DE10019800A1

DE10019800A1 - Verfahren zum Recyceln von Polyurethanschaum-Komponenten

Info

Publication number: DE10019800A1
Application number: DE10019800A
Authority: DE
Inventors: Girma M Gebreselassie; Harold G Jun Wolf; Kurt C Frisch; Daniel Klempner; Vahid Sendijarevic
Original assignee: Lear Corp; University of Detroit Mercy
Current assignee: Lear Corp; University of Detroit Mercy
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 2000-04-20
Publication date: 2001-02-01
Also published as: ITTO20000391A1; US6299811B1; ITTO20000391A0

Abstract

Ein Verfahren zum Recyceln von Materialien, das einen signifikanten Anteil von Polyurethanschaum enthält, umfaßt das Umsetzen des Schaumes zu einem flockenförmigen Material mit einer Teilchengröße von 6,35 mm bis 25,4 mm (0,25 bis 1,0 inch) am meisten bevorzugt 6,35 mm bis 12,7 mm (0,25 bis 0,50 inch). Das Material wird in einen Formkörper eingebracht und bei einer hohen Temperatur und einem hohen Druck geformt. Vorzugsweise wird die Glasübergangstemperatur des Schaumes überschritten. Andere Füllmaterialien können dem flockenförmigen Material hinzugemischt werden. Gemäß der Erfindung wird Abfall recycelt, der Polyurethanschaum enthält, wobei aber die Komplexität der Wiederverwendung des Abfalls in erheblichem Maße reduziert wird.

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein vereinfachtes Verfahren zum Recy celn von Fahrzeug-Verkleidungskomponenten und anderen Abfall materialien, die Urethanschaum enthalten.

Beim Stand der Technik enthalten viele Komponenten, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden, einen erheblichen Anteil an Urethanschaum. Ein erstes Beispiel ist der Sitzschaum, der ty pischerweise verwendet wird, um ein Polster in einem Fahrzeug sitz zu bilden, ein Schaum auf Urethanbasis. Ein anderes Bei spiel findet sich bei dem Dachhimmel bzw. der Dachauskleidung von Fahrzeugen. Der Sitzschaum wird typischerweise vor dem Einsetzen in den Sitz getrimmt oder beschnitten, und somit gibt es am Herstellungsort eine beträchtliche Menge an über schüssigem Schaum oder Schaumabfall, der von dem letztlich ge wünschten Schaum abgeschnitten wird. Das gleiche gilt für Dachauskleidungen, die zunächst einmal geformt und dann auf eine gewünschte Gestalt geschnitten werden.

Somit gibt es am Herstellungsort von Fahrzeugverkleidungen häufig eine beträchtliche Menge an Abfallmaterial. Ein großes Volumen des Abfallmaterials enthält Polyurethanschaum. In einigen Fällen kann das Abfallmaterial auch viele andere Ma terialien enthalten. Beispielsweise kann eine Fahrzeug- Dachauskleidung Nylon, Polyester, Zellulosefolien, Glasfasern und auch natürliche Faserschichten enthalten. In der Vergan genheit ist es schwierig gewesen, diese Komponenten zu recy celn, da sie so viele unterschiedliche Materialien enthalten.

Bei einem kürzlich entwickelten Verfahren werden diese Mate rialien zu einem zerkleinerten Flockenmaterial gemischt, und dann wird ein Bindemittel in das Flockenmaterial eingemischt. Dieses Verfahren ist in der US-PS 5 807 513 angegeben. In dem genannten Patent ist die Erkenntnis angegeben, daß das Binde mittel wünschenswerterweise in Wasser zugeführt werden sollte, um sämtliche der verschiedenen Teile des flockenförmigen Mate rials mit Bindemittel zu beaufschlagen.

Weiterhin ist es im Stand der Technik bekannt, flexiblen Po lyurethanschaum zu nehmen, und zwar nur den Schaum, und ihn zu einem Pulver zu vermahlen, wobei die Teilchen in der Größen ordnung von Mikrometern liegen. Dieses Pulver hat man dann zu einem Materialflächenkörper gepreßt. Obwohl dies als Methode vorgeschlagen worden ist, Abfall-Polyurethanschaum zu verwen den, ist das Verfahren in der Produktion nicht verwendet wor den. Außerdem ist es bisher niemals vorgeschlagen worden, ge mahlenen Polyurethanschaum als Bindemittel für andere Nicht- Polyurethanmaterialien zu verwenden.

Es werden viele Arten von Materialien als Abfall in einer Her stellungsfabrik für Fahrzeugverkleidungen und -auskleidungen erzeugt. Während Materialien, die Polyurethanschaum enthalten, von dem oben beschriebenen Stand der Technik profitieren kön nen, gibt es auch viele andere Materialien, die nicht für das Recycling adaptierbar waren.

Obwohl die Industrie in wünschenswerter Weise das Bestreben hat, Nutzen aus dem Recycling zu ziehen, sind letztlich die Kosten ein ausschlaggebender Faktor. Wenn somit das Recycling nicht kosteneffizient ist, dann wird es zu einem großen Teil nicht durchgeführt werden. Das oben beschriebene Verfahren, das Material zu einem Pulver zu zermahlen, ist nicht kosten effizient.

Die Erfindung ist auf ein Verfahren zur Verwendung von Po lyurethanschaum als Bindemittel gerichtet.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Anmelderin hat erkannt, daß dann, wenn Verkleidungskompo nenten-Abfallmaterial, das einen signifikanten Anteil von Po lyurethanschaum enthält, zu einem flockenförmigen Material um gesetzt wird, es zu einem Verkleidungsteil geformt werden kann, ohne daß irgendein separates Bindemittel erforderlich ist. Der recycelte Schaum dient als Bindemittel. Um dieses Ziel zu erreichen, muß der Abfall unter den Bedingungen von erhöhter Wärme und Druck geformt werden, so daß der Schaum seine Glasübergangstemperatur überschreitet.

Die vorliegende Erfindung erfordert lediglich, daß das Abfall material zu Teilchen mit einer Größe von Bruchteilen eines Inch bzw. Zentimeters zerkleinert wird, welche nicht so klein sind wie das Pulver in dem bekannten Stand der Technik, wobei der Polyurethanschaum ohne Bindemittel verwendet wird. Insbe sondere verwendet die vorliegende Erfindung vorzugsweise Teil chen mit einer Teilchengröße zwischen 6,35 mm bis 25,4 mm (0,25 bis 1,0 inch). Am meisten bevorzugt werden Teilchen ver wendet, deren Teilchengröße in der Größenordnung von 6,35 mm bis 12,7 mm (0,25 bis 0,5 inch) liegen.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ganz allgemein den Schritt der Verwendung eines Abfallmaterials, das Polyurethanschaum enthält, und der Umformung des Materials in Teilchen in dem gewünschten Bereich. Diese Teilchen werden dann in eine Form gebracht und sowohl einer Kompression als auch einer Wärmeein wirkung ausgesetzt. Während dieses Formvorganges wird die Glasübergangstemperatur des Schaumes überschritten.

In den Teilchen ist kein separates Bindemittel enthalten. Der Schaum kann so wie er ist selbst verwendet werden, um einen gewünschten Materialflächenkörper zur Wiederverwendung zu for men, oder es können zusätzliche Füllmaterialien verwendet wer den. Die Füllmaterialien werden am meisten bevorzugt andere Abfallmaterialien enthalten, so daß der Recyclingeffekt der gesamten Methode stark verbessert wird. Materialien, wie z. B. mit Harz imprägnierte Faserabfälle oder Dolomit hat man gemäß der Erfindung verwendet und dabei Materialien als Resultat er halten, die wünschenswerte Eigenschaften für viele Verklei dungsanwendungen besitzen.

Die Erfindung ist nicht notwendigerweise auf irgendein spe zielles Material gerichtet, noch ist es auf eine besondere endgültige Verwendung des Materials gerichtet. Stattdessen hat die vorliegende Erfindung ganz allgemein erkannt, daß durch die Verwendung von Polyurethanschaum als Teil des recycelten Materials kein separates Bindemittel verwendet zu werden braucht.

In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann das Ma terial zu Materialien mit verschiedenen Steifigkeiten, Dicken und Elastizitäten umgesetzt werden, indem man die Formtempera tur, den Druck und die Zeit steuert. Ferner können Eigenschaf ten gesteuert werden, indem man den Typ und den Anteil des Po lyurethanschaumes als Bindemittel sowie Füllmaterialtypen wählt. Das Steuern von diesen verschiedenen Variablen, um einen gewünschten Flächenkörper als Endprodukt zu erzielen, liegt im Rahmen des Geschicklichkeit bzw. der Erfahrung eines Fachmannes auf diesem Gebiet.

Diese und andere Merkmale der Erfindung lassen sich besser an hand der nachstehenden Beschreibung und der Zeichnungen ver stehen, wobei nachstehend eine kurze Beschreibung erfolgt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die beiliegende Zeichnung ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Schritte gemäß der Erfindung.

Beschreibung der vorliegenden Erfindung

Das Flußdiagramm, das in der Zeichnung dargestellt ist, be schreibt das erfindungsgemäße Verfahren. Ein bei der Herstel lung anfallender Abfall wird zu Beginn zerkleinert. Das Zer kleinern findet statt, um die Größe des Abfalles auf die Grö ßenordnung von 6,35 mm bis 25,4 mm (0,25 bis 1,0 inch) zu re duzieren, am meisten bevorzugt auf Werte im Bereich von 6,35 mm bis 12,7 mm (0,25 bis 0,50 inch). Der Abfall muß einen signifikanten Anteil an Polyurethanschaum enthalten. Der Polyurethanschaum kann fest, halbfest oder flexibel sein.

Es kann auch ein Füllstoff verwendet werden. Wenn dies der Fall ist, dann kann ein Misch-Schritt erfolgen. Das Füllmate rial kann ein beliebiges anderes Material sein, das recycelt werden soll. Beispielsweise sind mit Harz imprägnierte Fasern (Reißwolle oder Shoddy) ein Material, das häufig als Abfall produkt bei der Herstellung von Verkleidungen auftritt. Bisher hat sich jedoch dieses Material nicht ohne weiteres recyceln lassen. Alternativ können Materialien, wie z. B. Dolomit oder andere Materialien verwendet werden.

Das Flußdiagramm ist etwas vereinfacht. In der Tat kann der Füllstoff die Hauptkomponente sein, und der Polyurethanschaum wird nur in seiner Bindemittelfunktion verwendet. Ferner kann es bei verschiedenen Materialien, die Polyurethanschaum ent halten, wünschenswert sein, einen zusätzlichen Polyurethan schaumanteil hinzuzufügen, um ein gewünschtes Resultat zu er zielen.

Außerdem kann der Herstellungsabfall aus einer Reihe von Mate rialien zusätzlich zu Polyurethanschaum gebildet sein. Wenn beispielsweise der Herstellungsabfall von einer Deckenverklei dung stammt, dann wird der Abfall typischerweise eine Anzahl von Schichten enthalten, die andere Schichten als Polyurethan schaumschichten sind.

Die Materialien werden in einen Formkörper zum Formen ge bracht, und es wird ein Prepreg-Flächenkörper oder ein vor imprägnierter Flächenkörper gebildet. Der Flächenkörper kann dann in einer Endform zu Verkleidungskomponenten geformt wer den. Im Rahmen dieser Anmeldung bezeichnet "Verkleidungskom ponente" einen verallgemeinerten Ausdruck für eine Anzahl von verschiedenen Produkten, die in der Form geformt werden kön nen. Beispielsweise können Dichtungselemente, wie z. B. Dich tungen oder Dichtungspackungen, Teppich-Unterschichten, steife Verkleidungskomponenten oder auch Verbraucherartikel aus den Materialien geformt werden. Die vorliegende Erfindung bietet eine Möglichkeit, eine Reihe von Materialien unterschiedlicher Art mit einem relativ einfachen Verfahren zu formen.

Beispiel 1

Bei einem ersten Beispiel wurde Abfall von einer Polyurethan kern-Deckenverkleidung, der flexiblen und halbfesten Urethan schaum zusammen mit Glasfasern und anderen Nicht-Urethanmate rialien enthält, durch einen Shredder-Vorgang zu flockenförmi gem Material umgesetzt. Diese Materialien wurden dann in eine Form gebracht und bei einem Druck von 4,13 × 10⁶ Pa bis 8,27 × 10⁶ Pa (600 bis 1200 psi) und Temperaturen von 204°C bis 246°C (400°F bis 475°F) geformt, und zwar unter Verwen dung einer Vorschneiderpresse.

Die geformten Produkte zeigten physikalische Eigenschaften, die ähnlich denjenigen waren, die einen Anteil von 10% Binde mittel enthalten und mit einem Verfahren hergestellt werden, das in der US-PS 5 807 513 angegeben ist.

Beispiel 2

Ein mit Harz imprägnierter Faserabfall oder Shoddy-Abfall wurde mit einem Abfall aus flexiblem Sitzschaum gemischt. Der Sitzschaumabfall bestand aus flexiblen Polyurethanschäumen. Die Mischung wurde dann unter den gleichen Bedingungen ge formt, die im Beispiel 1 angegeben sind.

Dieses Experiment wurde zu Beginn mit einem Verhältnis von 25% Shoddy und 75% Schaumabfall durchgeführt. Die mechani schen Eigenschaften des resultierenden Produktes hängen stark von, den Härtungstemperaturen ab, wie z. B. der Temperatur, dem Druck und der Zeit. Das resultierende Produkt hatte jedoch wünschenswerte physikalische Eigenschaften.

Andere Beispiele

Andere Beispiele umfassen eine Veränderung des Verhältnisses zwischen dem Shoddy-Abfall und dem Schaumabfall bis zu 25% Schaumabfall und 75% Shoddy-Abfall. Wiederum wurden bei den Produkten Eigenschaften gefunden, die für verschiedene Anwen dungsfälle wünschenswert sind. Außerdem wurde Dolomit zusammen mit dem Schaumabfall verwendet. Die Beispiele wurden sowohl mit 25% Dolomit und 75% Dolomit durchgeführt. Wiederum wur den wünschenswerte physikalische Eigenschaften erzielt.

Auch steifer Polyurethanschaum und Shoddy-Material wurden zu einem Material mit Anteilen von 50% : 50% gemischt. Dieses Material zeigte nützliche Eigenschaften.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Wiederverwendung von Abfallmaterial bezieht, das einen signifikanten Anteil an Polyurethanschaum enthält. Der Polyurethanschaum wird als Bindemittel verwendet. Um dies zu erreichen, wird der Polyurethanschaum bei einer Temperatur und einem Druck mit solchen Werten geformt, daß seine Glas übergangstemperatur überschritten wird.

Es können andere Produkte in das flockenförmige Material aus Polyurethanschaum eingemischt werden. Es ist jedoch kein we sentlicher prozentualer Anteil von separatem Bindemittel ent halten. Die physikalischen Eigenschaften des resultierenden Produktes können auf einen gewünschten Anwendungszweck zuge schnitten werden, und ein Fachmann mit Erfahrung und Geschick in üblichem Ausmaß auf diesem Gebiet wird erkennen, wie ver schiedene Mischungen, Temperaturen, Drücke und Formzeiten alle gesteuert werden können, um ein gewünschtes Endprodukt zu er halten.

Man geht davon aus, daß der Polyurethanschaum ein Bindemittel bildet, da Wasserstoffbindungen in den harten Segmenten des Polymers unter hohen Temperaturen und hohen Drücken aufgebro chen werden. Das ist dann, wenn der Schaum seine Glasüber gangstemperatur überschreitet. Bei Polyurethanschäumen geschieht dies in den Bereichen von 4,13 × 10⁶ Pa bis 8,27 × 10⁶ Pa (600 bis 1200 psi) und 204°C bis 246°C (400°F bis 475°F).

Die Glasübergangstemperatur läßt sich aus Fachbüchern entneh men oder leicht bestimmen. Die Bindungen werden dann beim Ab kühlen wiederhergestellt. Einige chemische Umgruppierungen von polaren Gruppen in den harten Segmenten können ebenfalls unter den Bedingungen von hohem Scherdruck und entsprechenden Tempe raturen stattfinden.

Obwohl bevorzugte Ausführungsformen gemäß der Erfindung ange geben worden sind, ist für den Fachmann auf diesem Gebiet er sichtlich, daß bestimmte Modifizierungen ohne weiteres im Rah men der Erfindung liegen. Zu diesem Zweck sollten die nachste henden Ansprüche berücksichtigt werden, um den wahren Umfang und den Gehalt der Erfindung zu bestimmen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Produktes, das folgende Schritte aufweist:

a) Zerkleinern eines Abfallmaterials, das einen Po lyurethanschaum enthält, zur Herstellung eines flockenförmigen Materials, wobei die Teilchen des flockenförmigen Materials im allgemeinen eine Größe zwischen 6,35 mm bis 25,4 mm (0,25 bis 1,0 inch) haben; und
b) Formen des flockenförmigen Materials in einem Form körper bei hohem Druck und hoher Temperatur, ohne eine signifikante Menge eines separaten Bindemittels hinzuzufügen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem kein Bindemittel hinzugefügt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abfallmaterial ein Deckenverkleidungs-Abfallma terial ist, das Polyurethanschaum zusammen mit Schichten aus Nicht-Polyurethanmaterial enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die anderen Schichten Glasfasern enthalten.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abfallmaterial ein Polyurethan-Sitzschaum ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein zusätzliches Füllmaterial dem flockenförmigen Material hinzugefügt wird, bevor der Schritt der Formge bung erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Füllmaterial Abfall aus mit Harz imprägnierten Fasern enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Füllmaterial Dolomit enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der hohe Druck und die hohe Temperatur so gewählt werden, daß die Glasübergangstemperatur des Schaumes überschritten wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schaum ein steifer Schaum ist.

11. Komponente, hergestellt durch ein Verfahren, das folgende Schritte aufweist:

a) Umsetzen eines Abfallmaterials, das Polyurethan schaum enthält, zu einem flockenförmigen Material mit einer Teilchengröße von 6,35 mm bis 25,4 mm (0,25 bis 1,0 inch);
b) Einbringen des flockenförmigen Materials in eine Form, ohne ein separates Bindemittelmaterial hin zuzufügen; und
c) Formen des Materials bei einer hohen Temperatur und einem hohen Druck.

12. Verfahren zum Herstellen eines Produktes, das folgende Schritte aufweist:

a) Zerkleinern (Shreddern) eines Abfallmaterials, das einen Polyurethanschaum enthält, um ein flockenför miges Material zu bilden; und
b) Formen des flockenförmigen Materials in einem Form körper bei einer hohen Temperatur und einem hohen Druck, so daß die Glasübergangstemperatur des Schau mes überschritten wird, wobei dieser Schritt nicht die Hinzufügung einer signifikanten Menge eines se paraten Bindemittels umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei kein Bindemittel hinzugefügt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Abfallmaterial ein Deckenverkleidungs-Abfallma terial ist, das Polyurethanschaum zusammen mit Schichten aus Nicht-Polyurethanmaterial enthält.

15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die anderen Schichten Glasfasern enthalten.

16. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Abfallmaterial ein Polyurethan-Sitzschaum ist.

17. Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein zusätzliches Füllmaterial dem flockenförmigen Material hinzugefügt wird, bevor der Schritt des Formens durchgeführt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Füllmaterial ein Abfallmaterial aus mit Harz imprägnierten Fasern enthält.

19. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Füllmaterial Dolomit enthält.