WO2004089610A2

WO2004089610A2 - Verfahren zur verwertung von polymerarmierten elastomerprodukten, fraserfraktion, bituminöses mischgut, baumaterial und vorrichtung

Info

Publication number: WO2004089610A2
Application number: PCT/AT2004/000124
Authority: WO
Inventors: Mohammad Hassan Bahardoust; Ingo Marini; Franz Neubacher; Bettina Mihalyi; Andreas Bartl
Original assignee: Mohammad Hassan Bahardoust; Ingo Marini; Franz Neubacher; Bettina Mihalyi; Andreas Bartl
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2004-04-08
Publication date: 2004-10-21
Also published as: WO2004089610A3; AT413355B; ATA5532003A

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Verwertung von polymerarmierten Elastomerprodukten, insbesondere von technischen Gummiprodukten, wie z.B. Altreifen, Förderbändern oder Antriebselementen, mit folgenden Schritten: - Zerkleinern der Elastomerprodukte; - Granulieren der Elastomerprodukte; und gegbenenfalls - Kaltzerkleinern der Elastomerprodukte; in welchen Schritten jeweils nichtmetallische Armierungen abgesondert werden. Ein verbesserter Baustoff wird durch folgende Schritte erreicht: - mechanisches Zerkleinern der abgesonderten nichtmetallischen Armierungen, vorzugsweise durch Mahlen und/oder Schneiden, um einen rieselfähigen Zustand herzustellen, der weitgehend frei von einem Elastomeranteil ist; - Zumischen der zerkleinerten nichtmetallischen Armierungen zu einem Baustoff, insbesondere auf bituminöser Basis. Weiters betrifft die Erfindung eine Faserfraktion und einen Baustoff, die nach diesem Verfahren hergestellt werden sowie eine Vorrichtung zu Durchführung des Verfahrens.

Description

Verfahren zur Verwertung von polymerarmierten Elastomerprodukten, Faserfraktion, bituminöses Mischgut, Baumaterial und Vorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von polymerarmierten Elastomerprodukten, insbesondere von technischen Gummiprodukten, wie z.B. Altreifen, Förderbändern oder Antriebselementen, mit folgenden Schritten:

Zerkleinern der Elastomerprodukte;

Granulieren der Elastomerprodukte; und gegebenenfalls

Kaltzerkleinern der Elastomerprodukte; in welchen Schritten jeweils nichtmetallische Armierungen abgesondert werden.

Weltweit werden derzeit jährlich rund drei Milliarden Stück Reifen sowie eine Vielfalt von weiteren technischen Gummiprodukten hergestellt. Dabei werden zur Verstärkung der Produkteigenschaften in vielen Fällen hochwertige Armierungsfasern sowie Stahldrähte oder Metallgitter eingesetzt.

Die Entsorgung von Altreifen und Altgummi erfolgt derzeit weltweit überwiegend durch Deponierung und in untergeordnetem Ausmaß auch durch Verbrennung. Durch die Richtlinie 1999/31/EG des Rates vom 26. April 1999 über Abfalldeponien ist künftig in der EU vorgesehen, dass Mitgliedsstaaten Maßnahmen treffen, damit ganze Reifen vier Jahre nach dem Inkrafttreten der Richtlinie nicht mehr auf einer Deponie angenommen werden, ausgenommen Reifen, die als Material für technische Zwecke verwendet werden, sowie geschredderte Altreifen sieben Jahre nach dem Inkrafttretensdatum.

Gemäß Stand der Technik erfolgt eine Verwertung von Altreifen und Altgummi vorwiegend durch energetische Nutzung als Ersatzbrennstoff in der Zementklinkerproduktion oder in dafür speziell ausgestatteten Kraftwerken. Eine stoffliche Verwertung gemäß Stand der Technik ist, abgesehen von begrenzten Möglichkeiten zur Weiterverwendung der Gebrauchtreifen oder Nutzung geeigneter Reifenkarkassen in der Herstellung runderneuerter Reifen, durch die mechanische Aufbereitung der Altprodukte und die Gewinnung verwertbarer Gummigranulate und Gummimehle sowie recyclebarem Stahl möglich. Im Zuge der Aufbereitung fällt auch eine Abfallfraktion an, die vor allem auch die abgetrennte Armierungsfraktion enthält. Diese Fraktion wird gemäß Stand der Technik entweder deponiert, verbrannt oder einer energetischen Abfallnutzung zugeführt. Die Entsorgung sowie die energetische Nutzung dieser Abfallfraktion sind mit Kosten verbunden. In einigen Ländern, wie z.B. in Österreich, ist die Deponierung von Abfällen mit mehr als 5% organischem Kohlenstoffgehalt (damit auch von Altreifen und Altgummi sowie von der Textilabfallfraktion aus der Abfallaufbereitung) gesetzlich verboten.

Die stoffliche Verwertung der gemischten und durch Restgehalte an Gummi und Stahl verunreinigten Armierungsfraktion stellt eine neue Herausforderung dar, die im Zuge der mechanischen Aufbereitung von Altreifen und Altgummi künftig ein beachtliches Marktpotential darstellt. So werden in naher Zukunft große Gummiverwertungsanlagen in Betrieb gehen, bei denen jedoch jährlich tausende Tonnen dieser Armierungabfallfraktion erwartet werden. Eine thermische Abfallverwertung ist zwar technisch möglich, jedoch auf Grund der erforderlichen Abgasreinigung mit Kosten verbunden.

Es ist intern bekannt, die eingangs erwähnten Elastomerprodukte grob und dann fein zu zerteilen und den Elastomeranteil, der in Form eines Granulates mit Korndurchmessern bis zu etwa 3 mm anfällt, nach Abscheiden des Armierungsanteils zur Herstellung von Gummiasphalt, Kunststofflegierungen etc. einzusetzen.

Der Armierungsanteil fällt bei der Feinzerteilung in zusammenhängender Form, wie in Form von Knäuel bzw. Strähnen, an und ist infolge von Verhakungen und Verschlingungen der Einzelindividuen der Armierung nicht nur schwer handzuhaben, sondern auch sehr schwierig zu verwerten. Dies auch wegen Verunreinigungen und aufgrund der sehr dunklen Einfärbung. Man hat daher diesen Armierungsanteil bisher deponiert oder verbrannt.

Alle Versuche einer kompletten stofflichen Verwertung der eingangs erwähnten Elastomerprodukte sind somit bisher aus technologischen und wirtschaftlichen Gründen erfolglos geblieben. Dies betraf beispielsweise die Herstellung von Isolier- und Dämmstoffen aus dieser Abfallfraktion.

Aus der DE 40 22 877 A ist ein Verfahren zur Verbesserung der Haftung von Textilmaterial an Bitumen bekannt, das eine Beschichtung des Fasermaterials vorsieht. Wegen des damit verbundenen Aufwands scheidet ein solches Verfahren für die praktische Anwendung aus. Weiters zeigt die DE 24 27 070 A ein Verfahren und eine Anlage zum Herstellen von Gummimehlen uns Fahrzeugreifen. Dabei werden die Reifen zerkleinert, und es werden die metallischen und textilen Bestandteile ausgeschieden. Über eine mögliche Verwendung der Faserfraktion ist nichts ausgesagt.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, das eine wirtschaftliche Verwertung der nichtmetallischen Armierung der polymerarmierten Elastomerprodukte sicherstellt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst: mechanisches Zerkleinern der abgesonderten nichtmetallischen Armierungen, vorzugsweise durch Mahlen und/oder Schneiden, um einen rieselfähigen Zustand herzustellen, der weitgehend frei von einem Elastomeranteil ist;

Zumischen der zerkleinerten nichtmetallischen Armierungen zu einem Baustoff, insbesondere auf bituminöser Basis.

Der so eingeschlagene erfindungsgemäße Lösungsweg ermöglicht überraschend eine wesentliche Verbesserung der Baustoffe bzw. Bauhilfsstoffe, die durch die Zumischung der Armierungen nicht nur rissunempfindlicher werden, sondern auch eine wesentlich erhöhte Viskosität aufweisen. Zudem ergeben sich hierdurch auch verbesserte Abriebwerte und verbesserte Eigenschaften der Baustoffe bzw. Bauhilfsstoffe in Grenztemperaturbereichen, in denen die Baustoffe bzw. Bauhilfsstoffe bisher eingesetzt werden konnten, wodurch auch der Einsatz-Temperaturbereich erweitert ist.

Besonders vorteilhaft werden polymerarmierte Elastomerprodukte verarbeitet, deren Armierung folgende Zusammensetzung aufweist (in Gew.%) :

Polyamid (Cord) 15-35%, vorzugsweise 20-30%;

Polyester (Cord) 25-45%, vorzugsweise 30-40%;

Viskose (Cord) 30-50%, vorzugsweise 35-45%; wobei zweckmäßig die Armierung zusätzlich Baumwolle in der Größenordnung zwischen 1-5%, vorzugsweise 1-3% (Gew.%) aufweist. Vorzugsweise wird der Anteil der Armierungen in Asphalt oder der Anteil der Armierungen in Bitumen eingearbeitet, welches anschließend mit Kies zu Asphalt verarbeitet wird.

Baustoffe und Bauhilfsstoffe, welche auf Bitumen und Asphalt basieren, müssen den wachsenden Anforderungen hinsichtlich Hitze, Kälte, Frost, Regen und mechanischen Belastungen, wie Druckbeständigkeit und Abrieb usw., gerecht werden. Diese Baustoffe werden auch aus ökonomischen und ökologischen Gründen, insbesondere zur Verlängerung der Lebensdauer, modifiziert und weiter entwickelt. Das ist einerseits bedingt durch die bereichsweise auftretende Verknappung von Rohstoffen und andererseits durch den Anfall bzw. die Notwendigkeit der Wiederverwendung recyclierbarer Stoffe. Die Verarbeitung von Recyclingbaustoffen im Bauwesen darf naturgemäß nicht zu Baustoffen minderwertiger Qualität führen, weshalb gerade in diesem Bereich große Forschungsanstrengungen erbracht wurden, um den oben genannten, ständig wachsenden Anforderungen an diese Baustoffarten besser Rechnung tragen zu können.

Für die Qualität von Bitumen- und Asphaltbaustoffen sind die Eigenschaften der dafür verwendeten Stoffe und Komponenten von großer Bedeutung. Einen ent- scheidenden Einfluss in diesem Zusammenhang hat das verwendete Bindemittel (unmodifiziertes Bitumen oder modifiziertes Bitumen).

Bitumen lässt sich von seiner Natur her nur in einem relativ engen Temperaturbereich technisch verwenden. Bei tieferen Temperaturen wird zunehmende Ver- sprödung, bei höheren Temperaturen plastische Verformung beobachtet. So neigen mit konventionellem Bitumen hergestellte Asphaltbeläge und andere Produkte im Sommer zu Deformation und im Winter zu Versprödung und Rissbildungen. Um den Temperaturbereich zu erweitern, sind Mischungen mit unterschiedlichen Polymeren, wie Thermoplasten, Duromeren und Elastomeren mit wechselnden Erfolgen zu Versuchszwecken hergestellt worden. Kommerziell sind derzeit hauptsächlich Mischungen mit unvulkanisierten Synthesekautschuken auf Basis Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM), Styrol-Butadien-Sequenzcopo- lymer (SBS) und Ethylen-Acrylester-Acrylsäure-Terpolymer (AECM) und den Thermoplasten Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA), sowie Polyethylen (PE) (US 4,240,946 A, AT 365.257 B, US 4,314,921 A, AT 370.126 B, AT 395.718 B) und Polypropylen (PP) im Einsatz. Mischungen mit EPDM, SBS, EVA, PE, PP und AECM werden als polymermodifizierte Bitumen bezeichnet und von Bitumenherstellern angeboten, wobei der Polymergehalt zwischen 0,1 und 25 Masse-% liegt.

Die Eigenschaften polymermodifizierter Bitumen hängen im wesentlichen vom Verteilungsgrad, der Löslichkeit bzw. der Verbindung der Polymere in Bitumen ab, sodass die Modifizierung von Bitumen mit Kunststoffen auch ein Mischungsproblem darstellt. Es müssen nämlich eine bestimmte Menge Polymer (0,1- 25 Masse-%), welches bei der Verarbeitungstemperatur des Bitumens zwischen 130C° und 250C° eine noch relativ hohe Schmelzviskosität hat, und eine größere Menge Bitumen mit einer niedrigen Schmelzviskosität miteinander homogen vermischt werden. Dieses Mischproblem ist wieder von verschiedenen Faktoren, wie der chemischen Zusammensetzung, den physikalischen Eigenschaften des eingesetzten Bitumens und des Kunststoffes sowie von der Herstellungsmethode des polymermodifizierten Bitumens (PmB) abhängig.

Die Verwendung von diversen Recycling-Materialien für den Einsatz in bituminösen Produkten ist nicht neu: So wird beispielsweise in der DE 692 31 366 T2 die Herstellung von Verbundblöcken beschrieben, welche beispielsweise aus Asphalt, Polyethylen, Monofilamentfasermaterial und elastischem Material zusammengesetzt sind. Die DE 695 02 316 T2 beansprucht bituminöses Heißmischgut, wobei ein Teil der Zuschlagstoffe durch Teilchen aus gemahlenem Verbundstoff ersetzt ist, welches Fasern einschließt. Die Veröffentlichungen US 2002/0108534 A und GB 2 366 567 A beschreiben ein Asphaltprodukt mit zugehörigem Herstellungsverfahren, wobei zur Verbesserung von Formstabilität und Dauergebrauchsbeständigkeit unter anderem auch Cellulosefasern eingesetzt werden. In der US 5,800,754 A werden gemahlene Autoreifen unter Zusatz von Bindemittel (auch Asphalt) zu Baustoff blocken verarbeitet. In einer anderen Patentschrift (US 5,385,401 A) werden geschredderte Autoreifen vor der Vermischung mit Asphalt mit einem aromatischen Öl getränkt, um eine Verarmung des Asphaltbindematerials durch Öle zu verhindern. Es ist auch bekannt, Glasfasermatten mit polymermodifiziertem Asphalt in der Dachdeckung einzusetzen (US 5,744,229 A).

Zum weiteren Stand der Technik gehört auch, dass bei der Herstellung von Heißmischgut oder Asphalt (Mischung aus gebrochenem Gestein und Bitumen) ein Cellulosefasermaterial, wie beispielsweise Arbocell®, in einem Ausmaß von ca. 0,5% beigemischt wird. Dies dient in erster Linie zur Stabilisierung der Viskosität. Dadurch wird nämlich verhindert, dass es durch die niedrige Viskosität des Bitumenanteils bei höherer Temperatur zu einer Entmischung von Bitumen und gebrochenem Gestein kommt.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass der erfindungsgemäße Zusatz der Armierung aus dem Altreifenrecycling sowohl die Aufgabe der Polymermodifikation des Bitumens als auch den Viskositätsstabilisierenden Zusatz von Cellulosefasern in einem Arbeitsschritt ersetzen kann.

Wesentlich an der Erfindung ist der Zustand, in dem die Faserfraktion bei der Zugabe zum Baustoff vorliegt. Durch die nachträglicher Zerkleinerung der Armierungen und die dadurch erzielte Rieselfähigkeit wird eine gute Dosierbarkeit und eine geringe Neigung zur Bildung von Agglomeraten erreicht. Sowohl die elektrostatische Anziehung als auch die formschlüssige Agglomeration wird dabei weitgehend vermieden. Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, wenn das mechanische Zerkleinern der abgesonderten nichtmetallischen Armierungen so durchgeführt wird, dass Cord, Zwirne und Gewebe praktisch vollständig aufgelöst werden.

In optimaler Weise werden die Aufgaben gelöst, wenn das mechanische Zerkleinern der abgesonderten nichtmetallischen Armierungen so durchgeführt wird, dass die Schüttdichte größer als 100 g/l, vorzugsweise größer als 120 g/l ist, und wenn die Klopfdichte größer als 150 g/l, vorzugsweise größer als 180 g/l ist. Die Schüttdichte wird in unverdichtetem Zustand gemessen, während die Klopfdichte nach einem Standardverfahren nach Verdichtung durch Beschleunigung bestimmt wird. Typische Werte für die Schüttdichte und die Klopfdichte sind 135 g/l bzw. 205 g/l.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Faserfraktion, die nach dem obigen Verfahren hergestellt ist und die dazu bestimmt ist, einem Baustoff zugemischt zu werden.

Vorteilhaft werden die nichtmetallischen Armierungen mit einem organischen oder nichtorganischen Bindemittel, wie Harz, Bitumen, etc., vermischt und da- raus kleinteilige Festkörper, wie ein Granulat, erzeugt, worauf die Festkörper als Zumischgut, vorzugsweise zu Asphalt, eingesetzt werden.

Weiters werden zweckmäßig die nichtmetallischen Armierungen mit einem organischen oder nichtorganischen Bindemittel, wie Harz, Bitumen, etc., vermischt und daraus ein flüssiges Konzentrat erzeugt, worauf das Konzentrat als Zumischgut zu Bitumen eingesetzt wird. Dieses Konzentrat wird auch als Master- batch bezeichnet. Die Darstellung der Faserfraktion als Masterbatch vereinfacht die Zumischung zum Baumaterial.

Die Erfindung umfasst somit nicht nur die mechanische Aufbereitung und Konfektionierung der Armierungsfraktion aus den Elastomerprodukten, sondern auch die anschließende Einbringung in technische Mischeinrichtungen zur Herstellung von neuen Bitumen- und Asphaltprodukten im optimalen Mischungsverhältnis. Die möglichen Produkte daraus sind beispielsweise polymermodifiziertes Bitumen, polymermodifizierter Asphalt, Dachbahnen und bituminöse Isolierstoffe mit verbesserten Eigenschaften im Hinblick auf ihre chemischen, physikalischen, Theologischen und mechanischen Eigenschaften. Zusätzlich bewirkt die Einmischung von recyclierten Armierungen eine Verbesserung der Ermüdungseigenschaften und damit die Erhöhung und Verlängerung der Lebensdauer solcher Produkte. Insbesondere führt das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Steigerung der Heißfestigkeit und zu einer Erhöhung der Bruchsicherheit.

Dementsprechend ist die Fraktion der Armierungen aus dem Altreifen- und Altgummirecycling in verschiedenen Formen zu verwerten: als Polymer bzw. Modifizierungsmittel für die Herstellung von polymermodifiziertem Bitumen, als Polymer bzw. Modifizierungsmittel für direkte oder indirekte Zugabe für die Herstellung von polymermodifiziertem Asphalt, als Additive für polymermodifiziertes und unmodifiziertes Asphalt-Heißmischgut, wie zum Beispiel bei Splitt Mastix Asphalt, als Netzwerk für die Herstellung einer SAMI-Schicht oder einer SAM- Schicht oder ähnlicher Typen.

(SAMI: stress absorbing membrane interlayer, SAM : stress absorbing mem- brane)

Vorzugsweise werden den Baustoffen bis zu 50% Gewichtsanteil der Armierungsfraktion beigemischt.

Vorzugsweise wird die Vorzerkleinerung der Elastomerprodukte bei Umgebungstemperatur und die Feinzerkleinerung der vorzerkleinerten Elastomerprodukte in gekühltem Zustand durchgeführt, wobei zweckmäßig die vorzerkleinerten Elastomerprodukte mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden.

Um eine hinreichend kleine Teilchengröße der Armierungsfraktion zu erzielen, erfolgt das Feinzerkleinern zweckmäßig durch Mahlen.

Eine bevorzugte Variante ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerung der Armierung bis zu einer maximalen Länge einzelner Teilchen der Armierung von 10 mm, vorzugsweise von 5 mm, durchgeführt wird, insbesondere ist es von Bedeutung, dass die Länge der einzelnen Fasern nicht allzu unterschiedlich ist. Optimal ist eine asymmetrische Verteilung, bei der das Maximum der Länge nur wenig größer ist als der Mittelwert, d.h. dass die Dichtefunktion der Längenverteilung unterhalb des Mittelwerts flacher ist als oberhalb des Mittelwerts. Die Varianz VAR der Länge L der einzelnen Individuen sollte kleiner sein als 1,2 mm², vorzugsweise kleiner als 0,8 mm². Die Varianz VAR wird nach folgender Formel

VAR(L) = 1/n Σ (Li - AV(L))² bestimmt, in der n die Anzahl der untersuchten Fasern bedeutet, L| die gemessene Länge der einzelnen Individuen darstellt und AV(L) den Durchschnittswert der Länge. In analoger Weise sollte der Durchmesser der Fasern relativ gleichmäßig sein.

Ein bituminöses Mischgut, insbesondere für den Straßenbelag, ist gekennzeichnet durch einen eingemischten Zuschlagstoff mit von Elastomerprodukten gewonnenen polymerischen Armierungen, insbesondere von technischen Gummiprodukten, wie z.B. von Altreifen, Förderbändern oder Antriebselementen, wobei die polymerischen Armierungen in Feinteilchenform in einer Größenordnung von bis zu 50 Gew.% des bituminösen Mischgutes vorgesehen sind, und wobei zweckmäßig die polymerischen Armierungen Polyamid und/oder Polyester und/oder Viskose sowie gegebenenfalls auch Baumwolle enthalten.

Das Mischgut ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass die polymerischen Armierungen mit einem Titer zwischen 1,7 dtex bis 8,0 dtex, entsprechend einem Durchmesser zwischen 12,0 μm und 28 μm, und mit einer Länge zwischen 0,1 mm bis 10 mm im Mischgut vorhanden sind.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Faserfraktion eine Oberfläche zwischen 0,1 g/m² und 0,4 g/m², vorzugsweise von etwa 0,2 g/m2 aufweist. Innerhalb dieses Bereichs wird eine optimale Steigerung der Eigenschaften der Baustoffe erreicht.

Gipshältige Baustoffe, insbesondere Gipskartonplatten, sind gekennzeichnet durch einen eingemischten Zuschlagstoff mit von Elastmerprodukten gewonnenen polymerischen Armierungen, insbesondere gewonnen von technischen Gummiprodukten, wie z.B. Altreifen, Förderbändern oder Antriebselementen, wobei die polymerischen Armierungen in Feinteilchenform in einer Größenordnung von bis zu 50 Gew.% des Mischgutes vorgesehen sind, wobei vorteilhaft die polymerischen Armierungen Polyamid und/oder Polyester und/oder Viskose sowie gegebenenfalls auch Baumwolle enthalten und vorteilhaft die polymerischen Armierungen mit einem Titer zwischen 1,7 dtex bis 8,0 dtex, entsprechend einem Durchmesser zwischen 12,0 μm und 28 μm, und mit einer Länge zwischen 0,1 mm bis 10 mm im Mischgut vorhanden sind.

Eine weitere Anwendung ist für Estriche gegeben. Aber auch andere Baustoffe können mit der erfindungsgemäßen Lösung mit verbesserten Eigenschaften ausgestattet werden. So können bitumenhaltige Isolierstoffe und Dachbahnen, Fugenfüllmassen, Fliesenkleber, Innen- und Außenputz, Schall- und Wärmedämmmaterialien nach dem obigen Verfahren hergestellt werden, wobei die Faserfraktion als Füllstoff oder als Vernetzungsmittel zugegeben wird.

Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: eine Vorzerkleinerungsanlage für polymerarmierte Elastomerprodukte; eine Feinzerkleinerungsvorrichtung zum Feinzerkleinern der vorzerkleinerten Elastomerprodukte; eine Absonderungseinrichtung für von den Elastomerprodukten stammende Armierungen; gegebenenfalls eine Abtrenneinrichtung zur Abtrennung von metallischen Armierungen aus der Menge der von den Elastomerprodukten abgesonderten Armierungen; eine mechanische Zerkleinerungseinrichtung, vorzugsweise eine Mühle, für von den Elastomerprodukten stammende nicht metallische Armierungen; und eine Mischeinrichtung zum Zumischen der mechanisch zerkleinerten Armierungen in Baustoffe oder Bauhilfsstoffe, insbesondere in bituminöse und/oder gipshältige Baustoffe oder Bauhilfsstoffe.

Es ist besonders bevorzugt, wenn die mechanische Zerkleinerungseinrichtung als Schneidmühle ausgebildet ist, die einen Siebeinsatz aufweist, der eine Maschenweite zwischen 0,3 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 2 mm aufweist. Dadurch können die oben beschriebenen Eigenschaften der Faserfraktion in günstiger Weise erreicht werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei eine Zeichnung zur Illustration der Erfindung dient. Hierbei veranschaulichen: Fig. 1 das erfindungsgemäße Verfahren in schematischer Darstellung; und

Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 Einrichtungen zum mechanischen Zerkleinern von Armierungen, wobei das Prinzip einer Haufwerkschneidmühle, Fig. 3 das Prinzip eines Pralltellerwerkzeugs und Fig. 4 das Prinzip eines Zahnscheibenwerkzeugs zeigt.

Mit all diesen Geräten lässt sich, wie oben erwähnt, die Homogenisierung und die Fibrillierung in relativ einfacher Weise durchführen.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, werden Altreifen und technische Altgummiprodukte, wie beispielsweise Förderbänder etc., nach einer Vorsortierung bei Umgebungstemperatur einer mechanischen Zerkleinerung zugeführt. Zunächst erfolgt eine Vorzerkleinerung, wobei Gummischnitzel gebildet werden, die eine Größe von 5 cm bis 20 cm aufweisen. An diese Vorzerkleinerung ist eine Nachzerkleinerung angeschlossen, die üblicherweise noch bei Raumtemperatur durchgeführt wird.

Der Nachzerkleinerung folgt eine sogenannte Granulierung, d.h. eine weitere Zerkleinerung, wobei ein Gummigranulat mit einer Körnung von etwa 3 mm anfällt. Gegebenenfalls kann dieses Gummigranulat bereits einer Wiederverwertung zugeführt werden, beispielsweise für die Herstellung von Gummiasphalt.

Dieses Granulat kann jedoch auch, entweder zur Gänze oder nur zu einem Teil, einer Kaltvermahlung zugeführt werden, bei der das Granulat mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird und zu Gummimehl vermählen wird.

Der Zerkleinerungsprozess der mechanischen Aufbereitung kann aber auch vereinfacht in nur zwei Stufen erfolgen: Vorzerkleinerung bei Umgebungstemperatur mit anschließender Feinzerkleinerung bzw. Mahlung in gekühltem Zustand.

Sowohl bei der Vorzerkleinerung, Nachzerkleinerung, Granulierung und Kaltvermahlung fällt Armierung an, die von Stahl gebildet ist. Dieser Armierungsteil wird ausgeschieden, vorzugsweise mittels Magnetkräfte.

Bei der Nachzerkleinerung, Granulierung und Kaltvermahlung fällt weiters Armierung, die nicht von Metall gebildet ist, an. Es handelt sich hierbei um jene Garne, die in den Gummiprodukten eingearbeitet waren, also um eine Textilfrak- tion, wobei diese in mehr oder weniger feinteiliger Form anfällt, und zwar je nach Zerkleinerungsstufe. Bei der Granulierung kommt es zu einem Herauslösen selbst feinster Armierungsteile, ebenso bei der Kaltvermahlung. Diese Armierungsteile bilden infolge Verhakungen und gegenseitiger Umschlingungen deren Elemente bzw. Einzelindividuen mehr oder weniger zusammenhängende, schwer handhabbare und infolge der größtenteils schwarzen Gummifarbe dunkelfarbige Knäuel bzw. Strähnen, die nur schwierig weiter zu verarbeiten sind. Diese Armierungsfraktion wurde bisher deponiert oder verbrannt. Erfindungsgemäß erfolgt nunmehr eine Weiterverarbeitung dieser Armierungsfraktion, und zwar zunächst durch Zerteilen, vorzugsweise durch Mahlen. Im Speziellen sind zur Aufbereitung dieser Armierungsfraktion prinzipiell zwei Zerkleinerungsvorgänge vorgesehen, einmal eine Homogenisierung der Länge der Einzelindividuen der Armierungsfraktion und zum anderen eine Längsspaltung, d.h. Fibrillierung derselben.

Zur Homogenisierung der Länge der Armierung werden am besten Haufwerkschneidmühlen verwendet, wie beispielsweise die Type Rotoplex 20/12 Ro von Alpine-Hosokawa, die in Fig. 2 veranschaulicht ist. Die Schneidmesser sind am Rotor und im Stator angeordnet. Das geschnittene Mahlgut wird mittels eines Gebläses durch ein Sieb gesaugt. Die Sieblochgröße beeinflusst maßgeblich die Länge der Einzelindividuen der Armierungsfraktion.

Zur Fibrillierung wird die zuvor in der Länge homogenisierte Armierungsfraktion einer Feinprallmühle zugeführt, wie beispielsweise der Type 100 UPZ II von Alpine-Hosokawa, vgl. Fig. 3. Unter Verwendung eines geeigneten Werkzeuges, wie beispielsweise eines Fächerschlägers, können auf das Mahlgut auch Schlagkräfte ausgeübt werden. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, ein Zahnscheibenwerkzeug, wie z.B. gemäß Fig. 4, zu verwenden, welches Schlag- und Scherkräfte kombiniert und dadurch zu einer besonders wirksamen Längsspleißung der Einzelindividuen der Armierungsfraktion führt.

Das Resultat dieser Zerkleinerungsbehandlung der Armierungsfraktion ist ein rieseiförmiges Gut, das sich als Zumischgut für die Herstellung von Baustoffen und/oder Bauhilfsstoffen einsetzen lässt. Zur Durchführung einer Einmischung, beispielsweise zur Herstellung eines bituminösen Baustoffes, eignen sich vorzugsweise sogenannte High-shear Anlagen gegebenenfalls auch Low-shear Anlagen, die auch miteinander kombiniert eingesetzt werden können und beheizt sind. Vorzugsweise durchläuft das eingesetzte Material solche Anlagen mehrmals, wobei zusätzlich Rührwerke zum Einsatz kommen, um eine gute Homogenisierung und Stabilisierung sicherzustellen. Solche Anlagen sind in mobiler oder stationärer Ausführung bekannt.

Für gipshältige Bau- bzw. Bauhilfsstoffe eignen sich Behälter mit Mischschnecken oder auch anderen Mischflügeln.

Die nachfolgenden Beispiele zeigen (Tabellen 1 und 2) bituminöse Baustoffe, und zwar jeweils im Vergleich mit und ohne (gemäß der Erfindung) zugemischter Armierung (in Gew. %), wobei jeweils verschiedene Eigenschaften, wie die Eindringtiefe, Erweichungspunkt, Viskosität etc., verglichen wurden. Tabelle 1 gibt Messwerte ohne Kurzalterung und Tabelle 2 nach einer Kurzalterung nach der RTFOT-Methode an (A ASHTO T240) (RTFOT: rolling thin film oven test aging residue).

Die Armierung wurde zu 90% aus Altreifen gewonnen und hatte folgende Zusammensetzung und folgende Struktur:

Polyamid 24%

Polyester: 35%

Viskose: 39%

Baumwolle: 2%

Struktur: Durchmesser der Einzelindividuen der Armierung zwischen 12 μm und 27 μm, wobei Viskose und Baumwolle bei 12 μm, Polyester bei 22, 25 und 27 μm und Polyamid bei 27 μm liegen. Die Länge der Einzelindividuen liegt im Bereich von 2-3 Millimetern.

Untersuchungen an Heißmischgut

Umfang: Das Ziel dieses Abschnitts besteht im Vergleich der mechanischen Eigenschaften eines Asphalt-Heißmischguts mit unmodifiziertem Bitumen (Bitumen mit einer Penetration von 60/70 und Bitumen mit einer Penetration von 80/100) mit jenen eines modifizierten Bindemittels durch Hinzugabe von 7% polymerischer Armierung.

Testverfahren: Zur Bewertung eines Asphalt-Heißmischguts wurden zwei verschiedene Asphaltarten vorgeschlagen.

Bindeschicht-Asphaltbeton (AB) 0/16S gemäß dem deutschen ZTV Asphalt - STB 94

Splitt Mastix Asphalt (SMA) 0/11S gemäß dem deutschen ZTV Asphalt - STB 94

Der optimale Bindemittelanteil für Asphaltbeton (AB) 0/16S (Bindeschicht) und Splitt Mastix Asphalt (SMA) 0/11S (Verschleißschicht) wurde festgestellt. Um den Einfluss verschiedener Bindemittel (Bitumen mit einer Penetration von 60/70 und Bitumen mit einer Penetration von 80/100 und modifiziertes Bindemittel) auf das Verhalten des Asphalt-Heißmischguts zu zeigen, wurde die optimale Sieblinie für beide Asphaltarten gewählt. Der durch einen Kreiselverdichter (Gyrator com- pactor) erzielte, feststehende Hohlraumgehalt (3%) wurde definiert.

Die gesamte Asphaltmischung wurde bei äquiviskoser Temperatur mittels eines mechanischen Mischers vermischt.

Alle Proben wurden unter folgenden Bedingungen mit einem Kreiselverdichter verdichtet:

Verdichtungstemperatur: äquiviskose Temperatur;

Verdichtungsdruck: 600 kPa (+/- 18 kPa);

Umdrehungsgeschwindigkeit: 30 rpm;

Achsendrehungswinkel: 1.25° +/- 0.02°;

Hohlraumgehalt = 3%;

Probendurchmesser: 100 mm.

In den nachfolgenden Tabellen 3 bis 16 werden die verschiedenen Eigenschaften von Baumaterialien mit und ohne Armierung (in Gew.%) verglichen. Es wurde eine Sieblinie: Binderschicht, Asphalt Beton (AB) 0/16S ausgewählt:

Die in den Tabellen 3 bis 11 dargelegten Bau- bzw. Bauhilfsstoffe wurden hergestellt durch Mischen von Bitumen mit rieseiförmiger Armierung unter Anwendung von High-shear oder Low-shear Anlagen. Durch direkte Zugabe der erfindungsgemäß aufbereiteten Armierungen zu Asphalt (Heißmischgut) wurden ähnliche Resultate erzielt.

Marshall Stabilität bei 60°C (nach DIN 1996, Teil T4 und TI)

Spaltzugfestigkeit (ASTM D 4123)

Resilient Modulus (Diametral; 0,1 s loading; 1Hz) (ASTM D 4123)

Für die nachstehenden Beispiele wurde folgende Sieblinie: Splitt Mastix Asphalt (SMA) 0/11S ausgewählt:

Marshall Stabilität bei 60°C

Spaltzugfestigkeit

Resident Modulus (Diametral; 0,1 s loading; 1 Hz)

Spurrinnentest nach französischer Testmethode (Norm NF P 98-253-1) (Sieblinie SMA 0/11S sowie AB 0/16S)

Test Temperatur bei 60°C

Hohlraumgehalt: 3,5%

Asphalt Probe: 18 x 50 cm

SMA 0/11S Probe Schichtdicke: 5 cm

AB 0/16S Probe Schichtdicke: 10 cm

Kontakt Druck: 0,6 Mpa

Frequenz: 1 Hz

Tabelle 9

Das Ergebnis dieser Studie zeigt, dass unmodifiziertes Bitumen und unmodifi- zierter Asphalt die Anforderungen der Asphaltindustrie nicht erfüllen können. Mittels Bitumen, das durch polymerische Armierungen modifiziert ist, kann die Asphaltindustrie die Leistungseigenschaften von heißen Mischungen beträchtlich steigern.

Die auf einer Spezifikation basierende Leistung könnte durch die spezifische Auswahl und Verwendung von Armierungen mit auch anderen Polymeren, bzw. Additiven, die Eigenschaften von Bitumen, Asphalt, Baustoffen etc. verbessern.

Die Eigenschaften bituminöser Isolierungen (20%) sind nachfolgend zu ersehen:

Nachfolgend Eigenschaften bituminöser Dachbahnen

Eigenschaften mit und ohne Zugabe von 5% und 15% zu einem Anhydrit Fließestrich Klasse E 300 F Gemäß ÖNORM B2232 nach 7 Tagen und 28 Tagen:

Eigenschaften mit und ohne Zugabe von 5% und 15% zu einem Anhydrit Fließestrich Klasse E 225 F Gemäß ÖNORM B2232 nach 7 Tagen und 28 Tagen:

Verwendung von Armierung in gipshältigem Handputz/Spachtelgips

Verwendung von Armierung in gipshältigem Maschinenputz

Verwendung von Armierung in kalk- zementhältigem Handputz

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Verwertung von polymerarmierten Elastomerprodukten, insbesondere von technischen Gummiprodukten, wie z.B. Altreifen, Förderbändern oder Antriebselementen, mit folgenden Schritten:

Zerkleinern der Elastomerprodukte;

Granulieren der Elastomerprodukte; und gegebenenfalls

Kaltzerkleinern der Elastomerprodukte; in welchen Schritten jeweils nichtmetallische Armierungen abgesondert werden; gekennzeichnet durch folgende Schritte: mechanisches Zerkleinern der abgesonderten nichtmetallischen Armierungen, vorzugsweise durch Mahlen und/oder Schneiden, um einen rieselfähigen Zustand herzustellen, der weitgehend frei von einem Elastomeranteil ist;

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gegebenenfalls vorhandene metallische Armierungen von den abgesonderten Armierungen abgetrennt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadyirch gekennzeichnet, dass das mechanische Zerkleinern der abgesonderten nichtmetallischen Armierungen so durchgeführt wird, dass Cord, Zwirne und Gewebe praktisch vollständig aufgelöst werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Zerkleinern der abgesonderten nichtmetallischen Armierungen so durchgeführt wird, dass die Schüttdichte größer als 100 g/l, vorzugsweise größer als 120 g/l ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Zerkleinern der abgesonderten nichtmetallischen Armierungen so durchgeführt wird, dass die Klopfdichte größer als 150 g/l, vorzugsweise größer als 180 g/l ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmetallischen Armierungen mit einem organischen oder nichtorganischen Bindemittel, wie Harz, Bitumen, etc., vermischt und daraus kleintei- lige Festkörper, wie ein Granulat, oder ein flüssiges Konzentrat erzeugt werden, worauf die Festkörper bzw. das Konzentrat als Zumischgut, vorzugsweise zu Asphalt, eingesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorzerkleinerung der Elastomerprodukte bei Umgebungstemperatur durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinzerkleinerung der vorzerkleinerten Elastomerprodukte in gekühltem Zustand durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorzerkleinerten Elastomerprodukte mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden und das Feinzerkleinern durch Schlagenergie erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Feinzerkleinern durch Mahlen durchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerung der Armierung bis zu einer maximalen Länge einzelner Teilchen der Armierung von 10 mm, vorzugsweise von 5 mm, durchgeführt wird, wobei die Varianz der Länge klein, vorzugsweise kleiner als 1,2 mm² ist.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Armierungen in Asphalt eingearbeitet wird.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Armierungen in Bitumen eingearbeitet wird, welches anschließend mit Kies zu Asphalt verarbeitet wird.

14. Faserfraktion aus der Verwertung von polymerarmierten Elastomerprodukten, insbesondere von technischen Gummiprodukten, wie z.B. Altreifen, Förderbändern oder Antriebselementen, die weitgehend frei von metallischen Armierungen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserfraktion weitgehend frei von Elastomeranteilen ist und dass sie durch Auflösung von Cord, Zwirnen und Geweben rieselfähig ist.

15. Faserfraktion nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schüttdichte größer als 100 g/l, vorzugsweise größer als 120 g/l ist.

16. Faserfraktion nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Klopfdichte größer als 150 g/l, vorzugsweise größer als 180 g/l ist.

17. Faserfraktion nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:

Polyamid (Cord) 15-35%, vorzugsweise 20-30%;

Polyester (Cord) 25-45%, vorzugsweise 30-40%;

Viskose (Cord) 30-50%, vorzugsweise 35-45%.

18. Faserfraktion nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Baumwolle in der Größenordnung zwischen 1-5%, vorzugsweise 1 bis 3% (Gew.%) vorliegt.

19. Faserfraktion nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass maximal 5 Gew.%, vorzugsweise weniger als 3 Gew.%, Elastomeranteil, wie Gummi vorliegt.

20. Faserfraktion nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Masterbatch in der Form einer Emulsion mit Öl oder Wasser vorliegt.

21. Faserfraktion nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Oberfläche zwischen 0,1 g/m² und 0,4 g/m², vorzugsweise von etwa 0,2 g/m² aufweist.

22. Baustoff aus der Gruppe enthaltend bituminöses Mischgut, insbesondere für einen Straßenbelag, gipshältigen Baustoff, insbesondere Gipskartonplatte mit einem eingemischten Zuschlagsstoff und Estrich, wobei der Baustoff einen eingemischten Zuschlagsstoff mit von Elastomerprodukten gewonnenen polymerischen Armierungen aus recyklierten technischen Gummiprodukten, wie zum Beispiel Altreifen, Förderbändern oder Antriebselementen, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die polymerischen Armierungen in Feinteilchenform bzw. pulverförmig in einer Größenordnung von bis zu 50 Gew.%, vorzugsweise bis zu 30 Gew.%, insbesondere vorzugsweise zwischen 2 Gew.% und 9 Gew.% des bituminösen Mischgutes vorgesehen sind.

23. Baustoff nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die polymerischen Armierungen Polyamid und/oder Polyester und/oder Viskose sowie gegebenenfalls auch Baumwolle enthalten.

24. Baustoff nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die polymerischen Armierungen mit einem Titer zwischen 1,7 dtex bis 8,0 dtex, entsprechend einem Durchmesser zwischen 12,0 μm und 28 μm, und mit einer Länge zwischen 0,1 mm bis 10 mm im Mischgut vorhanden sind.

25. Baustoff nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Armierungen eine Varianz von weniger als 1,2 mm², vorzugsweise von weniger als 0,8 mm² aufweist.

26. Baustoff nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zuschlagstoff vorgesehen ist, der aus einer Faserfraktion nach einem der Ansprüche 14 bis 21 besteht.

27. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 mit einer Vorzerkleinerungsanlage für polymerarmierte Elastomerprodukte; einer Feinzerkleinerungsvorrichtung zum Feinzerkleinern der vorzerkleinerten Elastomerprodukte; einer Absonderungseinrichtung für von den Elastomerprodukten stammende Armierungen; gegebenenfalls einer Abtrenneinrichtung zur Abtrennung von metallischen Armierungen aus der Menge der von den Elastomerprodukten abgesonderten Armierungen; einer Mischeinrichtung zum Zumischen von Armierungen in Baustoffe oder Bauhilfsstoffe, insbesondere in bituminöse und/oder gipshältige Baustoffe oder Bauhilfsstoffe; gekennzeichnet dyrch eine weitere mechanische Zerkleinerungseinrichtung in der Form einer Mühle für die von den Elastomerprodukten stammenden nichtmetallischen Armierungen.

28. Anlage nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Mahlen der Armierung als Schneidmühle ausgebildet ist.

29. Anlage nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidmühle einen Siebeinsatz aufweist, der eine Maschenweite zwischen 0,3 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 2 mm aufweist.

30. Anlage nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Mahlen der Armierung als Zahnscheibenmühle ausgebildet ist.

31. Anlage nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Mahlen der Armierung als Pralltellermühle ausgebildet ist.

32. Anlage nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass ein Windsichter zur Abscheidung der Faserfraktion vorgesehen ist.

2004 04 08 Ba