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WO2012037932A2 - Verfahren zur herstellung dreidimensionaler gegenstände aus recycelten kunststoffabfällen durch druckintrusion - Google Patents

Verfahren zur herstellung dreidimensionaler gegenstände aus recycelten kunststoffabfällen durch druckintrusion Download PDF

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WO2012037932A2
WO2012037932A2 PCT/DE2011/075183 DE2011075183W WO2012037932A2 WO 2012037932 A2 WO2012037932 A2 WO 2012037932A2 DE 2011075183 W DE2011075183 W DE 2011075183W WO 2012037932 A2 WO2012037932 A2 WO 2012037932A2
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WO
WIPO (PCT)
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recycled plastic
recycled
mold
polyethylene
filling
Prior art date
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PCT/DE2011/075183
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French (fr)
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WO2012037932A3 (de
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Klaus Seubert
Lutz Elges
Sebastian Wagner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RELUMA GmbH
Original Assignee
RELUMA GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Application filed by RELUMA GmbH filed Critical RELUMA GmbH
Publication of WO2012037932A2 publication Critical patent/WO2012037932A2/de
Publication of WO2012037932A3 publication Critical patent/WO2012037932A3/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling

Definitions

  • the invention relates to a pressure-intrusion process for the production of three-dimensional objects, which are produced predominantly from recycled plastic waste.
  • the invention relates to the design of the method with the aim of producing largely vacuole-free three-dimensional objects.
  • the goal is to produce voluminous or thick-walled components made of plastics as far as possible vacuole-free by means of thermal molding processes.
  • plastics are recycled through recycling systems after their intended use. These are mainly the so-called bulk plastics, which were used for packaging, films, containers and the like and are disposed of after use over yellow tons or sacks.
  • a not insignificant Proportion of recycled plastic materials also relates to residues from the production of technical plastic parts, which may at least partly also consist of plastics such as polyethylene, polypropylene and polystyrene. It is known that recycled plastic waste of this type is difficult to access for further processing.
  • Such type recycled plastic materials are also subject to impurities that impede further processing or exclude completely.
  • Such impurities can be metallic constituents, adhering residues of packaging contents, dirt or foreign bodies, such as stones, soil or foreign substances.
  • the most essential by-product is water that is contained in a high percentage of the blend of recycled plastic pulp with residual residues of ingredients, precipitates, the remainder of cleaning operations, and the like. With regard to the water content, no limit value results from the product specifications mentioned above, since these are based on the solid fractions.
  • the recycled plastic waste is adversely affected by adherent moisture on the one hand and by the mixing ratio of the various plastics on the other hand.
  • the dehumidification is to be achieved in that the extruder is preceded by a further extruder, which plasticizes the molding composition for a first time and then conveys it into a relaxation region.
  • a predried molding compound is to be plasticized in the upstream extruder and immediately pressed through a filter screen, with the molding compound subsequently being pressed in several strands into a dropping step via a multi-hole die.
  • the then strand-like molding composition should dissolve into individual drops with a large surface. About a chute, these drop-shaped particles are to fall into the feed opening of the downstream extruder and a blown film can be generated with this and the now dehumidified and solids-free molding compound.
  • This procedure initially involves washing the plastic waste after it has been crushed. At the same time, the floating fraction is to be removed during the washing process so that ultimately only buoyant plastic particles of HDPE, LDPE, LLDPE and PP are present in the starting material to be processed.
  • Washing necessarily requires a downstream drying process. This alone makes this process more expensive because of the considerable amount of energy to be used.
  • the method described above may be suitable for producing intrusion moldings instead of blown films.
  • the preparation of the starting material always makes the application of this method un- economically. It can no longer be done climate-friendly production of intrusive moldings.
  • a major disadvantage of this method is that neither the filling of the mold nor the subsequent cooling process of the molded part in the mold, the formation of the vacuoles is controllable.
  • vacuoles should be prevented in that the casting molds are subjected to compressed air and the molding material must therefore be filled against the internal pressure in the mold.
  • vacuoles in the moldings to be cast can be avoided only to a limited extent. There is therefore a need to apply methods in the use of the proportion of moisture in the molding composition significantly reduced and therefore the probability of the formation of vacuoles by gaseous admixtures is reduced from the outset.
  • the plasticates produced from the recycled plastic materials in the extruder must be able to completely fill both large-volume and pressure-intrusion molds provided with deposits and / or mold undercuts without defects or vacuoles being able to arise.
  • Recycled waste plastics are waste plastics which consist of a collection system or of industrial plastic wastes and contain a high proportion of polyolefins.
  • the recycled plastic waste can comply with the product specifications 310, 321, 322, 350 and 352 of the recycling industry and contain about 90 percent by weight mixed plastic, especially polyethylene, polypropylene and polystyrene.
  • Recyclate plastic compound - is a recycled mixture of recycled plastic waste.
  • Plasticized molding compound mixture is a recycled plastics material heated above the plasticizing temperature and, in extruders, agglomerators, pelletizers, heating tunnels or similar devices, at least modifying the initial shape of the particles in a changing manner.
  • Druckintrusionsform- is a negative mold with the ability to connect to a filler neck, which is filled for the purpose of filling with the plasticized molding composition, then shut off against the filler and is subjected to a longer cooling cycle, at the end of the Entform- the object is.
  • recycled waste plastics which are to be processed into new three-dimensional objects by means of a pressure-intrusion process, are prepared in such a way that optimum results are achieved when plasticizing the molding material mixture and filling the pressure-curing mold.
  • the invention takes into account that the flowability of the plasticized molding composition substantially depends on the proportion of the plastic polyethylene in the plasticized molding composition. Also, that depends on this proportion, the surface quality of the three-dimensional objects to be achieved.
  • the invention also takes into account that the proportion of polyethylene further depends on the strength characteristics of the molded three-dimensional objects. According to the invention, therefore, the pressure-intrusion process is controlled so that the plasticized molding material just contains the required amount of polyethylene, which leads to the full formation of the three-dimensional objects. If an improved surface structure is required, the proportion of polyethylene in the plasticized molding composition can be adjusted.
  • the invention takes into account that delivered recycled plastic waste can have a stochastically distributed proportion of polyethylene components. This may vary according to the product specifications of the recycling industry. between 0 and 90%, but will probably be about one third of the recycled plastic mass.
  • the content of polyethylene is first determined in the delivered recycled plastic waste.
  • the test result is decisive for the further treatment of the recycled plastic waste.
  • the proportion of polyethylene is then determined again, so that measures for their further treatment can be determined.
  • First and second mixture are each prepared separately to a recycled plastic mass by a size fractionation is carried out, foreign components (stones, metal objects, etc.) are sorted out and, if necessary, difficult to process plastics, such as polyvinyl chloride and polyethylene terephthalate are additionally discarded.
  • the latter ingredients may remain in the mixture to some extent. However, if this is too high, the pressure-intrusion process is disturbed and the proportion of these materials must be lowered by targeted removal from the mixture.
  • the treatment of the two mixtures after comminution or sorting refers in particular to the removal of gaseous constituents, such as water, remaining buildup of contents of recycled packaging and the like.
  • the two recycled plastic mixtures are subsequently mixed in a ratio which, in accordance with the criteria described above, is suitable for reliably forming the three-dimensional objects to be produced.
  • the proportion of polyethylene in the first recycled plastic mass is determined and then adjusted by metered addition of the second recycled plastic mixture of the required for further processing polyethylene content.
  • the recycled plastic mixture is fed to an extruder, which plasticizes the same and filled via a filler neck the Druckintrusionsform.
  • the filling of the pressure-in-mold takes place over a longer time interval. It comes by contact of the molding compound with the walls of the mold to partial cooling and an incipient cooling process from outside to inside.
  • the pressure of the inflowing molding compound is increased via the filler neck, in order to fully mold the surface structure of the three-dimensional object and at the same time minimize the volume of gas bubbles contained in the molding compound.
  • Completely filled Druckintrusionsformen be closed and separated from the filler neck. Subsequently, they are subjected to a cooling process, at the end of which the three-dimensional object is demolded.
  • the procedure described above can be adapted in various ways to circumstances, as far as this results from the particularities of the recycled plastic waste used, from plant-specific features o- special features of projectformenden with the three-dimensional objects. For example, it may be provided that the recycled plastic waste supplied to the process is already sorted according to specifications that place significantly higher demands on the product specifications explained in the prior art.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention arises when the selection criterion for the mixing ratio between the first and second recycled plastic mass is the recognized flowability of the plasticizer. About the final share of polyethylene fractions, especially of individual polyethylene grades, the flowability of the plasticized material is determined. It can also be provided to apply the number and / or size and / or distribution of vacuoles or the resulting surface quality of the molded three-dimensional objects as a selection criterion for the mixing ratio of first and second recycled plastic mass. A particularly advantageous embodiment of the method according to the invention arises when a particularly high proportion of low-pressure polyethylene (LDPE) is provided in the production of the second recycled plastic mass.
  • LDPE low-pressure polyethylene
  • LLDPE linear low-density polyethylene
  • the mixing of the first and the second recycled plastic mass may take place in a mixer, a conveyor, an agglomerator, a hot pelletizer or an extruder.
  • drying various facilities, such as drying tunnels, agglomerators, H exertpelletierer, presses or extruders may be provided. If the recycled plastics material already dehumidifies sufficiently after dehumidification (drying), it can be fed directly to the extruder.
  • a preferred form of dehumidification arises when, by way of increasing the temperature, it is ensured, in particular, that moisture contained passes into the vapor phase and moisture contained in the recycled molding composition can be removed in this way with little expenditure of energy. In particular, the energy required for dehumidification can thus be significantly reduced.
  • Particularly suitable for such a method step are a microwave-producing drying unit or a cascade of two extruders with a relaxation section arranged between the two extruders.
  • the mold After completion of the high-pressure filling phase, the mold is closed, separated from the second extruder and transported into the cooling zone.
  • the cooling process can take place after its beginning over a longer period, wherein the molding can remain in the mold until it reaches the ambient temperature. It is possible to accelerate the cooling process by using cooling media.
  • a preferred embodiment of the method is that the molding material is brought into the mold via a pressure-intrusion process.
  • care is taken that an increased pressure is built up in the feed channel, wherein the pressure level should expediently be at least 20 bar.
  • the pressure level should expediently be at least 20 bar.
  • a further preferred embodiment of the method is that at the end of filling the mold both in the mold and in the feed channel of the extruder, a pressure increase takes place, which is at least three times the filling pressure. The increased pressure is then maintained and the mold is separated from the extruder, thereby largely avoiding the formation of vacuoles in the three-dimensional article.
  • three-dimensional objects can be produced which have a cylindrical, a rectangular or a polygonal cross-section.
  • the manufactured three-dimensional objects can be used for a wide variety of applications. Thus, applications such as pegs, posts, railway sleepers, sheet piling, supports, for tubular parts or masts are possible. If the three-dimensional object is to be used as a pole, it can taper off at its end face and its tip can be formed of the same material.
  • a preferred embodiment of the method is to accelerate the cooling in the area of the inserts of the shape such that the solidification process of the three-dimensional object takes place from the inside and thus cools the three-dimensional object substantially without tension. It does not matter in which way the cooling is effected, which cooling medium is used and how the cooling process is otherwise configured. Ultimately, this is an optimization task determined by the three-dimensional object to be generated. In the production of hollow molds, it is possible that in the shell of the three-dimensional object recesses are additionally formed.
  • the three-dimensional objects produced by the method according to the invention described above are sufficiently strong, stable, insensitive to the effects of weathering, seawater-resistant and rot-proof for the above-mentioned uses. Furthermore, they are climate-neutral and ecologically harmless. In addition, at the end of their life cycle, they can be recycled back into the raw material cycle and thus serve again as a raw material base for three-dimensional objects to be produced according to the method described above.
  • the invention will be explained in more detail below with reference to some embodiments and drawings. Showing:
  • Fig. 1- is a schematic representation of an intrusion process, as in
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the sequence of a further preferred embodiment of the method according to the invention according to FIG.
  • the processors can be according to step 1. deliver recycled plastic waste that can comply with product specifications 310, 321, 322, 350 or 352. It may also be separately collected packaging residues, residues of technical plastic parts or the like. A proportion of foreign substances is also regularly included.
  • the delivered recycled plastic waste is shredded after delivery according to step 2. and then sorted according to step 3., where both processing steps can be exchanged with each other in the order or even linked together.
  • a recycled plastic material is produced, which is either further processed directly or, if necessary, according to step 4. stored in silos, sacks or large containers.
  • the recycled plastic mass is further processed into a plasticized molding compound in accordance with process step 5 via an extruder, and this is filled with an intrusion mold connected to the extruder in accordance with step 6.
  • the filled intrusive mold can be removed from the extruder after filling and stored intermediately.
  • the intermediate storage is carried out according to step 7.
  • the cooling process of the molded parts wherein after reaching a certain component temperature the same, as indicated in step 8, can be removed from the mold.
  • the demolded part can then be stored temporarily or, if necessary, subjected to a machining operation.
  • the inventive method provides that after the with 1. This means that when the recycled plastic waste is handed over in an intermediate step 1 .1. the content of the delivered masses of the polyethylene fractions HDPE, LDPE and LLDPE is determined.
  • a special feature may be that - if possible - delivered batches that fully comply with product specification 321 are also sorted out without determining the content of PE fractions.
  • An embodiment of the method may consist in the fact that with the delivery of recycled plastic waste a separation of batches with high PE contents already in step 1. he follows. Likewise, PE industrial waste and the like can be accepted in this step. In the subsequent step 2, the recycled plastic waste shredded and sorted in a step 3., whereby both steps can be interchanged or linked together in the process of the invention.
  • First us second recyclate plastic mixture can be stored temporarily or further processed directly.
  • the production of the first and second recycled plastic mixtures is usually synchronous with the production of the three-dimensional objects.
  • the flow behavior of the plasticized molding compound is observed during filling of the molds and decisions are derived from the results obtained, in which way the flow behavior by increasing or decreasing the proportion of the second recycled plastic mixture is required.
  • information about this can be obtained by evaluating already formed three-dimensional objects and also influencing the proportion of the second recycled plastic mixture to be admixed.
  • a preferred embodiment of the method provides that, after the work steps 2, 3 or 4, the proportion of PE fractions in the total mixture is already determined on the first recycled plastic mixture. From the results of the tests and in connection with any proportions of other plastics that may have been detected, the necessary proportion of PE fractions can be deduced and an adaptation can be achieved by varying the addition amounts of the second recycled plastic mixture.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention additionally provides, after the 4th working step, for dehumidifying the recyclate plastic mass which is to be processed. This can be done by means of agglomerators, hot pelletizers or by an extruder cascade.
  • the recycled plastic mass is heated above the plasticizing temperature, whereby a large part of the moisture contained in the vapor phase passes and escapes from the molding compound.
  • an extruder cascade is used in this case, it is designed in such a way that the extruder charged with the recycled plastic mass initially plasticizes it and conveys the plasticized molding mass flow back into the open.
  • plasticizing takes place on moistened plastic mass particles, a temperature increase, which also leads during the plasticization to an isochor-adiabatic pressure increase and the inclusion in the form of vapor bubbles in the molding composition.
  • the molding compound After the molding compound has been discharged to the outside, a large part of the moisture can escape through the then possible expansion of the trapped water vapor.
  • the period of relaxation can be optimized by choosing the time duration, by increasing the surface of the molding compound and by the transport speed of the molding material.
  • Dehumidifying operation 5 may also be carried out by means which are particularly suitable for vaporizing water contained in the molding compound. Typically, this can be done using microwaves.
  • the plasticized molding compound shoots into the mold as a homogeneous mass flow. Subsequently, the mass flow first relaxes and the molding material swells up. Upon contact with the wall, solid particles solidify, accumulate near the wall, but are still heated by the incoming mass flow. This results in the mold during filling a comparatively rapid formation of a solidified outer skin, while still flowing in the interior of molding compound with a higher temperature. After the mold volume is largely filled, further molding compound is pressed through the extruder, wherein an increase in pressure takes place at least to five times the filling pressure. This measure ensures that the mold fills completely and no defects can form. Furthermore, it is achieved that inside the moldings during the subsequent cooling phase no voids can arise. At best, a formation of small bubbles may occur in the core area.
  • Another embodiment of the method according to the invention relates to the cooling phase.
  • the mold to be filled is additionally equipped with a deposit to produce moldings with a cavity.
  • the outer shape is broken, so that the interior of the insert access is possible.
  • this solidification process Once this solidification process has started, it will also run until the ambient temperature is reached. Depending on the rate of cooling, the molding can be cooled more or less quickly and more or less stress-free. Ultimately, this is an optimization task.
  • the three-dimensional objects produced by the method according to the invention can be embodied with a cylindrical, a rectangular or a polygonal cross-section.
  • hollow shapes such as tubular, box-shaped or the like can be executed.
  • elongate moldings are to be produced by the method according to the invention.
  • Preferred embodiments are therefore cylindrical moldings, pegs or piles, boards or planks, beams, sleepers and molds, such as columns with conical holes, rectangular blocks with conical holes and antenna or lampposts, which are also conical on their outer contour.
  • a particularly preferred use are lamp posts with a lateral recess for the installation of the electrical system.
  • the pressurized molding compound shoots with overpressure in the mold and distributed after the release in the mold cavity immediately immediately. Furthermore, a continuous flow then forms inside the mold space, while in areas near the mold wall a cooling and hardening process already takes place.
  • the already in cooling particles of the molding material at the same time form a heat insulating jacket through which the molding compound flowing in the interior is largely maintained at temperature and forms a flow channel within the mold, which allows the filling of very long shapes without the molding mass flow solidifies.
  • a preferred embodiment of the invention consists in the production of hollow profiles.
  • a sufficiently conically shaped core is inserted in the interior of the mold so that a channel which is sufficient for the molding material flow remains on each side.
  • a solidifying layer is also formed on the inserted mold core, which at the same time isolates the molding compound from the environment.
  • hollow profiles such as conical tubes, light poles, shaft inlets and the like can be produced. It is also possible to achieve lateral recesses in the molded part by inserting inserts into the mold which bridge the distance between the outer jacket and the inserted core.
  • Another preferred form of the method provides that the core to be inserted is hollow inside and offers the possibility of introducing cooling media. In this case, for example, with compressed air increased heat removal during cooling of the molding achieved and thus the curing of the molding from the inside out are possible.
  • the moldings produced in this way can be used as conical tubes, after boring as conventional tubes, as light poles or the like.
  • the shape is that of a lamppost, insertions in the form can at the same time be used to form the shape for the installation opening.
  • the inventive method thus has the advantage that on the one hand at least sufficient flow properties of the plasticized molding composition by mixing a first and a second molding compound and on the other hand, a reduction in the moisture content or the content of other gassing substances causes and thus conditions are created, intrusive moldings to significantly reduce the risk of malformations and inappropriate levels of vacuoles.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Gegenstände aus Kunststoffen durch ein Intrusionsverfahren. Die Erfindung betrifft insbesondere Ausgestaltungen des Intrusionsverfahrens dergestalt, dass mit einer ersten und einer zweiten Formmasse gearbeitet wird, wobei die zweite Formmasse einen erhöhten Gehalt an Polyethylen-Fraktionen (HDPE, LDPE, LLDPE) hat und der ersten Recyclat-Formmasse in wechselnden Anteilen zugesetzt wird. Die Erfindung betrifft ferner einen zusätzlichen Verfahrensschritt innerhalb des Verfahrens, bei dem eine Entfeuchtung (Trocknung) der Recyclat-Formmassen erfolgt.

Description

Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Gegenstände aus recycelten Kunst- stoffabfällen durch Druckintrusion
Die Erfindung betrifft ein Druckintrusions-Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Gegenstände, die überwiegend aus recycelten Kunststoffabfällen hergestellt werden. Die Erfindung betrifft im Besonderen die Ausgestaltung des Verfahrens mit dem Ziel der Herstellung weitgehend vakuolenfreier dreidimensionaler Ge- genstände.
Es ist bekannt, aus Kunststoffmassen dreidimensionale Gegenstände herzustellen. Hierbei werden regelmäßig sortenreine Kunststoffmassen verwendet. Verarbeitet werden sie gewöhnlich durch das Spritzguss- oder das Extruderverfahren.
Es ist ebenso bekannt, dass insbesondere bei massiven oder bei dickwandigen Teilen die Gefahr des Ausbildens von Einfallstellen oder Vakuolen besteht. Gasende Inhaltsstoffe oder Anhaftungen der eingesetzten Kunststoffmassen bewirken während und nach dem Plastifizieren das Gasen, wobei sich abhängig von Verfahrensparametern entweder eine Zone mit zahlreichen kleinen Vakuolen oder große Vakuolen ausbilden. Enthalten ausgeformte Teile große Vakuolen, sind sie gewöhnlich unbrauchbar. Bei Teilen, die in einer gewissen Menge kleine Vakuolen enthalten, ist deren Verteilung im Bauteil und der Anteil an der Reduzierung mechanischer Kennwerte maßgeblich für die Brauchbarkeit hergestellter Teile.
Deshalb besteht das Ziel darin, voluminöse oder dickwandige Bauteile aus Kunststoffen nach Möglichkeit vakuolenfrei mithilfe thermischer Formverfahren zu erzeugen. Es ist seit langem bekannt, dass große Mengen an Kunststoffen nach ihrem bestimmungsgemäßen Gebrauch über Recycling-Systeme zurückgewonnen werden. Hierbei handelt es sich vor allem um die so genannten Massenplaste, die für Verpackungen, Folien, Behältnisse und dergleichen eingesetzt waren und nach Gebrauch über gelbe Tonnen oder Säcke entsorgt werden. Ein nicht unwesentlicher Anteil zurückgeführter Kunststoffmassen betrifft auch Reste aus der Herstellung technischer Kunststoffteile, die zumindest anteilmäßig auch aus Kunststoffen, wie Polyethylen, Polypropylen und Polystyrol bestehen können. Es ist bekannt, dass solcher Art zurückgeführte Kunststoffabfälle nur schwer einer Weiterverarbeitung zugänglich sind. Dies liegt einerseits an Begleitstoffen, wie Druckfarben oder Anhaftungen fremder Stoffe verschiedenster Art, andererseits an der Durchfeuchtung oder Verschmutzung dieser Kunststoffabfälle. Verarbeiter zurückgeführter Kunststoffabfälle sind jedoch darauf angewiesen, die ihnen angelieferten Kunststoffabfälle mit Verfahren weiterzuverarbeiten, die im Ergebnis zu erneut brauchbaren Erzeugnissen führen.
Dass dies mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist, zeigt sich daran, dass in Deutschland gegenwärtig nur 77 % kunststoffreicher Abfälle überhaupt verwertet wird, wovon ca. 35 % energetisch und nochmals ca. 23 % stofflich verwertet werden.
Da in recycelten Kunststoffabfällen jedoch ein erheblicher Energiegehalt vorhan- den ist, liegt es nahe, die darin enthaltenen Kunststoffe als Werkstoffe einer erneuten Verwendung zuzuführen. Dabei besteht die Möglichkeit, in klimaneutralen oder sogar klimapositiven Herstellungsverfahren neue Produkte zu erzeugen.
Als eine Lösungsmöglichkeit hat sich die Herstellung dreidimensionaler Gegens- tände mithilfe des Druckintrusionsverfahrens ergeben. Mithilfe dieses Verfahrens ist es möglich, ohne vorherige aufwändige Sortierung, Stofftrennung und ohne aufwändige Reinigungsmaßnahmen mit vergleichsweise geringem Energieeinsatz Formteile herzustellen, die in vielen Bereichen eingesetzt werden können. Grundsätzlich wird dabei in einem Extruder zugeführte Recyclat-Formmasse plastifiziert und damit eine Intrusionsform gefüllt.
Bei allen oben geschilderten Vorteilen besteht bei der Durchführung eines solchen Druckintrusionsverfahrens eine Reihe von Schwierigkeiten, die den Erfolg zunichte machen können. So ist einerseits bekannt, dass das Plastifikat beim Füllen der Form gute Fließeigenschaften haben muss. Insoweit ist auch bekannt, dass ein hoher Anteil an dem Werkstoff Polyethylen vorteilhafte Fließeigenschaften des Plastifikats bewirkt. Andererseits wiederum ist bekannt, dass ein zu hoher Anteil an Polyethylen die Festigkeitseigenschaften der ausgeformten Teile nachteilig be- einflusst und deshalb deren Verwendung für bestimmte Einsatzgebiete dadurch ausgeschlossen wird.
Mithin besteht für Anwender des Druckintrusionsverfahrens eine Notwendigkeit, den Anteil an Polyethylen und dessen Abkömmlingen soweit zu minimieren, dass die Ausformung der Formteile in den Intrusionsformen noch fehlerfrei ist, andererseits jedoch die mechanische Festigkeit hohe Werte erreicht.
Um den Anwendern entgegen zu kommen, die mit einer Recyclat-Kunststoffmasse ein Druckintrusionsverfahren betreiben, hat die Recycling-Wirtschaft entsprechend ihren Möglichkeiten Produktspezifikationen für aufbereitete Chargen recycelter Kunststoff abfalle aufgestellt. Um solcher Art Gemische verschiedener Kunststoffe für die Weiterverarbeitung nutzbar zu machen, haben die Deutsche Gesellschaft für Kreislaufwirtschaft und Rohstoffe mbH und die Duales System Deutschland GmbH Produktspezifikationen für recycelte Kunststoffe festgelegt. Die hier anzuwendenden Produktspezifikationen 04/2009 Fraktionsnummer 350 „Mischkunststoffe" sowie deren Neufassung in 03/2010 Fraktionsnummer 352„Mischkunststoffe" legen die wesentlichsten Kunststoffarten sowie den möglichen Gehalt an Störstoffen fest. Danach muss ein solcher Mischkunststoff lediglich 90 Masseprozent an Mischkunststoff aufweisen. Konkrete Festlegungen für Anteile bestimmter Kunststoffarten gibt es nicht, da lediglich verlangt ist, dass sich die 90%ige Hauptfraktion aus den Kunststoffen PE, PP und PS zusammensetzen soll.
Verschiedene andere Anbieter recycelter Kunststoffabfälle halten sich im Wesent- liehen an diese Vorgaben, liefern jedoch recycelte Mischkunststoffe auch nach anderen Produktspezifikationen, wie zum Beispiel 04/2007 Fraktionsnummer 310 „Kunststofffolien", 04-01/04 Fraktionsnummer 321 „PO-Flaschen" und 04/2007 Fraktionsnummer 322„Kunststoff-Hohlkörper". Die nach den obigen Produktspezifikationen aufbereiteten Mischkunststoffe sind nicht für eine Verarbeitung im Rahmen eines Intrusionsverfahrens unter Anwendung von Extrudern geeignet. Neben viel zu hohen Anteilen an Störstoffen sind insbesondere auch die Kunststoffe PET und PVC mit ihren Variationen maßgeblich für die Nichtanwendbarkeit. Einer Weiterverarbeitung dieser Mischkunststoffe steht deshalb eine Reihe von Problemen entgegen. So muss der Anteil an Störstoffen durch geeignete Maßnahmen der Nachsortierung abgesenkt werden. Ferner kann auch die mit 90 % angegebene Hauptfraktion so weit variieren, dass eine Weiterverarbeitung durch ein Druckintrusionsverfahren ausgeschlossen ist.
Verarbeiter können deshalb aus Lieferungen, die den Produktspezifikationen 310, 321 , 350 oder 352 entsprechen, keine Rückschlüsse auf die Verarbeitbarkeit der angelieferten Mischkunststoffe ziehen, da die Variationsbereiche für einzelne Komponenten viel zu groß sind. Sie müssen deshalb die angelieferten Mischkunststoffe nochmals nach eigenen Kriterien prüfen und geeignete Maßnahmen zur Herstellung der Verarbeitbarkeit treffen. Wie oben gezeigt, sind in den Stoffkreislauf zurückgeführte Recyclat- Kunststoffmassen nie sortenrein. Sie haben wechselnde Anteile unterschiedlichster Kunststoffsorten mit einem überwiegenden Anteil an den so genannten Massenplasten, aber auch unvermeidliche Anteile von mit den Recyclat- Kunststoffmassen untrennbar verbundenen Fremdstoffen, wie Beschichtungen mit Chemikalien oder Druckfarben, Metallisierungen, nicht oder schwer verarbeitbaren Kunststoffen und dergleichen.
Solcher Art recycelte Kunststoffmassen sind auch mit Verunreinigungen behaftet, die eine Weiterverarbeitung behindern oder ganz ausschließen. Solche Verunrei- nigungen können metallische Bestandteile, anhaftende Reste von Verpackungsinhalten, Schmutz oder Fremdkörper, wie Steine, Erdreich oder artfremde Massen sein. Der wesentlichste Begleitstoff ist jedoch Wasser, das mit verbleibenden Resten von Inhaltsstoffen, durch Niederschläge, als Rest von Reinigungsvorgängen und dergleichen in einem hohen Prozentsatz im Gemisch der Recyclatkunststoffmas- sen enthalten ist. Hinsichtlich des Wassergehalts ergibt sich aus den oben er- wähnten Produktspezifikationen kein Grenzwert, da diese auf die festen Fraktionen abstellen.
Es besteht jedoch ein Bedarf, den Anteil wieder verwendeter Kunststoffmassen aus Recyclingprozessen in den nächsten Jahren deutlich zu erhöhen und gleich- zeitig die energetische Verwertung einzuschränken.
Es ist bekannt, dass ein Recyclat aus den oben beschriebenen zurückgeführten Kunststoffmassen nach dem Aufschmelzen, Durchmischen, Formgebung und nachfolgendem Abkühlen ein Bauteil mit Festigkeitskennwerten ergibt, die in etwa denen entsprechen, die die Kunststoffart mit den niedrigsten Festigkeitskennwerten hat. Häufig liegen sie noch darüber.
Denkbar wäre eine Verarbeitung des Stoffgemisches über ein Extrudierverfahren. Allerdings scheidet auch diese Möglichkeit wegen nicht zu beherrschender rheo- logischer Verhältnisse weitgehend aus.
Die recycelten Kunststoffabfälle werden durch anhaftende Feuchtigkeit einerseits und durch das Mischungsverhältnis der verschiedenen Kunststoffe andererseits nachteilig beeinflusst.
Die Beseitigung anhaftender Feuchtigkeit und in Verbindung damit auch der Austrag weiterer gasender Inhaltsstoffe ist im Stand der Technik durch verschiedene Extruderbauarten gelöst worden, die eine Entgasungszone vorsehen. Bei der Verarbeitung von Recyclat-Kunststoffmassen sind die erreichbaren Entgasungen der Formmassen unzureichend.
In DE 40 21 751 A1 ist mit anderer Zielstellung vorgeschlagen worden, der zu ex- trudierenden Formmasse sogar gezielt Wasser beizumischen, das dann als so genanntes Schleppmittel in der Entgasungszone des Extruders unter gleichzeitiger Mitnahme von Restmonomerem wieder entweichen soll.
Dieses Vorgehen ist für recycelte Misch kunststoffe völlig ungeeignet, da der Anteil an Feuchtigkeit und gasenden Reststoffen um ein Mehrfaches höher liegt und deshalb eine Entgasung vor dem Eintritt der Recyclat-Kunststoffmasse in den Extruder notwendig ist.
Nach einem Vorschlag in DE 42 01 330 A1 soll die Entfeuchtung dadurch gelin- gen, dass dem Extruder ein weiterer Extruder vorgeschaltet wird, der die Formmasse ein erstes Mal plastifiziert und diese dann in einen Entspannungsbereich fördert. Nach diesem Vorschlag soll eine vorgetrocknete Formmasse in dem vorgeschalteten Extruder plastifiziert und sogleich durch ein Filtersieb gepresst werden, wobei im Anschluss daran über eine Mehrlochdüse die Formmasse in mehre- ren Strängen in eine Fallstufe gepresst wird. Nach diesem Vorschlag soll sich die dann strangförmige Formmasse in einzelne Tropfen mit großer Oberfläche auflösen. Über einen Fallschacht sollen diese tropfenförmigen Partikel in die Einfüllöffnung des nachgeschalteten Extruders fallen und mit diesem und der nunmehr entfeuchteten und feststofffreien Formmasse eine Blasfolie erzeugt werden.
Dieses Verfahren sieht zunächst ein Waschen der Kunststoffabfälle vor, nachdem diese zerkleinert worden sind. Zugleich soll die Schwimmfraktion während des Waschvorganges entnommen werden, sodass letztlich nur schwimmfähige Kunst- stoffpartikel aus HDPE, LDPE, LLDPE und PP in der zu verarbeitenden Aus- gangsmasse vorhanden sind.
Das Waschen setzt zwingend einen nachgeordneten Trocknungsvorgang voraus. Allein dadurch verteuert sich dieses Verfahren wegen der erheblichen einzusetzenden Energiemengen deutlich.
Das oben beschriebene Verfahren ist möglicherweise geeignet, anstelle von Blasfolien auch Intrusionsformteile zu erzeugen. Der Vorbereitungsaufwand für den Ausgangsstoff macht die Anwendung dieses Verfahrens jedoch in jedem Fall un- wirtschaftlich. Es kann keine klimapositive Herstellung der Intrusionsformteile mehr erfolgen.
Es wäre ferner möglich, solche Stoffgemische thermisch zu verflüssigen bzw. zu plastifizieren, in Formen einzufüllen und dabei zu verdichten. Hierbei können jedoch keine porenfreien Körper erzeugt werden, weshalb diese nur bedingt verwendungsfähig sind. Letztlich ist bei diesem Formgebungsverfahren die Maßhaltigkeit der erhaltenen Teile von Faktoren wie Dichte des Ausgangsmaterials, Prozesstemperatur und Verdichtungsgrad abhängig.
Bekannt ist die Herstellung von geometrisch bestimmten Formteilen durch Füllen einer Form mit Hilfe eines Extruders. Abhängig von der Gestaltung des Extruderkanals bildet sich in einer solchen Anordnung ein Arbeitsgegendruck im Extruder aus, der auf einem geringen Niveau liegt. Die Qualität der ausgeformten dreidi- mensionalen Gegenstände ist deshalb bei diesem Verfahren vor allem von Theologischen Eigenschaften der Formmasse abhängig. Zugleich kommt der Füllvorgang der Form schnell zum Erliegen und durch Schrumpfungsprozesse während der Abkühlung entstehen im Inneren der dreidimensionalen Gegenstände festig- keitsvermindernde Vakuolen. Bedingt durch die unzureichenden Füllungsgrade der Formen entsteht zugleich eine zerklüftete Oberfläche.
Das größte Problem bei der Verarbeitung von Mischkunststoffformmassen aus recycelten Kunststoffen ergibt sich aus dem Feuchtigkeitsgehalt dieser Massen, da bei den üblichen Verarbeitungstemperaturen, die deutlich über dem Siedepunkt des Wasser liegen, die enthaltene Feuchtigkeit zur Dampfblasenbildung neigt. Beim Füllen von Hohlformen entstehen dadurch unregelmäßige Oberflächenstrukturen und so genannte Vakuolen. Wird die plastifizierte Formmasse mit einem Extruder in eine Hohlform eingebracht, findet unmittelbar nach dem Eintritt in die Form ein Entspannungsprozess der Formmasse statt, der Dampfblasenbildung ermöglicht und es bilden sich im Bereich des Strömungsdeltas Hohlräume. Bei hohem Feuchtigkeitsanteil können sich Vakuolen unterschiedlicher Größe über das gesamte zu gießende Formteil erstrecken. Um diesen unerwünschten Effekt zu unterdrücken, ist schon seit langem ein so genanntes Druckintrusionsverfahren in Anwendung, bei dem die Formmasse unter erhöhtem Druck im Füllstutzen in die Hohlformen gepresst wird und auch nach dem Ende des Befüllvorganges noch einmal mit dem hohen Fülldruck beauf- schlagt wird. Auf diese Weise wird versucht, in den entstandenen Vakuolen einen hohen Druck zu erzeugen und diese dadurch zu einem geringeren Volumen zu bringen.
Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens besteht allerdings darin, dass weder beim Füllen der Form noch beim nachfolgenden Abkühlungsprozess des Formteiles in der Gussform die Ausbildung der Vakuolen kontrollierbar ist.
Dadurch kann es zur Bildung großer Vakuolen kommen, die sich entweder im oberen Bereich des Formteiles häufen oder über weite Bereiche des Formteiles er- strecken. Die Festigkeits- und Verarbeitungseigenschaften solcher Formteile sind bis zur Unbrauchbarkeit vermindert.
Insbesondere um diesen Effekten beim Abkühlprozess entgegen zu wirken, ist in DE 295 13 585 U1 vorgeschlagen worden, die Abkühlgeschwindigkeit des Form- teils durch Anwendung von Wasser als Kühlmittel deutlich zu beschleunigen. Die oben beschriebenen Effekte sind jedoch trotzdem vorhanden.
In DE 42 19 595 A1 ist vorgeschlagen, die Füllgeschwindigkeit bzw. den Volumenstrom beim Gießen von Formteilen so weit zu vermindern, das eingeschlos- sene Feuchtigkeit in der Formmasse expandieren und aus dieser entweichen kann, sodass bedingt durch den verzögerten Füllvorgang ein Entspannungspro- zess möglich ist und sich bevorzugt kleinvolumige Vakuolen bilden, die sodann weitgehend gleichmäßig über den Querschnitt des Formteils verteilt sein sollen. Der dadurch verminderte Durchsatz beeinträchtigt die Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens.
Die Vielzahl kleiner Vakuolen kann jedoch die mechanische Festigkeit und die Verarbeitbarkeit der so hergestellten Formteile nachhaltig beeinflussen. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, entlüftbare Gießformen einzusetzen. Dadurch entsteht jedoch ein erhöhter Aufwand, da die Entlüftungsstellen beobachtet und beim Austreten von Formmasse verschlossen werden müssen. Ferner ist auch bei diesem Verfahren die Bildung innerer Vakuolen nicht auszuschließen.
Nach einem weiteren Vorschlag in DE 42 19 595 A1 soll die Bildung von Vakuolen dadurch verhindert werden, dass die Gießformen mit Druckluft beaufschlagt werden und die Formmasse deshalb gegen den Innendruck in die Form eingefüllt werden muss.
Da die in der Formmasse eingeschlossene Feuchtigkeit jedoch eine extrem über dem Siedepunkt des Wassers liegende Temperatur hat, kommt es zur explosionsartigen Entspannung, was auch durch einen erhöhten Gegendruck in der Form nicht vermieden werden kann.
Mit den oben beschriebenen Maßnahmen kann die Bildung von Vakuolen in den zu gießenden Formteilen nur im begrenzten Umfang vermieden werden. Es besteht deshalb die Notwendigkeit, Verfahren zur Anwendung zu bringen, bei deren Einsatz der Anteil von Feuchtigkeit in der Formmasse deutlich reduziert und des- halb die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Vakuolen durch gasende Beimengungen von vornherein reduziert wird.
Es wäre möglich, die angelieferten Recyclingkunststoffe vor dem erneuten Plastifi- zieren zu trocknen. Beim Einsatz entsprechender Trocknungsanlagen entsteht jedoch ein erheblicher Energieaufwand, Energieverluste und mithin auch eine schlechtere Energiebilanz des Formgebungsprozesses. Dies wirkt dem eigentlichen Ziel des Kunststoffrecyclings entgegen, eine Wiederverwertung mit einem minimierten Energieeinsatz zu erreichen. Ein weiterer Nachteil vorgelagerter Trocknungsverfahren besteht aufgrund anderer Anhaftungen der recycelten Kunststoffmassen als Wasser. Beim Trocknungsvorgang kann eine Geruchsbelästigung entstehen, die weitere Folgemaßnahmen nach sich zieht. Die angelieferten Kunststoffmassen haben ganz unterschiedliche Partikelgrößen und Beschaffenheiten. Deshalb müssen sie zunächst auf eine möglichst gleiche Partikelgröße mit einem engen Streubereich gebracht werden. Trocknungsprozesse können erst danach effektiv sein. Dies erfordert wiederum eine großvolumige Auslegung der Anlagen, wenn die für die Weiterverarbeitung erforderlichen Durchsätze erzielt werden sollen.
Entsprechend den oben geschilderten Möglichkeiten und ihren Nachteilen ist festzuhalten, dass die Herstellung dreidimensionaler Gegenstände aus recycelten Kunststoffabfällen mit einem Druckintrusionsverfahren bisher nicht zufriedenstellend gelöst ist. Insbesondere sind folgende Sachverhalte durch die vorgeschlagenen Verfahren und Anlagen ungelöst:
- Die Recyclat-Kunststoffmassen müssen vor Beginn der Druckintrusion weitgehend frei von gasenden Beimengungen oder Anhaftungen sein, damit die Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Vakuolen auf ein Minimum reduziert ist.
- Die aus den Recyclat-Kunststoffmassen im Extruder erzeugten Plastifikate müssen hinsichtlich ihrer Fließeigenschaften in der Lage sein, sowohl groß- volumige als auch mit Einlagen und/oder Formhinterschneidungen versehene Druckintrusionsformen vollständig auszufüllen, ohne dass Fehlstellen oder Vakuolen entstehen können.
- Die stochastisch verteilten Anteile verschiedener Kunststoffe in den angelieferten recycelten Kunststoffabfällen sind hinsichtlich der Fließfähigkeit des Plastifikats und gegebenenfalls auch in Abhängigkeit von dem zu erzeugenden Gegenstand so zu beeinflussen, dass ein Gegenstand ausgeformt wird, der die höchst mögliche Bauteilfestigkeit bei zugleich akzeptabler Oberfläche der ausgeformten Gegenstände hat. Die oben aufgeführten Forderungen sind mit den im Stand der Technik beschriebenen Lösungen nicht zu erfüllen. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Gegenstände aus recycelten Kunststoffabfällen mithilfe des Druckintrusionsver- fahren vorzuschlagen, die eine Steuerung der Fließeigenschaften des erzeugten Plastifikats zur Erzielung voll ausgeformter und weitgehend vakuolenfreier dreidi- mensionaler Gegenstände bei zugleich hoher Bauteilfestigkeit erlauben, dabei leicht und einfach steuerbar sind und hinsichtlich des Energieaufwandes Voraussetzungen schaffen, die ausgeformten Gegenständen klimaneutral oder klimapositiv zu erzeugen. Diese oben stehende Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Gegenstände aus recycelten Kunststoffabfällen mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 . Neben- und nachgeordnete Patentansprüche beschreiben Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, ohne den Schutzbereich der Erfindung auf diese zu beschränken.
In der nachstehenden Beschreibung, den Ausführungsbeispielen und den Patentansprüchen werden die nachstehend aufgeführten Begriffe mit folgendem Bedeutungsinhalt verwendet: Recycelte Kunststoffabfälle— sind Kunststoffabfälle, die über ein Sammelsystem oder aus industriellen Kunststoffabfällen bestehen und einen hohen Anteil an Po- lyolefinen enthalten. Die recycelten Kunststoffabfälle können dabei den Produktspezifikationen 310, 321 , 322, 350 bzw. 352 der Recycling-Wirtschaft entsprechen und etwa 90 Masseprozent Mischkunststoff, vor allem Polyethylen, Polypropylen und Polystyrol enthalten.
Recyclat-Kunststoffmasse— ist ein aufbereitetes Gemisch aus recycelten Kunst- stoffabfällen. Plastifiziertes Formmassegemisch— ist eine über die Plastifizierungstemperatur erhitzte Recyclat-Kunststoffmasse, die in Extrudern, Agglomerierern, Pelletierern, Heiztunnels oder ähnlichen Einrichtungen wenigstens die Ausgangsform der Partikel ändernd behandelt wird. Druckintrusionsform— ist eine Negativform mit Anschlussmöglichkeit an einen Füllstutzen, die zum Zweck der Befüllung mit dem plastifizierten Formmassegemisch befüllt wird, danach gegenüber dem Füllstutzen abgesperrt werden und einem längeren Abkühlungszyklus unterzogen wird, an dessen Ende die Entfor- mung des Gegenstandes steht.
Nach der Erfindung werden recycelte Kunststoffabfälle, die mit einem Druckintrusionsverfahren zu neuen dreidimensionalen Gegenständen verarbeitet werden sollen, so vorbereitet, dass beim Plastifizieren des Formmassegemisches und dem Befüllen der Druckintrusionsform optimale Ergebnisse erzielt werden.
Das heißt, es wird ein Optimum zwischen der Festigkeit des ausgeformten dreidimensionalen Gegenstandes, dem Anteil und der Größe von Vakuolen und dessen Oberflächenbeschaffenheit angestrebt.
Dabei berücksichtigt die Erfindung, dass die Fließfähigkeit des plastifizierten Formmassegemischs wesentlich vom Anteil des Kunststoffes Polyethylen im plastifizierten Formmassegemisch abhängt. Ebenso, dass von diesem Anteil die zu erzielende Oberflächenqualität der dreidimensionalen Gegenstände abhängt.
Die Erfindung berücksichtigt, dass vom Anteil an Polyethylen ferner die Festigkeitskennwerte der ausgeformten dreidimensionalen Gegenstände abhängen. Erfindungsgemäß wird deshalb das Druckintrusionsverfahren so gesteuert, dass die plastifizierte Formmasse gerade den erforderlichen Anteil an Polyethylen enthält, der zur vollen Ausformung der dreidimensionalen Gegenstände führt. Wird dabei eine verbesserte Oberflächenstruktur verlangt, kann der Anteil an Polyethylen im plastifizierten Formmassegemisch angepasst werden.
Die Erfindung berücksichtigt dabei, dass angelieferte recycelte Kunststoffabfälle einen stochastisch verteilten Anteil an Polyethylen-Bestandteilen haben können. Dieser kann sich gemäß den Produktspezifikationen der Recycling-Wirtschaft zwi- schen 0 und 90 % bewegen, wird allerdings mit einiger Wahrscheinlichkeit bei etwa einem Drittel der recycelten Kunststoffmasse liegen.
Stärkere Schwankungen bei den angelieferten recycelten Kunststoffmassen las- sen es zu, Partien mit deutlich höherem Polyethylen-Anteil vor der Aufbereitung auszusondern.
Hierzu wird bei den angelieferten recycelten Kunststoffabfällen zunächst der Anteil an Polyethylen festgestellt. Das Prüfungsergebnis ist für die Weiterbehandlung der recycelten Kunststoffabfälle maßgeblich.
Chargen mit einem hohen Anteil an Polyethylen können aus den angelieferten recycelten Kunststoffabfällen ausgesondert werden. Im Ergebnis der durchzuführenden Untersuchung ist ein erstes Gemisch mit einem bekannten Anteil an Polyethylen zur Weiterverarbeitung vorhanden.
Bei den ausgesonderten Chargen ist anschließend wiederum der Polyethylen- Anteil festzustellen, damit Maßnahmen für deren Weiterbehandlung festgelegt werden können.
Mithilfe der ausgesonderten Partien und gegebenenfalls unter Verwendung nahezu sortenreiner Polyethylen-Abfälle wird ein zweites Recyclat-Kunststoffgemisch aufbereitet, das einen erhöhten Polyethylen-Anteil hat.
Erstes und zweites Gemisch werden jeweils getrennt zu einer Recyclat- Kunststoffmasse aufbereitet, indem eine Größenfraktionierung durchgeführt wird, artfremde Bestandteile (Steine, Metallgegenstände etc.) aussortiert werden und erforderlichenfalls schwer verarbeitbare Kunststoffe, wie Polyvinylchlorid und Poly- ethylenterephthalat noch zusätzlich ausgesondert werden. Die letztgenannten Bestandteile können bis zu einem gewissen Anteil im Gemisch verbleiben. Wird dieser jedoch zu hoch, ist das Druckintrusionsverfahren gestört und der Anteil dieser Werkstoffe muss durch gezielte Aussonderung aus dem Gemisch abgesenkt werden. Die Behandlung der beiden Gemische nach dem Zerkleinern oder Sortieren bezieht sich insbesondere auf die Beseitigung gasender Bestandteile, wie Wasser, verbliebene Anhaftungen von Inhaltsstoffen recycelter Verpackungen und derglei- chen.
Die Beseitigung solcher Anhaftungen erfolgt, soweit notwendig, vor der Erzeugung eines plastifizierten Formmassegemischs. Bevorzugt werden hierbei Verfahrensschritte, die einen Trockenvorgang initiieren.
Die beiden Recyclat-Kunststoffgemische werden nachfolgend in einem Verhältnis gemischt, das entsprechend den oben beschriebenen Kriterien geeignet ist, die herzustellenden dreidimensionalen Gegenstände zuverlässig auszuformen. Hierzu wird zunächst der Anteil an Polyethylen in der ersten Recyclat- Kunststoffmasse festgestellt und anschließend durch dosierte Zugabe des zweiten Recyclat-Kunststoffgemischs der für die Weiterverarbeitung erforderliche Poly- ethylen-Gehalt eingestellt. Nachfolgend wird das Recyclat-Kunststoffgemisch einem Extruder zugeführt, der dasselbe plastifiziert und über einen Füllstutzen die Druckintrusionsform befüllt.
Bedingt durch die Leistung des Extruders erfolgt das Füllen der Druckintrusionsform über ein längeres Zeitintervall hinweg. Dabei kommt es durch Kontakt der Formmasse mit den Wandungen der Form zu partiellen Abkühlungen und einem beginnenden Abkühlprozess von außen nach innen.
Gegen Ende des Füllvorganges wird über den Einfüllstutzen der Druck der einströmenden Formmasse erhöht, um auf diese Weise die Oberflächenstruktur des dreidimensionalen Gegenstandes voll auszuformen und zugleich eventuell in der Formmasse enthaltene Gasbläschen im Volumen klein zu halten. Vollständig gefüllte Druckintrusionsformen werden verschlossen und vom Einfüllstutzen getrennt. Nachfolgend werden sie einem Abkühlprozess unterzogen, an dessen Ende der dreidimensionale Gegenstand entformt wird. Der oben beschriebene Verfahrensablauf kann auf verschiedene Weise an Gegebenheiten angepasst werden, soweit sich diese aus Besonderheiten der eingesetzten recycelten Kunststoffabfälle, aus anlagentechnischen Besonderheiten o- der aus Besonderheiten der mit der Druckintrusion auszuformenden dreidimensionalen Gegenstände resultiert. So kann beispielsweise vorgesehen sein, bereits die dem Verfahren zugeführten recycelten Kunststoffabfälle nach Vorgaben zu sortieren, die gegenüber den im Stand der Technik erläuterten Produktspezifikationen deutlich erhöhte Anforderungen stellen.
Es ist weiterhin möglich, recycelte Kunststoffabfälle bereits in einer vorplastifizier- ten, agglomerierten, pelletierten oder granulierten Form in das erfindungsgemäße Verfahren einzuführen, sofern nach der Anlieferung als zweiter Schritt die Feststellung des Polyethylenanteils erfolgt.
Weiter kann vorgesehen sein, vor oder nach einer Grobreinigung die recycelten Kunststoffabfälle zu zerkleinern. Hierbei können alle üblicherweise eingesetzten Verfahren und Anlagen zur Anwendung kommen.
Es kann vorgesehen sein, sowohl die angelieferten recycelten Kunststoffabfälle als auch die bei der Aufbereitung entstehenden Recyclat-Kunststoffmassen zwi- schenzulagern.
Zur Reinigung der recycelten Kunststoffabfälle kann alles an Verfahren und Einrichtungen eingesetzt werden, was den Erfolg einer durchzuführenden Maßnahme zur Entfernung bestimmter Beimengungen ermöglicht. So kann Hand- ebenso wie automatische Sortierung in Frage kommen.
Hinsichtlich der Transporte zwischen Anlieferung und Aufbereitung bzw. zwischen Aufbereitung, Entfeuchtung (Trocknung) als auch zwischen Entfeuchtung (Trocknung) und Plastifizieren können alle denkbaren Fördermittel zur Anwendung kommen. Dies betrifft zum Beispiel die Förderung per Hand, mit mechanischen, pneumatischen Förderern, mit Hebezeugen oder Flurfördergeräten.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens entsteht dann, wenn das Auswahlkriterium für das Mischungsverhältnis zwischen erster und zweiter Recyclat-Kunststoffmasse die erkannte Fließfähigkeit des Plastifikats ist. Über den endgültigen Anteil an Polyethylen-Fraktionen, vor allem auch einzelner Polyethylen-Sorten, wird die Fließfähigkeit des Plastifikats bestimmt. Es kann ferner vorgesehen sein, Anzahl und/oder Größe und/oder Verteilung von Vakuolen oder die erhaltene Oberflächenqualität der ausgeformten dreidimensionalen Gegenstände als Auswahlkriterium für das Mischungsverhältnis aus erster und zweiter Recyclat-Kunststoffmasse anzuwenden. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens entsteht dann, wenn bei der Herstellung der zweiten Recyclat-Kunststoffmasse ein besonders hoher Anteil an Niederdruck-Polyethylen (LDPE) vorgesehen wird.
Besonders vorteilhaft ist ein erhöhter Anteil an linearem Polyethylen niederer Dich- te (LLDPE).
Das Mischen der ersten mit der zweiten Recyclat-Kunststoffmasse kann in einem Mischer, einer Fördereinrichtung, einem Agglomerator, einem Heißpelletierer oder einem Extruder erfolgen.
Es kann ein Arbeitsschritt vorgesehen sein, nach dem vor der Herstellung der plastifizierten Formmasse eine Entfeuchtung (Trocknung) wenigstens durch eine Erwärmung der Recyclat-Kunststoffmassen über eine Temperatur von 373 °K vorgesehen ist.
Für die Entfeuchtung (Trocknung) können verschiedene Einrichtungen, wie Trockentunnel, Agglomeratoren, Heißpelletierer, Pressen oder Extruder vorgesehen sein. Ist die Recyclat-Kunststoffmasse nach der Entfeuchtung (Trocknung) bereits ausreichend entfeuchtet, kann sie direkt dem Extruder zugeführt werden.
Eine bevorzugte Form der Entfeuchtung entsteht dann, wenn im Wege der Tem- peraturerhöhung insbesondere dafür gesorgt wird, dass enthaltene Feuchtigkeit in die Dampfphase übergeht und in der Recyclat-Formmasse enthaltene Feuchtigkeit auf diese Weise mit geringem Energieaufwand entfernt werden kann. Im Besonderen kann damit der zur Entfeuchtung notwendige Energieeinsatz deutlich verringert werden. Für einen solchen Verfahrensschritt kommen insbesondere in Frage eine Mikrowellen erzeugende Trockeneinheit oder eine Kaskade aus zwei Extrudern mit einer zwischen beiden Extrudern angeordneten Entspannungsstrecke in Frage.
Insbesondere im letzten Fall ist im Verfahren eine Periode vorgesehen, die der bereits plastifizierten Formmasse Gelegenheit gibt, dass nach dem Austritt aus dem Extruder in der Formmasse enthaltene Dampf- oder Gaseinschlüsse an die Oberfläche der Formmasse diffundieren und aus derselben austreten können.
Es kann ferner vorgesehen sein, den austretenden plastifizierten Formmasse- ström durch Maßnahmen zur Vergrößerung der Oberfläche zu teilen, einen Partikelstrom zu erzeugen oder eine verlängerte Entspannungsphase vorzusehen.
Noch bevor der Erstarrungsvorgang einsetzen kann, erfolgt unmittelbar im An- schluss an das Befüllen eine Erhöhung des Fülldruckes wenigstens auf den drei- fachen Wert des Fülldruckes. Damit wird erreicht, dass die Form vollständig ausgefüllt ist, dass sich keine Lunker im Formteil bilden und somit die Formteile nach dem Erkalten dimensions- und formstabil entformt werden können.
Nach Abschluss der Hochdruck-Füllphase wird die Form verschlossen, vom zwei- ten Extruder getrennt und in die Abkühlzone transportiert. Der Abkühlprozess kann nach seinem Beginn über einen längeren Zeitraum stattfinden, wobei das Formteil bis zum Erreichen der Umgebungstemperatur in der Form verbleiben kann. Es ist möglich, den Abkühlungsprozess durch Anwendung von Kühlmedien zu beschleunigen.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, dass die Form- masse über ein Druck-Intrusionsverfahren in die Form gebracht wird. Dabei wird dafür Sorge getragen, dass im Zuführkanal ein erhöhter Druck aufgebaut wird, wobei das Druckniveau zweckmäßigerweise wenigstens bei 20 bar liegen sollte. Damit wird einerseits im Zuführkanal eine weitgehend laminare Strömung und zugleich eine hohe Strömungsgeschwindigkeit sichergestellt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, dass am Ende des Befüllens der Form sowohl in der Form wie im Zuführkanal des Extruders eine Druckerhöhung erfolgt, die wenigstens das Dreifache des Fülldruckes beträgt. Der erhöhte Druck wird sodann aufrechterhalten und die Form vom Extru- der getrennt, wodurch die Bildung von Vakuolen im dreidimensionalen Gegenstand weitgehend vermieden wird.
Mit dem oben beschriebenen Verfahren können dreidimensionale Gegenstände erzeugt werden, die einen zylindrischen, einen rechteckförmigen oder einen poly- gonförmigen Querschnitt haben.
Es ist ebenso möglich, in die Form eine Profilierung der Oberfläche einzuarbeiten. Ebenso ist es möglich, konische Formen auszuführen. Die hergestellten dreidimensionalen Gegenstände können für verschiedenste Anwendungen verwendet werden. So sind unter anderem Anwendungen als Pflock, Pfahl, Bahnschwelle, Spundwandbrett, Träger, für rohrförmige Teile oder für Masten möglich. Ist der dreidimensionale Gegenstand als Pfahl zu verwenden, kann er an seiner Stirnseite spitz auslaufen und dessen Spitze materialeinheitlich ausgeformt sein.
Es ist möglich, Einlagen in die Form einzubringen und auf diese Weise Ausnehmungen in die dreidimensionalen Gegenstände bereits beim Urformvorgang ein- zubringen. Diese werden von der einströmenden Formmasse ebenso umströmt und damit quasi negativ abgeformt.
Bevorzugt wird dabei die in etwa koaxiale Anordnung von Einlegern, die es ermög- liehen, im Zentrum der ausgeformten dreidimensionalen Gegenstände einen Hohlraum zu erzeugen. Dieser Hohlraum kann bei der Verwendung der dreidimensionalen Gegenstände für andere Aufgaben zur Verfügung stehen, wie dies beispielsweise bei Antennen- oder Laternenpfählen durch die im Inneren befindliche Elektroinstallation der Fall ist.
Eine bevorzugte Verfahrensausgestaltung besteht darin, die Kühlung im Bereich der Einleger der Gestalt zu beschleunigen, dass der Erstarrungsprozess des dreidimensionalen Gegenstandes von der Innenseite her erfolgt und damit der dreidimensionale Gegenstand weitgehend spannungsfrei abkühlt. Dabei kommt es nicht darauf an, auf welche Weise die Abkühlung bewirkt wird, welches Kühlmedium zum Einsatz kommt und wie der Kühlprozess sonst ausgestaltet ist. Letztlich ist dies eine vom zu erzeugenden dreidimensionalen Gegenstand bestimmte Optimierungsaufgabe. Bei der Herstellung von Hohlformen ist es möglich, dass im Mantel des dreidimensionalen Gegenstandes Ausnehmungen zusätzlich ausgeformt werden.
Eine Verwendungsform eines solchen Hohlprofils mit einer zusätzlichen Ausnehmung zur Verbindung zur Innenseite hin ist ein Laternenpfahl, der sich unabhängig von seiner Außenform nach oben hin verjüngt.
Die nach dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten dreidimensionalen Gegenstände sind für die oben angegebenen Verwendungen ausreichend fest, stabil, unempfindlich gegenüber Witterungseinflüssen, meer- wasserbeständig und unverrottbar. Ferner sind sie klimaneutral und ökologisch unbedenklich. Zudem können sie am Ende ihres Lebenszyklus wieder in den Roh- stoffkreislauf zurückgeführt werden und somit erneut als Rohstoffbasis für nach dem oben beschriebenen Verfahren herzustellende dreidimensionale Gegenstände dienen. Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1— eine schematische Darstellung für ein Intrusionsverfahren, wie es im
Stand der Technik mit bekannten Anlagen ausgeführt wird. das erfindungsgemäße Verfahren, dargestellt anhand einer gegenüber Fig. 1 modifizierten schematischen Darstellung. eine schematische Darstellung des Ablaufs einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Fig. 2. eine schematische Darstellung des Ablaufs einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Fig.
Nach den im Stand der Technik bekannten Verfahren lassen sich die Verarbeiter gemäß Arbeitsschritt 1 . recycelte Kunststoffabfälle anliefern, die den Produktspezifikationen 310, 321 , 322, 350 oder 352 entsprechen können. Es können auch gesondert gesammelte Verpackungsmittelreste, Reste technischer Kunststoffteile oder dergleichen sein. Ein Anteil an Fremdstoffen ist regelmäßig ebenso enthalten.
Die angelieferten recycelten Kunststoffabfälle werden nach der Anlieferung gemäß Arbeitsschritt 2. zerkleinert und nachfolgend entsprechend Arbeitsschritt 3. sortiert, wobei beide Verarbeitungsschritte auch untereinander in der Reihenfolge getauscht oder sogar miteinander verknüpft sein können.
Durch die vorgenannten Arbeitsschritte wird eine Recyclat-Kunststoffmasse erzeugt, die entweder direkt weiterberarbeitet oder, wenn erforderlich, entsprechend Arbeitsschritt 4. in Silos, Säcken oder Großbehältern zwischengelagert wird. Auf direktem Wege oder aus dem Zwischenlager wird entsprechend Arbeitsschritt 5. über einen Extruder die Recyclat-Kunststoffmasse zu einer plastifizierten Formmasse weiterverarbeitet und mit dieser gemäß Arbeitsschritt 6. eine an dem Extruder angeschlossene Intrusionsform gefüllt.
Die gefüllte Intrusionsform kann nach dem Füllen vom Extruder abgenommen und zwischengelagert werden. Im Zwischenlager erfolgt entsprechend Arbeitsschritt 7. der Abkühlprozess der ausgeformten Teile, wobei nach Erreichen einer bestimmten Bauteiltemperatur dasselbe, wie in Arbeitsschritt 8. angegeben, aus der Form entnommen werden kann.
Das entformte Teil kann sodann zwischengelagert oder bei Erfordernis einer spanenden Nachbearbeitung unterzogen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hingegen sieht vor, dass nach dem mit 1 . bezeichneten Arbeitsschritt, das heißt bei Anlieferung der recycelten Kunststoff abfäl- le in einem Zwischenschritt 1 .1 . der Gehalt der angelieferten Massen an den Poly- ethylen-Fraktionen HDPE, LDPE und LLDPE ermittelt wird.
Es kann ein weiterer Zwischenschritt 1 .2. vorgesehen sein, in dem festgestellte Chargen mit besonders hohen Gehalten an Polyethylen-Fraktionen aus den angelieferten recycelten Kunststoffabfällen ausgesondert werden. Eine Besonderheit kann darin bestehen, dass — falls möglich — angelieferte Chargen, die der Produktspezifikation 321 voll entsprechen, auch ohne Feststellung des Gehalts an PE-Fraktionen aussortiert werden.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens kann darin bestehen, dass bei der Anlieferung recycelter Kunststoffabfälle eine Aussonderung von Chargen mit hohen PE- Gehalten bereits beim Arbeitsschritt 1 . erfolgt. Ebenso können in diesem Arbeitsschritt auch PE-Industrieabfälle und dergleichen entgegengenommen werden. lm nachfolgenden Arbeitsschritt 2. werden die recycelten Kunststoff abfalle zerkleinert und in einem Arbeitsschritt 3. sortiert, wobei auch beim erfindungsgemäßen Verfahren beide Arbeitsschritte untereinander vertauscht oder miteinander verknüpft sein können.
Wesentlich ist jedoch, dass angelieferte recycelte Kunststoffabfälle mit„normalem" Gehalt an PE als erste Recyclat-Kunststoffmasse verarbeitet werden.
Ausgesonderte Chargen mit hohem PE-Anteil sowie gegebenenfalls PE-Reste werden auf die gleiche Weise, aber getrennt, zu einem zweiten Recyclat- Kunststoffgemisch verarbeitet, das heißt zerkleinert und sortiert.
Erstes uns zweites Recyclat-Kunststoffgemisch können zwischengelagert oder direkt weiterverarbeitet werden.
Bei der Durchführung des Intrusionsverfahrens erfolgt die Herstellung des ersten und zweiten Recyclat-Kunststoffgemisches gewöhnlich synchron zur Herstellung der dreidimensionalen Gegenstände. Während es Befüllens der Intrusionsform wird deshalb das Fließverhalten der plastifizierten Formmasse beim Füllen der Formen beobachtet und aus den erhaltenen Ergebnissen Entscheidungen darüber abgeleitet, auf weiche Weise das Fließverhalten durch Erhöhung oder Absenkung des Anteils des zweiten Recyclat-Kunststoffgemisches erforderlich ist.
Alternativ oder ergänzend dazu kann eine Information darüber durch die Beurtei- lung bereits ausgeformter dreidimensionaler Gegenstände erfolgen und ebenso auf den Anteil des beizumischenden zweiten Recyclat-Kunststoffgemischs Ein- fluss genommen werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass nach den Ar- beitsschritten 2., 3. oder 4. am ersten Recyclat-Kunststoffgemisch bereits der Anteil an PE-Fraktionen am Gesamtgemisch festgestellt wird. Aus den Prüfergebnissen und in Verbindung mit gegebenenfalls festgestellten Anteilen anderer Kunststoffe kann auf den notwendigen Anteil an PE-Fraktionen geschlossen werden und eine Anpassung durch Variation der Zugabennengen des zweiten Recyclat- Kunststoffgemisches erreicht werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht zusätzlich nach dem 4. Arbeitsschritt eine Entfeuchtung der zur Verarbeitung kommenden Recyclat-Kunststoffmasse vor. Dies kann mithilfe von Agglomerato- ren, Heißpelletierern oder durch eine Extruderkaskade erfolgen. Dabei wird die Recyclat-Kunststoffmasse über die Plastifizierungstemperatur erhitzt, wodurch ein großer Teil der enthaltenen Feuchtigkeit in die Dampfphase übergeht und aus der Formmasse entweicht.
Wird hierbei eine Extruderkaskade eingesetzt, ist diese so ausgeführt, dass der mit der Recyclat-Kunststoffmasse beaufschlagte Extruder diese zunächst plastifi- ziert und den plastifizierten Formmassestrom wieder ins Freie fördert. Durch die Plastifizierung erfolgt an befeuchteten Kunststoffmassepartikeln eine Temperaturerhöhung, die während der Plastifizierung auch zu einer isochor-adiabatischen Druckerhöhung und dem Einschluss in Form von Dampfblasen in der Formmasse führt. Nachdem die Formmasse ins Freie abgefördert ist, kann ein Großteil der Feuchtigkeit durch die dann mögliche Expansion des eingeschlossenen Wasser- dampfs entweichen.
Die Periode der Entspannung kann durch Wahl der Zeitdauer, durch Vergrößerung der Oberfläche der Formmasse und durch die Transportgeschwindigkeit der Formmasse optimiert werden.
Der Arbeitsschritt 5. des Entfeuchtens kann auch mithilfe von Einrichtungen ausgeführt werden, die besonders geeignet sind, in der Formmasse enthaltene Wasseranteile zu verdampfen. Typischerweise kann dies mithilfe von Mikrowellen geschehen.
Weitere Möglichkeiten bestehen darin, die Formmasse mithilfe von Warm-, Heißluft, durch direkte Wärmezufuhr über Heizungen oder Infrarotstrahlen soweit aufzuheizen, dass enthaltene Wasseranteile entweichen. Durch die Extruderschnecke wird die plastifizierte Formmasse in den Füllkanal des Extruders gefördert, der sich bis zur Austrittsöffnung stark verjüngt. Damit wird erreicht, dass der Formmassestrom beim Durchströmen des Füllkanals einen Druck größer 20 bar aufbaut und mit diesem Druckniveau in die Form eintritt. Die- se Druckintrusion sichert die vollständige Füllung der Form.
Am Beginn des Füllvorgangs schießt die plastifizierte Formmasse als homogener Massenstrom in die Form. Anschließend entspannt sich zunächst der Massestrom und die Formmasse quillt auf. Bei Wandberührung erstarren Formmassepartikel, lagern sich in Wandnähe an, werden aber durch den eintretenden Massestrom weiterhin erwärmt. Dadurch ergibt sich in der Form beim Befüllen eine vergleichsweise schnelle Ausbildung einer erstarrten Außenhaut, während im Inneren noch Formmasse mit höherer Temperatur nachströmt. Nachdem das Formvolumen weitgehend gefüllt ist, wird durch den Extruder weitere Formmasse nachgedrückt, wobei eine Druckerhöhung wenigstens auf das Fünffache des Fülldruckes erfolgt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass sich die Form vollständig füllt und sich keine Fehlstellen ausbilden können. Weiterhin wird damit erreicht, dass im Inneren der Formlinge während der nachfolgenden Abkühlphase keine Lunker entstehen können. Allenfalls kann eine Bildung kleiner Blasen im Kernbereich vorkommen.
Eine weitere Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die Abkühlphase.
Die zu füllende Form ist dabei mit einem Einleger zusätzlich ausgestattet, um Formlinge mit einem Hohlraum zu erzeugen. Im Kontaktbereich des Einlegers mit der äußeren Form ist die äußere Form durchbrochen, sodass zum Innenraum des Einlegers Zugang möglich ist.
Nach dem Füllen der Form unter Anwendung des oben beschriebenen Ablaufes wird in das Innere des Einlegers über eine Zuleitung Druckluft oder Wasser zugeführt. Die im Inneren des Einlegers entstandene Stauwärme wird damit beseitigt und zugleich ein erhöhter Wärmeentzug erreicht. Durch den erhöhten Wärmeentzug ist eine Umkehr des Abkühlungsprozesses erreichbar, wobei zunächst die mit dem Einleger im Kontakt befindlichen Partikel der Formmasse erstarren und der Erstarrungsprozess von innen nach außen erfolgen kann.
Nachdem dieser Erstarrungsprozess in Gang gesetzt ist, verläuft er ebenso bis zur Erreichung der Umgebungstemperatur. In Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Abkühlung kann der Formling mehr oder weniger schnell und mehr oder weniger spannungsfrei abgekühlt werden. Letztlich ist dies eine Optimierungsaufgabe.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten dreidimensionalen Gegenstände können mit einem zylindrischen, einem rechteckigen oder einem poly- gonförmigen Querschnitt ausgeführt sein. Ebenso sind Hohlformen, wie rohrför- mig, kastenförmig oder dergleichen ausführbar.
Es hat sich gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise langgestreckte Formlinge zu erzeugen sind. Bevorzugte Verwendungsformen sind deshalb zylindrische Formteile, Pflöcke oder Pfähle, Bretter oder Bohlen, Balken, Bahnschwellen und Hohlformen, wie Säulen mit konischen Bohrungen, rechteckige Blöcke mit konischen Bohrungen und Antennen- oder Laternenmasten, die auch an ihrer Außenkontur konisch sind.
Eine besonders bevorzugte Verwendung sind Laternenmasten mit einer seitlichen Ausnehmung für den Einbau der Elektroanlage.
Bei der Herstellung von Pfählen wird eine Ausführung bevorzugt, bei der das ein- zutreibende Ende bereits in der Form spitz ausgeführt ist.
Beim Ausführen von Profilbrettern werden Formen verwendet, die an wenigstens einer der Außenflächen eine Profilierung haben, die durch das Formteil ausgebildet wird. Da das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise die Herstellung von langgestreckten Körpern ermöglicht, werden bei der Herstellung von Bahnschwellen durch einen Trennvorgang Kürzungen erzeugt, die der Länge der Bahnschwel- len entsprechen.
Beim Befüllen der Form wird nach dem Verfahren der Druck-Intrusion gearbeitet. Das heißt, die unter Druck stehende Formmasse schießt mit Überdruck in die Form und verteilt sich nach dem Freiwerden im Formhohlraum zunächst sofort. Weiter bildet sich dann eine kontinuierliche Strömung im Inneren des Formraumes aus, während in Bereichen nahe der Formwand bereits ein Abkühlungs- und Aus- härtungsprozess stattfindet. Die bereits in Abkühlung befindlichen Partikel der Formmasse bilden zugleich einen Wärme isolierenden Mantel, durch den der im Inneren fließende Formmassenstrom weitgehend auf Temperatur gehalten wird und sich ein Strömungskanal innerhalb der Form ausbildet, der das Befüllen sehr langer Formen ermöglicht ohne dass der Formmassenstrom erstarrt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht in der Erzeugung von Hohlprofilen. Dabei wird im Inneren der Form ein ausreichend konisch verlaufen- der Formenkern so eingelegt, dass nach jeder Seite hin ein für den Formmassenstrom ausreichender Kanal verbleibt.
Beim Befüllen der Form mit Formmassen bildet sich auch am eingelegten Formenkern eine erstarrende Schicht, die zugleich den Formmassenstrom gegenüber der Umgebung isoliert.
Bei dieser Ausgestaltungsform des Verfahrens lassen sich Hohlprofile, wie konische Rohre, Lichtmasten, Schachteinläufe und dergleichen erzeugen. Es ist ebenso möglich, im Formteil seitliche Ausnehmungen zu erzielen, indem in die Form Einlegestücke eingebracht werden, die den Abstand zwischen Außenmantel und dem eingelegten Kern überbrücken. Eine weitere bevorzugte Form des Verfahrens sieht vor, dass der einzulegende Kern innen hohl ist und die Möglichkeit des Einbringens von Kühlmedien bietet. Dabei kann beispielsweise mit Druckluft ein erhöhter Wärmeentzug beim Abkühlen des Formlings erreicht und damit die Aushärtung des Formlings von innen nach außen ermöglicht werden.
Es wurde gefunden, dass auf diese Weise verzugsfreie Hohlkörper erzeugt werden können, bei denen durch die Abkühlung von innen nach außen eine dauerhafte Spannungsfreiheit erreicht wird.
Die so hergestellten Formteile können als konische Rohre, nach einem Aufbohren als herkömmliche Rohre, als Lichtmaste oder dergleichen eingesetzt werden.
Handelt es sich bei der Form um die eines Laternenmastes, kann durch Beilagen in der Form zugleich die Ausformung für die Installationsöffnung realisiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat also den Vorteil, dass es einerseits mindestens ausreichende Fließeigenschaften der plastifizierten Formmasse durch Mi- schung aus einer ersten und einer zweiten Formmasse und andererseits eine Absenkung des Feuchtegehaltes bzw. des Gehaltes anderer gasender Stoffe bewirkt und somit Voraussetzungen geschaffen werden, Intrusionsformteile mit deutlich vermindertem Risiko von Fehlausformungen und unzulässigem Gehalt an Vakuolen zu erzeugen.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Gegenstände aus recycelten Kunststoffabfällen durch Druckintrusion, das in folgende Verfahrensabschnitte untergliedert ist:
- Aufbereitung eines Gemisches aus recycelten Kunststoffabfällen, um eine verarbeitbare Recyclat-Kunststoffmasse zu erhalten,
- Behandlung der Recyclat-Kunststoffmasse mit dem Ziel, dieselbe von Beimengungen und/oder Anhaftungen zu befreien,
- Plastifizieren der Recyclat-Kunststoffmasse zu einem Formmassegemisch,
- Füllen einer Druckintrusionsform mit dem plastifizierten Formmassegemisch,
- Nachbehandlung der gefüllten Druckintrusionsform einschließlich Abkühlung und Entformung der dreidimensionalen Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass
aus recycelten Kunststoffabfällen eine erste Recyclat-Kunststoffmasse erzeugt wird, deren Hauptbestandteile die Kunststoffe Polyethylen, Polypropylen und Polystyrol in wechselnden Anteilen, die vom Aufkommen der recycelten Kunststoffabfälle abhängig sind,
der Polyethylengehalt der ersten Recyclat-Kunststoffmasse ermittelt wird, aus recycelten Kunststoffabfällen eine zweite Recyclat-Kunststoffmasse erzeugt wird, deren Hauptbestandteile Polyethylen, Polypropylen und Polystyrol sind, wobei der Polyethylengehalt gegenüber der ersten Recyclat- Kunststoffmasse erhöht ist,
eine Bestimmung des notwendigen Gehalts an Polyethylen und des zuzu- mischenden Anteils der zweiten Recyclat-Kunststoffmasse zur ersten Recyclat-Kunststoffmasse erfolgt,
das Zuführen des Anteils des zweiten Recyclat-Kunststoffmassen- Gemischs erfolgt
und das Mischen des Anteils der zugeführten zweiten Recyclat- Kunststoffmasse mit der ersten Recyclat-Kunststoffmasse erfolgt.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
das Auswahlkriterium für das Mischungsverhältnis aus erster und zweiter Recyclat-Kunststoffmasse die Fließfähigkeit der plastifizierten Formmasse ist.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Auswahlkriterium für das Mischungsverhältnis aus erster und zweiter Recyclat-Kunststoffmasse die Anzahl und/oder die Größe und/oder die Verteilung von Vakuolen im ausgeformten dreidimensionalen Gegenstand ist.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Recyclat-Kunststoffmasse insbesondere Niederdruckpolyethylen (LDPE) und/oder lineares Polyethylen niederer Dichte (LLDPE) enthält.
5. Verfahren nach Patentanspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
erste und zweite Recyclat-Kunststoffmasse durch Zerkleinern und/oder Befreien von Beimengungen und/oder Agglomerieren und/oder Pelletieren aus recycelten und/oder technischen Kunststoffabfällen aufbereitet werden.
6. Verfahren nach Patentanspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
erste und/oder zweite Recyclat-Kunststoffmasse durch Zugabe von Kunst- stoffmassen anderer Zusammensetzung aufbereitet werden.
7. Verfahren nach Patentanspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Mischen der ersten mit der zweiten Recyclat-Kunststoffmasse in einem Mischer, einer Fördereinrichtung, einem Agglomerator, einem Heißpelletie- rer oder einem Extruder erfolgt.
8. Verfahren nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
ein Arbeitssch tt enthalten ist, nach dem vor der Herstellung der plastifizier- ten Formmasse eine Entfeuchtung (Trocknung) wenigstens eine Erwärmung der Recyclat-Kunststoffmassen über eine Temperatur von 373 °K er- folgt.
9. Verfahren nach Patentanspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
nach einem etwaigen Verfahrensschritt zur Entfeuchtung (Trocknung) der Recyclat-Kunststoffmassen eine Periode vorgesehen ist, in der ein Entspannen etwaiger entstandener Dampf- und/oder Gasblasen und deren Entweichen aus der Recyclat-Kunststoffmasse erfolgen kann.
10. Verfahren nach Patentanspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Periode der Entspannung nach einem Arbeitsschritt des Agglomerierens, Heißpelletierens oder als Zwischenschritt innerhalb einer Extruderkaskade ausgeführt wird.
1 1 .Verfahren nach Patentanspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Fülldruck des die Intrusionsform füllenden Extruders wenigstens 20 bar beträgt.
12. Verfahren nach Patentanspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
am Abschluss des Füllvorganges der Form eine Druckerhöhung auf einen in etwa 5-fachen Wert des Fülldruckes des Extruders erfolgt.
13. Verwendung eines mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bis 12 hergestellten dreidimensionalen Gegenstandes aus Recyclat- Kunststoffmassen als Spundwandbrett, Profilbrett, Pflock, Pfahl, angespitzter Pfahl, Bahnschwelle, Hohlform, rohrförmiges Teil, Antennen- oder Laternenmast.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4424487A1 (de) * 2023-03-03 2024-09-04 Borealis AG Verfahren zur aufbereitung einer fraktion von sortiertem kunststoffabfall und aufbereitungsanlage

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4021751A1 (de) 1990-07-07 1992-01-16 Berstorff Gmbh Masch Hermann Entgasungsextruder
DE4201330A1 (de) 1991-09-18 1993-04-01 Kuhne Anlagenbau Gmbh Verfahren zur herstellung von produkten aus polyolefin-kunststoffabfaellen sowie anlage zur durchfuehrung eines solchen verfahrens
DE4219595A1 (de) 1992-06-15 1993-12-16 Planex Projektierungs Gmbh Verfahren zur Herstellung von großformatigen, dickwandigen Teilen aus thermoplastischen, vorzugsweise gebrauchten Kunststoffen
DE29513585U1 (de) 1995-08-24 1995-11-30 Kurt Müller Landtechnik und Stahlbau, 16269 Vevais Form zum Einformen plastischer Massen

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1235772B (it) * 1989-06-09 1992-09-28 Master Srl Procedimento per il riutilizzo di materiali solidi di rifiuto, mediante inglobamento in resine termoplastiche
DE19524841C2 (de) * 1995-07-07 2002-02-21 Schachtbau Nordhausen Gmbh Trägerkörper aus porösem Kunststoff für die Abwasserbehandlung und Verfahren zu deren Herstellung
JP4089284B2 (ja) * 2002-04-30 2008-05-28 株式会社カネカ 自動車用内装材の樹脂材料分離方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4021751A1 (de) 1990-07-07 1992-01-16 Berstorff Gmbh Masch Hermann Entgasungsextruder
DE4201330A1 (de) 1991-09-18 1993-04-01 Kuhne Anlagenbau Gmbh Verfahren zur herstellung von produkten aus polyolefin-kunststoffabfaellen sowie anlage zur durchfuehrung eines solchen verfahrens
DE4219595A1 (de) 1992-06-15 1993-12-16 Planex Projektierungs Gmbh Verfahren zur Herstellung von großformatigen, dickwandigen Teilen aus thermoplastischen, vorzugsweise gebrauchten Kunststoffen
DE29513585U1 (de) 1995-08-24 1995-11-30 Kurt Müller Landtechnik und Stahlbau, 16269 Vevais Form zum Einformen plastischer Massen

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4424487A1 (de) * 2023-03-03 2024-09-04 Borealis AG Verfahren zur aufbereitung einer fraktion von sortiertem kunststoffabfall und aufbereitungsanlage
WO2024184243A1 (en) * 2023-03-03 2024-09-12 Borealis Ag Method for preparing a fraction of sorted plastic waste and recycling plant

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