kunststoff mit der gewünschten Zielfarbe vorliegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die gebrauchten Kunststoffen nach Farbe sortiert werden und den gemahlenen Kunststoffen Werte von Farbpigmenten zugeordnet werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbe des zu erzielende Kunststoffes nach LAB-Werten definiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein Rezepturvorschlag zur Zusammenstellung der Farbpigmente, welche zur Herstellung des Zielkunststoffes sind, ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Rezepturvorschlag anhand der zugehörigen Remissionskurve ausgewählt wird und/oder die Menge und die Zusammensetzung des neu zu bildenden Kunststoffes auf Basis der vorhandenen gemahlenen Altkunststoffe anhand der zugeordneten Farbpigmente erfolgt und/oder die prozentualen Mengen der jeweils zu verwendenden einzelnen voriiegenden Granulatmengen ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen ermittelten Mengen der Komponenten gemäß dem Rezepturvorschlag unter Zuhilfenahme einer Kunststoffcompounieranlage hergestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmahlgutgemisch unter zu Hilfenahme einer gravimetrischen Dosieranlage dosiert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmahlgut plastifiziert, homogenisiert und regranuliert wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Kunststoffmahlgutgemisch eine Testform hergestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Testform eine Testplatte ist.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Kalibrierreihe erstellt werden und durch diese Kalibrierreihen können Koeffizienten der Kunststoffmahlgute ermittelt werden und/oder Absorptionsund Streukoeffizienten ermittelt werden.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung der Farbe des Kunststoffmahlgutes über die Festlegung einer Farbmaßzahl erfolgt und die Farbmaßzahl durch die Formel
Figure imgf000019_0001
ermittelt wird, wobei S(λ) die Strahlungsverteilung der Lichtart und R(λ) die Reflexionskurve der Probe ist.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionskurve des Kunststoffmahlgutes anhand einer Probe des Kunststoffmahlgutes, aus welcher die Testplatte hergestellt wird, ermittelt wird.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder Wellenlänge der drei Primärfarben die Farbe nachgestellt wird und die Farbmaßzahl für jede Primarfarbe ermittelt wird, wobei die Farbmaßzahlen wie folgt berechnet werden: X = ∑S(λ)*R(A)*χ(Ä) x
Figure imgf000020_0001
Z = ∑S(A)*R(λ)*z(λ)
wobei S(λ), x(λ) , y(λ) und z(λ) für jede Lichtart und Beobachter (2°, 10°) genormt sind und S(λ)*χ(Ä) , S(λ)*y(λ) , S(λ)*I(A) bei jeder Schrittweite ermittelt werden und R(λ) variabel ist.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte für die Farbmaßzahl derart normiert werden, dass die Farbmaßzahl für den Wert von Y bei einer weißen Probe den Wert 100 besitzt.
16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsgrad der Probe ermittelt wird, der sich wie folgt berechnet:
Figure imgf000020_0002
wobei K die Absorption, S die Streuung und R der Reflexionsgrad ist.
17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbstärke der Probe ermittelt wird, wobei Farbstärke im Verhältnis zu einem Standardwert festgelegt wird, welcher als 100 % Farbstärke festgelegt ist und/oder der Reflexionsgrad der Probe ermittelt wird und/oder der Reflexionsgrad der Probe für unterschiedlichen Wellenlängen einfallenden Lichtes ermittelt wird.
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