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RECYCLING


R E C Y C L I N G

Grundlagen des stofflichen Recyclings

Kunststoffverwertung und  Kunststoffrecycling in der Praxis

1    Recycling: Allgemeines - Grundlagen

Im Bausektor werden Erzeugnisse aus KStoffen überwiegend als langlebige Produkte eingesetzt (z. B. Fenster). Verpackungen sind dagegen im allgemeinen Produkten von kurzer Lebensdauer, d, h, sie fallen meist schon innerhalb eines Jahres nach der Produktion wieder als Abfall an. Während langlebige Produkte erst nach mehreren Jahren oder Jahrzehnten als Abfälle auftreten, beeinflussen kurzlebige KStofferzeugnisse die Entwicklung der Abfallmenge unmittelbar. Von den heute hergestellten KStoffprodukten haben rund 65 % eine Nutzungsdauer von mehr als 10 Jahren und ca. 20 % eine Gebrauchsdauer von unter einem Jahr. 

Abbildung 1: Entwicklung des KStoffabfallaufkommens

Definition:

Unter Recycling versteht man im einfachsten Sinn den Wiederverwendungskreislauf von Produktionsabfällen und gebrauchten Endprodukten, soweit sie sich wirtschaftlich in neue Produkte zurückführen lassen.

 

Abbildung 2: Recycling-möglichkeiten für Kstoffe

2    Exkurs: Recyclinggerechte Produktgestaltung

Der Konstrukteur von Bauteilen hat sich bisher ausschließlich von funktionellen Anforderung an das Bauteil sowie von begrenzenden wirtschaftlichen Faktoren, wie Verfügbarkeit und Kosten, leiten lassen. In einer zunehmenden umweltbewußten Umgebung spielen auch Fragen der Umweltbelastung insbesondere durch die Entsorgung bzw. Durch die Vermeidung von Abfällen durch Wiederverwertung, eine Rolle.

Vom VDI wurde die Richtlinie 2243, die sich mit der recyclinggerechten Gestaltung technischer Produkte befaßt, überarbeitet. Ein Kapitel darin behandelt speziell die KStoffe.

Daß der Gesichtspunkt des Recyclings bisher unzureichend oder gar nicht bei der Entwicklungsphase der Produkte berücksichtigt wurde, zeigt sich an den Problemen, die bei den heute rücklaufenden Gütern auftreten.

Als generelle Regel kann man aus Gesichtspunkten der Wiederverarbeitbarkeit dem Konstrukteur grundsätzlich raten, weitgehend immer die gleichen Werkstoffe für ein zusammengesetztes Bauteil oder Aggregat zu benutzen, wobei sehr wohl verschiedene Modifikationen Anwendung finden können. Beispielsweise kann der gleiche KStoff in Form von Schaumstoff kombiniert sein mit Bauteilen, die mit Fasern u./ o. Mineralpulver verstärkt bzw. gefüllt sind. Anzustreben ist, möglichst große Aggregate in dieser Weise aus einem KStofftyp zu schaffen. Dabei sind Thermoplaste als besonders recyclinggünstig zu bevorzugen. Hochfeste Großteile lassen sich heute jedoch auch aus Duromeren, solange es sich um die gleiche Matrix handelt, gut zerlegen und wiederverwerten.

Wenn es bei komplexen Produkten, die aus zahlreichen Einzelteilen zusammengesetzt sind, nicht möglich ist, sie jeweils aus dem gleichen KStofftyp aufzubauen, sollten sie sich leicht,

d.   h. mit wenig Aufwand in Teile der verschiedenen KStofftypen trennen lassen.

·     Werkstoffe nach Recyclierbarkeit auswählen (Thermoplaste)

·     Werkstoffe reduzieren (KStofffamilien: ABS, PC)

·     verträgliche Werkstoffe einsetzen (z.B. ABS = mit vielen anderen technischen KStoffen   verträglich, Polyolefine verträglich mit anderen Polyolefinen)

·     GF- verstärkte KStoffe kritisch einsetzen:

     Bausteifigkeit läßt sich oft auch über konstruktive Maßnahmen erreichen

·     Flammwidrigkeit:

      - Zuerst inhärent flammwidrige KStoffe wie Polycarbonat in Betracht ziehen

      - Einsatz halogenfreier Flammschutzmittel bevorzugen

·     Recyclate berücksichtigen

     Viele Werkstoffanforderungen werden auch von Rezyklaten hinreichend erfüllt. Ihrem Einsatz sollte der Vorzug eingeräumt werden (z.B. im Nichtsicht- Bereich, 2K- Verfahren).

     Recyclinggerechte Bauteilgestaltung bedeutet nicht zuletzt, über konstruktive Maßnahmen und Bauteildesign die Voraussetzungen für den Wiedereinsatz von Rezyklaten zu schaffen.

          

3    Materielles Recycling

Unter stofflichen oder materiellen Recycling versteht man das Umschmelzen gemischter oder sortenreiner KStoffabfällen zu neuen Produkten. Da das Recycling von gemischten und eventuell auch verunreinigten KStoffen nur minderwertige KStoffe ergibt, geht die Entwicklung in Richtung Aufbereitung der KStoffe.

Abbildung 3: Möglichkeiten des materiellen Recyclings von gemischten 

                      KStoffen

             

3.1    Einteilung der Abfälle

KStoffabfälle sind nach ihrer Herkunft in drei Kategorien einzuteilen:

* Abfälle aus der Verarbeitung:

Diese liegen in der Form nicht qualitätsgerechter Erzeugnisse, sowie verfahrensbedingter Abfälle vor. Die Sauberkeit und die Sortenreinheit, sowie die einfache Erfassung dieser Abfälle stellt eine ideale Ausgangslage für hochwertiges Recycling dar. Die Aufbereitung dieser Abfälle ist besonders einfach und kostengünstig, da sie nur zerkleinert werden müssen. Anschließend könne sie dem Neumaterial in der Produktion zugemischt werden.

Das Recycling ist beim KStoffverarbeiter schon seit langem bekannt, denn bei der Herstellung von KStoffartikeln fallen KStoff- Verarbeitungs- Betriebsabfälle (Angüsse, Abquetschteile, Folien- Randstreifen) an. Diese werden unter Vermeidung von Verunreinigungen gemahlen und als dosierte Beimischung von 10 - 20 % zum frischen Rohstoff der Produktion unmittelbar zugeführt (ggf. mit zusätzlicher Stabilisierung) oder, wenn das bei hochwertigen Artikeln nicht möglich ist, zu weniger anspruchsvollen Teilen verarbeitet. Die dosierte Beimischung feingemahlener Angüsse ist auch beim Duroplast- Spritzguß möglich.

*Aufbereitung aus Handel und Gewerbe:

Abfälle aus gewerblicher Anwendung können aus fertigungstechnischen und ökonomischen Gründen in dem Betrieb, in dem diese anfallen, weder aufbereitet noch angewendet werden. In der Regel liegen diese sauber und sortenrein vor, so daß im allgemeinen über eine zentrale Aufbereitung diese erneut der Verarbeitung zugeführt werden können.

* Abfälle aus Konsum

In der Regel liegen Abfälle aus individueller Anwendung verschmutzt und nicht sortenrein vor, so daß sie nur über eine zentrale Aufbereitung der erneuten Verarbeitung zugeführt werden können.

3.2    Auftretende Probleme beim materiellen Recycling

Vorallem beim Hausmüll sind die Hauptursachen für die schlechte Produktqualität:

/ Starke Verschmutzung der KStoffabfälle

/ Typenvielfalt

/ unterschiedliche Schmelzetemperaturen der KStoffkomponenten

/ niedriger E- Modul des PE- Anteils

/ mangelnde Verträglichkeit der Einzelkunststoffe

/ unterschiedliche Additivierung

3.2.1    Verschmutzung

Die KStoffabfälle aus dem Hausmüll bestehen überwiegend aus den Thermoplasten PE, PP und PS, allerdings in stark verschmutzter Form. Nach verschiedenen Untersuchungen beträgt der Anteil der Verunreinigungen 5 - 10%. Eine Entfernung dieser Verunreinigungen ist meist nur durch aufwendige Reinigungsschritte möglich. Um die Produktqualität zu erhöhen, werden die KStoffabfälle zunehmend gewaschen und danach getrocknet.

3.2.2    Typenvielfalt

Von fast allen KStoffsorten existieren eine große Zahl von Typen, die sich durch Polymerisationsgrad, Molmassenverteilung, Kristallinität und Dichte unterscheiden. Von PE, dem wichtigsten KStoff im Hausmüll, ist die Typenvielfalt mit Hunderten Marken praktisch unübersehbar.

Bei der Sammlung von Altkunststoffen findet nicht nur eine Vermischung der einzelnen KStoffsorten, sondern auch der Typen einer Sorte statt. Die Sortierung der gemischten KStoffabfällen andererseits erfolgt nach Sorten, nicht nach Typen, d.h. die sog. sortenreinen  Recyclate sind Mischungen verschiedener Typen. Typenvermischte KStoffe besitzen natürlich nicht mehr die ursprünglichen Eigenschaften einer bestimmten Type und lasen sich daher auch nicht mehr anwendungsspezifisch einsetzen.

3.2.3    Verarbeitungstemperaturen

Die unterschiedlichen Verarbeitungstemperaturen der KStoffe im gewerblichen und häuslichen KStoffabfall bilden ein weiteres Hindernis für die Wiederverwertung.

3.2.4    E- Moduln

Der E- Modul bestimmt in erheblichem Umfang die kostruktiven Möglichkeiten eines KStoffes. Während sich die E- Moduln der meisten unverstärkten KStoffen zwischen 2000 - 3000 N/mm3 bewegen, liegt der E- Modul von LD- PE und Weich- PVC größenordnungsmäßig bei 200 N/mm3 . Hohe PE- Anteile im KStoffmüll wirken sich daher ungünstig auf die mechanischen Eigenschaften von Recyclatprodukten aus, die durch einfaches Umschmelzen erzeugt werden. Solche Produkte könne oftmals nicht einmal als Holzersatz vermarktet werden, weil sie sich insbesondere bei Erwärmung verformen.

3.2.5    Additivierung

Ein weiterer Grund warum die Verträglichkeit der verschiedenen KStoffe häufig nicht gegeben ist, hängt mit den unterschiedlichen Additivgaben zusammen. Die genaue Rezeptur der Compounds wird aus Wettbewerbsgründen von KStoffherstellern und -verarbeitern vertraulich gehandhabt. Bei einem Umschmelzen von gemischten KStoffabfällen sind daher Art und Menge der Additive nicht bekannt. Die Eigenschaften der Recyclate lassen sich daher nicht gezielt einstellen.

3.2.6    Verträglichkeit

Ein weiteres technisches Hindernis für die materielle Wiederverwertung von KStoffen - auch in gereinigter Form- stellt die völlige oder teilweise Unverträglichkeit der in den gemischten KStoffabfällen enthaltene Einzelkunststoff dar. Die Zahl der homogen mischbaren, d.h. molekular ineinander löslichen Polymere, ist sehr klein. Sogenannte kompatible Mischungen technischer Massenkunststoffe, die auch große wirtschaftliche Bedeutung besitzen, sind meist Phasengemische mit Dispersionsstruktur.

Um das Problem der ungenügenden Verträglichkeit zu lösen werden zur Zeit mehrere Wege eingeschlagen. Die Zumischung von neuen Basiskunststoffen scheidet aus Kostengründen aus, weil hohe Neuanteile notwendig wären, um die anwendungstechnischen Eigenschaften der KStoffprodukte nachhaltig zu verbessern. Der Einsatz von Verträglichkeitsvermittler oder -verbesserer stellen einen zweiten Ansatz dar. Verträglichkeitsvermittler oder -verbesserer sind makromolekulare Hilfsstoffe, meist Pfropf- oder Blockpolymere, welche Bindungen mit den Oberflächen der Mischkunststoffe eingehen und die wenig verträglichen Einzelkunststoffe verknüpfen.

Überwiegend angewandt wird heute die Aufbereitung mit vorangehender Sortierung als wichtigsten Schritt.

4    Aufbereiten

Die Verwertung von verschmutzten und gemischten KStoffabfällen durch direktes Umschmelzen ist problematisch, da sich solche Produkte nur im geringem Umfang absetzen lassen. Deshalb gewinnt die Aufbereitung stetig an Bedeutung.

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Anlage und Verfahrensablauf:

Grobzerkleinerung (Shredder) Š Metallabscheidung (Transportband mit integriertem Metallsuchgerät) Š weitere Zerkleinerung (Schneidmühle ev. Naßmahlung bei starker Verschmutzung) Š Wasch- u. Sortieranlage (Schwimm- u. Sinkprinzip, Hydrozyklon) Š Silomischer (Chargenmischung) Š Agglomerieren und Regranulieren (Extruder, wichtig: Schmelzefilterung, Siebwechselsystem, Heißabschlag od. Kaltgranulierung)

4.1    Metallabscheiden

Vor dem Zerkleinern von KStoffabfällen auf Schneidmühlen empfiehlt sich die Entfernung von Metallverunreinigungen. Dies ist zur Schonung der Schneidmesser in den Mühlen, aber auch von Extruderschnecken oder Preßwerkzeugen in nachgeschalteten Verarbeitungsstufen erforderlich.

4.1.1    Magnetscheider

Mit Magnetscheidern lassen sich nur ferromagnetische Metalle oder Legierungen dieser Metalle abscheiden. Auf ferromagnetische Metalle wird dabei in einem Magnetfeld eine Kraft ausgeübt, welche deren Abscheidung bzw. Zurückhaltung bewirkt.

 

4.1.1.1    Überbandmagnet

Überbandmagnete werden eingesetzt, wenn die Altkunststoffe nur wenig Eisenteile enthalten. Sie können mit einem querlaufenden Band ausgerüstet sein, welches die entfernten Eisenteile austrägt.

Abbildung 4: Überbandmagnet

4.1.1.2    Trommelmagnet

Trommelmagnete eignen sich zur kontinuierlichen Eisenabscheidung und werden an Förderbändern installiert. Magnettrommeln bestehen aus einer unmagnetischen Trommel und einem feststehenden, kreissegmentförmigen Magnet. Der unmagnetische KStoffabfall wird am Förderbandende in üblicher Art abgeworfen, Eisenteile dagegen werden durch das Magnetfeld festgehalten und erst eine Viertelumdrehung später freigegeben.

Abbildung 5: Trommelmagnet

4.1.2    Metallsuchgeräte

Metallsuchgeräte sprechen auf ferromagnetische Metalle und Nichteisenmetalle an. Sie arbeiten meist nach induktivem Prinzip. Dazu wird der KStoff durch das Feld einer Induktionsschleife geführt. Dringt ein Metallteil in dieses Feld, so entstehen infolge von Wirbelströmen Feldverluste, die sich in ein elektrisches Schaltsignal umsetzen lassen. Zur Entfernung der metallischen Verunreinigungen werden als Ausstoßvorrichtungen Weichen, Pendelrohre und Preßluftinjektoren eingebaut. Bei diesen Methoden werden relativ große Mengen an KStoffteilchen mit ausgeschleust.

4.1.2.1    Wirbelstromabscheider

Abbildung 6: Wirbelstromabscheider (schematisch)

Bei diesen erst seit einigen Jahren in voll funktionstüchtiger Ausführungen erhältlichen Abscheidern induziert eine schnellumlaufende Magnetrolle in den NE- Metallen Wirbelströme. Jeder Wirbelstrom erzeugt ein eigenes Magnetfeld, das dem angelegten Magnetfeld entgegengesetzt gerichtet ist. Als Folge werden die Verunreinigungen am Förderbandabwurf weggestoßen.

4.2    Zerkleinern

Wichtigste Grundoperation beim KStoffrecycling ist das Zerkleinern. Erst danach kann man die möglichst gleich großen KStoffteilchen auf wirtschaftliche Weise reinigen, sortieren und granulieren.

Die Auswahl und die Entscheidung für eine bestimmte Zerkleinerungsmaschine werden bestimmt von den Eigenschaften der zu verarbeitenden KStoffe. Zusätzlich spielen natürlich auch wirtschafltliche Überlegungen eine wichtige Rolle. Praktisch wird die Auswahlentscheidung am besten aufgrund von Mahlversuche mit Original- KStoffabfällen getroffen.

Abbildung 7: Zerkleinerungsaggregate für KStoffabfälle

4.2.1    Grobzerkleinerung

4.2.1.1    Shredder

Das von Walzen vorverdichtete Aufgabegut wird an einer Amboßkante durch Hämmer, die an einem langsamdrehenden Rotor befestigt sind, in kleine Stücke gerissen. Oberhalb des Rotors befindet sich ein Siebrost, der grobe Abfallbrocken zurückhält, bis sie ausreichend zerkleinert sind. Schwere Teile werden vom Rotor nach außen gefördert und ausgetragen. Leichtstoffe wie KStoffe, Textilien oder Papier führt der entstehende Luftstrom nach oben ab.

4.2.1.2    Guillotinescheren

Guillotinescheren dienen zur Vorverkleinerung großer Blöcke, Faser- oder KStoffballen. Die Zu- und Abführung der Produkte erfolgt mit Förderbändern. Ein Hydraulikstempel bzw. beidseitig angeordnete Hydraulikstempel bewegen einen Messerträger gegen einen Amboß, am dem der Zerkleinerungsschnitt erfolgt.

Abbildung 8: Vollautomatisches Guillotinesystem

4.2.1.3    Schneidwalzenzerkleinerer

Für das KStoffrecycling werden gewöhnlich zweiwellige Maschinen eingesetzt. Die beiden Walzen sind mit gezahnten Scheiben besetzt und drehen sich langsam gegeneinander. Der von oben aufgegebene KStoffabfall wird von den gezahnten Scheiben erfaßt und in 15 - 50 mm große Stücke gerissen.

Abbildung 9: Schneidwalzenvorzerkleinerer

4.2.2    Mittelzerkleinerung

4.2.2.1    Schneidmühlen

Schneidmühlen haben bei der Aufbereitung von KStoffabfällen zentrale Bedeutung erlangt. Sie werden verwendet zur Zerkleinerung von Massivteilen, Hohlkörpern und Folien, aber auch von Verbundmaterialien. Geeignet für zähe und elastische KStoffe (z.B. PVC, PE, PP, PA). Die Zerkleinerung des Aufgabegutes erfolgt durch Schnitt zwischen schnellaufenden Rotor- und feststehenden Statormessern. Die zu zerkleinernden KStoffe werden dann im Mahlraum solange umgewälzt, bis die gewünschte Teilchengröße erreicht ist und das Mahlgut durch den Siebeinsatz austritt.

Abbildung 10: Schnitt durch eine Horizontalschneidmühle

Abbildung 11: Rohr und Profil Schneidmühle mit horizontaler Zwangsbeschickung

4.2.2.2    Hammermühle

Hammermühlen werden beim KStoffrecycling für die Zerkleinerung von spröden KStoffen (PS, PVC- U, PF, PMMA) benutzt. Ihr Vorteil ist die Robustheit und Unempfindlichkeit gegenüber Fremdkörpern. An einem Rotor sind feststehende oder pendelnd aufgehängte Hämmer befestigt. Der KStoffabfall wird tangential von oben zugeführt, von den umlaufenden Hämmern an feststehenden Gehäuseleisten zerbrochen und das Feinkorn durch den Siebeinsatz getrieben.

Eingesetzt werden Hammermühlen vorwiegend beim Recycling von Duroplasten. Außerdem finden sie weiter Anwendung beim Aufmahlen von kaltversprödeten Polymerisaten, wie z.B. Altreifen.

Abbildung 12: Hammermühle

4.2.3    Feinstzerkleinerung

In vielen Fällen ist es notwendig, die KStoffreststoffe zu Pulver zu zerkleinern, um sie wieder allein oder im Verschnitt mit Neuware zu plastifizieren zu können. Es gibt eine ganze Reihe von Verarbeitungsverfahren, die nicht vom Granulat, sondern vom Pulver ausgehen. Dazu zählen z.B. Beschichten Pressen Kalandrieren und Doppelschnecken- Extrusion. Weiterhin lassen sich manche Abfälle, die noch Fremdstoffe enthalten, erst dann wieder störungsfrei verarbeiten, nachdem sie zu Pulver gemahlen sind. Die Fremdstoffe haben dann die Eigenschaft eines Füllstoffs.

In Anwendung sind Feinschneidmühlen, Universalmühlen, Pralltellermühlen, Walzenrotormühlen und Zahnscheibenmühlen.

Abbildung 13: Schema einer Pralltellermühle

4.3    Waschen

Gebrauchte KStofferzeugnisse aus den Haushalten aber auch aus dem gewerblichen Bereich, enthalten oft 10 und mehr Prozent Verunreinigungen. Zur Ablösung und Trennung der Verunreinigungen ist beim KStoffrecycling ein Waschritt erforderlich.

Die dafür eingesetzten Anlagen sind in ihrer Bauweise sehr vielfältig.

·     Ein einfaches Waschsystem, bestehend aus Waschtrog mit Siebeinsatz und Paddelschnecke zeigt Abb. 14. Die sich langsam drehende Paddelschnecke wirkt gleichzeitig als Förderorgan und trägt die gewaschenen KStoffteilchen aus. Die Verunreinigungen sinken zu Boden und werden mit dem Waschwasser abgezogen. Aus ökologischen Gründen ist die Aufbereitung des anfallenden Schmutzwassers ein weiterer unumgänglicher Verfahrensschritt. 

Abbildung 14: einfaches Waschsystem, bestehend aus Waschtrog mit Siebeinsatz und Paddelschnecke

· Eine andere einsetzbare Wäscherbauart sind Kesselwaschanlagen. In ein oder zwei hintereinandergeschalteten Waschkesseln mit Turborührern erfolgt ein Einweichen des KStoffmahlguts sowie die Ablösung der Verunreinigungen. Im Anschluß an das Waschen wird das KStoffmaterial auf mehreren Schneckenförderern mit Reinwasser besprüht, um eventuell anhaftende Schmutzreste abzuwaschen.

·Eine besonders wirksame Reinigung gestatten neu entwickelte Waschmühlen. Das gewöhnlich vorzerkleinerte Material wird in diesen Maschinen unter Wasserzusatz gemahlen. Der Waschvorgang wird durch die intensive Durchwirbelung der KStoffteilche im Mahlraum begünstigt und zugleich ein Einquetschen von Verunreinigungen in die Schnittkanten vermieden. Zudem verhindert das Naßmahlen ein störendes Verkleben der Siebe.

4.4    Trocknen

An die Wäsche des KStoffmahlguts schließt stets ein Trockenschritt an. Das Trocknen der KStoffteilchen ist deshalb unerläßlich, da eine Restfeuchte größer  als etwa 0,5 % zu starker Qualitätsminderung beim Spritzgießen und Extrudieren führt. Die Trocknung des gewaschenen Mahlguts erfolgt meist zweistufig, zuerst mechanisch und dann auf thermischen Weg.

4.4.1    Mechanische Trocknung

Die mechanische Trocknung erfolgt durch Sieben und Schleudern. Dabei  wird das anhaftende Wasser auf Schwingsieben entfernt und danach auf Zentrifugen unterschiedlicher Bauarten entwässert. In den überwiegend eingesetzten Siebzentrifugen werden die feuchten KStoffteilchen bei Schleuderzahlen von 200 - 500 g gegen den Siebkorb gepreßt, so daß das Wasser nach außen abfließen kann. Mit solchen Trockenschleudern kann man bei grobkörnigem Material Restfeuchten von 5- 10 % erreichen.

Abbildung 15: Siebschneckenzentrifuge (schematisch)

4.4.2    Thermische Trocknung

Um Restfeuchten von 0,5 % und darunter zu erreichen, werden in einer zweiten Stufe die thermischen Trocknungsverfahren angewandt. Viele Apparate zur thermischen Trocknung sind nur erweiterte pneumatische Förderanlagen und fahren dementsprechend die Warmluft nicht im Kreislauf.

Abbildung 16: Thermische Trocknung (schematisch)

Das Gut wird durch einen Scheckenförderer einem elektrisch erzeugten Heißluftstrom zudosiert. Dieses Gemisch wird von einem Förderverntilator angesaugt, in ihm verwirbelt und durch eine anschließende Nachtrockenstrecke geblasen. Die Nachtrockenstrecke ist ein mehrfach gewundenes Rohr, in dem das Gut  durch Umlenkungen relativ zur Heißluft ein hohe Geschwindigkeit erreicht. Aufgrund der kurzen Verweilzeit des KStoffmahlgutes kann die Heißlufttemperatur den Schmelzbereich der KStoffs überschreiten, ohne das Material thermisch zu schädigen.

4.5    Sortieren

Wesentlichen Einfluß auf die verarbeitungs- und anwendungstechnischen Eigenschaften der Recyclats hat insbesondere die Güte der Sortierung. Zur KStoffsortierung werden Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften der KStoffe genutzt.

Da die meisten der zur Zeit technisch eingesetzten Sortierverfahren auch auf Teilchenform und -größe ansprechen, muß aus der zu sortierenden KStoffmischung vorab eine geeignete Fraktion abgesiebt werden. Dies erfolgt bei der Zerkleinerung auf Schneidmühlen mittels fest eingebauter Siebe. Wenn ein anderes Zerkleinerungsverfahren angewendet wird muß eine Klassierung erfolgen. 

4.5.1    Dichtesortierung

In den für die Sortierung wichtigen Eigenschaften liegen die KStoffe relativ eng beieinander. Die Dichte der am meisten verbreiteten Polymere ist im Bereich zwischen 0,9 und etwa 1,4 g/cm3 angesiedelt, sie sind fast alle elektrisch nichtleitend und hydrophob. 

4.5.1.1    Schwimm- Sink- Scheider

Das Mahlgut aus der Schneidmühle wird im vorderen Teil des Troges aufgegeben und durch eine Walze mit Paddel unter den Trennflüssigkeitsspiegel gebracht. Als Trennmedium wird überwiegen Wasser verwendet. Um die Hydrophobie der KStoffpartikel zu senken, können der Trennflüssigkeit Netzmittel zugegeben werden. Speziefisch schwere KStoffe sinken zu Boden, KStoffe mit geringerer Dichte als das Trennmedium schwimmen auf und lassen sich an der Wasseroberfläche abheben. Die Schwerfraktion wird im Auslauf aufgetragen und meist durch Schwingsiebe entwässert. Die Fließgeschwindikeit liegt bei 0,2 m/s. Die im Einsatz befindlichen Schwimm- Sink- Scheider sind fast ausschließlich für die Polyolefin- Abtrennung ausgelegt.

Abbildung 17: Kontinuierlicher Schwimm- Sink- Scheider (schematisch)

4.5.1.2    Hydrozyklon

Hydrozyklone sind für die Sortierung gemischter KStoffabfälle geeignet, da sie sehr unempfindlich gegenüber Verunreinigungen der Trennflüssigkeit sind.

Die Suspension aus KStoffmahlgut in Wasser wird tangential in den rotationssymmetrischen Hydrozyklon gepumpt. In der sich dabei ausbildenden Wirbelströmung wandern die schweren KStoffteilchen nach außen und sinken unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten, wo sie ausgetragen werden. Die leichteren Teilchen bewegen sich zur Wirbelmitte und werden über ein Tauchrohr abgezogen. Der Durchsatz für Hydrozyklone mit Æ 250 mm  beträgt etwa 1 t/h. Die KStoffkonzentration in der Aufgabesuspension liegt bei etwa

20 g KStoff/kg Wasser. Die Trennschärfe kann bei einem einmaligen Durchgang bis 95% betragen. Die Grenze der Trennbarkeit verschiedener KStoffsorten liegt bei Dichteunterschieden von 0,1 kg/l.

Abbildung 18: Wirkprinzip des Hydrozyklons

4.5.1.3    Sortierzentrifuge

Abbildung 19: Sortierzenrifuge

Im Hydrozyklon ist eine Steigerung der wirksamen Kraft auf ein mehrfaches der Schwerkraft möglich. Will man  noch größere Beschleunigungskräfte nutzen  bietet sich die Verwendung von Zentrifugen an. Die technische Sortierzentrifuge besteht aus einer langgestreckten doppelkonusförmigen Trommel, in der eine mittig geteilte Förderschnecke rotiert. Die Suspension aus Wasser und KStoffteilchen wird axial aufgegeben und im rotierenden Wasserring der Zentrifuge sofort stark verwirbelt. Dabei findet ein Vereinzelung der KStoffteilchen und gleichzeitig eine intensive Wäsche statt. Die schwereren KStoffteilchen sinken zum Zentrifugenmantel ab, die leichteren Teilchen bleiben in Achsnähe. Leicht- und Schwerfraktion werden von den Schnecken ausgetragen, wobei eine Trennscheibe die Vermischung der beiden Fraktionen verhindert.

4.5.2    Sortierung nach Benetzbarkeit

4.5.2.1    Flotation

Bei der Flotation wird die unterschiedliche Benetzbarkeit der KStoffoberflächen als Sortierkriterium ausgenutzt.

Das KStoffmahlgut wird in einer mit Wasser gefüllten und mit Luft begasten  Flotationszelle suspendiert. Durch den Einsatz spezieller Reagenzien lagern sich Luftblasen selektiv an die meist hydrophoben KStoffteilchen an. Die so gebildeten Gasbläschen- KStoffteilchen- Komplexe schwimmen auf und werden durch Abschöpfen gewonnen. Die hydrophilen KStoffteilchen sinken, sofern die schwerer als Wasser sind, zu Boden.

Abbildung 20: Schematische Darstellung einer Flotationszelle

Bezüglich der Flotationsreagenzien unterscheidet man drei Hauptgruppen:

n   Sammler: lagern sich selektiv an die zu flotierenden KStoffteilchen an und setzen die Benetzbarkeit herab

n   Drücker: erhöhen die Benetzbarkeit, so daß KStoffteilchen, welche Drücker absorbieren, absinken

n   Schäumer: haben die Aufgabe die gebildeten Luftbläschen zu stabilisieren und an der Wasseroberfläche einen tragfähigen Schaum zu bilden

4.5.3    Elekrostatische Sortierung

Die bisher beschriebene Dichtesortierverfahren erlauben nicht die Trennung von dichtegleichen KStoffen wie PE und PP oder PVC und PET. Die Trennung solcher Gemische ist allerdings mit elektrostatischen Trennverfahren ohne weiteres möglich, da diese Verfahren die unterschiedliche Aufladbarkeit der KStoffe für die Sortierung ausnutzt.

  

 

Abbildung 21: Elektrostatische Sortierung mit einem Freifallscheider

Beim elektristatischen Aufladeverfahren (ESTA- Verfahren) wird das KStoffgemisch zuerst auf 6- 8 mm zerkleinert und wenn nötig gewaschen. Das getrocknete Mahlgut wird Konditioniert. Bei diesem Prezeßschritt werden die KStoffteilchen in einem Mischer mit dem Konditioniermittel (z.B. Carbonsäuren) in ppm- Mengen umgesetzt. Unter Einfluß von Konditioniermittel, konstanter Temperatur und Luftfeuchtigkeit laden sich die KStoffteilchen durch Reibung im Mischer gegenseitig auf. Anschließend läßt man die konditionierten KStoffteilchen durch ein Hochspannungsfeld (U= 120000 V; E= 5 kV/cm) fallen. Dabei werden die unterschiedlich aufgeladenen KStoffteilchen entsprechend ihrer Ladung abgelenkt und in getrennten Behältern aufgefangen.

Der Energieverbrauch bei der elektrostatischen Trennung ist minimal. Mischungen von gleichen Teilen PE und PP werden zu 97,1% an der negativen Elektrode und 98,9% an der positiven Elektrode aufgetrennt. Die Mittelfraktion wird in den Prozeß zurückgeführt. Mischungen aus PVC und PET lassen sich ähnlich gut auftrennen. Elektrostatische Trennverfahren wurden bislang nur im Laborbetrieb erprobt.

4.5.4    Sortieren durch Klaubeverfahren

4.5.4.1    Handklauben

Dabei werden die meist nicht oder nur sehr grob zerkleinerten KStoffabfälle auf Förderbändern vereinzelt und von Hilfspersonal von Hand aussortiert. Trennkriterien sind Farbe, Glanz und Größe der KStoffteile. Die Selektivität einer Handsortierung ist sehr groß.

4.5.4.2    Automatisches, sensorgesteuertes Klauben

Sensorgesteuerte Ausleseverfahren, die auf unterschiedliche physikalisch- chemische Merkmale der KStoffe ansprechen befinden sich in der Entwicklung bzw. im Erprobungsstadium.

Technisch am weitesten fortgeschritten sind die Ausleseverfahren mit NIR- Detektoren (NIR= nahes Infrarot). Ein leistungsstarker Rechner ist in der Lage 1000 aufgenommene Spektren (Lichtabsorption und -reflexion) unterschiedlicher KStoffe pro Sekunde zu identifizieren. Ideal zu identifizieren sind etwa formgleiche Hohlkorper.

4.6    Agglomerieren und Regranulieren

Das nach Zerkleinern, Waschen und Trocknen vorliegende flockenförmige KStoffmahlgut weist, speziell wenn es aus gemischten KStoffabfällen erzeugt wurde, stark schwankende Schüttdichte und unterschiedliche Teilchengröße auf. Wegen der Neigung zur Brückenbildung läßt es sich nur schlecht fördern und einziehen.

Agglomerieren und Regranulieren sind Verfahrensschritte, in denen die Haufwerksparameter gezielt beeinflußt werden, so daß

·     die Korngrößenverteilung gleichmäßiger wird,

·     die Kornform einheitlicher wird,

·     die Schüttdichte erhöht wird,

·     und oftmals die Korngröße zunimmt.

Beim Agglomerierverfahren wird dies im allgemeinen durch das oberflächliche Verpressen oder Anschmelzen der Körner erreicht, beim Regranulieren durch Umschmelzen der gesamten Körner.

4.6.1    Agglomerieren

Unter dem Begriff Agglomerieren versteht man die Aneinanderlagerung von KStoffteilchen zu etwa gleich großen Aggregaten. Die Agglomeration wird erreicht durch oberflächiges Zusammensintern des KStoffs bei Erweichungstemperatur. Aufschmelzen wie bei Granulieren ist nicht erforderlich. Trotzdem können wie beim Granulieren dem Altkunststoff Stabilisatoren, sowie Farb- und Füllstoffe umgesetzt werden. Entgasen und Schmelzefiltration sind jedoch nicht möglich.

Abbildung 22: kombinierte Agglomerationsanlage

Durch rotierende Schlagmesser oder Schneid- und Scherteile wird der gemischte KStoffabfall bis zum Erweichen erhitzt und dann durch Einspritzen von Wasser oder von Kaltluft bei weiterlaufenden Messern abgekühlt.

Bei anderen Konstruktionsformen wird die  gesinterte KStoffmischung mit Hilfe von Walzen durch die Lochung einer Matrize gepreßt und die austretenden Stränge abgeschnitten. Damit das Agglomerat nicht zusammenklebt, wird es mit Kaltluft rasch unter 50°C abgekühlt.

4.6.2     Regranulieren

Als Regranulieren wird das Umschmelzen von polydispersem Aufbereitungsgut zu Granulat der bei Neuware üblichen Darreichungsform verstanden. Hierbei wird der gesamte KStoff thermoplastisch in einem Extruder aufgeschmolzen und mittels eines Heiß- oder Kaltabschlaggranulierkopfes zu Granulat umgeformt.

Beim Regranulieren werden die Verarbeitungsschritte

·     Plastifizierung,

·     Homogenisierung,

·     gegebenfalls Stabilisierung und

·     Regranulierung

durchgeführt.

Oft wird bei diesem letzten Schritt in einer KStoffrecyclinganlage der regranulierte KStoff durch Zugabe von Additiven wie Stabilisatoren, Farb- und Füllstoffen aufgewertet.

Abbildung 23: Heißabschlaggranulierung

1 Extruder, 2 Mehrlochdüse, 3 Messer

 Abbildung 24: Übersicht der gebräuchlichsten Granulierverfahren

 

Das Granulieren hat die Vorteile, daß entgaste werden kann und daß sich das Regenerat mittels Schmelzefiltration weiter reinigen läßt. Die Plastifizierung des KStoffabfalls erfolgt dabei mit Aufbereitungsextrudern. Zur Anwendung kommen Ein- und Zweischneckenextruder sowie offene Scherwalzenextruder. Nachteile des Granulierens sind die mögliche thermische Schädigung und die meist hohen  Betriebs- und Investitionskosten.

5    Vollständige Recyclinganlagen

Die von der Maschinenbauindustrie angebotenen Recyclinganlagen sind nach dem Modulprinzip aufgebaut. Entsprechend der jeweiligen Recyclingaufgabe lassen sich die in den vorangegangenen Abschnitten beschriebenen Aufbereitungs- und Trennapparate so kombinieren, daß eine technisch und betriebswirtschaftlich optimale Lösung erreicht wird.

Abbildung 25: Recyclinganlage für Polyolefine

Abbildung 26: KStoff-Recycling-Anlage

6    Materialeigenschaften recycelter KStoffe

Während des Gebrauchs und beim Recycling unterliegen die KStoffe der physikalischen und chemischen Alterung. Darunter versteht man die Verschlechterung der maßgeblichen physikalisch- chemischen Parameter wie Molmasse, Verzweigungsgrad, Farbe, Kristallinität und Gehalt an Verunreinigungen. Zusätzlich werden beim Recycling Stabilisatoren, welche die Eigenschaften der KStoffe in hohem Maße bestimmen, verbraucht, zersetzt oder in Polymergemischen auf ein nicht optimales Niveau abgesetzt. Als Folge davon verschlechtern sich die mechanischen, chemischen und thermischen Eigenschaften der Recyclate. Bei KStoffgemischen verschärfen sich diese Probleme, da neben Alterungsvorgänge insbesondere die mangelnde Verträglichkeit der KStoffsorten eine Erzeugung hochwertiger Recyclate nicht zuläßt. Die untenstehende Tabelle zeigt die charakteristischen Kennwerte von KStoffproben, die aus in Haushalten anfallendem KStoffmüll hergestellt werden.

Mechanische Kennwerte

Zugfestigkeit

Zug- E- Modul

Biegefestigkeit

Schlagzähigkeit

Shore Härte D

8,2 N/mm2

300 N/mm2

12,0 N/mm2

6,0 mJ/mm2

50                         

7    KStoffverwertung und -recycling in der Praxis

7.1    PVC- Dachbahnen recyceln

Jährlich werden in Deutschland 30000t Dachbahnen aus PVC zum Abdichten von Flachdächern verwendet. Trotz einer langen Lebensdauer (20 Jahre) fallen bei steigende Mengen an Abfallbahnen an.

In Troisdorf wurde deshalb von der AfDR (Arbeitsgemeinschaft für PVC- Dachbahnenrecycling) eine Dachbahnen- Recycling- Anlage gebaut. Sie hat eine Kapazität von 3500 bis 5000 jato Alt- Dachbahnen und liefer ein PVC- Fein- Pulver in einer Ausbeute von 85%. Ein Entsprechendes Rücknahmesystem wurde installiert, und die Dachbahnenhersteller haben sich verpflichtet, das Recyclat zum Wiedereinsatz im gleichen Anwendungsbereich zurückzunehmen.

Das komplette Recycling wird durch den Verkauf des PVC- Pulvers an die Mitgliedsfirmen finanziert, wobei der Preis des Recyclats 1- 2 mal jährlich neu ausgehandelt wird.

 

Abbildung 27: Fließbild der Recyclinganlage für PVC- Dachbahnen

Die gesammelten Altbahnen werden auf Paletten angeliefert, auf einem Sortierband gesichtet und laufen dann in eine Schneidmühle, die sie zu daumennagelgroßen Schnipsel zerkleinert. Nach Zwischenlagerung in einem Puffersilo kommen die vorzerkleinerten Stücke in das Herzstück der Anlage, einen Wirbelschneckenkühler mit nachfolgender Prallmühle, in der sie mit flüssigem Stickstoff auf etwa -20°C gekühlt und zu feinen Pulver vermahlen werden. In einem nachfolgenden Filter mit Schüttelsieb wird das PVC- Pulver von Schmutzteilchen und Gewebeeinlagen getrennt und klassiert. Über ein Silo geht es dann in den Versand.

Eine Qualitätskontrolle stellt sicher, daß die Korngröße unter 500 mm bleibt und daß der Polyester- und Schmutzgehalt 1% nicht überschreitet. 

Die Dachfolienhersteller mischen das Recyclat in einem bestimmten Prozentsatz dem Neumaterial bei.

7.2    KStoffe als Reduktionsmittel im Hochofen

Ein vom Bremer Hüttenwerk (Stahlwerke Bremen) erstmals praktiziertes Verfahren ersetzt teilweise das in Hochöfen verwendete Öl durch KStoffagglomerate. Beide Kohlenwasserstoffe werden bei Temperaturen von weit über 2000°C im unteren Teil des Hochofens in Gas umgesetzt. Neu gegenüber dem Einblasen anderer fester feinkörniger Kohlenwasserstoffe, wie Kohle, ist besonders die Verwendung von Partikel bis Æ 5mm. Auf diese Weise lassen sich die Kosten für die Aufbereitung von Altkunststoffen zu einblasfähigem Agglomerat deutlich senken.

Die Nutzung des Gases geschieht durch die Reduktion der Eisnerze im gleichen Reaktor während des Aufsteigens im Schacht. Da die Reduktionsreaktion nicht beliebig weit ablaufen kann, enthält das Gas immer noch brennbare Anteile, wenn es den Hochofen verläßt. Diese werden genutzt, um die Luft für die Vergasung vorzuwärmen sowie zur Verstromung in einem Kraftwerk. Von der GfA, Münster, durchgeführte Messungen der Dioxin/ Furan- Emissionen ergaben, daß sämtliche Werte höchstens im Bereich der Nachweisgrenze von 0,001 ng/m3 liegen.

7.3    Overheadfolien als Einsatzgebiet gebrauchter PET- Flaschen

Daß gebrauchte Flaschen aus PET für eine hochwertige Zweitverwendung geeignet sind, beweist die Arkwright Inc. Mit der Verarbeitung dieser Altstoffe bei der Herstellung von Overhadfolien. Bei der bereits in den Niederlanden angelaufenen Produktion wird 40%  Altkunststoff eingesetzt. Der Rest ist frisches PET. Die Folie wird antistatisch ausgerüstet und mit einer Tonerhaftschicht versehen. Durch das Auftragen der Beschichtung mit Wasser gelingt es auch, auf organische Lösungsmittel bei der Behandlung der Folien zu verzichten. Die Folie eignet sich u. a. zum kopieren auf den üblichen Bürokopierern und zum Bedrucken mit Laserdruckern. Der Schmelzpunkt liegt bei 265°C. Die durch den Sekundärrohstoff verursachte schwache Grünfärbung hat keinen nachteiligen Einfluß auf die Overheadprojektion.

Nach den bisherigen Untersuchungen kann der Sekundärrohstoff- Gehalt der Folien bis auf 60% erhöht werden.

7.4    Normenentwurf: Biologisch abbaubare KStoffe

Eine vom DIN- Ausschuß "Bioabbaubare Polymere"  erarbeiteter Normentwurf (DIN 54 900) enthält Prüfverfahren, mit denen die biologische Abbaubarkeit eines polymeren Werkstoffs auch unter den speziellen Bedingungen der Kompostierung geprüft werden kann. Die Kriterien der Bewertung der Prüfergebnisse ermöglichen die Schlußfolgerung, ob ein geprüfter Werkstoff unter den praxisüblichen Bedingungen der Kompostierung biologisch abbaubar ist.

Nachweislich kompostierbare KStoff- Produkte sollen mit einem "Kompostierbarkeits- Logo" gekennzeichnet werden (für das Zeichen wurde für Deutschland

und international Patentschutz angemeldet)

Abbildung 28: "Kompostierbarkeits- Logo"

Zum Beispiel Polyesteramide auf Basis von Caprolactam, Adipinsäure und Butandiol sind vollständig biologisch abbaubar. Bei guten Verarbeitungseigenschaften lassen sie sich mittels Extrusion, Spritzgießen und Blasformen zu gezielten Einweganwendungen verarbeiten. Die chemische Strukturähnichkeit des Polyesteramids mit Verbindungen, die im menschlichen Körper bzw. in vielen Organismen vorhanden sind, erfordert nur kurze Umwandlungswege, um sich in den natürlichen Kreislauf einzuklinken. Eine Polyesteramid- Folie (200- mm- Folie aus BAK 1095) ist bereits nach 20 Tagen zur Hälfte abgebaut. Nach 70 Tagen ist der KStoff restlos umgewandelt.

Eigenschaften

Polyesteramid

PE- LD

Zug- E- Modul                       Mpa

Streckspannung                      Mpa

Bruchdehnung                            %

Bruchspannuung                     Mpa

Schmelzetemperatur                  °C

Vicat A                                     °C

Brennbarkeit

220

12

400

25

125

95

240

11

280

22

115

96

Abbildung 29: Eigenschaften des Polyesteramids (Typ: BAK 1095) im Vergleich zu PE

Produzent

Material

Bayer AG

Biotec GmbH

Deutsche Cargill GmbH

Eastman Chemical Europe Ltd.

Mitsui & Co. Deutschland GmbH

Montsanto Deutschland GmbH

Montedison Deutschland GmbH

Polyesteramide

Stärke- Basis- Polymere

Polyactide

Cellulose- Acetate

Polylactide

Poly-(Hydroxybutyrat/ Hydroxyvalerat)

Stärke- Basis- Polymere

Abbildung 30: Wichtigste Hersteller von biologisch abbaubaren KStoffen und deren Produkte

Anwendungen:

Müllbeutel, Mulchfolien für Landwirtschaft und Gartenbau, Etiketten auf kompostierbaren Waren, Einweg- Blumentöpfe, Pflanzenmarkierungen, Blumenbinder, Einweggeschirr, Hygieneartikel, Flaschen, Kanister, Kranzringe (Trauerfloristik), Fasern (Bundgarne, Wurzelnetze)

7.5    Recycling von PUR- Schaumstoffen

Die verschiedenen PUR- Abfälle werden granuliert, in Silos gefördert und die Abmischungen nach Rezeptur zusammengestellt. Dach Zugabe von geringen Anteilen Neumaterial werden diese Abfallgemische zu Blöcken gepreßt, und - je nach Anwendung- Platten, Bahnen, Zuschnitte sowie Form- und Stanzteile gefertigt.

Isolierungen von Heißwasser- Boilern aus PUR- Hartschaumstoff können jetzt wiederverwertet werden. Die Greiner Schaumstofftechnik Kremsmünster, hat ein Verfahren zum stofflichen Recycling entwickelt und bietet für alle von ihr erzeugten Boiler- Isolierungen eine Rücknahmegarantie an. Bis zu 10000t/a PUR- Isolierungen können aufbereitet werden und zu neuen Isolierungen verarbeitet werden. Um das Verwerten zu vereinfachen, entwickelt das Unternehmen eine recyclinggerechte Isolierung, bei der PUR- Hartschaumstoff von einer KStoffpanzerschicht und einer dünnen Aluminiumfolie umhüllt ist . Damit ist ein Trennen der einzelnen Schichten nicht mehr erforderlich.

Auch in der Automobiltechnik kommt das PUR- Recycling in Einsatz.

Extrem verformte Teile (dienen zur Abdämpfung elektrischer/ pneumatischer Bauteile, der Herstellung von Kopf- und Lehnenpolster) werden aus PUR- Recyclingmaterial durch Befüllen von Negativformen hergestellt.

PUR- Recyclingmaterial kommt zu Schallabsorptions- und Dämpfungszwecken in verschiedenen Bereichen (Armaturenträger, Bodenbleche, Trennwände) optimal zum Einsatz. Plattenware ab 60 kg/m3 wird unter Druck und Temperatureinwirkung zu Recycling- Prägeteilen verarbeitet.

7.6    Recycling aus Duroplast- Formteilen aus Faserverbundwerkstoffen (Partikelrecycling Ercom)

Die zu recyclierenden Teile können an verschiedenen Orten anfallen (GFK- Halbzeugproduktion, Formteilproduktion, Automobilhersteller, Altfahrzeugzerleger, Reperaturwerkstätten, usw.). Alle Altteil werden zusammengeführt.

Eine mobile Zerkleinerungsanlage (Zweiwellenschneidbrecher), montiert auf einer Zugmaschine, übernimmt die Zerkleinerung der großvolumigen und großflächigen Formteilen auf ein transportgerechtes Maß (50 ´ 50mm). Daraus erfolgen deutlich niedrigere Transportkosten.

Die Aufbereitung der Abfälle erfolgt in der Mahl und Aufbereitungsanlage.

Der Prozeß läuft in 3 Schritten ab:

n   Metallseparierung und Feinmahlung (Aufschluß)

permanentmagnetischer Überbandmagnet Š Schwergutabscheider, Hammermühle Š Feinmahlung Š

n   Fraktionierung mit integrierter Trocknung

Aufschluß Š Auftrennung des Materials in Fein-/ Pulverfraktionen und Grobfaserfraktionen erfolgt in einer Zweistufensichtung

n   Siebung zu 8 Recyclatfraktionen

    Maschenweiten beliebig variierbar, Durchsatz maximal 1500 kg/h

Verarbeitung des Recyclates in Formassen:

An die Durchfärbung können keine hohen Ansprüche gestellt werden (bei Lackierung der Teile keine Oberflächenqualitätseinbußen). Der Einsatz als Füllstoff in SMC- und BMC- Rezepturen ist jederzeit möglich (bei Anteilen bis zu 20% keine Anderungen in der Festigkeit und Steifigkeit). Je höher der Recyclatanteil in der Rezeptur, desto kleiner die Schwindung. Sandwichkonstruktionen mit Recyclat- SMC sind auch eine Möglichkeit.

Es ist also ein sinnvolles Recycling im industriellen Maßstab durchaus möglich.

7.7    Kontinuierliches Streuen und Verpressen

Die kontinuierliche Verarbeitung von KStoffpartikel beruht auf den drei Arbeitsschritten:

·     Zerkleinern:

 

zu Pulver, Granulat, Chips, Häcksel, Schnipsel, Flocken oder Späne

·     Streuen:

 

Das kontinuierliche verpressen von Schüttgütern erfordert einen genauen Mengenauftrag in der Quer- und Längsrichtung und eine homogene Vorlage des Materials. Die Produktqualität wird durch das Streuen festgelegt.

a) Dosierwalze:

Über einer Walze ist ein Trichter angebracht, die Oberfläche der Walze hat Vertiefungen, die sich beim Drehen der Walze füllen. Die Vertiefungen werden durch ein feststehendes Rakel gleichmäßig gefüllt, eine Ausbürstvorrichtung entleert das Material.

Abbildung 31: Dosierwalze

a) Vibrationsrinne:

Sobald die unter einem Vorratsbehälter 1 geneigt angeordnete Platte 2 in ihrer Längsrichtung in Schwingung versetzt wird, fließt das Streugut 3 durch einen mit Schieber 6 einstellbaren Spalt a, läuft über die genaue Vorderkante der Platte und fällt als gleichmäßiger Schleier 5 herab.

Eine Vibrationsrinne ist gut für rieselfähige Güter geeignet. Zusammenhänge zwischen Maschineneinstellung und Mengenstrom sind schwierig zu reproduzieren.

Abbildung 32: Vibrationsrinne

c) Formstation:

Die Formstation ist für voluminöse Streugüter wie Häcksel, Flocken oder Späne und auch für solche Materialien geeignet, die bereits mit einem Kleber gemischt sind. Es können große Volumensströme gestreut werden.

Abbildung 33: Formstation

·     Kontinuierliche Preßverfahren:

Die Doppelbandpresse arbeitet mit 2 horizontal übereinander angeordneten Bändern, die von der Rückseite mit Druck beaufschlagt werden und über die Wärmeenergie zu- und abgeführt werden kann.

Vom Bauprinzip her gibt es zwei Grundtypen, die isochore und die isobare Doppelbandpresse.

a) isochore Doppelbandpresse: (isochor = gleiches Volumen)

Geeignet z.B. für die Herstellung von GFK- PP- Platten. Grenzen des Systems liegen bei Produktstärken von kleine 2 mm und bei Preßgütern, die in der Oberfläche eine orientierungsfreie Optik verlangen, da sich aus Dichteschwankungen der Materialvorlage Druckspitzen und Drucktäler ergeben und dann Material in X- oder Y- Richtung fließt.

b) isobare Doppelbandpresse: (isobar = gleicher Druck)

Der Druck beider Bänder auf das Preßgut ist isobar (es können spezifische Drücke bis 70 bar erreichte werden). Es sind Produktdicken bis zu 0,05 mm möglich, es ist eine effektivere Wärmezu- und -abfuhr möglich und auch die Herstellung orientierungsfreier Oberflächen.  

 

Abbildung 34: Kontinuierliches Preßverfahren

oben: isochore Doppelbandpresse, unten isobare Doppelbandpresse

·     Anwendungen:

Ausgangsstoffe

neue Produkte

Altgummiteile (z.B. gebrauchte Reifen) werden zu Pulver gemahlen, die Oberfläche der Partikel mit einem vulkanisierbaren Bindemittel benetzt

Endlosbahnen (Förderbänder, Gummifolien)

Gebrauchte Getränkekartons aus Alu- Folie, Papier und PE werden zu Schnipsel zerkleinert, aufgestreut, verpreßt. PE fungiert als Kleber, so daß kein zusätzliches Klebemittel notwendig ist.

Platten von 1 bis 20 mm (Einsatzgebiete: Isoliermaterial, Trittschalldämmung, Möbelelemente).

Abfälle aus dem "gelben Sack" nach Sortentrennung

Isolations- und Dämmaterial

Textiler bzw. plastischer Fußbodenbelag  und Altkabel

Trägerfolien für neuen Fußboden

Sortenreine Produktionsabfälle (PVC, PP, PE, PET in Form von Pulver, Granulat, Kurzfasern, Häckseln)

Trägerfolien, Dämmplatten

Zerkleinerte GMT (Glasfaserverstärkte Thermoplaste) z.B. PKW- Stoßstangen

Platten zur thermischen Verformung zu neuen PKW- Teilen

7.8    Direktextrusion

Die Direktextrusion kennnzeichnet ein Verarbeitungsverfahren bei dem ein zwischenzeitliches Erstarren und Wiederaufschmelzen des KStoffs vermieden wird. Dabei können die Aufbereitungsschritte wie z.B. Mischen, Füllen mit Füllstoffen usw. je nach Rohstoff und Produktanforderung sehr unterschiedlich sein. 

7.8.1    Direktextrusion von Schlauchfolien

Eine interessante Variante der Direktextrusion ist die Herstellung von Schlauchfolien aus unzerkleinerten, verschmutzten Folienabfällen. Unter der Vermeidung der Zwischenstufe Regranulierung können Folienabfälle auf direktem Wege, also in einem Arbeitsgang, zu neuer Schlauchfolie verarbeitet werden. Dadurch ergeben sich gegenüber herkömmlichen Recyclingverfahren Kostenvorteile bei den Investitions-, Energie- und Personalkosten. Die aus veschmutzten Abfallfolien hergestellten Schlauchfolien zeigen auch bei Dicken von 25 mm im Vergleich zu Folien aus Neuware vergleichbare mechanische Eigenschaften. Die Folien Eigenschaften können in Verbindung mit der Coextrusionstechnik einem noch größeren Anwendungsbereich angepaßt werden. Auch für die Verarbeitung von Abfällen aus dem Hausmüll wird inzwischen die Direktextrusion eingesetzt. Aus Altkunststoffen läßt sich mit diesem Anlagen- Konzept neue Folie herstellen, die als Abdeckfolie bei Bauvorhaben oder für die Herstellung von Schwergutsäcken Verwendung finden kann. Der Anteil der Altstoffe im neuen Produkt kann bei über 90% liegen.

Abbildung 35: Direktextrusion von Schlauchfolien aus verschmutzten Folienabfällen

a) Förderband mit Metalldetektor, b) Schneidtrichter, c) Einschneckenextruder,

d) vollautomatisches Filtersystem, e) Schmelzepumpe, f) Schlauchfolienwerkzeug mit Kühlring, g) Innenluftaustausch, h) Kalibrierung, i) Flachlegung, j) Abzug,

k)  Wickler

7.8.2    Direktextrusion von Profilen

Die Verarbeitungsproblematik der KStoffabfälle im Hausmüll liegt außer in der Verschmutzung mit Ölen. Fetten, Farbstoffen und Chemikalien vor allem in der Verschiedenheit der anfallenden KStoffabfälle. Aus der Unterschiedlichkeit der Aufschmelztemperaturen und der Problematik der Zersetzung von PVC wird klar, Daß bei einer direkten Wiederverarbeitung solcher Rohstoffe eine Maschine mit geringem Verweilzeitspektrum, gutem Dispergiereffekt und gezielter Scherbeanspruchung einzusetzen ist. Aufgrund der hohen Feuchtigkeit der verunreinigten KStoff- Fraktion aus dem Hausmüll ist weiters eine gut funktionierende, betriebssichere Entgasung unumgänglich. Diese Anforderungen können wiederum durch den gegenlaufenden Doppelschneckenextruder am besten verwirklicht werden. 

Mit dem vorgestellten Direktextrusionsverfahren lassen sich Profile, aber auch Halbzeuge wie z.B. Rohre extrudieren, aus denen sich wiederum Produkte wie Transportpaletten, Schallschutzwände, Kompostieranlagen, Wegbefestigungen, Gartenbänke, Fahrradständer herstellen lassen.

7.9    Kaskadennutzung von Thermoplasten

Bekannterweise ist heute ein geschlossener Stoffkreislauf durch Recycling bei KStoffen nicht möglich. Einen volkswirtschaftlich und ökologisch sinnvollen Ausweg bietet die "Kaskadennutzung" von technischen Thermoplasten. Dabei werden Anfahrreste, Regranulate und andere Produktionsabfälle vom Compounder zurückgenommen und unter gezielter Modifizierung zu hochwertigen Recyclaten aufgearbeitet. Diese werden dann in begrenzten Farbpaletten und mit größeren Toleranzen versehen wieder zu attraktiven Preisen am Markt angeboten. Dies Produkte können eine Lücke im Kosten- Leistungsverhältnis zwischen technischen und Standard- Thermoplasten sinnvoll schließen. Technischen Thermoplaste weisen oft erhebliche Reserven in ihrem Eigenschaftsniveau auf. Deshalb sind die besonders gut geeignet, mehrfache Lebenszyklen zu durchlaufen. 

8    Literaturverzeichnis

(1)

"Die Wiederverwertung von KStoffen"

Carl Hanser Verlag, München- Wien 1995

Bandrup, Michaeli, Menges

(2)

"KStoff- Tabellen"

Carl Hanser Verlag, 3. Auflage, München- Wien 1986

Carlowitz

(3)

"Kstofftaschenbuch"

Carl Hanser Verlag, 24. Ausgabe, München- Wien 1989

Saechtling

(4)

"Kstoffverarbeitung"

Vogel Fachbuch, 6. Auflage, Würzburg 1991

Schwarz/ Ebeling/ Lüpke

(5)

"Recycling von KStoff- Metall- Verbunden"

Zusammenhang von Produkt, Trennung und Recycling

Carl Hanser Verlag, München- Wien 1992

Ursel Windelen- Hoyer, KStoff- Recycling- Zentrum Verband

(6)

"Stoffliches Kstoffrecycling" Anlagen, Komponenten, Hersteller

Carl Hanser Verlag, München- Wien 1993

W. Michaeli, M. Bittner, L. Wolters

(7)

"Overheadfolie als Einsatzgebiet gebrauchter PET- Flaschen"; anonym

GAK (Gummi, Fasern, KStoffe)- Magazin 1/1996 - Jahrgang 49, Seite 6

(8)

"Recycling von Formteilen aus Faserverbundwerkstoffen"; R. Liebhold

Kunststoffberater 12- 94, Seite 28- 33

(9)

"Recycling von PUR- Isolierungen"; anonym (37336)

Kunststoffe 85 (1995) 11, Seite 1950

Carl Hanser Verlag, München

(10)

"Schmelzefilter für den Spritzgießer"; Rolf Roßbach (18724)

Kunststoffe 85 (1995) 2, Seite 193- 195

Carl Hanser Verlag, München

(11)

"Stoffliches Recyclieren"; U. Berghaus, M. Rettberg (19095)

Kunststoffe 85 (1995) 2, Seite 202- 205

Carl Hanser Verlag, München

(12)

"Kstoffabfälle aufbereiten"; GK (20897)

Kunststoffe 85 (1995) 2, Seite 207- 212

Carl Hanser Verlag, München

(13)

"Recycling und Design"; M. Rink, H. Meyer, D. Schauf (19098)

Kunststoffe 85 (1995) 2, Seite 245- 249

Carl Hanser Verlag, München

(14)

"KStoffe im Hochofen"; anonym (37238)

Kunststoffe 85 (1995) 3, Seite 362

Carl Hanser Verlag, München

(15)

"Kontinuierliches Streuen und Verpressen"; Spindler, Dreieich (37372)

Kunststoffe 85 (1995) 9, Seite 1364- 1368

Carl Hanser Verlag, München

(16)

"Normentwurf: biologisch abbaubare KStoffe"; Pantke, Schroeter, Jörg

Kunststoffe 87 (1997) 1, Seite 1

Carl Hanser Verlag, München

(17)

"Biologisch abbaubar in 60 Tagen"; Grigat, Salewski, Timmermann, 

                                                        Krefeld, Koch       

Kunststoffe 87 (1997) 1, Seite 63, 78

Carl Hanser Verlag, München

(18)

"PVC- Dachbahnen recyceln; anonym

Plastverarbeiter 46. Jahrgang 1995 Nr. 12, Seite 42

(19)

Unterlagen vom ÖKK, Wien

Material handelt hauptsächlich von der thermischen Verwertung und ist eher übersichtsmäßig dargebracht

(20)

Unterlagen von GREINER- Schaumstofftechnik, Kremsmünster

Trotz Anfrage beim ÖKR (KStoff- Rohr- Recycling), und bei der GFKT konnte kein Material bis Abgabetermin zur Verfügung gestellt werden.

 











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