WO2016203041A1 - Verfahren zum zerkleinern von kunststoffmaterial, ein mit diesem verfahren hergestelltes produkt und verwendung desselbigen - Google Patents

Verfahren zum zerkleinern von kunststoffmaterial, ein mit diesem verfahren hergestelltes produkt und verwendung desselbigen Download PDF

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WO2016203041A1
WO2016203041A1 PCT/EP2016/064172 EP2016064172W WO2016203041A1 WO 2016203041 A1 WO2016203041 A1 WO 2016203041A1 EP 2016064172 W EP2016064172 W EP 2016064172W WO 2016203041 A1 WO2016203041 A1 WO 2016203041A1
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plastic material
crushed
temperature
wetting agent
films
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PCT/EP2016/064172
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Inventor
Wolf Karasiak
Dirk Karasiak
Original Assignee
Aquafil Engineering Gmbh
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    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/18—Use of auxiliary physical effects, e.g. ultrasonics, irradiation, for disintegrating
    • B02C19/186—Use of cold or heat for disintegrating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B5/00—Operations not covered by a single other subclass or by a single other group in this subclass

Definitions

  • the present invention relates to a method of comminuting plastic material according to claim 1, a product according to claim 13 and the use of the product according to claim 15.
  • Cold milling has proved to be particularly advantageous in the case of products and materials having rubber-elastic, viscoelastic or plastic properties, such as rubber and plastics, which are difficult to mill.
  • the rubber or plastic parts to be ground are cooled down before the grinding process so that they become brittle or lose the elasticity / flexibility.
  • the brittle parts are processed into powder, for example with suitable mills, for example pin mills or granulators.
  • the cooling takes place for example by means of liquid or gaseous nitrogen or C0 2 or other common refrigerants.
  • cryogenic refrigerants such as CO2 or N 2 is relatively expensive and is therefore used predominantly for high quality products.
  • Crushing device - Crushing of the plastic material in the at least one device below a temperature of 40 ° C, preferably below 20 °, in particular below 10 ° C.
  • the coolant is brought into contact with the plastic material to be crushed at or before entry desselbigen in the crushing device, so that also here the input current is adjusted to the desired temperature.
  • An additional cooling in the crushing device is also conceivable, but not mandatory.
  • the shredded plastic material produced by the present process has improved properties over the recycled material conventionally obtained under thermal conditions.
  • the bulk density of the product increases, whereby on the other hand, the storage volume can be reduced at the same weight. It prevents soiling in the product.
  • the plastic material is pre-shredded before the task or insertion of the plastic material to be crushed in at least one coarse shredding device. This optional pre-shredding can be necessary in particular if the starting material to be comminuted (eg polymer blocks) is too large.
  • the plastic material to be shredded can be produced as strips or bands in the production of packaging films made of plastic material.
  • the plastic material to be comminuted in particular in the case of comminution of thin plastic films, before the comminution process with a wetting agent in combination.
  • the wetting agent can be removed by spraying, dipping, i.a. be applied to the plastic material.
  • a wetting agent is understood as meaning a liquid or a solid which enters into a preferably physical interaction with the material to be comminuted without chemically changing the plastic material to be comminuted.
  • the wetting agent allows embrittlement of the plastic material to be crushed after cooling and thus cold crushing. In the course of embrittlement decreases the plastic deformability of the plastic material and the material breaks close to the elastic limit.
  • the wetting agent is deposited on the surface of the plastic material. So it can be e.g. come to training in the presence of at least one cryogenic refrigerant of a solid coating on the surface of the plastic material.
  • the coating need not form a continuous surface or layer, but may also be discontinuous, i. the solidified wetting agent may have a higher concentration or thickness at certain locations on the surface of the plastic material than other sites.
  • the solid coating can lead to an increase in the total weight of the plastic material, such as a thin plastic film, so that a cooling and associated embrittlement of the plastic material is possible.
  • the at least one wetting agent is an organic compound which is liquid at room temperature and / or water.
  • the at least one wetting agent is a monohydric or polyhydric alcohol which is liquid at room temperature, preferably a dihydric alcohol.
  • dihydric alcohols glycols such as e.g. Ethylene glycol or diethylene glycol are used, with the use of ethylene glycol is particularly preferred.
  • the at least one wetting agent is at least one starting material for producing the plastic material to be comminuted.
  • the plastic material is e.g. polyethylene terephthalate is preferably used as wetting agent ethylene glycol, which with terephthalic acid (1, 4-
  • the amount of wetting agent depends on the surface to be wetted of the plastic material to be comminuted and is therefore dependent on the comminution rate of the plastic material to be comminuted.
  • a further substance for reducing the surface tension in particular a surfactant, is added to the at least one wetting agent.
  • a surfactant is added to the at least one wetting agent.
  • the wetting ability of the plastic film is improved by the addition of a surfactant.
  • the at least one comminuting device such as e.g. a grinding device with a circulation speed between 50 and 500 m / s, preferably between 100 and 300 m / s such. operated at 1 50 m / s.
  • the plastic material is in a temperature range between -90 ° C and 40 ⁇ , preferably between -50 ' ⁇ and 25 ° C, particularly preferably between -20 ⁇ and ⁇ ⁇ ' ⁇ , very particularly preferably between - ⁇ ⁇ ' ⁇ and 5 ° C crushed.
  • a cryogenic refrigerant in particular liquid nitrogen (- ⁇ ⁇ , ⁇ ' ⁇ ) or solid carbon dioxide (dry ice, -78.5 q C) is used.
  • cryogenic refrigerant i. at temperatures less than -30 ⁇ , preferably less than - ⁇ ' ⁇ , particularly preferably less than -70 ⁇ , to a solidification of the wetting agent.
  • the cooling operation of the plastic material provided with the wetting agent using the cryogenic refrigerant may be direct or indirect.
  • direct cooling the cryogenic refrigerant is introduced directly into the mixture of wetting agent and plastic material.
  • indirect cooling the cryogenic refrigerant is used for the external cooling of the mixture of wetting agent and Plastic container containing material, wherein the term "container" in the present case a screw, a mixer or a similar device is to be understood.
  • plastic material in the form of blocks, granules or
  • a wetting agent is added which alters the surface finish of the coarse plastic material to be crushed so as to aid and improve the size reduction process. Suitable wetting agents have been described above.
  • the method comprises the following steps;
  • the product obtainable in particular by the present process is preferably in the form of a powder.
  • the grain size of the powder can be between 10 and 1000 ⁇ , 50 and 500 ⁇ , preferably 100 and 300 ⁇ , more preferably 200 ⁇ amount.
  • the particle size is in this case influenced by the crushing method used, in particular by the temperature prevailing during the comminution process.
  • a powder having an average diameter of d50> 500 ⁇ obtained, while in the fine crushing at reduced temperatures using a suitable Coolant, a powder with an average diameter d50 of ⁇ 500 ⁇ is obtained
  • the powder thus produced which has no thermal and / or hydrolytic damage, can be further processed directly or sold as a raw material.
  • the comminuted plastic material can be introduced in an esterification process for the production of plastic material, preferably without further processing, or used for other applications.
  • the comminuted plastic material is introduced into an esterification reactor in the esterification process.
  • the product may be in powder form, which, however, is only of limited suitability for storage due to its low bulk density. Accordingly, it may be advantageous to use the powdered plastic material for the purpose of increasing the bulk density (e.g., at least 3 times) e.g. compacting by means of compression or tableting. For this purpose, the powder is converted into tablets, pellets or compressed strands without loss of quality. This is useful to reduce the bearing sizes and to achieve a better flow or dosing behavior. The compacted (e.g., pressed) product is then used as the powder.
  • the powdered plastic material for the purpose of increasing the bulk density (e.g., at least 3 times) e.g. compacting by means of compression or tableting.
  • the powder is converted into tablets, pellets or compressed strands without loss of quality. This is useful to reduce the bearing sizes and to achieve a better flow or dosing behavior.
  • the compacted (e.g., pressed) product is then used as the powder.
  • the cooling of the wetted plastic material using the cryogenic refrigerant may be direct or indirect.
  • the invention will be explained in more detail below with reference to the attached figure of several embodiments: It shows:
  • FIG. 1 is a schematic overview of embodiments of the invention
  • Embodiment 1 without wetting
  • the PET granules are then introduced into a mill and ground at 25 ° C and a circulating speed of the mill of 150 m / s.
  • the resulting PET powder has an average particle size of d50> 500 ⁇ m. To reduce the volume, the PET powder is compacted.
  • PET powder or pellets are introduced into a PET esterification process with the paste or where appropriate.
  • Exemplary embodiment 2 without wetting with cold comminution
  • the PET powder or pellets are introduced into a PET esterification process with the paste or where appropriate.
  • Embodiment 3 with wetting with cold comminution
  • the plastic material to be comminuted is provided in the form of a coarse-grained PET granulate.
  • the PET granules are wetted with ethylene glycol and then introduced into a mill and finely comminuted at -10.degree. C. and a circulating speed of the mill of 150 m / s.
  • the resulting PET powder has an average particle size of d50 ⁇ 500 ⁇ m. To reduce the volume, the PET powder is compacted.
  • PET powder or pellets are introduced into a PET esterification process with the paste or where appropriate.
  • the plastic material to be comminuted is provided in the form of a plastic film with a thickness of less than 20 ⁇ m.
  • the plastic film is wetted with ethylene glycol and then introduced into a mill and at
  • the resulting PET powder has an average particle size of d50 ⁇ 500 ⁇ m. To reduce the volume, the PET powder is compacted. The PET powder or pellets are introduced into a PET esterification process with the paste or where appropriate.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerkleinern von Kunststoffmaterial mit den Schritten: Bereitstellen von Kunststoffmaterial in Form von Blöcken, Granulaten oder Folien; Einführen des zu zerkleinernden Kunststoffmaterials in mindestens eine Zerkleinerungsvorrichtung; und Zerkleinern des Kunststoffmaterials in der mindestens einen Zerkleinerungsvorrichtung unterhalb einer Temperatur von 40 °C, bevorzugt unterhalb 25°, insbesondere unterhalb 20 °C. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Produkt bzw. kompaktiertes Produkt herstellbar nach diesem Verfahren und die Verwendung dieses Produktes.

Description

Verfahren zum Zerkleinern von Kunststoffmaterial, ein mit diesem Verfahren
hergestelltes Produkt und Verwendung desselbigen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerkleinern von Kunststoffmaterial nach Anspruch 1 , ein Produkt nach Anspruch 13 und die Verwendung des Produktes nach Anspruch 15.
Beschreibung
Kunststoffmaterialien, wie Kunststoffgranulate oder Kunststofffolien, insbesondere im Bereich des täglichen Bedarfes, bestehen häufig aus Polyester, Nylon oder Polypropylen. Im Verlaufe des Herstellungsprozesses derartiger Kunststoffmaterialien und deren weiterer Verarbeitung fallen Abfallprodukte an, die dem Recycling zur Verfügung stehen. Allerdings ist die Aufarbeitung bzw. das Recyceln von Kunststofffolien nach wie vor mit technischen Problemen behaftet.
So werden bei der Herstellung von z.B. Verpackungsfilmen aus Polyester, Nylon oder Polypropylen mit Breiten von mehreren Metern und Foliendicken von unter "Ι Ομηι die Seitenstreifen abgeschnitten, in Stücke geschnitten, durch mechanisch-thermische Verfahren aufbereitet und wieder verwertet. Dieser Weg der Aufbereitung und Wiederverwertung ist sehr aufwendig, da das abgetrennte und geschnittene Folienmaterial sehr voluminös ist ("Fluff") und sich schwer verarbeiten lässt. Der abgeschnittene Randstreifen beträgt in der Regel um 10 Gewichts%-Prozent der Produktion. Bei einer Anlagenleistung von 80 000 kg pro Tag und einem Schüttgewicht von 30 kg/m3 führt das z.B. zu mehr als 250m3/Tag Folienabfälle. Diese müssen gelagert, gefördert und weiterverarbeitet werden. Weiterhin wird das Material bei der thermischen Weiterbehandlung, die in der Regel in Extrudern erfolgt, geschädigt, es kommt zu Farbveränderungen und zum thermischen und hydrolytischen Abbau der Molekülketten. Derartig konventionell recycelte Kunststoffmaterialien weisen z.B. hohe Gelbwerte von b*10- 15 auf, was bei einer Wiederverwendung in der Herstellung der Kunststoffmaterialien zu einer
Minderqualität und hohen Preisabschlägen führt.
Eine Alternative zur thermischen Aufarbeitung von Kunststofffolien stellt die Kalt-Vermahlung dar. Hierbei wird das zu zerkleinernde Mahlgut, insbesondere Kunststoff, durch Kühlen mit einem geeigneten Kühlmittel versprödet und zur Zerkleinerung einer Mühle zugeführt. Das zerkleinerte Mahlgut verlässt die Mühle in kaltem Zustand, wird aufgefangen, ggf. zwischengelagert und weiterverarbeitet.
Als besonders vorteilhaft hat sich das Kalt-Vermahlen im Falle von schwer mahlbaren Produkten und Materialien mit gummielastischen, viskoelastischen oder plastischen Eigenschaften, wie z.B. Gummi und Kunststoffen, erwiesen. Die zu mahlenden Gummi- oder Kunststoffteile werden vor dem Mahlvorgang soweit abgekühlt, dass sie verspröden oder die Elastizität/Flexibilität verlieren. Anschließend werden die spröden Teile z.B. mit geeigneten Mühlen, z.B. Stiftmühlen oder Schneidmühlen zu Pulver verarbeitet. Die Abkühlung erfolgt z.B. mittels flüssigem oder gasförmigen Stickstoff oder C02 oder anderen gängigen Kältemitteln. Allerdings ist die Verwendung von kryogenen Kältemitteln wie CO2 oder N2 relativ teuer und wird daher vorwiegend für hochwertige Produkte verwendet.
Als problematisch erweist sich die Anwendung der Kryotechnologie auch im Falle von dünnen Kunststofffolien, da die dünnen Folien nicht soweit abgekühlt werden können, dass sie verspröden oder die Elastizität/Flexibilität verlieren.
Aufgabe und Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher auf der einen Seite ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchem die beschriebenen Nachteile überwunden werden können.
Insbesondere soll ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, welches die Herstellung von einem dem Recycling zugängigen Produkt ermöglicht, welches über verbesserte Eigenschaften gegenüber den bisherigen Produkten verfügt.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , einem Produkt gemäß Anspruch 13 und die Verwendung dieses Produktes gemäß Anspruch 1 5 gelöst.
Demnach wird ein Verfahren zum Zerkleinern von Kunststoff material zur Verfügung gestellt, welches die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellen von Kunststoff material in Form von Blöcken, Granulaten oder Folien; - Einführen des zu zerkleinernden Kunststoff materials in mindestens eine
Zerkleinerungsvorrichtung; - Zerkleinern des Kunststoff materials in der mindestens einen Vorrichtung unterhalb einer Temperatur von 40 °C, bevorzugt unterhalb 20° insbesondere unterhalb 10 °C.
Es wird demnach ein Verfahren zur Verfügung gestellt, welches eine Zerkleinerung, z.B. mittels Vermählen, von Kunststoffmaterial, insbesondere von während der Herstellung von Kunststoffmaterial anfallenden Abfällen, unter kostengünstigen Bedingungen ermöglicht. So kann das vorliegende Verfahren, wie noch weiter unten im Detail erläutert, in einem breiten Temperaturbereich, z.B. bei Raumtemperatur oder auch unterhalb von 0 °C durchgeführt werden. Entsprechend ist die Verwendung eines kostenintensiven Kühlmittels nicht zwingend notwendig; vielmehr kann das vorliegende Verfahren mit oder auch ohne ein Kühlmittel durchgeführt werden. Wie erwähnt, wird das Kunststoffmaterial erfindungsgemäß bei oder unterhalb einer Temperatur von 40 °C zerkleinert. Im Sinne des vorliegenden Verfahrens bezieht sich diese Temperaturangabe bevorzugt auf die Temperatur des Eingangsstroms an zu zerkleinernden Kunststoffmaterial in die Zerkleinerungsvorrichtung. Im Falle der Verwendung eines Kühlmittels, um z.B. Temperaturen unterhalb von 20°C zu erreichen, wird das Kühlmittel mit dem zu zerkleinernden Kunststoffmaterial bei oder vor Eintrag desselbigen in die Zerkleinerungsvorrichtung in Kontakt gebracht, so dass auch hier der Eingangsstrom auf die gewünschte Temperatur eingestellt wird. Eine zusätzliche Kühlung in der Zerkleinerungsvorrichtung ist auch denkbar, aber nicht zwingend. Das mittels dem vorliegenden Verfahren hergestellte zerkleinerte Kunststoffmaterial weist gegenüber dem konventionell unter thermischen Bedingungen gewonnenen Recyclingmaterial verbesserte Eigenschaften auf. So erhöht sich das Schüttgewicht des Produktes, wodurch andererseits das Lagervolumen bei gleichem Gewicht reduziert werden kann. Es werden Verschmutzungen im Produkt verhindert. Insbesondere wird eine Erhöhung des Gelbwertes des recycelten Kunststoffmaterials durch Vermeidung unnötiger
Temperaturbelastung vermieden, d.h. es treten keine thermischen oder hydrolytischen Schädigungen auf, wie normalerweise bei konventionellen Verfahren wie Agglomeration oder Extrusion von Folienabfällen üblich. Das mit dem vorliegenden Verfahren gewonnene Produkt kann einfach gefördert und dosiert werden. Zudem besteht die Möglichkeit der direkten Rückspeisung des zerkleinerten Kunststoffmaterials in ein Herstellungsverfahren z.B. in eine Polymerisation oder Folienherstellung. In einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird das Kunststoff material vor Aufgabe bzw. Einführen des zu zerkleinernden Kunststoffmaterials in mindestens einer Grob- Zerkleinerungsvorrichtung vorzerkleinert. Diese optionale Vorzerkleinerung kann insbesondere dann notwendig sein, wenn das zu zerkleinernde Ausgangsmaterial (z.B. Polymerblöcke) zu groß ist.
In einer anderen Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens ist das zu zerkleinernde Kunststoffmaterial eine Kunststofffolie mit einer Dicke kleiner 500 μηι, bevorzugt mit einer Dicke zwischen 5 und 250 μηι, insbesondere bevorzugt zwischen 10 und 100 μηι. Derartige Kunststofffolien bestehen z.B. aus Polyester, Nylon, Polypropylen, und werden z.B. als Verpackungsfilme verwendet.
Insbesondere kann das zu zerkleinernde Kunststoffmaterial als Streifen oder Bänder bei der Herstellung von Verpackungsfilmen aus Kunststoffmaterial anfallen.
Das vorliegend zu zerkleinernde Kunststoffmaterial besteht in erster Linie aus Polyester, Nylon oder Polypropylen. In einer bevorzugten Variante des vorliegenden Verfahrens wird das zu zerkleinernde Kunststoffmaterial, ggf. vor oder nach deren Grob-Zerkleinerung, mit mindestens einem Benetzungsmittel benetzt oder vermischt.
Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird das zu zerkleinernde Kunststoffmaterial, insbesondere im Falle der Zerkleinerung von dünnen Kunststofffolien, vor dem Zerkleinerungsvorgang mit einem Benetzungsmittel in Verbindung gebracht. Das Benetzungsmittel kann durch Sprühen, Tauchen, u.a. auf das Kunststoffmaterial aufgetragen werden.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem Benetzungsmittel eine Flüssigkeit oder ein Feststoff verstanden, der mit dem zu zerkleinernden Material in eine bevorzugt physikalische Wechselwirkung tritt, ohne das zu zerkleinernde Kunststoffmaterial chemisch zu verändern.
Das Benetzungsmittel ermöglicht eine Versprödung des zu zerkleinernden Kunststoffmaterials nach Abkühlung und somit eine Kalt-Zerkleinerung. Im Verlauf der Versprödung verringert sich die plastische Verformbarkeit des Kunststoffmaterials und das Material zerrei ßt nahe der Elastizitätsgrenze.
Das Benetzungsmittel lagert sich auf der Oberfläche des Kunststoff materials ab. So kann es z.B. zur Ausbildung in Gegenwart des mindestens einen kryogenen Kältemittels einer Feststoffbeschichtung auf der Oberfläche des Kunststoffmaterials kommen. Die Beschichtung muss keine durchgehende Fläche oder Lage ausbilden, sondern kann auch unterbrochen sein, d.h. das verfestigte Benetzungsmittel kann an bestimmten Stellen auf der Oberfläche des Kunststoffmaterials eine höhere Konzentration bzw. Dicke aufweisen als anderen Stellen. Die Feststoffbeschichtung kann zu einer Erhöhung des Gesamtgewichtes des Kunststoffmaterials, wie einer dünnen Kunststofffolie führen, so dass eine Abkühlung und damit verbunden eine Versprödung des Kunststoffmaterials möglich wird.
Es ist aber auch denkbar, dass durch das Benetzungsmittel die Oberflächenbeschaffenheit des Kunststoffmaterials verändert wird, wodurch eine Abkühlung und Versprödung des Kunststoffmaterials induziert bzw. unterstützt wird.
Es ist insbesondere bevorzugt, wenn das mindestens eine Benetzungsmittel eine bei Raumtemperatur flüssige organische Verbindung und/oder Wasser ist.
Es ist insbesondere wünschenswert, wenn das mindestens eine Benetzungsmittel ein bei Raumtemperatur flüssiger einwertiger oder mehrwertiger Alkohol, bevorzugt ein zweiwertiger Alkohol ist. Als zweiwertige Alkohole können Glykole wie z.B. Ethylenglykol oder Diethylenglykol verwendet werden, wobei der Einsatz von Ethylenglykol besonders bevorzugt ist.
In einer weiteren Variante des vorliegenden Verfahrens ist das mindestens eine Benetzungsmittel mindestens ein Ausgangsstoff zur Herstellung des zu zerkleinernden Kunststoff materials. Besteht das Kunststoff material z.B. aus Polyethylenterephthalat wird als Benetzungsmittel bevorzugt Ethylenglykol verwendet, welches mit Terephthalsäure (1 ,4-
Benzoldicarbonsäure) oder Dimethylterephthalat zu Polyethylenterephthalat umsetzbar ist.
Die Menge des Benetzungsmittels richtet sich nach der zu benetzenden Oberfläche des zu zerkleinernden Kunststoffmaterials und ist demnach abhängig von der Zerkleinerungsrate des zu zerkleinernden Kunststoffmaterials. In einer weiteren Variante des vorliegenden Verfahrens wird dem mindestens einen Benetzungsmittel eine weitere Substanz zur Verringerung der Oberflächenspannung, insbesondere ein Tensid zugegeben. Im Falle der Verwendung von Wasser wird durch die Zugabe eines Tensides die Benetzungsfähigkeit auf der Kunststofffolie verbessert.
In einer weitergehenden Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird die mindestens eine Zerkleinerungsvorrichtung, wie z.B. eine Mahlvorrichtung mit einer Umlaufgeschwindigkeit zwischen 50 und 500 m/s, bevorzugt zwischen 100 und 300 m/s wie z.B. bei 1 50 m/s betrieben.
Als Mahlvorrichtung kommt beispielsweise eine Mühle mit Mahlkörpern zum Einsatz, bei der das zu vermählende Kunststoffmaterial in einen Mahlbehälter gegeben und unter Bewegung der Mahlkörper zerrieben wird. Derartige Mühlen sind als Kugel-, Stab-, Schwing-, Rührwerk- , Rührwerkskugel- oder Planetenmühlen bekannt. Auch können Prallmühlen, wie z.B. Hammer-, Stift-, Universal-, Luftstrahlmühlen, Friktionsmühlen, Rotor- und Langspaltmühlen und Schneidmühlen zum Einsatz kommen.
In einer besonders bevorzugten Variante des vorliegenden Verfahrens wird das Kunststoffmaterial in einem Temperaturbereich zwischen -90 °C und 40 ^, bevorzugt zwischen -50 'Ό und 25°C, insbesondere bevorzugt zwischen -20 ^ und Ι Ο 'Ό, ganz besonders bevorzugt zwischen -Ι Ο 'Ό und 5°C zerkleinert.
Im Falle der Zerkleinerung des Kunststoffmaterials bei niedrigen Temperaturen z.B. kleiner - 30 °C wird ein kryogenes Kältemittel, insbesondere Flüssigstickstoff (-Ι θδ,δ 'Ό) oder festes Kohlendioxid (Trockeneis,- 78,5qC) verwendet.
Im Falle der Verwendung eines bei Raumtemperatur flüssigen Benetzungsmittels kommt es in Gegenwart des kryogenen Kältemittels, d.h. bei Temperaturen kleiner -30 ^, bevorzugt kleiner -δΟ 'Ό, insbesondere bevorzugt kleiner -70 ^, zu einer Verfestigung des Benetzungsmittels.
Der Kühlungsvorgang des mit dem Benetzungsmittel versehenen Kunststoffmaterials unter Verwendung des kryogenen Kältemittels kann in direkter oder indirekter Weise erfolgen. Im Falle einer direkten Kühlung wird das kryogene Kältemittel direkt in die Mischung aus Benetzungsmittel und Kunststoff material eingeführt. Im Falle einer indirekten Kühlung dient das kryogene Kältemittel der äu ßeren Kühlung des die Mischung aus Benetzungsmittel und Kunststoffmaterial enthaltenen Behälters, wobei unter dem Begriff "Behälter" vorliegend eine Schnecke, ein Mischer oder eine ähnliche Vorrichtung zu verstehen ist.
Das vorliegende Verfahren umfasst in einer Ausführungsform die folgenden Schritte:
- Bereitstellen von Kunststoff material in Form von Blöcken, Granulaten oder
Folien;
- Grobzerkleinerung des Kunststoffmaterials;
- Aufgabe bzw. Einführen des grob zerkleinerten Kunststoffmaterials in mindestens eine Fein-Zerkleinerungsvorrichtung;
- Feinzerkleinern des Kunststoffmaterials in der mindestens einen Fein- Zerkleinerungsvorrichtung unterhalb einer Temperatur von 40 °C, bevorzugt unterhalb 25°, insbesondere unterhalb 20 °C. In dieser Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird als Ausgangsmaterial Kunststoffmaterial in grober Form zunächst grob zerkleinert, um das Ausgangsmaterial in eine für die zum Einsatz kommende Feinzerkleinerungsvorrichtung, wie beispielsweise einer Mahlvorrichtung geeigneter Größe zur Verfügung zu stellen. Nach Einführen des grob zerkleinerten Produktes in die Feinzerkleinerungsvorrichtung kann der Schritt des Feinzerkleinerns bei jeder beliebigen Temperatur unterhalb von 40 ^ durchgeführt werden. Wesentlich ist lediglich, dass die Arbeitstemperatur einen genügend gro ßen Abstand von der Erweichungstemperatur des zu zerkleinernden Kunststoffmaterials aufweist.
Um ein gutes Ergebnis z.B. bei Raumtemperatur zu erreichen, ist die Auswahl der zum Einsatz kommenden Feinzerkleinerungsvorrichtung wichtig. So kann als Feinzerkleinerungsvorrichtung eine Mahlvorrichtung verwendet werden, die mit einer Umlaufgeschwindigkeit von 100 bis 200 m/sec, bevorzugt 1 50 m/s betrieben werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das vorliegende Verfahren die folgenden Schritte:
- Bereitstellen von Kunststoff material in Form von Blöcken, Granulaten oder
Folien;
- Grobzerkleinerung des Kunststoffmaterials; - Zugabe von mindestens einem Benetzungsmittel zu dem grob zerkleinerten,
Kunststoffmaterial;
- Aufgabe bzw. Einführen des grob zerkleinerten, Kunststoffmaterials in mindestens eine Feinzerkleinerungsvorrichtung;
- Feinzerkleinerung des Kunststoff materials in der mindestens einen
Feinzerkleinerungsvorrichtung unterhalb einer Temperatur von 40 °C, bevorzugt unterhalb 25°, insbesondere unterhalb 20 °C.
In dieser Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird zusätzlich zu der vorhergehenden Ausführungsform ein Benetzungsmittel zugegeben, welches die Oberflächenbeschaffenheit des zu zerkleinernden groben Kunststoffmaterials derart verändert, dass der Feinzerkleinerungsvorgang unterstützt und verbessert wird. Geeignete Benetzungsmittel wurden oben beschrieben. In noch weiteren Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens umfasst das Verfahren folgende Schritte;
- Bereitstellen von Kunststoff material in Form von Folien;
- Aufgabe bzw. Einführen des zu zerkleinernden Kunststoffmaterials in
mindestens eine Feinzerkleinerungsvorrichtung;
- Feinzerkleinern des Kunststoffmaterials in der mindestens einen
Feinzerkleinerungsvorrichtung unterhalb einer Temperatur von 40 ^, bevorzugt unterhalb 25°, insbesondere unterhalb 20 °C. In dieser Ausführungsform ist demnach keine Grobzerkleinerung des Ausgangsmaterials notwendig. Vielmehr wird als Ausgangsmaterial ein Kunststoffmaterial eingesetzt, welches bereits zur unmittelbaren Verwendung in einer Feinzerkleinerungsvorrichtung geeignet ist. Dies trifft insbesondere auf feine, dünne Kunststofffolien mit einer Dicke kleiner 500 μηι zu. In einer noch weiteren Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens umfasst das Verfahren folgende Schritte;
- Bereitstellen von Kunststoff material in Form von Folien;
- Zugabe von mindestens einem Benetzungsmittel zu dem zu zerkleinernden
Kunststoff material; - Aufgabe des zu zerkleinernden Kunststoffmaterials in mindestens eine
Feinzerkleinerungsvorrichtung;
- Feinzerkleinern des Kunststoffmaterials in der mindestens einen
Feinzerkleinerungsvorrichtung unterhalb einer Temperatur von 40 °C, bevorzugt unterhalb 25° insbesondere unterhalb 20°C.
In dieser Ausführungsform wird das Ausgangsmaterial in Form einer dünnen Kunststofffolie zusätzlich mit einem Benetzungsmittel zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit der zu zerkleinernden Kunststofffolie benetzt oder gemischt, was insbesondere - wie oben beschrieben - für den Prozess der Kalt-Vermahlung bei Temperaturen von unter 0 °C von Vorteil ist.
Wie ausgeführt, ist es in einigen Ausführungsformen bevorzugt, wenn das zu zerkleinernde Kunststoffmaterial Streifen oder Bänder von Kunststofffolien umfasst, die als Abfallmaterial bei der Herstellung von Verpackungsfilmen aus Kunststoffmaterial anfallen. So werden insbesondere Streifen und Bänder von Kunststofffolien benetzt, abgekühlt und einer Kalt- Feinzerkleinerung unterzogen.
Mit dem beanspruchten Verfahren ist es nunmehr möglich, Folienstreifen direkt bei der Folienherstellung abzuziehen, das Benetzungsmittel vor oder nach der Grobzerkleinerung aufzubringen, und die benetzte Kunststofffolie ggf. abzukühlen und direkt fein zu zerkleinern.
Es ist ebenfalls möglich, in vorhandenen Anlagen, die bereits geschnittenen Folienteile direkt zu der beanspruchten Einrichtung zu fördern, zu benetzen, kühlen und zu Pulver zu vermählen.
Das insbesondere mit dem vorliegenden Verfahren erhältliche Produkt liegt bevorzugt in Form eines Pulvers vor. Die Korngröße des Pulvers kann zwischen 10 und 1000 μηι, 50 und 500 μηι, bevorzugt 100 und 300μηι, besonders bevorzugt 200μηι betragen. Die Partikelgröße wird hierbei durch das angewendete Zerkleinerungsverfahren, insbesondere durch die während des Zerkleinerungsprozesses herrschende Temperatur beeinflusst. So wird bei der Feinzerkleinerung des Kunststoffmaterials bei Raumtemperatur ein Pulver mit einem durchschnittlichen Durchmesser von d50 > 500 μηι erhalten, während bei der Feinzerkleinerung bei reduzierten Temperaturen unter Verwendung eines geeigneten Kühlmittels ein Pulver mit einem durchschnittlichen Durchmesser d50 von < 500 μηι erhalten wird,
Das Schüttgewicht des Pulvers beträgt zwischen 1 00 und 500 kg/m3, bevorzugt 300 kg/m3.
Das so erzeugte Pulver, welches keine thermische und/oder hydrolytische Schädigung aufweist, kann so direkt weiterverarbeitet werden oder als Rohstoff verkauft werden.
So kann das zerkleinerte Kunststoffmaterial in einem Veresterungsprozess zur Herstellung von Kunststoffmaterial, bevorzugt ohne weitere Aufarbeitung, eingeführt werden oder für andere Anwendungsgebiete eingesetzt werden. So wird in einer Variante das zerkleinerte Kunststoffmaterial in einen Veresterungsreaktor im Veresterungsprozess eingeführt.
In weiteren Anwendungen wird das Produkt in einem Prepolykondensationsprozess und/oder einem Extrusionsprozess zur Herstellung von Kunststoff material eingesetzt.
Wie beschrieben, kann das Produkt in Pulverform vorliegen, welches jedoch aufgrund seines geringen Schüttgewichtes zur Lagerung nur bedingt geeignet ist. Entsprechend kann es von Vorteil sein, das pulverförmige Kunststoffmaterial zum Zwecke der Erhöhung des Schüttgewichtes (z.B. um das mindestens 3-fache) z.B. mittels Verpressen oder Tablettieren zu kompaktieren. Hierzu wird das Pulver zu Tabletten, Pellets oder verpressten Strängen ohne Qualitätsverluste umgesetzt. Dieses ist sinnvoll, um die Lagergrö ßen zu reduzieren und um ein besseres Fließ- oder Dosierverhalten zu erreichen. Das kompaktierte (z.B. verpresste) Produkt wird dann wie das Pulver verwendet.
In einer bevorzugten Verwendung wird das zerkleinerte (pulverförmige oder verpresste) Kunststoffmaterial in die Paste bestehend aus Terephthalsäure und Äthylenglykol (Ausgangsmaterial) in einen Veresterungsprozess eingeführt. Das vorliegende Verfahren wird in einer Anlage durchgeführt, die in einer Ausführungsform mindestens eine Einheit zum Grobzerkleinern des Kunststoffmaterials, mindestens eine Einheit zur Benetzung des Kunststoffmaterials, mindestens eine Kühleinheit und mindestens eine Feinzerkleinerungseinheit, wie z.B. eine Mahleinheit umfasst. Es ist aber auch denkbar, die einzelnen, singulären Einheiten der Anlage teilweise oder vollständig zusammengefasst sind. So ist vorstellbar, die Schritte des Grobzerkleinerns des Kunststoffmaterials, des Benetzens des Kunststoffmaterials mit mindestens einem Benetzungsmittels, des Abkühlens und Feinzerkleinerns in einer Apparatur oder Vorrichtung, insbesondere in einer Mahleinrichtung, durchzuführen.
Wie oben bereits erwähnt, kann die Abkühlung des benetzten Kunststoffmaterials unter Verwendung des kryogenen Kältemittels direkt oder indirekt erfolgen. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert: Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Übersicht von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Ausführungsbeispiel 1 : ohne Benetzung
In einer ersten Ausführungsform (siehe Figur 1 ) wird das zu zerkleinernde Kunststoffmaterial in Form eines grobkörnigen PET-Granulats bereitgestellt.
Das PET-Granulat wird dann in eine Mühle eingeführt und bei 25°C und einer Umlaufgeschwindigkeit der Mühle von 150 m/s vermählen.
Das erhaltene PET-Pulver weist eine durchschnittliche Partikelgrö ße von d50 > 500 μηι auf. Zur Volumenverringerung wird das PET-Pulver kompaktiert.
Das PET-Pulver oder die Pellets werden mit der Paste oder an geeigneter Stelle in einen PET- Veresterungsprozess eingeführt. Ausführungsbeispiel 2 : ohne Benetzung mit Kalt-Zerkleinerung
In einer zweiten Ausführungsform (siehe Figur 1 ) wird das zu zerkleinernde Kunststoffmaterial in Form einer Kunststofffolie mit einer Dicke kleiner 250 μηι bereitgestellt. Die Kunststofffolie wird dann in eine Einrichtung zur Feinzerkleinerung, z.B. eine Mühle eingeführt und in Gegenwart eines Kühlmittels bei -20 ^ und einer Umlaufgeschwindigkeit der Mühle von 1 50 m/s fein zerkleinert. Das erhaltene PET-Pulver weist eine durchschnittliche Partikelgrö ße von d50 < 500 μηι auf. Zur Volumenverringerung wird das PET-Pulver kompaktiert.
Das PET-Pulver oder die Pellets werden mit der Paste oder an geeigneter Stelle in einen PET- Veresterungsprozess eingeführt.
Ausführungsbeispiel 3: mit Benetzung mit Kalt-Zerkleinerung
In einer dritten Ausführungsform (siehe Figur 1 ) wird das zu zerkleinernde Kunststoffmaterial in Form eines grobkörnigen PET-Granulats bereitgestellt.
Das PET-Granulat wird mit Ethylenglykol benetzt und dann in eine Mühle eingeführt und bei - 1 0 °C und einer Umlaufgeschwindigkeit der Mühle von 150 m/s fein zerkleinert.
Das erhaltene PET-Pulver weist eine durchschnittliche Partikelgrö ße von d50 < 500 μηι auf. Zur Volumenverringerung wird das PET-Pulver kompaktiert.
Das PET-Pulver oder die Pellets werden mit der Paste oder an geeigneter Stelle in einen PET- Veresterungsprozess eingeführt. Ausführungsbeispiel 4: mit Benetzung mit Kalt-Zerkleinerung
In einer weiteren Ausführungsform (siehe Figur 1 ) wird das zu zerkleinernde Kunststoff material in Form einer Kunststofffolie mit einer Dicke kleiner 20 μηι bereitgestellt. Die Kunststofffolie wird mit Ethylenglykol benetzt und dann in eine Mühle eingeführt und bei
-30 'Ό und einer Umlaufgeschwindigkeit der Mühle von 1 50 m/s fein zerkleinert.
Das erhaltene PET-Pulver weist eine durchschnittliche Partikelgrö ße von d50 < 500 μηι auf. Zur Volumenverringerung wird das PET-Pulver kompaktiert. Das PET-Pulver oder die Pellets werden mit der Paste oder an geeigneter Stelle in einen PET- Veresterungsprozess eingeführt.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Zerkleinern von Kunststoff material umfassend die Schritte
- Bereitstellen von Kunststoffmaterial in Form von Blöcken, Granulaten oder
Folien;
- Einführen des zu zerkleinernden Kunststoff materials in mindestens eine
Zerkleinerungseinrichtung;
- Zerkleinern des Kunststoffmaterials in der mindestens einer
Zerkleinerungsvorrichtung unterhalb einer Temperatur von 40 ^, bevorzugt unterhalb 25°, insbesondere unterhalb 20 °C.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial vor der Verarbeitung grob zerkleinert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das zu zerkleinernde Kunststoffmaterial eine Kunststofffolie mit einer Dicke kleiner 500 μηι, bevorzugt mit einer Dicke zwischen 5 und 250 μηι, insbesondere bevorzugt zwischen 10 und 100 μηι ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu zerkleinernde Kunststoffmaterial, ggf. vor oder nach deren Grob-Zerkleinerung, mit mindestens einem Benetzungsmittel benetzt oder vermischt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Benetzungsmittel bei Raumtemperatur in flüssiger oder fester Form vorliegt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Benetzungsmittel ein bei Raumtemperatur flüssiger einwertiger oder mehrwertiger Alkohol, bevorzugt ein zweiwertiger Alkohol, insbesondere bevorzugt Ethylenglycol ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zerkleinerungsvorrichtung mit einer Umlaufgeschwindigkeit zwischen 50 und 500 m/s betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial in einem Temperaturbereich zwischen -90 'Ό und 25 °C, bevorzugt zwischen -50 °C und 10°C, insbesondere bevorzugt zwischen -20 ^ und δ'Ό zerkleinert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend die Schritte
- Bereitstellen von Kunststoff material in Form von Blöcken, Granulaten oder
Folien;
- Grobzerkleinerung des Kunststoffmaterials;
- Einführen des grobzerkleinerten Kunststoffmaterials in mindestens eine
Feinzerkleinerungsvorrichtung;
- Feinzerkleinerung des Kunststoffmaterials in der mindestens einen
Vorrichtung unterhalb einer Temperatur von 40 qC, bevorzugt unterhalb 25°, insbesondere unterhalb 20 'Ό.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfassend die Schritte
- Bereitstellen von Kunststoff material in Form von Blöcken, Granulaten oder
Folien;
- Grobzerkleinerung des Kunststoffmaterials;
- Zugabe von mindestens einem Benetzungsmittel zu dem grob zerkleinerten
Kunststoff material;
- Einführen des grob zerkleinerten Kunststoffmaterials in mindestens eine
Feinzerkleinerungsvorrichtung;
- Feinzerkleinern des Kunststoffmaterials in der mindestens einen
Feinzerkleinerungsvorrichtung unterhalb einer Temperatur von 40 ^, bevorzugt unterhalb 25°, insbesondere unterhalb 20°C.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfassend die Schritte
- Bereitstellen von Kunststoff material in Form von Folien;
- Einführen des zu zerkleinernden Kunststoffmaterials in mindestens eine
Feinzerkleinerungsvorrichtung;
- Feinzerkleinern des Kunststoffmaterials in der mindestens einen
Feinzerkleinerungsvorrichtung unterhalb einer Temperatur von 40 °C, bevorzugt unterhalb 25° insbesondere unterhalb 20 °C. 1 2. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfassend die Schritte
- Bereitstellen von Kunststoff material in Form von Folien;
- Zugabe von mindestens einem Benetzungsmittel zu dem zu zerkleinernden
Kunststoff material;
- Einführen des zu zerkleinernden Kunststoff materials in mindestens eine
Feinzerkleinerungsvorrichtung;
- Feinzerkleinern des Kunststoffmaterials in der mindestens einen
Feinzerkleinerungsvorrichtung unterhalb einer Temperatur von 40 °C, bevorzugt unterhalb 25° insbesondere unterhalb 20 °C.
1 3. Produkt, insbesondere erhältlich in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zerkleinerte Kunststoffmaterial in Form eines Pulvers mit einer Korngröße zwischen 50 und 1 000 μηι, bevorzugt zwischen 50 und 500 μηι, insbesondere bevorzugt zwischen 1 00 und 300μηι vorliegt.
14. Produkt nach Anspruch 1 3, dadurch gekennzeichnet, dass es zu Tabletten, Pellets oder Strängen zur Erhöhung des Schüttgewichtes verpresst wird.
1 5. Verwendung eines Produktes nach Anspruch 13 oder 14 in einem Veresterungsprozess zur Herstellung von Kunststoffmaterial oder für andere Anwendungsgebiete.
16. Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt als Paste, insbesondere als Ausgangsmaterial, in den Veresterungsprozess eingeführt wird.
17. Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt in den Veresterungsreaktor im Veresterungsprozess eingeführt wird.
18. Verwendung eines Produktes nach Anspruch 13 oder 14 in einem Prepolykondensationsprozess zur Herstellung von Kunststoff material.
19. Verwendung eines Produktes nach Anspruch 13 oder 14 in einem Extrusionsprozess zur Herstellung von Kunststoffmaterial.
PCT/EP2016/064172 2015-06-18 2016-06-20 Verfahren zum zerkleinern von kunststoffmaterial, ein mit diesem verfahren hergestelltes produkt und verwendung desselbigen WO2016203041A1 (de)

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WO2023079255A1 (en) 2021-11-02 2023-05-11 Fishy Filaments Ltd. Apparatus and method for processing waste plastic

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