Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Materials mit überprüfbarem Anteil eines Recyclingmaterials.

Hintergrund der Erfindung

Das Wiederverwerten (Recycling) von Recyclingmaterialien, d.h. von Materialien, die aus Altprodukten stammen, ist wesentlich, um Rohstoffressourcen zu schonen und Kosten für die Neuherstellung von Produkten zu senken.

Zur Wiederverwertung von Materialien kann Recyclingmaterial zu neuen Erzeugnissen verarbeitet werden. Bei der Herstellung solcher Erzeugnisse kann es notwendig sein, einen definierten Anteil Recyclingmaterial einzusetzen. Ferner kann es wünschenswert sein, dass der Anteil des eingesetzten Recyclingmaterials in dem so neu hergestellten Erzeugnis bestimmt werden kann.

In der DE 10251 675 Ai wird ein Verfahren zu Herstellung eines thermoplastischen Produkts unter Verwendung eines Kunststoffflaschenrecyclats beschrieben. Der Anteil des Kunststoffflaschenrecyclats in dem finalen Produkt kann allerdings ohne Wissen um die Parameter des Herstellungsprozesses im Nachhinein nicht überprüft oder bestimmt werden.

Aufgabe der Erfindung

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Materials mit überprüfbarem Anteil an Recyclingmaterial bereitzustellen, das Nachteile des Stands der Technik überwindet, insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines Produkts, das Recyclingmaterial umfasst, bereitzustellen, wobei der Anteil eines Recyclingmaterials in dem Produkt kontrolliert werden kann, insbesondere nach der Herstellung des Produkts.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird gemäß dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Materials mit überprüfbarem Anteil an Recyclingmaterial, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

- Bereitstellen eines ersten Materials, wobei das erste Material aus einem Recyclingmaterial und optional einem Tracer besteht;

- Identifizieren des Tracers in dem ersten Material;

- Bestimmen einer Signal-Intensität des identifizierten Tracers in dem ersten Material; - Einstellen einer Soll-Signal-Intensität durch

- Zugeben einer weiteren Menge des identifizierten Tracers in das erste Material in Abhängigkeit von der bestimmten Signal-Intensität, wenn die bestimmte Signal- Intensität kleiner ist als die Soll-Signal-Intensität, oder

- Zugeben von weiterem Recyclingmaterial oder eines Gemischs von weiterem Recyclingmaterial und Tracer, wobei eine Signal-Intensität des Gemischs geringer ist als die Soll-Signal-Intensität, wenn die bestimmte Signal-Intensität größer ist als die Soll-Signal-Intensität, um ein zweites Material zu erhalten, das das Recyclingmaterial und den Tracer umfasst und die Soll-Signal-Intensität hat; und

- optional Vereinigen des zweiten Materials mit einem dritten Material in einem definierten Verhältnis, wobei das dritte Material ein Material ist, das den identifizierten Tracer nicht enthält, um das Material mit überprüfbarem Anteil eines Recyclingmaterials zu erhalten.

Verfahren

Das erfindungsgemäße Verfahren dient dem Herstellen eines Materials mit überprüfbarem Anteil eines Recyclingmaterials. Das mittels des Verfahrens hergestellte Material umfasst also einen Anteil an Recyclingmaterial und optional einen Anteil an weiterem Material, beispielsweise einem Neumaterial. Der Anteil an Recyclingmaterial in dem hergestellten Material ist dahingehend überprüfbar, dass ohne Wissen um die Parameter des Herstellungsprozesses, insbesondere ohne Wissen um die bei der Herstellung verwendeten Mengen von Recyclingmaterial und optionalem weiteren Material, der Anteil an Recyclingmaterial zuverlässig bestimmt werden kann.

Bereitstellen eines ersten Materials

Das Bereitstellen des ersten Materials kann ein geeignetes Zurichten des ersten Materials für die Weiterverarbeitung umfassen, insbesondere das Zerkleinern, Vermahlen, Homogenisieren etc. des ersten Materials.

Erstes Material

Das erste Material besteht aus einem Recyclingmaterial und optional einem Tracer. Falls das erste Material keinen Tracer umfasst, besteht das erste Material nur aus dem Recyclingmaterial .

Im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist ein Recyclingmaterial ein POST-CONSUMER MATERIAL, d.h. ein Abfall-Material aus Haushalten, gewerblichen, industriellen und institutionellen Einrichtungen, oder POST-INDUSTRIAL MATERIAL, d.h. Produktionsabfälle und / oder Produktionsausschüsse. Es kann vorgesehen sein, dass das erste Material in Form eines Endprodukts vorliegt, beispielsweise in Form eines Fensterrahmens oder eines Teils davon, in Form einer Flasche etc.

Das Recyclingmaterial kann einen Kunststoff umfassen, insbesondere in einer Menge von mindestens 50 Gew.-%, mindestens 60 Gew.-%, mindestens 70 Gew.-%, mindestens 80 Gew.- %, mindestens 90 Gew.-% oder mindestens 95 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Recyclingmaterials, oder aus einem Kunststoff bestehen.

Der Kunststoff kann aus der Gruppe ausgewählt sein, bestehend aus Polyvinylchlorid, Polyethylen, insbesondere LDPE und HDPE, Polyethylenterephthalat, Polystyrol, Polypropylen, Polyamid, ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer) und einem Gemisch von zwei oder mehreren davon.

Tracer

Ein Tracer im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist ein Markierungsstoff, das heißt, beispielsweise eine Substanz oder ein Material, das zur Identifikation, zur Sortierung etc. eines markierten Materials genutzt werden kann. Der erfindungsgemäße Tracer kann sich auch zur Bestimmung des Anteils markierter Materialien in Zusammensetzungen aus mehreren Materialien eignen.

Der Tracer kann eine lumineszierende Substanz, insbesondere eine photolumineszierende Substanz sein.

Photolumineszenz ist die Emission von Photonen aus direkter Photoanregung einer beliebigen Form von Materie nach der Absorption von Photonen (elektromagnetische Strahlung). Die Photolumineszenz kann Abwärtsverschiebungs- oder Aufwärtsumwandlungsprozesse umfassen. Wenn die Energie der emittierten Photonen geringer als die Energie der absorbierten Photonen ist, wird die Photolumineszenz als Abwärtsverschiebungsprozess beschrieben. Umgekehrt ist die Photonen-Aufwärtsumwandlung ein optischer Prozess, bei dem die Energie der emittierten Photonen höher als die Energie der absorbierten Photonen ist. Sowohl die Anregung als auch die Emission können in UV-, sichtbarem oder infrarotem (IR) Licht stattfinden.

Um als Tracer anwendbar zu sein, ist es vorteilhaft, wenn photolumineszierende Materialien verschiedene Merkmale zeigen, insbesondere eine hohe Photolumineszenz-Quantenausbeute (PLQY); effiziente Produktionseigenschaften, wie Synthesetemperatur < 1,300 °C, nicht zu viele Prozessschritte, gewünschte Teilchengrößen bei der Produktion, gute Reproduzierbarkeit von Materialmerkmalen wie PLQY, Abklingzeit und Emissionslinien und Einhaltung von Anwendungsanforderungen wie Stabilität bei höheren Temperaturen, in Luft oder Medien wie Wasser oder gute Biokompatibilität.

Es kann vorgesehen sein, dass der Tracer ein Seltenerdmetall, ein Seitenerdmetailion, ein Übergangsmetall, ein Übergangsmetailion oder ein Gemisch von zwei oder mehreren davon umfasst. Vorzugsweise ist das Seltenerdmetall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Y, Gd, La, Lu, Sc, Ce, Dy, Er, Eu, Ho, Nd, Pr, Sm, Tb, Tm, Yb und Mischungen davon. Vorzugsweise ist das Übergangsmetall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zn, Cu, Ni, Mn, Fe, V und Mischungen davon. Weitere bevorzugte Metalle sind In, Bi, Ba, Sr, Ca, Zn, Mg und Mischungen davon. Besonders bevorzugte Tracer können auf YBaZn oder YBaZnF basieren.

Gemäß einer Ausführungsform können besonders bevorzugte Tracer die chemische Formel i aufweisen:

M ₂ (i-y-z)Yb2yRem2zAD0 _5-x Hal2x (Chemische Formel 1), wobei M mindestens ein Element ausgewählt aus Y, Gd, La, Lu, In, Sc, Bi und Mischungen davon ist; A mindestens ein Element ausgewählt aus Ba, Sr, Ca und Mischungen davon ist; D mindestens ein Element ausgewählt aus Zn, Mg, Cu, Ni, Mn, Fe und Mischungen davon ist; Hal mindestens ein Element ausgewählt aus F, Cl, Br, I und Mischungen davon ist; Rem mindestens ein Seltenerdelement ausgewählt aus Ce, Dy, Er, Eu, Ho, Nd, Pr, Sm, Tb, Tm und Mischungen davon ist; x von o, 02 bis 2,5 ist; y von o bis 1 ist; z von o bis l ist; mindestens eines von y und z mindestens 0,001 ist, die Gesamtsumme von y + z höchstens 1 ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der chemischen Formel 1 und deren Herstellung sind in EP 3 431570 Bi beschrieben.

Weitere bevorzugte Tracer sind mit Seltenerdelementen dotierte Oxysulfide.

Gemäß einer Ausführungsform können diese Tracer die chemische Formel 2 aufweisen:

M _2-x Rem _x 02S (Chemische Formel 2) wobei M mindestens ein Element ausgewählt sein kann aus Y, Gd, La und Mischungen davon ist, Rem mindestens ein Seltenerdelement ist.

Bevorzugte Tracer können auf Yttriumoxysulfid (YOS) oder Gadoliniumoxysulfid (GOS) basieren.

Besonders bevorzugte Tracer können auf Yttriumoxysulfid (YOS), Gadoliniumoxid oder Gadoliniumoxysulfid (GOS), jeweils dotiert mit Ytterbium und Erbium oder dotiert mit Ytterbium und Holmium basieren.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können besonders bevorzugte Tracer die chemische Formel 3 aufweisen:

Wei(a)We2(b)Ta(c)Doi(d)Do2(e)Hal(w)O(x)Te(y)Se(z) (Chemische Formel 3) wobei Wei und We2 unterschiedlich sind und unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Niob, Aluminium, Barium, Gadolinium, Lanthan, Yttrium, Cer und Titan; D01 und D02 unterschiedlich sind und unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe der Seltenerdelemente; Hal Fluorid, Chlorid, Bromid oder lodid ist; die Indizes (a)-(z) jeweils unabhängig voneinander o bis 3 sind, obwohl mindestens eines von (a) und (b) größer als o ist, mindestens eines von (d) und (e) größer als o ist und mindestens eines von (w), (x), (y) und (z) größer als o ist; wobei die Summe von (a)+ (b)+ (c)=i-2, bevorzugt 1 oder 2, und die Summe von (w)+(x)+(y)+(z)=2 oder 3, optional mit der Maßgabe, dass (c) > o ist.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, das Wei = Ce, D01 = Er und (b) = (e) = (w) = (y) = (z) = o, wobei (x) > o ist.

Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Seltenerdelement ausgewählt ist aus Erbium, Ytterbium, Thulium und Holmium, vorzugsweise eine Kombination von zwei Seltenerdoxiden, vorzugsweise Erbiumoxid und Ytterbiumoxid.

Bevorzugte Ausführungsformen und deren Herstellung sind in EP3375840B1 beschrieben.

Der Tracer kann ein RFA-Tracer sein. Ein RFA-Tracer ist ein Tracer, welcher mittels Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) detektiert werden kann. Der RFA-Tracer kann z.B. durch definierte Mengen eines oder mehrerer chemischer Elemente gebildet werden.

Identifizieren des Tracers in dem ersten Material

Insbesondere wenn der Tracer ein lumineszierender Tracer ist, kann zur Bestimmung der Identität des Tracers, d.h. zu Identifizierung desselben, das Lumineszenz-Verhalten des Tracers im Hinblick auf verschiedenste Eigenschaften analysiert werden.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Identifizieren des Tracers in dem ersten Material

- das Messen eines Emissionsspektrums des Tracers;

- das Bestimmen der An- und/oder Abwesenheit einer für den Tracer spezifischen Emissionswellenlänge;

- das Messen des Lumineszenzemissionsverhaltens des Tracers über die Zeit;

- das Messen einer Emssionsintensität für eine oder mehrere Emissionswellenlänge(n) des Tracers;

- das Bestimmen eines Intensitätsverhältnisses zwischen Emissions-Wellenlängen des Tracers; oder zwei oder mehr davon umfasst.

Anstelle der Analyse definierter Emissionswellenlängen können auch Wellenlängenbereiche analysiert werden.

Das Messen des Lumineszenzemissionsverhaltens des Tracers über die Zeit kann die Bestimmung einer Abklingkonstante für eine oder mehrere Emissions-Wellenlängen oder einen oder mehrere Wellenlängenbereich(e) umfassen. Unter der Abklingkonstante wird die Zeitspanne verstanden, in der die Ausgangsintensität der Emission auf das i/e-fache abfällt. Wenn der Tracer ein RFA-Tracer ist, kann zur Bestimmung der Identität des Tracers das Röntgenfluoreszenzspektrum qualitativ analysiert werden.

Bestimmen einer Signal-Intensität des identifizierten Tracers in dem ersten Material

Die Signal-Intensität des identifizierten Tracers bezeichnet die Intensität eines Signals, das für eine Eigenschaft des identifizierten Tracers bestimmt werden kann, etwa eines optischen Signals, das nach Anregung des Tracers erhalten wird.

Insbesondere wenn der Tracer ein lumineszierender Tracer ist, kann zur Bestimmung der Signal-Intensität des Tracers, d.h. zu Identifizierung desselben, das Lumineszenz-Verhalten des Tracers im Hinblick auf verschiedenste Eigenschaften analysiert werden.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Bestimmen der Signal-Intensität des Tracers

- das Messen eines Emissionsspektrums des Tracers;

- das Messen des Lumineszenzemissionsverhaltens des Tracers über die Zeit;

- das Messen einer Emssionsintensität für eine oder mehrere Emissionswellenlänge(n) des Tracers;

- das Bestimmen eines Intensitätsverhältnisses zwischen Emissions-Wellenlängen des Tracers; oderzwei oder mehr davon umfasst.

Anstelle der Analyse definierter Emissionswellenlängen können auch Wellenlängenbereiche analysiert werden.

Wenn der Tracer RFA-Tracer ist, kann zur Bestimmung der Signal-Intensität des Tracers die Intensität der Röntgenfluoreszenzstrahlung analysiert werden.

Die Analyse der zum Identifizieren des Tracers und zum Bestimmen einer Signal-Intensität des identifizierten Tracers verwendeten Tracer-Eigenschaften, kann insbesondere bei lumineszierendern Tracern durch bekannte spektroskopische Methoden erfolgen. Zur Analyse der Tracer-Eigenschaften können neben Spektrometern auch Fotozellen, Fotodioden, Fototransistoren Photomultiplier, Schwarzweiß-Kameras oder Farb-Kameras herangezogen werden. In den Detektionseinrichtungen können optische Filter wie z.B. Langpass/Kurzpass/Bandpass-Filter zum Einsatz kommen. Die genannten Einrichtungen können alleine oder in Kombination zum Einsatz kommen.

Insbesondere bei lumineszierendern Tracern können zur Anregung der Lumineszenz breit- und/oder schmalbandige Quellen wie z.B. Laser, Laserdioden, lichtemittierende Dioden (LEDs), Xenonlampen, Halogenlampen einzeln oder in Kombination zur Anwendung kommen. Die Anregungsquellen können einzeln aktiviert oder gleichzeitig oder sequentiell in unterschiedlichen Kombinationen aktiviert werden. In den Anregungseinrichtungen können optische Filter wie Langpass/Kurzpass/Bandpass-Filter zum Einsatz kommen. Die Anregung kann gepulst erfolgen, d.h. die Dauer der Anregung kann zeitlich definiert begrenzt werden. Bei einem RFA-Tracer kann das Identifizieren des Tracers und das Bestimmen der Signal- Intensität des identifizierten Tracers durch eine Röntgensensorik (z.B. RFA) erfolgen

Basierend auf der Signal-Intensität des Tracers in einem Material, kann die Konzentration des Tracers in dem Material bestimmt werden. Beispielsweise kann, basierend auf der bestimmten Signal-Intensität eines Tracers in dem ersten Material, die Konzentration des Tracers in dem ersten Material bestimmt werden. Die Signal-Intensität des Tracers in dem Material kann proportional zu der Konzentration des Tracers in dem Material sein.

Der Wert der bestimmten Signal-Intensität kann mit der Konzentration des Tracers korrelieren. Zur Herstellung dieser Korrelation, kann ein durch die Detektionseinrichtung gemessenes Intensitäts-Rohsignal z.B. durch Multiplikation mit einem materialabhängigem Umrechnungsfaktor, oder z.B. durch Abgleich mit einer den Zusammenhang zwischen Intensitäts-Rohsignal und Tracer-Konzentration darstellenden Eichkurve, in eine der Konzentration entsprechende Signal-Intensität überführt werden. Die Umrechnungsfaktoren und Eichkurven können durch Analyse von Materialien mit unterschiedlichen Tracer- Konzentrationen bestimmt werden.

Einstellen einer Soll-Signal-Intensität

Beim Einstellen der Soll-Signal-Intensität ist zwischen zwei Fällen zu unterscheiden.

In einem ersten Fall ist die bestimmte Signal-Intensität (d.h. Signal-Intensität des identifizierten Tracers in dem ersten Material, die erfindungsgemäß bestimmt wird) null (in dem Fall, dass das erste Material keinen Tracer umfasst) oder kleiner (insbesondere, wenn das erste Material den Tracer in einer Menge enthält, die kleiner ist als die Menge, die notwendig ist, um die Soll-Signal-Intensität zu erreichen) als die Soll-Signal-Intensität. In diesem ersten Fall wird eine weitere Menge des identifizierten Tracers zu dem ersten Material zugegeben, wobei die Menge an Tracer, die notwendig ist, um die Soll-Signal-Intensität zu erreichen, in Abhängigkeit von der bestimmten Signal-Intensität berechnet oder anderweitig bestimmt werden kann.

Das Zugeben des Tracers, das heißt insbesondere weiterer Mengen an Tracer, zum Ersten Material kann durch direkte Hinzudosierung des Tracers zu dem ersten Material erfolgen. Hierfür kann vorgesehen sein, dass das erste Material vor dem Zugeben geeignet zugerichtet ist, insbesondere durch Zerkleinern, Vermahlen, Homogenisieren etc. des ersten Materials.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Zugeben einer weiteren Menge des identifizierten Tracers in das erste Material das Zugeben eines Masterbatches ist, wobei das Masterbatch das Recyclingmaterial und den Tracer umfasst und die Signalintensität des Masterbatches größer ist als die Soll-Signal-Intensität. Ein Masterbatch im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist also ein Gemisch, etwa ein Blend, ein verschmolzenes gemischtes Material etc., von Recyclingmaterial, insbesondere desselben Recyclingmaterials, das in dem ersten Material enthalten ist, und des Tracers, wobei die Konzentration in dem Masterbatch höher ist als eine Tracerkonzentration, die notwendig ist, um die Soll-Signal-Intensität zu erreichen. Die Herstellung des Masterbatch kann beispielsweise unter Zudosierung des Tracers zu einer Teilmenge eines im Wesentlichen gleichen ersten Materials (Recyclingmaterial mit oder ohne Tracer) erfolgen. Das Masterbatch kann höhere, insbesondere deutlich höhere Konzentrationen an Tracer in dem Recyclingmaterial im Vergleich zu dem ersten Material enthalten. Beispielsweise kann die Konzentration des Tracers in dem Masterbatch doppelt so hoch, viermal so hoch, zehnmal so hoch oder fünfeigmal so hoch sein wie die Konzentration des Tracers in dem ersten Material.

Es ist ausdrücklich vorgesehen, dass der Tracer dem ersten Material nicht in Kombination mit einem Neumaterial zugegeben wird, d.h., dass das Masterbatch lediglich aus dem Recyclingmaterial und dem Tracer besteht. Hierdurch wird der direkte Zusammenhang zwischen Signal-Intensität im Endmaterial, das heißt, dem Material mit überprüfbarem Anteil an Recyclingmaterial, und dem darin enthaltenem Anteil von Recyclingmaterial gewährleistet.

In einem zweiten Fall ist die bestimmte Signal-Intensität (d.h. Signal-Intensität des identifizierten Tracers in dem ersten Material, die erfindungsgemäß bestimmt wird) größer (insbesondere, wenn das erste Material den Tracer in einer Menge enthält, die größer ist als die Menge, die notwendig ist, um die Soll-Signal-Intensität zu erreichen) als die Soll-Signal- Intensität.

In diesem zweiten Fall wird das erste Material „verdünnt“, entweder durch Zugeben von weiterem Recyclingmaterial, also Recyclingmaterial ohne Tracer, oder durch Zugeben eines Gemischs von weiterem Recyclingmaterial und Tracer, wobei eine Signal-Intensität des Gemischs geringer ist als die Soll-Signal-Intensität, das heißt, eines Gemischs, das den Tracer in einer Menge enthält, die kleiner ist als die Menge, die zum Erreichen der Soll-Signal- Intensität notwendig ist.

Durch das Zugeben einer weiteren Menge des identifizierten Tracers bzw. das Zugeben von weiterem Recyclingmaterial oder eines Gemischs von weiterem Recyclingmaterial und Tracer gemäß den beiden alternativen Fällen wird ein zweites Material erhalten. Das zweite Material weist die Soll-Signal-Intensität auf. Das zweite Material umfasst das Recyclingmaterial, d.h. dasselbe Recyclingmaterial, das im ersten Material enthalten war, und den Tracer. Mit anderen Worten unterscheiden sich das erste Material und das zweite Material lediglich darin, dass das zweite Material die Soll-Signal-Intensität aufweist und das erste Material nicht, d.h. dass das zweite Material den Tracer in einer Menge enthält, die geeignet ist, die Soll-Signal-Intensität zu erhalten und das erste Material nicht.

Die Soll-Intensität entspricht daher einem Anteil von ioo% Recyclingmaterial.

Optionales Vereinigen des zweiten Materials mit einem dritten Material

In einem letzten Verfahrensschritt kann das zweite Material, das heißt, das Material mit der Soll-Signal-Intensität, mit einem dritten Material vereinigt werden. Das Vereinigen kann ein Mischen, Vermischen, Verschmelzen der beiden Materialien umfassen, etwa ein mechanisches Vermengen zuvor zerkleinerter, vermahlener, homogenisierter Materialien. Es kann vorgesehen sein, dass das dritte Material ein Neumaterial oder ein weiteres Recyclingmaterial, das von dem Recyclingmaterial, das in dem ersten Material enthalten ist, verschieden ist, ist, vorzugsweise das dritte Material ein Neumaterial ist.

Das Vereinigen erfolgt in einem definierten Verhältnis, insbesondere Gewichtsverhältnis, von zweitem Material und dritten Material. Recyclingmaterial weist aufgrund des bereits erfolgten Gebrauchs regelmäßig schlechtere Eigenschaften, etwa mechanische Eigenschaften, optische Eigenschaften etc. auf. Durch Vermischen des Recyclingmaterials mit Neumaterial zur Herstellung eines neuen Produkts in einem geeigneten Verhältnis können die Nachteilhaften Eigenschaften des Recyclingmaterials im Wesentlichen kompensiert werden. Hierzu kann vorgesehen sein, dass ein Verhältnis von Recyclingmaterial zu drittem Material, insbesondere Neumaterial, von i:ioo bis 1:2, 1:50 bis 1:2,5 oder 1:20 bis 1:3 ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, den definierten Anteil eines Recyclingmaterials in dem finalen Produkt zuverlässig zu bestimmen, d.h. zu überprüfen.

Es kann vorgesehen sein, dass das erhaltene Material mit überprüfbarem Anteil eines Recyclingmaterials im Anschluss an das erfindungsgemäße Verfahren in die Form eines Endprodukts gebracht wird, beispielsweise in die Form eines Fensterrahmens oder eines Teils davon, in die Form einer Flasche etc.

Sortierprozess

Es kann vorgesehen sein, dass das Bereitstellen und/oder das Identifizieren des ersten Materials das Abtrennen des ersten Materials von zumindest einem Fremdmaterial umfasst, das heißt, dass dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Sortierprozess vorgelagert ist, in dem das erste Material von anderen Materialien, die hierin als Fremdmaterialien bezeichnet werden, abgetrennt wird.

Das zumindest eine Fremdmaterial unterscheidet sich von dem ersten Material in zumindest einer Eigenschaft, die ein Trennen erlaubt. Beispielsweise kann es sich bei dem Fremdmaterial um ein zweites Recyclingmaterial handeln, das von dem Recyclingmaterial, das in dem ersten Material enthalten ist, verschieden ist, etwa physikalisch und/oder chemisch verschieden ist. Beispielsweise kann das erste Material recyceltes PVC umfassen während das Fremdmaterial HDPE umfasst.

Ebenso kann das Fremdmaterial ein Material sein, dass das gleiche Recyclingmaterial wie das erste Material umfasst, wobei das Fremdmaterial in diesem Fall ein Markierungsmittel, etwa einen zweiten Tracer oder eine Wassermarke etc. umfasst, das eine Unterscheidung des Fremdmaterials von dem ersten Material erlaubt.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Fremdmaterial einen zweiten Tracer enthält, der von dem Tracer, der in dem ersten Material enthalten ist und/oder dem ersten Material zugegeben wird, verschieden ist.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das erste Material in einem Gemisch mit einem ersten Fremdmaterial, einem zweiten Fremdmaterial, einem dritten Fremdmaterial etc. vorliegt, wobei das erste Material einen ersten Tracer enthält, das erste Fremdmaterial einen zweiten Tracer enthält, das zweite Fremdmaterial einen dritten Tracer enthält etc., wobei die Tracer voneinander verschieden sind. In diesem Fall kann das erste Material nach dem Identifizieren des ersten Tracers von den anderen Materialien, die andere Tracer enthalten, durch geeignete Mittel (Tracer based Sorting) abgetrennt werden. In diesem Zusammenhang sind als „andere Tracer“ nicht nur chemisch unterschiedliche Tracer, sondern auch unterschiedliche Kombinationen, Mengen etc. ansonsten chemisch gleichartiger Tracer zu verstehen.

Nach der Verarbeitung von sortiertem Recyclingmaterial zu neuen Erzeugnissen kann beabsichtigt sein, auch die neuen Erzeugnisse in gleicher Weise wie das ursprüngliche erste Material oder in anderer Weise sortieren zu können. Durch Herstellung des zweiten Materials kann, insbesondere durch geeignete Auswahl des Tracers, gesteuert werden, wie das nach Vereinigung mit einem dritten Material erhaltene Material sortiert werden kann.

Technischer Effekt

Bei der Wiederverwertung von Recyclingmaterial können Tracer verwendet werden, um das Recyclingmaterial im Endprodukt detektieren zu können. Auf diese Weise kann kontrolliert werden, ob eine bestimmte Konzentration an Tracern vorliegt, die einen Rückschluss auf die Menge bzw. den Anteil des recycelten Materials zulässt. Allerdings führt die Verwendung entsprechender Tracer dazu, dass beispielsweise ein Teil des Recyclingmaterials bereits Tracer enthält. Daher ist es nicht ausreichend, wenn dem Recyclingmaterial stets dieselbe Menge an Tracer zugegeben wird, da dies im Laufe der Zeit zu einer stetigen Erhöhung des Tracers in dem Recyclingmaterial führen würde, was eine zuverlässige Überprüfung des Anteils an Recyclingmaterial verhindert.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient dem Herstellen eines Materials mit überprüfbarem Anteil eines Recyclingmaterials. Das mittels des Verfahrens hergestellte Material umfasst also einen Anteil an Recyclingmaterial. Der Anteil an Recyclingmaterial in dem hergestellten Material ist dahingehend überprüfbar, dass ohne Wissen um die Parameter des Herstellungsprozesses, insbesondere ohne Wissen um die bei der Herstellung verwendeten Mengen von Recyclingmaterial und optional Neumaterial, der Anteil an Recyclingmaterial zuverlässig bestimmt werden kann.

Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Sicherstellung einer korrekten Sortierung von unter Einsatz von Recyclingmaterial hergestellten Erzeugnissen.

Schließlich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Qualitätsprüfung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Materials, insbesondere im Hinblick auf die Menge des enthaltenen Recyclingmaterials.

Allgemeine Definitionen

Soweit nicht ausdrücklich anderslautend angegeben umfasst ein im Singular (ein, eine...) angegebenes Merkmal auch den Plural. Wird beispielsweise angegeben, dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung einen Tracer enthält, schließt dies auch den Fall ein, in dem die Zusammensetzung ein Gemisch mehrerer Tracer enthält.

Soweit nicht ausdrücklich anderslautend angegeben umfassen Begriffe wie „umfassend“, enthaltend“ etc. die Bedeutungen „im Wesentlichen umfassend“, „im Wesentlichen enthaltend“ oder „bestehend aus“.

Beispiele

Im Folgenden soll die Erfindung unter Bezugnahme auf konkrete Beispiele im Detail erläutert werden, wobei die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist, einzelne Merkmale der Beispiele in Kombination mit den im Vorangehenden aufgeführten Ausführungsformen zur Realisierung der Erfindung beitragen können.

In den folgenden Ausführungsbeispielen haben die Tracer Mi und M2 die folgenden chemischen Formeln

Ml: Gd1.69Ybo.24Ero.o7O3

M2: Gdi. ₇ 92Ybo.2Tmo.oo8O ₃

Beispiel 1 fkein Tracer im ersten Material):

Gebrauchte Fensterrahmen bestehend aus PVC, werden in Recyclingbetrieb 1 angeliefert. Die Fensterrahmen werden zu einem Granulat vermahlen und durch Mischung homogenisiert.

Dieses Mahlgut wird spektroskopisch analysiert, wobei der Anregungsbereich X = 935 nm bis 985 nm verwendet wird und die Emissionsbereiche X = 1150 nm bis 1900 nm sowie X = 520 nm bis 820 nm geprüft werden. Für die Analyse der Fluoreszenzstrahlung kommt eine spektral auflösende Detektionseinrichtung zum Einsatz. Es wird kein Fluoreszenzsignal detektiert, das PVC-Material enthält somit keinen Fluoreszenztracer.

Das Recyclingmaterial soll erneut zur Herstellung von PVC-Fensterrahmen eingesetzt werden. Bei der Herstellung dieser Fensterrahmen werden 25% Recyclingmaterial und 75% Neuware verwendet. Der Anteil des Recyclingmaterials in den Fensterrahmen soll mittels eines Fluoreszenztracers nachweisbar sein.

Hierzu wird dem Recyclingmaterial der Fluoreszenztracers Ml (Gd1.69Ybo.24Ero.o7O3) hinzugefügt. Der Tracer Ml ist Gadoliniumoxid, dotiert mit Erbium und Ytterbium und weist ein Emissionsmaximum bei 6 2nm auf. Der angestrebte Gehalt von 25% Recyclingmaterial soll bei den Fensterrahmen zu einer Signal-Intensität von 100 (a.u.) bei Ö72nm führen. Zur Bestimmung der einzusetzenden Tracer- Konzentration wird der Zusammenhang zwischen Signal-Intensität und Tracer-Konzentration bei Einsatz von 25% Recyclingmaterial experimentell bestimmt. Hierzu wird das Recyclingmaterial mit unterschiedlichen Tracer- Mengen vermischt. Die Fluoreszenzintensität des Recyclingmaterials wird bestimmt, um eine spätere Qualitätskontrolle des Produktionsprozesses zu ermöglichen. Jeweils 25% des Recyclingmaterials werden mit 75% Neuware zu für Fensterrahmen repräsentativen Probekörpern verarbeitet und diese spektroskopisch untersucht:

Bei einer Zugabe von 4ooppm Tracer Ml wird am Probekörper die gewünschte Intensität 100 erreicht. Das modifizierte Recyclingmaterial zeigt eine Intensität von 400. Entsprechend führt der Recyclingbetrieb dem Mahlgut im Produktionsprozess 400ppm Tracer Ml hinzu. Zur Qualitätskontrolle der korrekten Tracerzugabe wird geprüft, ob das modifizierte Recyclingmaterial die Soll-Signal-Intensität von 400 aufweist. Die Tracerzugabe erfolgt durch Beimischung. Der Recyclingbetrieb stellt die erzeugte Mischung (= Zweites Material/modifiziertes Recyclingmaterial) dem Fensterhersteller zur Verfügung.

Der Fensterhersteller setzt 25% des modifizierten Recyclingmaterials und 75% Neuware zur Herstellung neuer Fensterrahmen ein. Die Fensterrahmen werden spektroskopisch analysiert. Es wird ein Emissionsspektrum mit Emissionsmaximum bei Ö72nm und eine Fluoreszenzintensität von 100 am Emissionsmaximum festgestellt. Das Emissionsspektrum weist die Identität des enthaltenen Tracers als FluoreszenzTracers Ml nach. Die Fluoreszenzintensität beweist den Gehalt von 25% Recyclingmaterial.

Beispiel 2 f geringe Mengen an Tracer im ersten Material):

Gebrauchte Fensterrahmen bestehend aus PVC werden in Recyclingbetrieb 2 angeliefert. Die Fensterrahmen enthalten bereits 25% Recyclingmaterial. Entsprechend Herstellerauskunft ist der Fluoreszenztracer Ml enthalten, um den Anteil von 25% Recyclingmaterial beweisen zu können. Es wird ein Emissionsspektrum mit Emissionsmaximum bei 6 2nm festgestellt. Die Identität des enthaltenen Tracers ist daher als Fluoreszenztracers Mi nachgewiesen.

Das Recyclingmaterial soll erneut zur Herstellung von PVC-Fensterrahmen eingesetzt werden, wobei wieder 25% Recyclingmaterial und 75% Neuware verwendet werden. Der Anteil von 25% Recyclingmaterial muss mittels des Fluoreszenztracers Ml und einer Soll-Signal-Intensität von 100 (a.u.) bei Ö72nm bewiesen werden können.

Entsprechend Herstellerauskunft beträgt der Tracer-Gehalt in den Fensterrahmen und somit im Recyclingmaterial bereits looppm. Jedoch muss dem Recyclingmaterial zusätzlicher Fluoreszenztracers Ml hinzugefügt werden, um ein Absinken der Tracerkonzentration bei Vermischung mit Neuware zu verhindern.

Zur Bestimmung der zusätzlich einzusetzenden Tracer-Konzentration wird der Zusammenhang zwischen Signal-Intensität und zusätzlicher Tracer-Konzentration bei Einsatz von 25% Recyclingmaterial experimentell bestimmt. Hierzu wird das Recyclingmaterial mit unterschiedlichen Tracer-Mengen vermischt. Die Fluoreszenzintensität des Recyclingmaterials wird bestimmt, um eine spätere Qualitätskontrolle des Produktionsprozesses zu ermöglichen. Jeweils 25% des Recyclingmaterials werden mit 75% Neuware zu für Fensterrahmen repräsentativen Probekörpern verarbeitet und diese spektroskopisch untersucht:

Bei einer Zugabe von ooppm Tracer Mi wird bei am Probekörper die gewünschte Intensität 100 erreicht. Das modifizierte Recyclingmaterial zeigt eine Intensität von 400. Entsprechend führt der Recyclingbetrieb dem Mahlgut im Produktionsprozess 300ppm Tracer Ml hinzu. Zur Qualitätskontrolle der korrekten Tracerzugabe wird geprüft, ob das modifizierte Recyclingmaterial die Soll-Signal-Intensität von 400 aufweist. Die Tracerzugabe erfolgt durch Beimischung. Der Recyclingbetrieb stellt die erzeugte Mischung (= Zweites Material/modifiziertes Recyclingmaterial) dem Fensterhersteller zur Verfügung.

Der Fensterhersteller setzt 25% des modifizierten Recyclingmaterials und 75% Neuware zur Herstellung neuer Fensterrahmen ein. Die Fensterrahmen werden spektroskopisch analysiert. Es wird ein Emissionsspektrum mit Emissionsmaximum bei Ö72nm und eine Fluoreszenzintensität von 100 am Emissionsmaximum festgestellt. Das Emissionsspektrum weist die Identität des enthaltenen Tracers als Fluoreszenztracers Mi nach. Die Fluoreszenzintensität beweist den Gehalt von 25% Recyclingmaterial.

Beispiel 3 (hohe Mengen an Tracer im ersten Material):

Eine Mischung gebrauchte Fensterrahmen verschiedener Produktlinien bestehend aus PVC wird in Recyclingbetrieb 2 angeliefert. Entsprechend Herstellerauskunft ist der FluoreszenzTracers Ml enthalten. Jedoch enthalten die verschiedenen Produktlinien unterschiedliche Konzentrationen Ml. Das Recyclingmaterial soll erneut zur Herstellung von PVC-Fensterrahmen eingesetzt werden, wobei 25% Recyclingmaterial und 75% Neuware verwendet werden. Der Anteil von 25% Recyclingmaterial muss mittels des FluoreszenzTracers Ml und einer Soll-Signal-Intensität von 100 (a.u.) bei 6 2nm bewiesen werden können.

Die Fensterrahmen werden zu einem Granulat vermahlen und durch Mischung homogenisiert. Zur Kontrolle des Gehalts von Tracer Ml, wird die Mischung spektroskopisch analysiert. Es wird das Emissionsspektrum von Ml mit Emissionsmaximum bei Ö72nm festgestellt. Die Identität des enthaltenen Tracers ist daher als FluoreszenzTracers Mi nachgewiesen. Jedoch wird eine Intensität von über 1000 a.u. bei Ö72nm gefunden. Zur Erzielung einer Intensität von 100 a.u. bei Einsatz von 25% Recyclingmaterial, darf somit kein weiterer Tracer Ml hinzugefügt werden. Vielmehr muss Recycling-PVC ohne Tracer beigemischt werden. Bei einer Zugabe von 60% Recycling-PVC ohne Tracer wird am Probekörper die gewünschte Intensität 100 erreicht. Entsprechend führt der Recyclingbetrieb dem Mahlgut im Produktionsprozess 60% Recycling-PVC hinzu und stellt die erzeugte Mischung (= Zweites Material/modifiziertes Recyclingmaterial) dem Fensterhersteller zur Verfügung.

Beispiel 4 (Zugabe des Tracers mittels Masterbatch):

In Abwandlung von Beispiel 2, führt der Recyclingbetrieb 2 die Tracerzugabe nicht über Zuführung von reinem Tracer Ml durch, sondern über Zuführung eines Masterbatch. Das Masterbatch wird von Recyclingbetrieb 3 hergestellt.

In dem Recyclingbetrieb 3 werden verschiedene gebrauchte PVC-Produkte angeliefert. Das gesamte Material wird zu einem Granulat vermahlen und durch Mischung homogenisiert. Das Mahlgut (= Erstes Material/Recyclingmaterial) wird spektroskopisch analysiert. Hierbei wird kein FluoreszenzTracer detektiert, d.h. das erhaltene PVC wurde noch nicht markiert.

Der Recyclingbetrieb führt dem Mahlgut den Tracer Ml hinzu. Dies erfolgt in einem Umschmelzprozess (Compoundierung), wobei der Tracer Ml homogen in dem HDPE eingeschmolzen wird. Das Umschelzprodukt wird zu einem Granulat verarbeitet. Während der Compoundierung werden kontinuierlich öooppm Tracer zugegeben. Der Recyclingbetrieb stellt das erhaltene Granulat (Masterbatch) weiterverarbeitenden Betrieben zur Verfügung.

Recyclingbetrieb 2 bezieht das Masterbatch von Recyclingbetrieb 3 und fügt dem Mahlgut das Masterbatch hinzu, um die notwendige Signalintensität zu erreichen. Die zusätzlich einzusetzende Masterbatch-Konzentration wird experimentell bestimmt. Hierzu wird das Recyclingmaterial mit unterschiedlichen Masterbatch-Mengen vermischt. Die Fluoreszenzintensität des Recyclingmaterials wird bestimmt. Jeweils 25% dieses aufdotierten Recyclingmaterials werden mit 75% Neuware zu für Fensterrahmen repräsentativen Probekörpern verarbeitet und diese spektroskopisch untersucht:

Durch Mischung von 96% Mahlgut (Konzentration looppm) mit 4% Masterbatch (Konzentration öooppm) wird modifiziertes Recyclingmaterial mit 400 ppm Tracer erhalten. Zur Qualitätskontrolle der korrekten Masterbatch-Zugabe wird geprüft, ob das modifizierte Recyclingmaterial die Soll-Signal-Intensität von 400 aufweist. Neue Fensterrahmen werden nun mit 25% modifiziertem Recyclingmaterial und 75% neuwertigem PVC hergestellt.

Beispiel 5 (Sortierprozess mit zweitem Tracer):

Gebrauchte transparente HDPE-Flaschen werden spezifisch über Tracer based Sorting von anderen Kunststoffprodukten abgetrennt. Hierzu enthält das HDPE den Tracer Ml mit Emissionsmaximum bei 6 2nm und den Tracer M2 (Gdi^Ybo^Tmo.oosOa) mit Emissionsmaximum bei 79önm. Tracer Ml ist Gadoliniumoxid, dotiert mit Erbium und Ytterbium. Tracer M2 ist Gadoliniumoxid, dotiert mit Erbium und Thulium.

Die Mengen von Ml und M2 im HDPE sind so eingestellt, dass die Intensität von Ml bei Ö72nm „25“ und die Intensität von M2 bei 79önm „50“ in transparentem HDPE beträgt. Basierend auf den Emissionsmaxima und dem Intensitätsverhältnis 1:2 wird das HDPE identifiziert und aussortiert.

Derart aussortiertes HDPE wird in einem Recyclingbetrieb angeliefert. Das gesamte Material wird zu einem Granulat vermahlen. Dieses Mahlgut soll zusammen mit neuwertigem HDPE zur Herstellung neuer HDPE-Flaschen verarbeitet werden. Es sollen 25% dieses Mahlguts und 75% Neuware verwendet werden. Der Anteil dieses Mahlguts soll mittels Fluoreszenzspektroskopie nachweisbar sein. Ferner soll die Intensität der Tracer auch in den neuen Flaschen 25 bzw. 50 betragen.

Zum Ausgleich des Intensitätsverlusts, welcher durch die Vermischung von Mahlgut mit Neuware hervorgerufen wird, muss dem Recyclingmaterial zusätzlicher Tracer Ml und M2 hinzugefügt werden.

Zur Bestimmung der zusätzlich einzusetzenden Tracer-Konzentrationen wird der Zusammenhang zwischen Signal-Intensität und zusätzlicher Tracer-Konzentration bei Einsatz von 25% Recyclingmaterial experimentell bestimmt. Hierzu wird das Recyclingmaterial mit unterschiedlichen Tracer-Mengen vermischt. Die Fluoreszenzintensität des Recyclingmaterials wird bestimmt, um eine spätere Qualitätskontrolle des Produktionsprozesses zu ermöglichen. Jeweils 25% des Recyclingmaterials werden mit 75% Neuware zu für HDPE-Flaschen repräsentativen Probekörpern verarbeitet. Diese werden spektroskopisch untersucht:

Bei einer Zugabe von 75ppm Tracer Ml und isoppm Tracer M2 wird am Probekörper die gewünschte Intensität 25 bzw. 50 erreicht. Entsprechend führt der Recyclingbetrieb dem Mahlgut im Produktionsprozess 75ppm Tracer Ml und isoppm Tracer M2 hinzu. Der Recyclingbetrieb stellt die erzeugte Mischung (= Zweites Material/modifiziertes Recyclingmaterial) dem Flaschenhersteller zur Verfügung. Dieser setzt 25% des modifizierten Recyclingmaterials und 75% Neuware zur Herstellung ein. Bei spektroskopischer Analyse der Flaschen werden Emissionsmaxima bei Ö72nm und 79önm mit Fluoreszenzintensitäten von 25 und 50 gefunden. Dies beweist den Gehalt von 25% Recyclingmaterial. Ferner zeigen auch die neuen HDPE-Flaschen mit Recyclingmaterial das Intensitätsverhältnis 1:2 und können mittels Tracer based Sorting korrekt identifiziert und sortiert werden.

Beispiel 6 f Sortierprozess mit alternativem Markierungsmittel:

Zwei Hersteller A und B stellen maschinell sortierbare HDPE-Flaschen her. Hierzu setzt Hersteller A im HDPE-Material Tracer Ml ein. Hersteller B verwendet auf den Flaschen eine Wassermarke. Bei der maschinellen Sortierung werden die Flaschen von Hersteller A anhand Tracer Mi über Tracer Based Sorting aussortiert, die Flaschen von Hersteller B anhand der Wassermarke über optische Bilderkennung. Die Hersteller möchten HDPE-Recyclingmaterial bei der Herstellung einsetzen. Der Recyclingmaterial-Anteil soll mittels eines einheitlichen FluoreszenzTracers nachweisbar sein. Hierzu setzen beide Hersteller Tracer M2 ein.

Analog zu den in den vorangehenden Beispielen beschriebenen Prozessen, werden die Flaschen nach der Sortierung zu Granulaten verarbeitet. Durch spektroskopische Analyse wird die Anwesenheit von Tracer M2 geprüft und die hinzuzufügende Menge von Tracer M2 bzw. von Recycling-HDPE ohne Tracer bestimmt. In gleicher Weise wird die hinzuzufügende Menge von Tracer Ml bestimmt, um das Tracer Based Sorting der mit Recyclingmaterial hergestellten Flaschen zu ermöglichen. Die entsprechend modifizierten HDPE-Recyclingmaterialien werden den Flaschenherstellern zur Verfügung gestellt und können von diesen zur Herstellung neuer Flaschen eingesetzt werden. Durch spektroskopische Analyse der hergestellten Flaschen wird die Identität des enthaltenen Tracers als Fluoreszenztracers M2 nachgewiesen. Die Messung der Fluoreszenzintensität zeigt den Gehalt an Recyclingmaterial.

Die in der vorstehenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.