DE3511711C2 - Wiederaufbereitung hochwertiger Kunststoffe aus Abfällen und Ausschußwerkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wieder­ aufbereitung von Ausgangs-Rohmaterial in Gestalt hochwertiger Kunststoffe, beispielsweise Polykarbonat, aus Abfällen und Ausschußwerkstücken im Zusammenhang mit der Fertigung von plattenförmigen Informationsträgern hoher Speicherdichte, beispielsweise CD.

Bei der Herstellung plattenförmiger Informationsträger hoher Speicherdichte, wie sie beispielsweise optisch auslesbare Videoplatten und digitale Audioplatten (CD) darstellen, müssen mit Hinblick auf die hohen Anforde­ rungen an die Formbeständigkeit solcher Platten hoch­ wertige Kunststoffe verarbeitet werden. Wie die Praxis, beispielsweise bei der CD-Herstellung, zeigt, ist die Fertigungsausschußrate solcher Informationsplatten insbesondere durch die auftretenden unvermeidbaren Fehler in der Informationsmikrostruktur sehr hoch, so daß der Anteil der durch das Verfahren bedingten Kunst­ stoffabfälle und der aus dem Kunststoff hergestellten Ausschußwerkstücke ca. 50% des eingesetzten Ausgangs- Rohmaterials ausmacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen, die bei der erwähnten Platten­ fertigung anfallenden Abfälle und Ausschußwerkstücke im Sinne einer Rückgewinnung des Ausgangs-Rohmaterials wieder aufzubereiten.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der einleitend erwähnten Art gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß bei der Herstellung der Informationsplatten bei der Verarbeitung der Kunststoffschmelze im Spritzgieß- bzw. Spritzpreßprozeß ein Abbau des Molekulargewichts und damit ein Absenken der Schmelzeviskosität erfolgt. Die beim Fertigungsprozeß anfallenden Abfälle einschließlich der entschichteten Ausschußwerkstücke können daher auch nach ihrer Reinigung, Trocknung und Granulierung nicht wiederum als Ausgangs-Rohmaterial in den Fertigungs­ prozeß eingeführt werden, weil das so gewonnene Kunst­ stoffmaterial nicht die für das Ausgangs-Rohmaterial zu fordernden physikalischen Eigenschaften aufweist. Durch die erfindungsgemäße Koextrusion des Ausschuß-Abfallgra­ nulats zusammen mit einem den Viskositätsabfall des Ausschuß-Abfallgranulats gegenüber dem geforderten Aus­ gangs-Rohmaterial ausgleichenden Anteil eines entspre­ chend höher molekularen Kunststoffs gleichen molekularen Aufbaus, läßt sich das Abfall-Ausschußgranulat in außer­ ordentlich vorteilhafter Weise so aufbereiten, daß es unmittelbar als Ausgangs-Rohmaterial dem Fertigungs­ prozeß wieder zugeführt werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Extrusionseinrichtung für die Aufbereitung des Abfall-Ausschußgranulats sind in den Patentansprüchen 2 und 3 angegeben.

Für das Entschichten der Ausschußwerkstücke bestehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten, nämlich ein chemisches Verfahren, bei dem die zu entfernenden Schichten in geeig­ neten Lösungsmitteln gelöst werden oder ein Verfahren, bei dem die Schichten unter der Einwirkung eines Flüssig­ keits- und/oder Partikelstrahls oder eines abrasiven Mediums oder Werkzeugs mechanisch abgetragen werden.

Das das Entschichten auf chemischem Wege durchführende Verfahren ist im Patentanspruch 4 und zweckmäßige Aus­ gestaltungen hiervon sind in den Patentansprüchen 5 bis 7 angegeben.

Ein das Entschichten auf mechanischem Wege durchführendes Verfahren ist im Patentanspruch 8 angegeben. Zweckmäßige Ausgestaltungen dieses letztgenannten Verfahrens sind in den Patentansprüchen 9 bis 13 beschrieben.

In der Zeichnung bedeuten die der näheren Erläuterung der Erfindung dienenden Figuren

Fig. 1 die schematische Darstellung des Verfahrens zum Entschichten der Ausschußwerkstücke auf chemischem Wege,

Fig. 2 die schematische Darstellung des Verfahrens zum Entschichten der Ausschußwerkstücke durch me­ chanisches Abtragen,

Fig. 3 die schematische Darstellung einer Einrichtung zur Koextrusion für die Wiederaufbereitung von Abfall-Ausschußgranulat zu einem der Spezifika­ tion entsprechenden Ausgangs-Rohmaterial.

Die schematische Darstellung des Verfahrens zum Ent­ schichten von Ausschußwerkstücken auf chemischem Wege nach Fig. 1 zeigt einen Behälter 1 zur Aufnahme von Lösungs- und Reinigungsflüssigkeiten, in dem um eine senkrechte Achse 2a drehbar ein Korb 2 angeordnet ist. Der Korb 2 hat einen sechseckigen Querschnitt und weist als Siebe gestaltete Seitenwände mit einer Maschenweite von vorzugsweise 50×50 mm auf. In seinem Innern ist er mit Schikanen 3 in Form von Leitblechen und stangenarti­ gen Ansätzen versehen. Über einen im Ständerfuß 1a des Behälters 1 vorgesehenen Antriebsmotor 4 kann der Korb 2 in Drehung versetzt werden. Oberhalb des Behälters ist ein Fülltrichter 5 angeordnet, über den zu entschichten­ de Ausschußwerkstücke in den Korb 2 eingefüllt werden können. Der Korb 2 selbst weist an der Oberseite einen verschließbaren Deckel 6 auf, der lediglich beim Füllen oder Entleeren geöffnet wird.

Der Einlaßstutzen 7 für verschiedene Lösungsflüssig­ keiten ist über ein Umschaltventil 8 mit dem jeweiligen Auslaßventil 9 dreier Lösungsmittelbehälter verbunden, von denen der Lösungsmittelbehälter 10 ein Ätzmittel zum Entfernen der Metallschicht, z. B. Natronlauge (NL), der Lösungsmittelbehälter 11 Methanollösung (ML) und der Lösungsmittelbehälter 12 Salzsäure (SS) enthält. Der Ablaufstutzen 13 im Bereich des Ständerfußes 1a des Behälters 1 ist ebenfalls mit einem Auslaßventil 9 versehen und weist hinter diesem Auslaßventil 9 eine Pumpe P auf, die beim Entleeren des Behälters den Inhalt über eine Ablaufleitung AL abpumpt.

Weiterhin weist die schematische Darstellung nach Fig. 1 an der Oberseite eine Wasser-Zulaufleitung ZL-W auf, die ebenfalls über ein Auslaßventil 9 mit zwei von oben in den Behälter 1 hineinragenden Sprühdüsen 14 verbunden sind.

Zu Beginn eines Entschichtungsvorgangs werden über den Einfülltrichter 5 Ausschußwerkstücke in den geöffneten Korb 2 eingefüllt, anschließend der Deckel 6 verschlos­ sen und der Behälter über den Einfüllstutzen 7, das Umschaltventil 8 und das Auslaßventil 9 des Lösungsmit­ telbehälters 11 mit Methanol angefüllt. Dann wird der Korb 2 über den Antrieb 4 in eine Drehbewegung versetzt, wobei durch die im Korbinnern vorgesehenen Schikanen die eingefüllten Ausschußwerkstücke ständig in Bewegung gehalten werden. Nachdem das Methanol auf diese Weise eine vorgegebene Zeit auf die Ausschußwerkstücke einge­ wirkt hat, wird der Antrieb 4 stillgesetzt und das Methanol über den Ablaufstutzen 13, das Auslaßventil 9 durch die Pumpe P abgepumpt. Anschließend wird der gleiche Vorgang wiederholt. Als dritter Schritt erfolgt dann eine Wasserreinigung, bei der das Auslaßventil 9 der Wasser-Zulaufleitung ZL-W geöffnet wird.

Die Methanollösung dient zur Entfernung der üblicherweise auf solchen Ausschußwerkstücken vorhandenen Lack­ schicht. Die im allgemeinen unter dieser Lackschicht vorhandene Metallschicht in Form einer Reflexionsschicht wird nun durch Einfüllen von Ätzmittel, z. B. Natronlauge aus dem Lösungsmittelbehälter 10 in den Behälter 1 herbeigeführt. Wie bei der Einwirkung der Methanollösung wird auch während der Einwirkungszeit der Natronlauge der Korb 2 in eine Drehbewegung versetzt. Nach Abpumpen des Ätzmittels aus dem Behälter 1 wird über den Lösungsmittelbehälter 12 verdünnte Salzsäure in den Behälter 1 eingelassen, um die Ätzmittelreste zu neutralisieren. Nachdem auch die Salzsäure wieder abgepumpt ist, werden die nunmehr entschichteten Ausschußwerkstücke gründlich mit Wasser aus der Wasser-Zulaufleitung ZL-W gespült. Der Spülvorgang wird dabei durch die Sprühdüsen 14 intensiviert.

Anschließend werden die so entschichteten und gereinig­ ten Ausschußwerkstücke über den Einfülltrichter 15 einer Förderband-Trockenstrecke 16 zugeführt. Die Ausschuß­ werkstücke werden dabei auf dem Förderband 17 durch eine Heizzone 18 hindurchgeführt, die auf beiden Seiten des Förderbandes 17 eine Strahlerheizung 19 aufweist.

Das in Fig. 2 dargestellte alternative mechanische Entschichtungsverfahren für die Ausschußwerkstücke weist vier hintereinander angeordnete Arbeitsstationen I, II, III und IV auf, durch die hindurch die zu bearbeitenden Ausschußwerkstücke auf einer Transportstrecke 20 geführt werden.

Auf der Eingangsseite der ersten Arbeitsstation I befindet sich ein die Ausschußwerkstücke aufnehmender Sammelbehälter 21 der mit dem Anfang der Transport­ strecke 20 über einen als Vereinzelner wirksamen Förderer 22 verbunden ist. Der Förderer 22 fördert die zu bearbeitenden Ausschußwerkstücke nacheinander auf die Transportstrecke 20, wo sie dann in der ersten Arbeits­ station 1 von oben beispielsweise einem Hockdruckflüssig­ keits-und/oder Partikelstrahl ausgesetzt werden. Der Hochdruckflüssigkeits- und/oder Partikelstrahl kann entweder ein Hochdruckwasserstrahl, ein Hochdruckwasser­ strahl mit abrasivem Material, beispielsweise Sand oder Glaskugeln, oder aber ein Sandstrahl sein. Die Einwir­ kungszeit des Hochdruckflüssigkeits- und/oder Partikel­ strahls ist so bemessen, daß die unerwünschten Schichten auf der gegen den Hochdruckstrahl ausgerichteten Ober­ fläche der Ausschußwerkstücke vollständig beseitigt werden. Anschließend werden im Übergang der Transport­ strecke 20 vom Ausgang der ersten Arbeitsstation I zur zweiten Arbeitsstation II durch einen hier vorgegebenen Höhenversatz H die Ausschußwerkstücke gewendet. In der zweiten Arbeitsstation II wird auf die gleiche Weise wie in der Arbeitsstation I die zweite Seite der Ausschuß­ werkstucke von gegebenenfalls hier vorhandenen unerwünschten Schichten befreit. Anschließend erfolgt in der dritten Arbeitsstation III eine gründliche Wasserreini­ gung. In der vierten und letzten Arbeitsstation IV werden dann die entschichteten Ausschußwerkstücke durch eine an der Ober- Unterseite der Transportstrecke 20 vorgesehenen Strahlerheizung 19 getrocknet.

In einer Variante der oben beschriebenen Einrichtung wird statt des Hochdruckflüssigkeits- und/oder Partikel­ strahls ein abrasives wirkendes Werkzeug, beispielsweise eine Walze oder Bürste benutzt.

Die entweder nach dem Verfahren entsprechend Fig. 1 oder der Fig. 2 entschichteten, gereinigten, getrockneten und gemahlenen Ausschußwerkstücke werden nunmehr zusammen mit den ebenfalls gereinigten und gemahlenen Abfällen der in Fig. 3 schematisch dargestellten Einrichtung zur Koextrusion zugeführt.

Zunächst wird das Abfall-Ausschußgranulat in den Einfülltrichter 23 gegeben. Es durchläuft dann nochmals einen Trockner 24 und wird dann über die Dosierrinne 25 dem Einfülltrichter 26 auf der Eingangsseite eines Einschneckenextruders 27 zugeführt. Gleichzeitig wird diesem Einfülltrichter 26 über eine weitere Dosierein­ richtung 28 mit Einfülltrichter 29 ein vorgegebener Anteil eines höher molekularen Granulats aus Kunststoff gleichen Aufbaus zugeführt, um bei der nun durchzufüh­ renden Koextrusion den Viskositätsabfall des Abfall- Ausschußgranulats auszugleichen, d. h. über diesen Koextrusionsprozeß hinweg einen Kunststoff zu erhalten, der die physikalischen Eigenschaften des ursprünglichen Ausgangs-Rohmaterials aufweist.

Auf der Ausgangsseite des Einschneckenextruders ist eine Schmelzefiltrationseinrichtung mit einer Siebwechselvor­ richtung vorgesehen, deren Siebmaschenweite 0,06 mm auf­ weist und gegebenenfalls noch vorhandene Verunreinigungsrückstände zurückhält.

Das so extrudierte Material wird über den Strangkopf 31, der beispielsweise einen 90° Umlenkwinkel aufweist und eine größere Anzahl Bohrungen von beispielsweise 3 mm Durchmesser besitzt, in ein Wasserbad 32 geleitet. Anschließend wird der so aufbereitete Kunststoff, der durch seine Eigenwärme sich im Anschluß an das Wasserbad weitgehend selbst trocknet, in einer Mühle 33 zu einem Granulat gewünschter Korngröße vermahlen.

Das Verfahren nach der Erfindung kann mit Vorteil in Fer­ tigungsstätten für die Herstellung von plattenförmigen, optisch auslesbaren Informationsträgern hoher Speicher­ dichte, wie Videoplatten, optische Datenspeicher und CDs zum Einsatz kommen, da es sich dafür eignet, den hohen Anfall an Kunststoffmaterial in Form von Abfällen und Ausschußwerkstücken unmittelbar für seine Wiederverwen­ dung als Ausgangs-Rohmaterial für den Fertigungsprozeß aufzubereiten.

Claims (13)

1. Verfahren zur Wiederaufbereitung von Ausgangs-Rohma­ terial in Gestalt hochwertiger Kunststoffe, beispiels­ weise Polykarbonat, aus Abfällen und Ausschußwerkstücken im Zusammenhang mit der Fertigung von plattenförmigen Informationsträgern hoher Speicherdichte, beispielsweise CD, dadurch gekennzeichnet, daß die gegebenenfalls von aufgebrachten Schichten befreiten Ausschußwerkstücke zusammen mit den Abfällen nach dem Reinigen und Trocknen in granulierter Form (Ausschuß-Abfallgranulat) zusammen mit einem den Viskositätsabfall des Ausschuß-Abfallgranulats gegenüber dem Ausgangs-Rohmaterial ausgleichenden Anteil eines entsprechend höher molekularen Kunststoffes gleichen Aufbaus in granulierter Form über einen eine Schmelze­ filtrationseinrichtung (30) aufweisenden Extruder mit ausgangsseitigem Strangkopf (31) hinweg in ein Wasserbad (32) geleitet werden und daß das so wieder aufbereitete Kunststoffmaterial mit vorgegebener Viskosität nach erneuter Granulation und Trocknung dem Fertigungsprozeß zusätzlich als Ausgangs-Rohmaterial zur Verfügung gestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schmelzefiltrations­ einrichtung (30) des Extruders (27) eine Siebwechselvor­ richtung aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des höher molekularen Kunststoffs gleichen Aufbaus 1 bis 15 Gewichtsprozent des Ausschuß-Abfallgranulats beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschußwerkstücke zum Entschichten zunächst in einem zweistufigen Methanolbad mit anschließender Was­ serreinigung von eventuell vorhandenen Lackschichten befreit werden und anschließend zum Entfernen von Me­ tallschichten einem weiteren mehrstufigen Naßprozeß unterzogen werden, in dem die Ausschußwerkstücke zu­ nächst einem Ätzmittel, anschließend einem Neutralisa­ tionsmittel ausgesetzt und schließlich mehrfach mit Wasser gespült werden und daß die entschichteten Aus­ schußwerkstücke nach ihrer Trocknung durch Zerkleinern in Mahlgut übergegeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ausschußwerkstücke zur Durchführung der Naßprozesse in einem einen mehr­ eckigen Querschnitt, beispielsweise sechseckiger quer­ schnitt, aufweisenden Korb (2) aus nichtrostendem Ma­ terial mit als Siebe gestalteten Seitenwänden eingelegt werden, der im Innern mit Schikanen (3) versehen und drehbar um seine Längsachse in einem die Bearbeitungs­ flüssigkeiten aufnehmenden Behälter (1) angeordnet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die als Siebe ge­ stalteten Seitenwände des Korbs (2) eine Maschenweite von 50×50 mm aufweisen.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Korb (2) ver­ schließbar ausgeführt ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ausschußwerkstücke über eine als Vereinzelner wirk­ same Förderstrecke (22) nacheinander einer durch mehrere Arbeitsstationen (I, II, III, IV) hindurchführenden Transportstrecke (20) zugeführt werden, von denen die ersten beiden Arbeitsstationen (I, II) der Entschichtung der Ausschußwerkstücke auf mechanischem Wege, die dritte Arbeitsstation (III) der Wasserreinigung der entschich­ teten Ausschußwerkstücke und die vierte und letzte Arbeitsstation (IV) ihrer Trocknung dienen, daß ferner die mechanische Bearbeitung der Ausschußwerkstücke auf der Transportstrecke in der ersten und zweiten Arbeits­ station jeweils von oben erfolgt und daß die Ausschuß­ werkstücke bei der Überführung von der ersten Arbeits­ station in die zweite Arbeitsstation hinsichtlich ihrer Auflage auf der Transportstrecke gewendet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Wenden der Aus­ schußwerkstücke über einen Höhenversatz (H) der Trans­ portstrecke (20) im Übergangsbereich zwischen der ersten und der zweiten Arbeitsstation (I, II) herbeigeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Entschichten der Ausschußwerkstücke durch Hochdruckwasserstrahlen er­ folgt.

11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Entschichten der Ausschußwerkstücke durch Hockdruckwasserstrahlen, denen ein abrasives Material, beispielsweise Sand oder Glas­ kugeln, beigefügt ist, erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Entschichten der Ausschußwerkstücke durch einen vorzugsweise trockenen Sandstrahl erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Entschichten der Ausschußwerkstücke durch abrasiv wirkende mechanische Einrichtungen, beispielsweise Walzen und/oder Bürsten erfolgt.