DE4220665C2

DE4220665C2 - Verfahren zur Gewinnung von thermoplastischen Schaumstoffanteilen aus einem Kunststoffabfälle enthaltenden Gemenge

Info

Publication number: DE4220665C2
Application number: DE19924220665
Authority: DE
Inventors: Urban Dipl Ing Stricker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-06-24
Filing date: 1992-06-24
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2012-06-25
Also published as: DE4227308A1; DE4220665A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von thermoplasti schen Schaumstoffanteilen aus einem Kunststoffabfälle enthaltenden Gemenge mit unterschiedlichen Kunststoffsorten, Schaumstoffanteilen und Verbundprodukten, die thermoplastische Schaumstoffe enthalten, oder nur mit solchen Verbundprodukten sowie fallweise mit Fremd stoffen.

Die ältere, nachveröffentlichte deutsche Patentanmeldung DE 42 02 095 A1 hat ein dem eingangs genannten Verfahren zur Gewinnung von Kunststoffwertprodukten aus Kunststoffaltprodukten entsprechendes Verfahren zum Inhalt mit der Ausnahme, daß dort Verbundprodukte, die thermoplastische Schaumstoffe enthalten, nicht behandelt werden.

Aus der DE-36 01 175 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von unterschiedlichen Polymeren aus Polymergemischen be kannt. Nach der technischen Lehre wird das zu trennende Polymerge misch auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, um eine Agglome ration der Polymere mit niedrigem Schmelzpunkt zu bewirken, wonach das Polymergemisch in je eine Fraktion mit niedrigem und höherem Schmelzpunkt getrennt wird. Die Trennung kann mittels Luftsichtung oder mittels Prallabscheidung entsprechend der unterschiedlichen Elastizität der jeweiligen Polymere erfolgen. Für die Erwärmung der Polymere ist ein Schnellmischer vorgesehen.

Für die in der Aufbereitungstechnik von Schaumstoffen angewandte selektive Erwärmung zwecks Schrumpfung und Agglomerisation ist die Verwendung von Reibungswärme bzw. Friktion nicht geeignet, da bei einer Friktionserwärmung die unterschiedlichen Materialien durch sehr hohe Reibungskräfte in unerwünschter Weise zerkleinert werden und das Gemenge insgesamt weiter vermischt wird, wobei Teile unter schiedlicher Fraktionen miteinander verschmelzen oder aneinander haften bleiben.

Aus der DE-41 12 179 C1 ist ein Verfahren zum sortenreinen Trennen von thermoplastischen Formteilen unterschiedlicher Provenienz bekannt. Diese werden verfahrensnotwendig unzerkleinert durch die direkte oder indirekte Beheizung auf eine Temperatur erwärmt, die der Erweichungstemperatur derjenigen Formteile mit der niedrigsten Erweichungstemperatur entspricht. Bei dieser Temperatur werden die Formteile solange behandelt, bis sie unter dem Einfluß der Schwer kraft ihre ursprüngliche Form unter entsprechender Volumenreduzie rung weitestgehend verloren haben, anschließend werden die so deformierten Formteile von den übrigen, in ihrer Form weitestgehend unverändert gebliebenen Formteilen getrennt.

Nach der Beschreibung scheint dieses Verfahren im wesentlichen auf rotationssymmetrische Formteile wie Becher, Tassen etc. anwendbar zu sein, welche bspw. gemäß Figur 1b nach einer längeren Temperatur behandlung bei 90°C die Gestalt einer leicht deformierten Platte (Ronde) annehmen. Eine derartige Formumwandlung in einem vergleichs weise dichten Gemenge ist nicht vorstellbar. Im übrigen ist in dieser Schrift die Gewinnung von thermoplastischen Schaum stoffanteilen aus einem Kunststoffabfälle enthaltenden Gemenge oder aus Schaumstoff-Verbundwerkstoffen nicht zugesprochen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ein Verfahren anzugeben, mit welchem aus einem thermoplastische Schaumstoffanteile, unterschiedliche Kunststoff sorten, Schaumstoff-Verbundprodukte und fallweise Fremdstoffe enthaltenden Gemenge gezielt die thermoplastischen Schaumstoff anteile aus dem Gemenge in der Weise gewonnen werden können bzw. von den Verbundstoffen getrennt werden können, daß ihre Wiederver wertung bzw. Weiterverarbeitung unter wirtschaftlichen Gesichts punkten durchführbar ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einem Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art mit der Erfindung durch die im Kennzeichnungsteil des Hauptanspruches angegebenen Arbeits schritte.

Für die thermoplastischen Schaumstoffe trifft in besonderer Weise zu, daß sie in den allermeisten Fällen fertigungsbedingt den ver streckten Kunststoffen zuzuordnen sind. Diese gehen bei Erwärmung bekanntermaßen wieder in den Zustand zurück, der vor dem Verstreckungs prozeß bei ihrer Herstellung bestand. Mit anderen Worten haben die verstreckten Kettenmoleküle bei erhöhter Temperatur das Bestre ben, sich wieder in den verknäulten Zustand zu relaxieren, das heißt sie schrumpfen. Der Temperaturbereich für diesen Vorgang der Relaxa tion beginnt unterhalb der Glastemperatur der Thermoplasten. Dies bedeutet, daß dieses Schrumpfen vor einem Schmelzen der Thermoplasten ohne Emission von Zersetzungsprodukten durchführbar ist.

Weiterhin liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß die Relaxation von Thermoplasten bevorzugt bei Schaumstoffen mit einer drastischen Veränderung der elastischen Eigenschaften einhergeht, die zu einer überraschenden Versprödung beim Abkühlungsprozeß führt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe einer Verbundtrennung und Stoff sortierung von thermoplastische Schaumstoffe enthaltenden Gemengen unterschiedlicher Kunststoffe und/oder Schaumstoff-Verbundprodukten durch eine Abstimmung der Arbeitsschritte, Zerkleinerung, Relaxa tion, Trennung, Brechung sowie Sortierung gelöst. Dies betrifft unter anderem die unterschiedlichen Zerkleinerungsverfahren vor und nach der thermischen Behandlung des Abfallgemenges. Für die Relaxa tion wird vorzugsweise eine Partikelgröße benötigt, wie sie mit sogenannten Schaumstoff-Flocken aus langsam laufenden Abfallzer kleinerern vorliegt. Dementsprechend gelangen für die Vorzerkleine rung des Gemenges langsam laufende Abfallzerkleinerer zum Einsatz, welche das Prinzip von Zweiwellen-Schneidwerken verwirklichen. Mit diesen wird die Zerkleinerung vor dem Relaxationsprozeß des zu behandelnden Gutes durchgeführt.

Nach Schrumpfung und Versprödung des Zielthermoplasten wird dieser mit Hilfe eines Brechverfahrens weiter zerkleinert und in seiner Partikelgröße nach oben begrenzt, so daß sich ein rieselfähiges Schüttgut ergibt. Das Brechen hat dabei den verfahrensbedingten Vorteil, daß andere Materialien, die nicht über die entsprechende Sprödigkeit des Zielthermoplasten verfügen, bei dem Zerkleinerungs schritt durch Brechen nicht mit zerkleinert werden. Auf diese Weise wird bereits durch den Brechvorgang die nachfolgende Sortierung sehr wesentlich unterstützt und vorbereitet.

Verfahrenstechnisch kommen alle üblichen Brechwerke für das erfin dungsgemäße Verfahren in Betracht. Als besonders geeignet haben sich Zweiwalzen-Brechwerke erwiesen, da mit diesen ein kontinuierlicher Mengendurchsatz in einfacher Weise ermöglicht wird.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, daß die Abfälle vor der Aufbereitung einer Vorsortierung unterzogen werden, um bspw. sicher zustellen, daß nicht grobe Fremdstoffe, wie Metallteile, Glas oder andere den Prozeß störende Fremdstoffe mit in den Arbeitszyklus einfließen.

Innerhalb des Verfahrensablaufes ist die Relaxation des zu gewinnen den thermoplastischen Schaumstoffes (im folgenden: Zielthermoplast) durch Erwärmen der zentrale Behandlungsschritt innerhalb der erfin dungsgemäßen Verfahrenskombination. Durch gezielte Relaxation wird ein Schrumpfen des Zielthermoplasten hervorgerufen. Die hierdurch hervorgerufenen Eigenschaftsänderungen bilden die Grundlage für die nachfolgende Trennung und Sortierung des Zielthermoplasten von den übrigen Verbund- oder Gemengematerialien. Die Mittel zur thermischen Behandlung müssen daher so gewählt werden, daß dadurch ein selekti ves Schrumpfen ausschließlich des Zielthermoplasten erzielt wird. In einigen Fällen kann dies durch Konvektionserwärmung des gesamten Gemengestromes erreicht werden, dann nämlich, wenn der Schaumstoff der Zielthermoplast mit der niedrigsten Relaxationstemperatur ist. Eine gezielt selektive Wärmeübertragung ist bspw. mittels Infrarot- Wärmestrahlern möglich, wenn bspw. bestimmte Schaumstoffe aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung oder auch infolge ihrer Einfärbung und dem damit verbundenen bevorzugten Infrarot-Absorbtionsverhalten besser und damit gezielter als die übrigen Materialien die Wärme strahlung absorbieren. Bspw. können mit Hochfrequenzstrahlung je nach Zusammensetzung des Gemenges bestimmte Schaumstoffe selektiv geschrumpft werden, ohne daß die anderen Materialien erwärmt werden. Sehr vorteilhaft ist in jedem Falle die Ausbreitung eines Gemenge stromes auf einer Transportvorrichtung, weil damit die Oberflächen der unterschiedlichen Komponenten für eine ungehinderte Wärmeüber tragung offenliegen und damit eine selektive Erwärmung unterschied licher Stoffgruppen wirkungsvoll unterstützt wird. Eine vorzugsweise Methode der Erwärmung kann auch mittels Konvektion von heißer Luft in einer Wirbelschicht verwirklicht werden. Dabei kann mit der ver fahrensbedingten Wahl einer zweckmäßigen Art der Erwärmung die Aufheizung der Schaumstoff-Komponente sehr exakt bis zur Relaxation stemperatur vorgenommen werden.

Die Relaxation eines Schaumstoffes unterscheidet sich auch deshalb von einem ähnlichen Verhalten thermisch behandelter glatter Kunst stoffteile, weil in thermoplastischen Schaumstoffteilen eine poten tiell mit der speziellen Morphologie des verstreckten Thermoplasten gespeicherte Energie als Rückstellkraft (Schrumpfspannung) freisetz bar ist, die sowohl für die hohe Volumenreduktion (1 : 10 bis 1 : 50) - der Verbund wird in vielen Fällen schon hierdurch gelöst - als auch für den besonders intensiven Versprödungsprozeß und damit für den selektiven Zerkleinerungsvorgang in besonders vorteilhafter Weise genutzt werden kann.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß das Gemenge vor oder bei der Sortierung einer mechanischen Einwirkung von Vibratio nen unterzogen wird. Dabei wird einerseits der Gemengestrom nach der thermischen Behandlung und der Nachzerkleinerung weiter aufge lockert und dabei infolge der unterschiedlichen Form und Dichte der Partikel nach Art eines Setzherdes geschichtet. Bekanntlich wandern dabei die schwereren und feineren Teile nach unten, während die leichteren und größeren Teile sich darüber schichten. Dies erleich tert und verbessert den nachfolgenden Sortierprozeß, der sehr vorteilhaft unter Verwendung eines Klassiersiebes durchgeführt werden kann. Dabei passiert dann der Zielthermoplast im unteren Kornbereich das Sieb, während die anderen Gemengekomponenten in der Siebfraktion verbleiben.

Selbstverständlich kann die Sortierung nach Maßgabe der Gemengebe schaffenheit auch durch andere bekannte Verfahren wie Windsichtung, Schwimm-Sink-Trennung, Trennung im induktiven Wechselfeld etc. erfolgen.

Für eine ungestörte Durchführung des Verfahrens gilt im übrigen, daß nur solche Materialien und Stoffe zulässig sind, die nicht von sich aus bereits spröde sind oder während des Verfahrens so ver spröden, daß sie unter den Verfahrensbedingungen neben dem Ziel thermoplasten ebenfalls durch die Brechung in kleine oder kleinste Partikel überführt werden. Darüberhinaus sind weiterhin solche Materialien nicht zulässig, die aufgrund ihrer Beschaffenheit Teile der jeweils verwendeten Anlage zerstören können. Demnach eignen sich für die Durchführung des Verfahrens solche Materialkombinationen, die neben dem selektiv relaxierbaren Zielthermoplasten andere nicht sprödharte Kunststoffe, Papier oder dünnwandige Metallteile wie Aluminiumfolien etc. enthalten. Fallweise können in der sortierten Fraktion auch teilweise andere Wert- oder Fremdstoffe zunächst verbleiben. Von dieser können sie erforderlichenfalls in einem weiteren Aufbereitungsschritt oder auch während der Sekundärver arbeitung bspw. durch Abscheiden aus der Schmelze getrennt werden, sofern sie nicht in ein Sekundärprodukt mit einbezogen werden können.

Werden Verbundmaterialien behandelt, so muß für eine Sortierung der einzelnen Verbundwerkstoffe, und hier zur Sortierung der Zielthermo plasten zunächst der Verbund getrennt werden. Bekanntermaßen kann eine - zumindest teilweise - Verbundtrennung bei bestimmten Verbund kombinationen bereits während eines Zerkleinerungsprozesses statt finden. Voraussetzung dazu ist ein ausreichend sprödes elastisches Verhalten mindestens einer der Verbundkomponenten. Die Schaffung einer hinreichenden Sprödigkeit des Zielthermoplasten durch das Schrumpfen und Verspröden und das anschließende Brechen ist Gegen stand des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Überraschenderweise zeigt sich, daß auch die selektive Relaxation von Verbundmaterialien, die den Zielthermoplasten enthalten, bereits zu einer Verbundtrennung führt. Dies kann darauf zurückgeführt werden, daß die während der Relaxation freigesetzte Schrumpfspannung auch auf die Grenzfläche zwischen den Verbundmaterialien wirksam wird und dort zu einem Abschälen der schrumpfenden Komponenten führt.

Auch bei der Sortierung, die häufig durch mechanische Einwirkung wie Vibration u.ä. unterstützt wird, kann eine Trennung von zuvor versprödeten Zielthermoplasten erfolgen.

Eine Verbundtrennung kann also im erfindungsgemäßen Verfahren je nach Zusammensetzung und Beschaffenheit des Gutes während allen Verfahrensschritten oder auch nur in einzelnen Verfahrensschritten erfolgen.

Verfahrensbeschreibung am Beispiel der Trennung von Verbundmateria lien, die expandierte Thermoplaste enthalten

Expandierte Thermoplaste (Schaumstoffe) werden vor allem im Ver packungsbereich auch im Verbund mit Papier eingesetzt. Dabei wird häufig ein expandiertes Polystyrol (sowohl Extruder-EPS als auch Partikel-EPS) im Verbund mit verschiedenen Papierqualitäten ver wendet. In anderen Anwendungsbereichen (Fahrzeugbau, Isolierungen, Bühnenbau) werden auch andere expandierte thermoplastische Kunst stoffe im Verbund mit anderen Materialien, wie bspw. Aluminiumfo lien, Textilien oder auch anderen Kunststoffen eingesetzt.

Sollen die Bestandteile solcher Verbundmaterialien einem Recycling zugeführt werden, dann stellt sich die Aufgabe einer Verbundtren nung, um die einzelnen Verbundkomponenten sortenrein wieder- oder weiterverwerten zu können. Diese Aufgabe stellt sich insbesondere auch im innerbetrieblichen Recycling von Reststoffen aus der Fertigung der entsprechenden Produkte.

Die Verbundtrennung wird dadurch erreicht, daß die Verbundwerkstoffe durch Erwärmungselemente und -methoden bis zu solchen Temperaturen erwärmt werden, bei denen der thermoplastische Schaumstoff eine Relaxation der verstreckten Polymermoleküle erfährt. Für EPS beträgt die charakteristische Relaxationstemperatur bspw. 105°C. Durch die Relaxation erfährt der Schaumstoff eine deutliche Volumenverringe rung, die beim Abkühlen zu einer Versprödung des zuvor elastischen Materiales führt. Der Verbund wird in vielen Fällen schon hierdurch gelöst.

Je nach Art der zu behandelnden Schaumstoff-Verbundwerkstoffe kann das Verfahren entweder vor oder nach der Relaxation mit einer Zerkleinerung kombiniert werden. Für die meisten Fälle ist eine Zerkleinerung vor der thermischen Behandlung sinnvoll. Dabei ist eine solche Partikelgröße für die zerkleinerten Verbundwerkstoffe anzustreben, die die Siebung der Partikel des Zielthermoplasten nach dem Brechen gestattet. Dazu haben sich langsamlaufende Abfall zerkleinerungs-Schneidwerke als geeignet erwiesen, die eine Parti kelgröße mit den ungefähren Abmessungen von 10 × 70 × 30 mm ergeben.

Der Zielthermoplast wird mit den weiteren Verbundkomponenten als Gemenge in einem nachfolgenden Schritt einem Brechwerk, z. B einem Zweiwalzenbrecher, zugeführt, wodurch der volumenreduzierte Kunst stoff aufgrund seiner Sprödigkeit zu solchen Partikeln gebrochen wird, deren oberste Partikelgröße durch die Weite des Brechspaltes begrenzt ist. Bei einem Brechspalt von 10 mm wird der Zielthermo plast zu Partikeln von einer mittleren Korngröße von 2 bis 8 mm gebrochen. Unter der Voraussetzung, daß die anderen Verbundkom ponenten nach der thermischen Behandlung eine ausreichende Elastizi tät für ein selektives Brechen der Partikel des Zielthermoplasten aufweisen, werden diese nicht gebrochen. Beim Brechen löst sich aufgrund der Elastizitätsunterschiede auch solcher Zielthermoplast aus dem Verbund, der noch nicht zuvor aufgrund der Volumenverringe rung gelöst war.

Das so vorliegende Gemenge aus volumenreduzierten, versprödeten und in der Partikelgröße nach oben begrenzten Partikeln des Zielthermo plasten und restlichen Verbundkomponenten, die noch die gleiche Größe wie vor dem Brechen aufweisen, wird nun vorzugsweise einer Siebung (Siebweite z. B. 10 mm) unterworfen, bei der die kleineren Partikel des Zielthermoplasten das Sieb passieren, die anderen Verbundkomponenten jedoch im Sieb verbleiben. Somit ist eine Sortie rung des Gemenges erfolgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich in der Praxis bewährt und bietet eine optimale Lösung der eingangs gestellten Aufgabe.

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung von thermoplastischen Schaumstoff anteilen aus einem Kunststoffabfälle enthaltenden Gemenge mit unterschiedlichen Kunststoffsorten, Schaumstoffanteilen und mit Verbundprodukten, die thermoplastische Schaumstoffe enthalten, oder nur mit solchen Verbundprodukten sowie fallweise mit Fremdstoffen, gekennzeichnet durch die Arbeitsschritte:

a) die Abfälle werden im Gemenge zuerst einer Vorzerkleine rung unterzogen, wobei eine Partikelgröße vorgesehen ist, wie sie mit sogenannten Schaumstoff-Flocken vorliegt;
b) die thermoplastischen Schaumstoffe werden im Gemenge durch gezielte Wärmezufuhr so weit aufgeheizt, bis sie im Bereich ihrer Relaxationstemperatur schrumpfen und sich im Falle von Verbundprodukten von diesen lösen und ggf. trennen;
c) Das Gemenge wird abgekühlt, bis der darin enthaltende Schaumstoffanteil versprödet ist;
d) das Gemenge wird einem Brechvorgang unterzogen, wobei die versprödete Schaumstoffkomponente selektiv zu einem rieselfähigen Schüttgut zerkleinert wird, während die nicht versprödeten Anteile des Gemenges im wesentlichen ihre Form und Größe behalten;
e) die geschrumpfte, versprödete, zerkleinerte und als Rieselgut im spezifischen Gewicht sowie in der Kornform und -größe veränderte Schaumstoff-Komponente wird von den restlichen Bestandteilen des Gemenges durch Sortierung getrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfälle vor der Aufbereitung einer Vorsortierung unterzogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorzerkleinerung nach a) unter Verwendung eines langsam laufenden Abfallzerkleinerers bzw. Brechwerkes vorgenommen wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Zerkleinerung nach d) unter Verwendung eines vergleichsweise schnellaufenden Brechwerks mit zur Begrenzung der Partikelgröße vorgegebenem Brechspalt vorgenommen wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezufuhr nach b) unter selektiven Erwärmungsbedin gungen entweder

f) mittels Konvektion heißer Luft in einer Wirbelschicht, oder
g) beim Transport der Gemengeteile auf einer Transportein richtung wie Transportband innerhalb einer Wärmestrecke, fallweise
h) unter Einwirkung von Infrarot-Wärmestrahlung, oder
i) unter Einwirkung eines HF-Strahlungsfeldes vorgenommen wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge vor oder während der Sortierung einer mechani schen Einwirkung von Vibrationen unterzogen wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sortierung nach d) durch Siebung des Gemenges erfolgt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sortierung nach Maßgabe der Gemengebeschaffenheit durch bekannte Verfahren wie Windsichtung, Schwimm-Sink-Trennung, Trennung im induktiven Wechselfeld erfolgt.