Kunststoffschmelze

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen aus einer Kunststoffschmelze.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen aus einer Kunststoffschmelze mit einer unter Unterdruck stehenden Kammer mit wenigstens einer Öffnung, durch welche die Kunststoffschmelze in die Kammer eintritt.

Material aus Kunststoff, z.B. PET (Polyethylenterephthalat), wird beim Recycling zerkleinert und aufgeschmolzen sowie gegebenenfalls im aufgeschmolzenen Zustand entgast und gefiltert. Verunreinigungen aller Art wie Wasser, Feuchtigkeit und andere Bestandteile beeinträchtigen die Qualität des Kunststoffes. Durch die Verunreinigungen können beispielsweise die Molekühlketten bei der PET- Verarbeitung aufgebrochen bzw. unterbrochen werden, was nicht nur zu einer Verringerung des Molekulargewichtes, sondern auch zu einer massiven Reduktion der mechanischen Eigenschaften führt. Die intrinsische Viskosität gilt als Maß dafür. Werden die durch die Verunreinigungen zerstörten Molekühlketten nicht wieder weitgehend in den ursprünglichen Zustand zurückgeführt, können nur noch minderwertigere Produkte aus dem Recyclat hergestellt werden. Durch das Entfernen unerwünschter Verunreinigungen aus der Schmelze im Zuge des Recyclingprozesses kann die Qualität des Kunststoffes wieder verbessert werden.

Die Erfindung ist nicht auf Kunststoffe wie PET und Verunreinigungen wie Wasser beschränkt, sondern diese Erfindung bezieht sich auch auf andere Kunststoffe und andere Verunreinigungen, wie z.B. Lösungsmittel, Reinigungsmittel bzw. ganz allgemein Feuchtigkeit und ausdampfende Bestandteile und/oder Luft, die bei der Herstellung oder dem Recycling von Kunststoffmaterialien auftreten und von der Kunststoffschmelze getrennt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchen Verunreinigungen einfach aus einer Kunststoffschmelze entfernt werden können. Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch, dass die Kunststoffschmelze durch wenigstens eine Öffnung in eine Kammer eintritt und diese Kammer über wenigstens einen Abschnitt in vertikaler Richtung passiert. Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kammer vertikal unter der Öffnung einen Abschnitt aufweist, den die Kunststoffschmelze ohne Kontakt zur Kammerwand in vertikaler Richtung passieren kann. Die Vorteile der Erfindung werden nachfolgend beispielhaft mit Bezug auf das Recycling von PET beschrieben, wobei dies aber nicht als Beschränkung der Erfindung auf Recycling und/oder auf PET bzw. auf die konkret beschriebene Konstruktion der Vorrichtung verstanden werden soll. PET-Materialien werden beim Recycling zunächst wie aus dem Stand der Technik bekannt zerkleinert, aufgeschmolzen, entgast und gefiltert. Nach der Filtration wird die Schmelze über eine temperaturregelbare Schmelzeleitung erfindungsgemäß z.B. zu einer Lochplatte gefördert. Durch die Einstellung der optimalen Temperatur und durch den sich aufbauenden Druck wird die Schmelze durch die Lochplatte gedrückt. In der Lochplatte befindet sich abhängig vom Durchsatz eine unterschiedliche Anzahl an kleinen Löchern. Diese haben bei PET einen Durchmesser von z.B. 0,3 mm. Die Lochplatte könnte aber beispielsweise auch als Sieb, Gitter oder dergleichen ausgeführt werden. Bei PET werden gute Ergebnisse bei einem Durchmesser der Öffnungen kleiner 1 ,5 mm, insbesondere kleiner 1 ,0 mm erzielt. Besonders gute Ergebnisse werden bei einem Durchmesser der Öffnungen kleiner 0,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,4 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,1 und 0,3 mm erzielt, je nach gewünschtem Durchsatz und Ergebnis. Bei nicht runden Löchern entspricht deren Fläche der Fläche von Löchern mit den vorstehend genannten Durchmessern.

Nach der Lochplatte gelangen die Fäden, welche sich durch die Schwerkraft noch weiter verdünnen, in eine unter Unterdruck, vorzugsweise Vakuum, stehende Kammer. Die Kammer kann auch mit getrocknetem Gas gefüllt sein oder mit getrocknetem Gas durchspült werden. Je nach gewünschter intrinsischer Viskosität kann das Vakuum in der Kammer höher oder geringer gewählt werden. Bevorzugt wird mit einem Druck kleiner 50 mbar, insbesondere zwischen 2 und 20 mbar gearbeitet, da sich bei diesen Drücken einerseits gute Ergebnisse erzielen lassen, diese Drücke andererseits mit handelsüblichen Vakuumpumpen erzeugt werden können. Kleinere oder größere Drücke sind aber je nach Anwendungsfall natürlich auch möglich. In dieser Kammer findet die Reaktion statt. Das Wasser diffundiert durch das Vakuum vom Inneren der Schmelze an die Oberfläche. Durch das Vakuum und die Temperatur wird das Wasser in Wasserdampf umgewandelt bzw. können Lösungsmittel oder dergleichen verdampfen und/oder Luft aus der Schmelze entweichen und dann aus der Kammer abgeführt werden. Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise einem Extruder nachgeschaltet, kann die verkürzte Molekularkette wieder verlängert werden. Die resultierende Kunststoffqualität kann durch geeignete Auslegung der Vorrichtung und des Verfahrens beeinflusst werden.

Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Bearbeitung von PET so ausgelegt werden, dass eine Lochplatte mit 3000 Löchern mit je 0,3 mm Durchmesser und eine freie Fallhöhe von 2 Metern in der Kammer bei einem Unterdruck von 3 mbar verwendet wird. Dies ergibt durch die Einwirkung der Schwerkraft und des Vakuums einen Schmelzefadendurchmesser von ca. 0,2 mm, der zu einer sehr guten Reinigung bzw. Entgasung der Schmelze führt. Es versteht sich, dass je nach gewünschtem Durchsatz mehr oder weniger als 3000 Löcher, vorzugsweise zwischen 1000 und 5000 Löchern, beispielsweise 2000 oder 4000 Löcher je Lochplatte oder Sieb verwendet werden können. Auch können größere oder kleiner Höhen als 2 Meter verwendet werden. Bevorzugt sind Höhen von 1 ,5 m bis 4 m, insbesondere Höhen von 2m, 2,5 m, 3 m oder 3,5 m.

Die Kunststoffschmelze fällt in Form von dünnen Schmelzefäden durch die Kammer nach unten und Verunreinigungen wie Wasser diffundieren an die Oberfläche und verdampfen durch die Temperatur und den Unterdruck. Durch die ungehinderte vertikale Bewegung der dünnen Schmelzefäden in der Kammer nach unten erfolgt eine sehr starke Vergrößerung der aktiven Schmelzeoberfläche, wodurch in Verbindung mit dem Unterdruck sehr effektiv Verunreinigungen jeglicher Art entfernt werden können.

Durch die Entfernung von Wasser aus der PET-Schmelze verbinden sich die kurzen Molekülketten zu einer längeren Kette, was ein Ansteigen des Molekulargewichtes und somit eine Erhöhung der intrinsischen Viskosität bewirkt.

Am unteren Ende der Kammer sammelt sich die Schmelze in einem Sammeltrichter und wird durch eine Schmelzepumpe je nach Anwendung zu einer Vorrichtung zum Granulieren oder in eine weitere gleich oder ähnlich aufgebaute Kammer weitergeleitet, wobei am Ende der ersten oder am Anfang der nächsten Kammer oder irgendwo auf dem Weg zwischen diesen beiden Kammern eine Heizeinrichtung angeordnet sein kann, mit welcher der Kunststoff auf seiner Schmelzetemperatur, also eine Temperatur, in welcher der Kunststoff plastisch fließt, gehalten werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können auf einfache Weise individuell nach Kundenwünschen angepasst und gefertigt bzw. ausgeführt werden, wobei auch vorhandene Anlagen zur Herstellung oder zum Recycling von Kunststoffen aufgerüstet oder ergänzt werden können. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen. Es zeigt:

Fig. 1 Eine Anlage für das Recycling von Kunststoff mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Aufriss,

Fig. 2 die Anlage von Fig. 1 in Draufsicht und

Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Behälter im Schnitt.

In Fig. 1 und 2 ist beispielhaft eine Recyclinganlage dargestellt, die in der mit 1 bezeichneten Baugruppe eine Vorrichtung zum Zerkleinern und Extrudieren von Kunststoffmaterial, beispielsweise Fasern, Folien, Tiefziehfolien oder Flaschen aus PET oder anderen Kunststoffen, aufweist. Diese Baugruppe kann wie aus dem Stand der Technik bekannt aufgebaut sein und ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

An den Ausgang 2 des Extruders ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 3 zum Entfernen von Verunreinigungen aus der vom Extruder kommenden Kunststoffschmelze über eine Zufuhrleitung 4 angeschlossen. Die Vorrichtung 3 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei Gruppen von insgesamt sechs Behältern 5, von denen jeweils drei Behälter 5 einer Gruppe in Serie hintereinander und die beiden Gruppen parallel nebeneinander angeordnet sind. Von der Zufuhrleitung 4 führt eine Verteilerleitung 6, 7 zu jeweils einer Gruppe von Behältern 5, die untereinender über Verbindungsleitungen 8 verbunden sind. Nach den beiden Gruppen führt eine Sammelleitung 9, 10, 11 zu einer Granuliervorrichtung 12. Die Granuliervorrichtung 12 kann wiederum wie aus dem Stand der Technik bekannt aufgebaut sein und ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Die Behälter 5 sind beispielsweise wie in Fig. 3 dargestellt aufgebaut und weisen zwei übereinander angeordnete und über Flansche miteinander verbundene zylindrische Rohre 13 auf. Durch die Anzahl der verwendeten, standardisierten Rohre 13 können auf einfache Weise unterschiedliche Längen der Behälter 5 hergestellt werden. Am oberen Ende des oberen Rohres 3 ist ein Kopfteil 14 angebracht und am unteren Ende des unteren Rohres ein Fußteil 15.

Im Kopfteil 14 ist im Anschlussbereich zum Rohr 13 eine Lochplatte oder ein Sieb 16 mit einer Vielzahl von Öffnungen 26 angeordnet. In Strömungsrichtung vor der Lochplatte oder dem Sieb 16 befindet sich ein Verteilerraum 17, der über eine Anschlussöffnung 18 mit einer der in Fig. 3 nicht dargestellten Verteilerleitungen 6, 7 oder einer Verbindungsleitung 8 verbunden ist. Im Verteilerraum 17 ist vor der Lochplatte oder dem Sieb 16 ein Druckverteilersieb 27 eingebaut, um den Druck möglichst gleichmäßig auf die gesamte Lochplatte oder das Sieb 16 zu verteilen.

Im Fußteil 15 befindet sich ein Sammeltrichter 19. Am unteren Ende des Sammeltrichters befindet sich eine Auslassöffnung 20, an die eine Schmelzepumpe 21 oder eine Förderschnecke anschließt, mit der die Kunststoffschmelze zu einer Verbindungsleitung 8 oder einer Sammelleitung 9, 10 gepumpt werden kann.

Der Kopfteil 14 und der Fußteil 15 sind ebenfalls mit den Flanschen der Rohre 13 verschraubt. An den Rohren befinden sich des Weiteren Anschlüsse 22 zu einer nicht dargestellten Vakuumpumpe sowie allenfalls noch Montage- oder Serviceöffnungen 23 und/oder Schaugläser 24. Es versteht sich, dass es ausreichend ist, wenn nur an einen einzigen Anschluss 22 eine Vakuumpumpe angeschlossen ist, da die Rohre 13 in offener Verbindung stehen.

An Stelle einer Vakuumpumpe können an die Anschlüsse auch Leitungen zum kontinuierlichen oder intermittierenden Zu- und Abführen von gegebenenfalls inertem, getrocknetem Gas angeschlossen werden, um die abgetrennten Verunreinigungen abzuführen.

Wenn Kunststoffschmelze durch die Lochplatte 16 gepresst wird, fallen die dünnen Schmelzefäden frei und ohne Kontakt zur Wand der in den Rohren 13 gebildeten Kammer 25 durch die Schwerkraft nach unten, wobei durch das sehr große Verhältnis von Oberfläche zu Volumen der Kunststoffschmelze allfällige Verunreinigungen sehr rasch an die Oberfläche diffundieren und dort verdampfen und abgesaugt werden können. Durch die Länge des Behälters 5 kann die Verweildauer der Kunststoffschmelze in der Kammer 25 beeinflusst werden, wobei auch der Durchmesser der dünnen Schmelzefäden, welche sich durch die Schwerkraft noch weiter verdünnen, und somit deren Gewicht die Verweildauer beeinflusst, ebenso wie die Temperatur, welche die Viskosität der Kunststoffschmelze beeinflusst. Durch die parallele Anordnung von Behältern 5 kann der Durchsatz der erfindungsgemäß Vorrichtung verändert werden und durch die Anzahl hintereinander geschalter Behälter die Qualität der Reinigung der Kunststoffschmelze.