Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Recycling von Schalen und Blistern aus PET gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Das Recycling von PET Flaschen ist Stand der Technik und viele PET Flaschen am Markt haben bereits einen signifikanten Anteil an PET Recycling Ware von bis zu 100%.

PET Schalen und PET Blister-Verpackungen nützen zwar PET Recycling Ware aus dem Flaschenbereich und enthalten ebenso bis zu 100% Recycling Ware, jedoch nicht im Sinne eines geschlossenen Kreislaufs, da die Recycling Mengen aus dem Flaschenmarkt stammen und diesem entzogen werden. Dadurch sind beide Märkte betroffen, die gesetzlich vorgeschriebenen Recycling-Ziele nicht zu erreichen, da die rPET Mengen aus dem Flaschenbereich nicht ausreichen. Deshalb müssen beide Märkte, Flaschen und Schalen, einem Recycling zugeführt werden, um die gesetzlichen Vorgaben erfüllen zu können.

Der Grund warum PET Schalen und Blister Verpackungen selber nicht einem in sich geschlossenen Recycling Verfahren zugeführt werden (z.B.: Schale zu Schale), liegt zum einen im Aufbau der Schalen- und Blister Verpackungen. Beispielsweise sind sehr viele Blister Verpackungen mehrschichtig. PET mit einer LDPE Siegelschicht, PET mit einer EVOH oder Polyamid Barriereschicht sind üblich. Zum anderen liegt der Grund in den nicht optimalen Wasch-, Sortier- und Recycling Verfahren.

Um die Schalen und Blister von Lebensmittelrückständen (Salat, Papier, Soßen) und anderen Verunreinigungen wie Kleber zu reinigen, wird derzeit eine Heißwäsche von 62 bis 95°C verwendet, wobei das Waschmedium eine starke Lauge mit einer NaOH Konzentration zwischen 1 und 3% ist. Unter diesen Bedingungen lösen sich die Kontaminationen in der Regel sehr gut - das PET wird bei diesen Bedingungen jedoch trüb und brüchig. Egal ob die Schalen selbst als Ganzes einem Waschprozess zugeführt werden, oder als geschnittene Ware (Flakes) - in den darauffolgenden Prozessschritten Trocknung, Transport oder Sortierung, zerbricht ein Großteil der Schalen bzw. Flakes zu Partikeln kleiner 2mm (=Fines oder Staub), sodass eine Sortierung gerade bei einem grossen Anteil von mehrschichtigen Schalen und Flakes nicht mehr möglich ist. Die am Markt erhältlichen Polymersortierer benötigen für eine gute Sortierleistung eine Teilchengröße größer 2mm.

In der EP 1 084 171 A1 ist ein Verfahren zum Recycling von Polyestern offenbart, welches zu einem rezyklierten Polyester von ausreichender Reinheit führt, um die Anforderungen bzw. Standards von Nahrungsmittel-Verpackungen zu erfüllen. Bei dem Verfahren werden die gesammelten Polyester-Flaschen zu Flakes zerkleinert. Die Flakes werden gewaschen und getrocknet. Nach Aufschmelzen der Flakes wird die Schmelze mit einer Schmelze aus «Virgin-Polyester» gemischt und zu Pellets extrudiert. Die «Post- Verbraucher» Schmelze kann auch zuerst zu Pellets extrudiert werden und im Anschluss mit «Virgin-Polyester» Pellets gemischt werden. Abschliessend findet eine Polymerisierung durch SSP statt.

Antworten auf die oben beschriebenen speziellen Probleme, Schalen und Blister aus PET betreffend, kann diese Publikation jedoch nicht geben.

Aufgabe der Erfindung

Aus den Nachteilen des beschriebenen Stands der Technik resultiert die Aufgabe Schalen und Blister aus PET sortenrein recyceln zu können und dadurch einen geschlossenen Recycling-Kreislauf für Schalen und Blister zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Waschprozess zu definieren, der es gängigen Polymersortieranlagen erlaubt, Fremdpolymere aus Flakes aus dem Strom gewaschener Schalen und dem Blister Strom zu entfernen und diesen Verpackungsstrom so einem hochwertigen Recycling zuzuführen.

Beschreibung

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einem Verfahren zum Recycling von Schalen und Blistern aus PET durch die im kennzeichnenden Abschnitt des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale. Weiterbildungen und/oder vorteilhafte Ausführungsvarianten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Die Erfindung zeichnet sich bevorzugt dadurch aus, dass es sich beim Waschschritt (c) um einen schonenden Waschschritt mit geringer Partikelreibung und geringer Temperatur unter 62°C in einem basischen Medium handelt, oder es sich um einen schonenden Waschschritt mit geringer Partikelreibung und geringer Temperatur in einem sauren Me- dium unter 85°C handelt und dass bei der Flakesortierung (f) die in dem ersten Waschschritt (c) schonend gewaschen Flakes sortiert werden. Durch den schonenden ersten Waschschritt (c) besitzen die Flakes nach dem Waschen eine Grösse von mehr als 2 mm und bleiben nach dem Waschen mit üblichen Sortiervorrichtungen sortierbar. Die Bildung von Flakes mit einer Grösse kleiner 2mm bzw. von sogenannten Fines, welche nicht mehr sortiert werden können, wird durch den schonenden ersten Waschschritt verhindert. Schalen und Blister aus PET verspröden aufgrund ihrer durch die Erstanwendung bedingten Eigenschaften in Recyclingverfahren nach dem Stand der Technik so stark, dass das entstehende Feingut mehrheitlich nicht mehr technisch rückgewinnbar ist. Der vorliegende adaptierte Recycling-Prozess ermöglicht es durch die reduzierte Temperatur und die geringe Partikelreibung, dass die Flakes vor der Sortierung eine Grösse haben welche 2 mm nicht unterschreitet und dadurch sortierbar bleiben. Die geringe Partikelreibung wird durch den möglichst geringen Eintrag von mechanischer Energie während des Waschschrittes (c) erreicht.

In einer alternativen Ausführungsform wird der erste Waschschritt (c) unter 85°C, in einer Säure mit einem pH von 1 bis 3 und einer bevorzugten Waschzeit von 60 bis 600 min ausgeführt. Auch bei diesen Waschbedingungen entstehen während des ersten Waschschrittes (c) keine Flakes mit einer unerwünschten Grösse von weniger als 2 mm.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nach der Flakesortierung (f) ein zweiter intensiver Waschschritt (i) mit einer Temperatur zwischen 70 und 90 °C, erhöhter Partikelreibung und im basischen Milieu vorgenommen. Falls eine intensive Reinigung der Flakes notwendig ist, beispielsweise wenn in die aus den Flakes hergestellten Schalen und Blister Lebensmittel verpackt werden oder wenn aus den Pellets transparente Schalen oder Blister erzeugt werden, so dürfen in diesem zweiten Waschschritt Flakes mit einer Grösse von weniger als 2 mm entstehen. Diese kleinen Flakes stören die Sortierung nicht mehr, da die Sortierung vor dem zweiten intensiven Waschschritt vorgenommen wurde. Bei der weiteren Verarbeitung der Flakes nach dem zweiten Waschschritt (i) ist es für die Qualität des rPETs bedeutungslos welche Grösse die Flakes haben. Daher findet hier die Flakesortieung (f) nicht wie im Stand der Technik üblich direkt vor der Extrusion (g) statt, sondern wird mitten in den Waschprozess hineinverlegt.

Als zweckdienlich hat es sich erwiesen, wenn nach der Vorsortierung (a) eine Vorwäsche (j) der Artikel vorgesehen ist. Die Vorwäsche der Schalen und Blister ermöglicht es, dass trotz des schonenden ersten Waschschrittes die Flakes ausreichend gereinigt werden. In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird die Fest-Phasen-Polykondensation (h) vor der Extrusion (g) ausgeführt.

Zweckmässigerweise wird der erste Waschschritt (c) bei einer bevorzugten Laugenkonzentration von 1 ,2 bis 2,5 Gew% und einer bevorzugten Waschzeit von 5 bis 50 min ausgeführt wird. Diese Waschbedingungen führen zu keiner unerwünschten Verkleinerung der Flakes unter 2 mm.

Die Erfindung zeichnet sich auch bevorzugt dadurch aus, dass in dem Verfahren schnell laufende Rührwerke und sogenannte mechanische Trockner, die das Material stark mechanisch belasten, vermieden werden und durch langsam laufende Rührwerke in der Wäsche sowie durch Zentrifugen und Luftströme in der Entwässerung/Trocknung ersetzt sind, sodass die mechanische Energie, gemessen an der elektrischen Aufnahme der Elektromotoren, unter 10 Wh/kg PET Regenerat liegt. Dadurch ist die Partikelreibung, welche zur unerwünschten Zerkleinerung der Flakes führen kann, möglichst reduziert.

In einerweiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Trocknungsschritt (e) um eine thermische Trocknung durch Luftströme. Diese Art der Trocknung ist besonders schonend, wodurch die Flakes nicht Gefahr laufen während der Trocknung zerkleinert zu werden.

Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die Flakes nach dem Trocknungsschritt (e) einen Wassergehalt von weniger als 5% aufweisen. Dadurch lassen sich die Flakes genauer sortieren, da das Wasser die Sortierung nicht verfälschen kann.

Bevorzugt ist es, wenn die geringste Ausdehnung der Flakes grösser als 2 mm ist und die Ausdehnung der Flakes zwischen 4 und 18 mm und bevorzugt zwischen 5 und 15 mm liegt. Dadurch ist das Verfahren in überraschender Weise dazu geeignet aus Schalen und Blistern rPET-Pellets herzustellen, welche von Fremdstoffen und Beschichtungen durch Sortierung befreit sind. In dem vorstehenden bevorzugten Bereich der Flakegrösse kann die Sortierung besonders genau erfolgen.

Zweckmässigerweise wird in dem zweiten Waschschritt (i) eine grössere Friktion auf die Flakes ausgeübt als in dem ersten Waschschritt (c). Dadurch kann die Reinigungsleistung in dem zweiten Waschschritt (i) erhöht werden. Die zwangsläufige Zerkleinerung der Flakes durch die erhöhte Reibung ist bedeutungslos, da die Sortierung der Flakes vor dem zweiten Waschschritt ausgeführt wird.

Die Fest-Phasen-Polykondensation kann nach der Extrusion zum Aufbau des rPETs durchgeführt werden. Beispielsweise kann der SSP-Schritt an extrudierten Spinnfasern oder einer extrudierten Folie durchgeführt werden. Die Aufkondensierung durch Entzug von Wasser erfolgt an dem extrudierten Produkt bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 185 °C und 245 °C.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die schematischen Blockdiagramme. Es zeigen:

Figur 1 : ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Recycling von PET-

Flaschen wie aus dem Stand der Technik bekannt;

Figur 2: ein Blockdiagramm eines Basis-Verfahrens zum Recycling von PET-

Schalen und -Blister;

Figur 2a: eine erste Variante des Verfahrens wie gezeigt in dem Blockdiagramm aus Figur 2;

Figur 2b: eine zweite Variante des Verfahrens wie gezeigt in dem Blockdiagramm aus Figur 2 und

Figur 2c: eine dritte Variante des Verfahrens wie gezeigt in dem Blockdiagramm aus Figur 2.

In der Figur 1 ist ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Recycling von PET-Flaschen dargestellt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

(a) Vorsortierung der gesammelten Flaschen,

(b) Zerkleinerung der Flaschen zu Flakes,

(c) Waschen der Flaschen in einem Waschschritt,

(d) Entwässerung der Flakes,

(e) Trocknung der Flakes,

(f) Flakesortierung,

(g) Extrusion und

(h) Fest-Phasen-Polykondensation (SSP). Bei dem Waschschritt (c) handelt es sich um eine mehrstufige intensive heisse Wäsche mit Lauge und Detergenzien. Nach der SSP können die durch Extrusion (g) hergestellten Pellets aus rPET wieder zu Flaschen verarbeitet werden.

Die Erfindung betrifft PET Schalen und Blister Verpackungen welche gesamthaft als Artikel bezeichnet werden. Versuche an den Artikeln und Flakes aus diesen, haben überraschend gezeigt, dass diese sich anders als Flaschen und Flakes aus Flaschen im Laugenbad verhalten. Die Prozessführung muss daher an diese Recycling Ware angepasst werden, damit die Recycling Ware eine zur Wiederverwertung ausreichende Qualität besitzt. PET Flaschenware ist in den dünnwandigen Bereichen teilkristallin (verstreckt) und in den dickwandigen Bereichen amorph (unverstreckt). Die Schalen- und Blisterware für den Recycling Prozess unterscheidet sich hier deutlich. Es gibt sehr viele amorphe dünnwandige Bereiche und ganz wenige teilkristalline (verstreckte Bereiche). Auch ist die Kristalli nität in diesen teilkristallinen Bereichen viel geringer.

Amorphes PET ist deutlich brüchiger als teilkristalines PET, je dünner das PET Flake ist, desto eher führen Belastungen zum Bruch. Diese Neigung zum Bruch wird leider durch eine zweite Eigenschaft des Polyesters verstärkt: Teilkristallines PET aus der Flaschenanwendung wird durch Laugen nur geringfügig angegriffen, da die Kristalli nität die Neigung zu Spannungsrissen unterdrückt. Amorphes PET, wie es bei Schalen- und Blisterware verstärkt auftritt, ist jedoch gegenüber Laugen sehr empfindlich und neigt zu Spannungsrissen. Die durch die Lauge geschädigte Oberfläche der Schalen Recycling Ware neigt deswegen viel mehr zu Brüchen und folglich zur Staubbildung.

Da viele der Artikel nur mit geringen Verformungsenergien hergestellt werden, wird oft für diese Artikel eine leicht reduzierte Viskosität von 0,62 bis 0,76 dl/g nach ASTM D4603 herangezogen, die unter den typischen Viskositäten von Flaschenware liegt. Die niedrige Viskosität der Schalen- und Blisterware macht das amorphe PET noch brüchiger und noch empfindlicher gegenüber der Waschlauge, und führt zu einer noch geringeren Verstreckung. Würde die Schalen- und Blisterware nach dem Verfahren gemäss Figur 1 wiederaufbereitet werden, so würden die Flakes nicht mehr sortiert werden können, da sie durch den intensiven Waschschritt zu einem grossen Anteil in kleine Teilchen kleiner 2 mm zerbrechen (sog. Fines), welche sich nicht mehr sortieren lassen. Dadurch würden unerwünschte Fremdkörper in dem Recylingstrom verbleiben, welche dessen Qualität stark mindern.

Deshalb wird die Flakesortierung (f) mitten in den Waschprozess hineinverlegt, wodurch eine vorgezogene Flakesortierung erfolgt. Bei dem Waschprozess handelt es sich um einen ersten schonenden Waschschritt (c), bei welchem keine «Fines» entstehen, welche sich nicht mehr sortieren lassen. Um dies zu erreichen ist in dem ersten Waschschritt (c) eine geringe Partikelreibung vorhanden und die Waschtemperatur liegt in einem basischen Medium bei unter 62°C. Bevorzugt wird der erste Waschschritt (c) bei einer Laugenkonzentration von 1 ,2 bis 2,5 Gew% und einer Waschzeit von 5 bis 50 min ausgeführt. Durch den ersten schonenden Waschschritt bleiben einzelne Flakes in der Größe von 2 bis 20 mm und idealerweise in der Grösse zwischen 4 bis 18mm und brechen bei einer Biegung um 90° um einen Radius von 1mm nicht. Wie die Figuren 2, 2a und 2b zeigen, liegt die Flakesortierung bevorzugt zwischen der Entwässerung der Flakes (d) und der Trocknung der Flakes (e). Während der Entwässerung können die Flakes noch zusätzlich getrocknet werden.

Alternativ kann der erste Waschschritt unter 85°C mit einer Säure mit einem pH von 1 bis 3, mit einer Dauer von 60 bis 600 min durchgeführt werden. Auch bei dieser Variante des ersten Waschschrittes (c) bleiben einzelne Flakes in der Größe von 2 bis 20 mm und idealerweise zwischen 4 bis 18mm und brechen bei einer Biegung um 90° um einen Radius von 1 mm nicht.

Wie in den Figuren 2, 2a, 2b und 2c gezeigt ist, werden die Flakes unmittelbar nach dem ersten Waschschritt (c) und der Trocknung (e) der Flakes in der Flakesortierung (f) sortiert. Weitere Verfahrensschritte werden erst nach der Flakesortierung (f) vorgenommen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Flakes eine ausreichende Grösse besitzen, und demzufolge Fremdkörper zuverlässig von den Flakes durch übliche Sortiervorrichtungen getrennt werden können.

Im und nach dem Waschschritt (c) sind üblicherweise Rührwerke im Einsatz, insbesondere bei der Neutralisation und dem Trocknungsschritt (e). Die Artikel bzw. die Flakes werden nicht durch Rührwerke mechanisch belastet, sondern durch entsprechende mechanische Entwässerungsvorrichtungen und Luftströme schonend behandelt, ohne dass die Flakes in unerwünschter Weise zerkleinert werden. Rührwerke werden nur im Wasch- und Neutralisationsprozess verwendet, sodass die mechanische Energie, gemessen an der elektrischen Aufnahme der Elektromotoren, unter 10 Wh/kg PET Rege- nerat liegt.

Für den nachfolgenden Verfahrensschritt der Flakesortierung liegt die Flakeware zu über 90% trocken (Wasser Gehalt unter 5%) in einer Flake Form vor, die über 2mm in ihrer größten Dimension beträgt. Bei der Trocknung der Flakes (e) handelt es sich bevorzugt um eine schonende thermische Trocknung. Die Trocknung der Flakes (e) kann entfallen, wenn die Flakes ausreichend trocken sind .Für die relevante Sortiergrösse gilt nicht die ausgerollte maximale Dimension, sondern die wirkliche deformierte maximale Dimension. Für eine optimale Sortierung sind Flakegröße zwischen 4 und 18mm notwendig und werden durch den vorliegenden ersten Waschschritt und die schonende Trocknung nicht unterschritten.

Dadurch kann ein Polymersortierer verwendet werden, welcher durch Infrarot- und naher Infrarot Reflektion und Transmission Multilayer Strukturen des PET mit Polyolefinen insbesondere LDPE, Polyamiden insbesondere MXD6 und sonstige Barriereschichten wie EVOH und PGA erkennt und aussortiert.

Dadurch kann auch ein Farbsortierer eingesetzt werden, der insbesondere vergilbtes PET durch Sauerstoff Scavenger abtrennt.

Ohne die Staubbildung (Fines) sind die Flakesortierung (f) und eine hochwertige reine Recyclingware erst möglich.

Alternativ kann dem Verfahren ein zweiter heißer Waschschritt (i) bei 70 bis 90°C mit intensiver Friktion nach der Flakesortierung (f) hinzufügt werden (Figur 2c). Dies kann beispielsweise notwendig sein, wenn die regenerierte Ware zu Schalen und Blistern ausgeformt wird, in welche Lebensmittel verpackt werden, da dann hohe hygienische Anforderungen an die Verpackung gestellt sind.

Der erste Waschschritt (c) ist durch die geringe Temperatur und Friktion so schonend gehalten, dass eine optimale Sortierung möglich ist. Der zweite Waschschritt (i) kann ohne Einschränkungen für eine optimale Flakesortierung (f) heiss und mit intensiver Friktion erfolgen (Figur 2c). Wenn in diesem zweiten Waschschritt (i) die Flakes zerbrechen und Fines gebildet werden und demnach nicht mehr sortierbar sind, stellt dies kein Problem dar, da keine weitere Sortierung nötig ist.

Diese Flakes können direkt bzw. nach einer weiteren Trocknung der Flakes (e) wieder zu PET Schalen oder Blister in einer Extrusion (g) mit Entgasung verarbeitet werden.

In einer alternativen Ausführungsform, können auch vor der Extrusion (g) Flakes durch eine Fest-Phasen-Polykondensation (SSP) (h) bereits aufkondensiert werden, alternativ oder ergänzend zur Trocknung (e). Diese alternative SSP (h) kann direkt aus den Flakes erfolgen, als auch aus zerkleinerten Flakes (Powder SSP). Diese alternative Ausführungsform ist in den Figuren 2, 2b und 2c gezeigt.

Wie in Figur 2b gezeigt ist, kann vor der Zerkleinerung (b) eine Vorwäsche (j) der Blister und/oder Schalen durchgeführt werden.