Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Verpackung. formteilen aus Polystyrol

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Verpackungsformteilen aus expandierfähigem Polystyrol (EPS) , das mit einem Treibmittel aufgeschäumt ist. Zudem erfaßt die Erfindung eine für dieses Verfahren geeignete Vorrichtung.

Verpackungsformteile dieser Art aus treib ittelhaltigen Styrolpolymerisaten bzw. -copoly erisaten sind beispielsweise unter dem Handelsnamen Styropor im Handel; letzterer ist ein eingetragenes Warenzeichen der BASF AG für expandierfähiges Polystyrol (EPS) . Außer im Bauwesen als Wärmedämmstoff oder gegen Trittschall werden derartige Werkstoffe vor allem als Verpackungshüllen eingesetzt, welche dem Verpackungsgut formschlüssig angepaßt werden können. Insbesondere in dieser Verwendungsform hat sich der Nachteil ergeben, daß zunehmend Berge von Abfallprodukten aus derartigen Verpackungshüllen anfallen, welche als Sondermüll zu behandeln sind; denn diese Verpackungshüllen sind leicht entflammbar und infolgedessen für eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten nicht geeignet. Anderseits verpflichtet die Verpackungsverordnung vom 12. Juni 1991 Hersteller, Abfüller und Handel zur Rücknahme und umweltgerechten Verwertung der in den Verkehr gebrachten Ver¬ packungen, weshalb schon seit langem nach einer günstigen Weiterverwendung der eingangs erwähnten Verpackungsmaterialien gesucht wird.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine Lösung des vorstehend erörternden Problems anzubieten.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Patentanspruches; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildungen an.

Erfindungsgemäß werden die Verpackungsformteile auf eine Granulatgröße von höchstens 25 mm zerkleinert, dann wird das Granulat einem Flüssigkeitsbad aus mit einem Zusatz aus Borsäure bzw. Borsalz und/oder borsaurem Natron versetztem Wasser aufgegeben, durch welches das Granulat bei einer Be¬ triebstemperatur zwischen etwa 40 bis 130°C geführt und an- schließend getrocknet wird. Die bevorzugte Betriebstemperatur liegt dabei zwischen 80° und 110°C. Als Zusatz kann auch Calciumborat oder ein entsprechend wirkendes Mittel eingeleitet werden, insbesondere Colemanit in einer Zusammensetzung nach Patentanspruch 6.

Die Granulatpartikel werden während des Baddurchganges von der Flüssigkeit des Flüssigkeitsbades durchsetzt, deren Zu¬ sammensetzung diese Granulatpartikel von ihrer negativen Eigenschaft leichter Entflammbarkeit befreit und als Isolierstoff erhalten läßt. Als günstig hat sich ein Verhältnis von Wasser zu Borsäure von 7 : 1 bis 4 : 1 — insbesondere 6 : 1 -- erwiesen unter bevorzugter Zugabe von Dinatriumtetraborat von etwa der halben Borsäuremenge. Die eingesetzte Borsäure und der genannte Anteil an Dinatriumtetraborat heben den Flammpunkt der Granulatpartikel an.

Die Flüssigkeit dringt in die Partikel bei der beschriebenen erhöhten Temperatur ein; durch Versuche hat sich ergeben, daß bei dieser Temperatur — insbesondere zwischen 80° und 110°C — der Werkstoff weich zu werden beginnt, was die Aufnahme der Flüssigkeit erheblich begünstigt. Daß bei etwa 100 bis 130°C die Borsäure — B (OH) 3 — Wasser verliert und in Metaborsäure -- (HBO2) — übergeht, begünstigt diesen Vorgang. So ist es auch möglich, anstelle der Borsäure eine entsprechende Menge von borsauren Salzen einzusetzen.

Da das Durchdringungsmaß der Badflüssigkeit bezüglich der Granulatpartikel auch von der Verweildauer im Flüssigkeitsbad abhängt, hat sich für dieses eine Länge von etwa 400 bis 20000 cm -- vorteilhafterweise 800 bis 2000 cm — bei einer 80 Operationsgeschwindigkeit im Schrittempo als günstig erwiesen. Das Flüssigkeitsbad selbst ist bewegt, und das Granulat wird in Strömungsrichtung geführt; am Badende wird das Flüssigkeitsbad in Rohre geleitet und zum Badanfang zurückgepumpt.

85 Als günstig hat es sich auch erwiesen, daß das Flüssigkeitsbad quer zur Strömungsrichtung von Blasluft durchsetzt wird, bevorzugt in i.w. vertikaler Richtung.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die auf der 90 Badoberfläche schwimmenden Granulatpartikel durch in das Bad eintauchende bewegte Flächen od.dgl. Leiteinrichtungen eingetaucht, wobei beispielsweise eine Mehrzahl von Paddelflä¬ chen hintereinandergeschaltet sein kann.

95 Statt'des horizontalen Flusses in einem langgestreckten Becken kann für geringe Verarbeitungsmengen ausreichen, diese einmal vertikal in das Bad zu tauchen und in geringer Verweildauer darin zu belassen.

100 Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt im Rahmen der Erfindung ein Becken für das temperierte Flüssigkeitsbad, in dieses in Strömungsrichtung eintauchende Flächen od.dgl. Leitelemente sowie ein in das Flüssigkeitsbad eingreifendes Austragsorgan am Beckenende.

105

Bevorzugt als Leitelemente werden Paddelflächen als Teile von radartigen Paddelwerken, von deren horizontalen Achsen die Paddel flächen schaufelartig radial abragen .

110 Erfindungsgemäß ist das Becken mit Rückpumpleitungen versehen, welche die endwärtige Stirnfläche des Beckens mit dessen Frontquerwand verbinden und für die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit sorgen. Letztere ist über die Pumpen einstellbar.

115

Im Becken befinden sich zudem — bevorzugt auf dessen Boden — Luftleitungen mit einstellbaren Düsen für die oben erwähnten Luftstrahlen.

120 Von Bedeutung ist zudem, daß das Austragsorgan, welches einends in das Flüssigkeitsbad eintaucht, ein bewegtes Siebelement ist; während des Fördervorganges des Granulates aus dem Flüssigkeitsbad kann mitgenommene Flüssigkeit abtropfen. Dieser Trocknungsvorgang wird unterstützt durch eine Lufttrocknung,

125 der das Granulat — bevorzugt während des Fördervorganges — unterzogen wird.

Es entsteht dank des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner Vorrichtung aus dem Verpackungsabfall ein ohne weiteres wieder- 130 verwendbares Granulat guter Flammfestigkeit und hohen Dämm¬ wertes, welches vor allem in der Bauindustrie zum Hinterfüllen von Hohlräumen aller Art eingesetzt zu werden vermag.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung 135 ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines be¬ vorzugten Ausführungsbeispieles sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1: eine geschnittene Seitenansicht einer

140 Aufbereitungsvorrichtung für Granulat;

Fig. 2: die Draufsicht auf die Aufberei¬ tungsvorrichtung.

145 In einem wärmeisolierten Becken 10 einer Breite a von bei¬ spielsweise 2 m sowie einer Länge n von hier 10 m sind auf dessen Seitenwänden 12 an Querachsen 14 Paddelwerke 16 mit radialen Paddelflächen 18 vorgesehen; diese den Schaufeln alter Raddampfer ähnlichen Paddelwerke 16 werden in Fig. 1 im

150 Uhrzeigersinn angetrieben.

In geringem Abstand h zu den Querachsen 14 verläuft unterhalb deren der Badspiegel 19 eines in Pfeilrichtung x strömenden Flüssigkeitsbades 20, in welches jene Paddelflächen 16 beim

155 Drehen der Paddelwerke 14 um ihre Querachsen 12 eintauchen. Die Flüssigkeit wird an der in Strömungsrichtung x hinteren Querwand 22 des Beckens 10 durch Flankenleitungen 24 abgezogen und zur Frontwand 23 des Beckens 10 durch steuerbare Pumpen 25 gepumpt, um an der Frontwand 23 wieder in das Flüssigkeitsbad

160 20 eingeleitet zu werden. Zudem verlaufen auf dem Beckenboden 26 Luftleitungen 28 mit aufwärts gerichteten Austragsdüsen 30.

Über einen an der Frontwand 23 vorgesehenen Einlauftrichter 32 mit die Beckenbreite a durchgreifendem untergebautem 165 Austragsbalken 34 wird dem Flüssigkeitsbad 20 zu behandelndes Granulat 36 einer Korngröße < 25 mm zugeführt. Dieses Granulat 36 ist vor dem Becken 10 aus Verpackungsabfall gebrochen worden, dessen Formteile aus expandierbarem, mit Kohlenwasserstoffen -- beispielsweise Pentan -- als Treibmittel

170 aufgeschäumtem Polystyrol (EPS), hergestellt sind. Das Flüssigkeitsbad 20 besteht aus Wasser mit einer Beimischung von Borsäure -- oder Borsalz — in einem Verhältnis von etwa 6 : 1 sowie von Borax, dessen Menge etwa der Hälfte des Borsalzes entspricht. So wird beispielsweise 1 Tonne Borsäure raff. gran.

175 in 5000 bis 6000 1 Wasser aufgelöst, dieser Lösung werden 500 kg Borax zugegeben.

Statt der Borsäure bzw. des Borax kann auch Calciumborat eingesetzt werden oder eine Colemanit-Mischung eines Granulates

180 von 150 Mikron etwa folgender Zusammensetzung:

B ₂ 0 ₃ 40 , - %

Fe ₂ 0 ₃ 0 , 13 %

CaO 27 , - %

185 A1 ₂ 0 ₃ 0 , 40 %

Si0 ₂ 4 , 80 %

MgO 1 , 81 %

Na ₂ 0 + K ₂ 0 0 , 70 %

S0 ₃ 0 , 36 %

190 As ₂ 0 ₃ 43 ppm .

Das aufschwimmende Granulat 36 wird durch die aufeinander¬ folgenden Paddelflächen 18 in das strömende -- und mit Luftblasen durchsetzte — Flüssigkeitsbad 20 gedrückt. Es kann

195 dort von zusätzlichen, querschnittlich leicht nach außen gekrümmten Druckflächen 17 unter dem Badspiegel 19 gehalten werden; diese — in Fig. 1 am linken Paddelwerk 16 angedeuteten — Druckflächen 17 verlaufen parallel zur Querachse 14 und sind in Drehrichtung des Paddelwerkes leicht zu dessen Außenumfang

200 hin verstellt.

Das Flüssigkeitsbad ist durch nicht dargestellte Heizelemente temperiert ; das Flüssigkeitsbad 20 der Betriebstemperatur von etwa 80° bis 100°C schließt die Granulatpartikel etwa an deren

205 Erweichungs- oder Duktilitatsgrenze auf und dringt in diese Partikel ein .

Bei einer nicht dargestellen Ausführung kann statt der Pad¬ delwerke 16 etwa spiegelparallel ein Förderband umlaufen und 210 das aufschwimmende Granulat 36 nach unten drücken.

An der hinteren Beckenquerwand 22 laufen die dann getränkten Partikel auf das Obertrum 38 _n eines endlosen Förderbandes 38 auf, dessen Breite jener des Beckens 10 entspricht und das 215 zwischen einer -- unterhalb des Badspiegels 19 befindlichen -- unteren Umlenkrolle 40 und einer oberen Antriebsrolle 42 in einem Neigungswinkel w von etwa 45° -- mit aufwärts laufendem Obertrum 38^ — gespannt ist.

220 Es handelt sich um ein wasserdurchlässiges Gewebeband mit von dessen Fläche aufragenden rollenparallelen Mitnehmerstegen 44, welches ein Abtropfen der mitgeführten Badflüssigkeit ermöglicht. Über dem Obertrum 38 _n befindet sich ein Trocknungsgebläse 46, dank dessen die getränkten Granulat-

225 partikel in getrocknetem Zustand über den oberen Bandkopf 39 in einen Auffangbehälter 48 gelangen.

Aus zerkleinerten Schaumstoffabfällen als Endprodukt entsteht ein FCKW-freies, verrotungsbeständiges, feuchtig- 230 keitsabweisendes, lebensmittelechtes und schwerentflammbares Material, das als Temperaturisolator und zum Schallschutz eingesetzt werden kann.

Die Wärmeleitfähigkeit bei 10°C Mitteltemperatur in trockenem 235 Zustand wurde bei dem ausgetragenen Endprodukt nach loser Schüttung in eine einseitig offene Form nach DIN 52616 ermittelt mit 0,03 -^- ei einer Rohdichte von 6,45 kg/m ³ . Dabei handelt es sich um den ungünstigsten Fall bei Hohlraumfüllung ohne Einsatz der üblichen Verdichtung durch Gebläseförderung. 240 Das Ergebnis von zwei weiteren Proben wurde durch Hohlraumverfüllung des Materials mittels Gebläse und unter Verwendung eines allseitig geschlossenen Prüfrahmens erzielt.

Die ermittelten Wärmeleitfähigkeitswerte von beiden Proben zeigen

245

Probe 2: ιθ,tr = 0,0365 W m . k

Probe 3 : A ιo, tr = 0 , 0364 W m . k,

250 was zu einem -Anwendungswert führt von

P _z = 0,040 W m.K.

255

In der praktischen Anwendung wird ein Rohdichtebereich von etwa 17 bis.18 kg/m ³ erreicht.

Für die Prüfung auf Normalentflammbarkeit wurden für die 260 Flächenbeflammung erforderliche Proben 230 mm x 90 mm x 40 mm hergestellt. Die Stopfdichte lag etwa bei 17,5 kg/m ³ bis 18,2 kg/m ³ .

Die Prüfung im Brennkasten (Flächenbeflammung) führte zu Ta- 265 belle I und der Bewertung, daß das Material in die Bau¬ stoffklasse B2 (normal entflammbar) entsprechend DIN 4102 Teil 1) einzureihen ist.

TABELLE I

/ kein Auftreten des Ereignisses