DE19751442A1 - Verfahren zur Gewinnung von Polystyrol aus Polystyrol- oder polystyrolhaltigen Abfällen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Polystyrol aus Polystyrol- oder polystyrolhaltigen Abfällen, wie sie in allen Bereichen der Wirtschaft und in den Haushalten anfallen.

Kunststoffabfälle, wie sie in der Recyclingwirtschaft gesammelt werden, stellen häufig Gemische oft sehr verschiedener Kunststoffe dar. Inzwischen wurde eine ganze Reihe von Verfahren zur Aufbereitung solcher Kunststoffgemische entwickelt. Die wichtigste Rolle spielt die Auftrennung über die unterschiedlichen spezifischen Gewichte. Am bekanntesten sind Verfahren unter Anwendung von Wasser, in welchem eine Auftrennung in eine spezifisch leichtere Schwimmfraktion, die die Polyolefine enthält und eine spezifisch schwerere Sinkfraktion, die die anderen Kunststoffe, deren spezifisches Gewicht über 1 liegt, sowie Fremdbestandteile wie Metalle und Schmutz enthält. Diese Prinzip hat sich insbesondere für die Abtrennung von Polyolefinen aus Kunststoffgemischen vielfach bewährt.

Die in solchen Gemischen enthaltenen Polystyrolanteile gelangen entweder in Form von Schaumpolystyrol als Verunreinigung in die Polyolefinschicht oder bilden in ungeschäumter Form die aus einem sehr heterogenen Gemisch bestehende Sinkfraktion. Eine separate Isolierung des Polystyrols kann somit auf diesem Wege nicht erreicht werden.

In der Patentliteratur werden weiterhin vielfach Verfahren beschrieben, die eine Trennung von Kunststoffen nach ihrer unterschiedlichen Löslichkeit in bestimmten Lösungsmitteln zum Inhalt haben.

So wird in der DE-OS 40 09 496 ein Verfahren zur Gewinnung von Kunststoffen und Werkstoffen nach erfolgter Trennung sortenrein aus Gemischen, Kombinationen und Verbunden von Kunststoffen mit Kunststoffen und/oder anderen Werkstoffen beschrieben, bei dem diese mit einem organischen Lösemittel behandelt werden, wobei ein oder mehrere Kunststoffe aufquellen oder Stoffe herausgelöst werden, wodurch eine Schrumpfung und somit eine Trennung eines Verbundes erfolgt. Gleichzeitig können andere Kunststoffe und/oder Verunreinigungen vom gleichen Lösungsmittel gelöst und getrennt aufbereitet werden.

In der DE-PS 26 39 864 wird ein Verfahren zur Aufarbeitung eines Gemisches aus Hochpolymerabfällen, bestehend aus polyolefinischen, polystyrolischen, Polyvinylchlorid-, wärmehärtenden und natürlichen Hochpolymeren unter Fraktionierung aufgrund unterschiedlicher Löslichkeiten in verschiedenen organischen Lösungsmitteln beschrieben, bei dem jedes der verwendeten Lösungsmittel Wasser, einen Alkohol, eine anorganische Säure, eine organische Säure, eine anorganische Alkaliverbindung oder eine organische basische Verbindung, jeweils allein oder in Kombination zweier oder mehrerer dieser Verbindungen enthält.

Die DE-PS 42 14 527 beschreibt ein Verfahren zur Aufbereitung von Verpackungsmaterialien, die ein oder mehrere synthetische Polymere enthalten. Dabei wird der Polymeranteil in einem Lösungsmittel aus aliphatischen, naphthenischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen oder deren Mischungen, wie sie als Siedefraktion der primären und sekundären Erdölverarbeitung entstehen und deren Siedegrenzen zwischen 40 und 340°C liegen, bei Temperaturen zwischen 0 und 340°C unter Bildung eines flüssigen Gemisches aus Kohlenwasserstoffen unterschiedlicher Struktur und Molekülmasse gelöst und nicht lösliche Verpackungsbestandteile abgetrennt. Das anfallende flüssige Gemisch aus Lösungsmittel und gelösten Polymeranteilen sowie weiteren gelösten Verunreinigungen wird anschließend einer thermischen Spaltung zur Herstellung von Produkten mit Monomerencharakter unterzogen.

Die Extraktion von Polystyrol aus Abfällen mittels flüssigem SO₂ wird in DE-OS 28 11 203 beschrieben. Es bilden sich zwei Schichten. Eine obere aus Polystyrol und SO₂ bestehende Schicht und eine untere Schicht, die nur aus SO₂ besteht.

Nach DE-OS 195 05 776 werden für das Auflösen geschäumter Polystyrolabfälle ausgewählte natürliche Pflanzenöle eingesetzt.

DE-OS 41 19 930 beansprucht die Beseitigung und Wiederverwendung von geschäumtem Polystyrol durch Auflösen in Lösungsmitteln.

In DE-OS 43 07 677 wird das Auflösen von Polystyrolabfällen in organischen Lösungsmitteln, zum Beispiel in Estern, Ketonen beziehungsweise deren Gemischen mit Glykolethern, Glycoletheracetaten und/oder Kohlenwasserstoffen beschrieben, wobei die Reinigung der Lösung durch konventionelle Siebmethoden erfolgt.

Allen diesen nach dem Stand der Technik bekannten Löseverfahren ist gemeinsam, daß die Gewinnung des Polystyrols in der Regel durch eine völlige Auflösung und anschließendes Ausflocken oder Eindampfen der Lösung erfolgt. Hierfür werden relativ teure Lösungsmittel und vielfach ein hoher apparativer Aufwand benötigt, wodurch eine wirtschaftliche Ausführung dieser Verfahren nicht oder nur ungenügend möglich ist.

Von der Anmelderin wurde in der Patentanmeldung 196 53 076.8 bereits ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem polyolefinhaltige Kunststoffgemische oder polyolefinhaltige Abfälle in einer ersten Verfahrensstufe mittels einer oberhalb 90°C siedenden Kohlenwasserstofffraktion des Benzin- oder Dieselkraftstoff-Bereiches unter Erwärmen auf Temperaturen zwischen 90°C und dem Siedebereich der Kohlenwasserstofffraktion extrahiert werden, in einer zweiten Verfahrensstufe die erhaltene heiße primäre Polyolefinlösung nach Abtrennung des Extraktionsrückstandes einer adsorptiven Behandlung unterzogen wird und anschließend die Polyolefine durch Kühlung abgeschieden werden.

Diese Verfahrensweise ermöglicht die Abtrennung von Polyolefinen auch aus polystyrolhaltigen Kunststoffgemischen, wobei aus den zurückbleibenden Kunststoffen das Polystyrol nach dem Stand der Technik isoliert werden kann, ist aber primär nur zur Gewinnung von Polyolefinen geeignet, jedoch nicht zur gezielten Abtrennung von Polystyrol. Bei dieser Verfahrensweise zeigt sich aber auch, daß das Polystyrol in den verwendeten alkanreichen Lösungsmitteln bei Temperaturen oberhalb etwa 50°C unter Lösungsmittelaufnahme stark anquillt und sich in eine zähflüssige Masse umwandelt, die sich teils am Boden der verwendeten Gefäßes absetzt und teils zu einem Verkleben der ungelösten Bestandteile untereinander führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Isolierung des Polystyrols aus Polystyrol- oder polystyrolhaltigen Abfällen zu entwickeln, das ohne Verwendung eines bei Normaltemperatur wirksamen Polystyrollösungsmittels auskommt und das die Neigung des Polystyrols zur Bildung angequollener Massen ausnutzt bei weitgehender Vermeidung der Bildung von Anhaftungen an der Apparatur und an den im Lösungsmittel unlöslichen anderen Inhaltsstoffen der Abfälle.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem die Abfälle mit der organischen Phase eines aus paraffinreichen Lösungsmitteln, wie Fraktionen des Benzin- oder DK-Bereiches, und Wasser bestehenden 2-Phasensystem bei Temperaturen zwischen 50 und 100°C in Kontakt gebracht werden und die dabei entstehende viskose, im Vergleich zum Lösungsmittel spezifisch schwerere Polystyrol-Lösungsmittel-Masse über ein siebartiges Filter sowohl vom Lösungsmittel und den darin gelösten als auch von den im Lösungsmittel unlöslichen Anteilen der eingesetzten Abfälle abgetrennt wird und sich an der Phasengrenzfläche zum Wasser ansammelt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden den Abfällen anhaftende spezifisch schwere feinkörnige Bestandteile wie Schmutz- und Sandpartikel, entsprechend der Maschenweite des siebartigen Filters abgetrennt und sammeln sich am Boden der wäßrigen Phase an.

Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung wird die lösungsmittelhaltige Polystyrolmasse einem Verdampfer zugeführt, in welchem die Lösungsmittelanteile unter Normaldruck oder unter vermindertem Druck abgetrieben werden können. Zweckmäßig wird anschließend das geschmolzene Polystyrol zur Herstellung eines gut konfektionierbaren Materials einer Granuliervorrichtung zugeführt.

Gegenüber den nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren verfügt das erfindungsgemäße Verfahren über eine ganze Reihe von Vorzugen. So wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Abtrennung des Polystyrols mittels relativ billiger, in großen Mengen auf dem Markt befindlicher Lösungsmittel ermöglicht. Dadurch, daß nur ein Anquellen des Polystyrols erfolgt, wird der Lösungsmittelbedarf gegenüber Verfahren, die eine vollständige Lösung dieses Kunststoffs beinhalten, deutlich verringert. Durch die Anwendung des 2-Phasensystems wird erreicht, daß sich die lösungsmittelhaltige Polystyrolmasse auf der Wasseroberfläche ansammelt, wodurch ein Anhaften der klebrigen Masse am Boden der verwendeten Apparatur vermieden werden kann. Durch die Verwendung der siebartigen Vorrichtung wird eine Abtrennung des Polystyrols von den sonstigen in den Abfällen enthaltenen Kunststoffen und Fremdbestandteilen erreicht und eine Verklebung dieser Bestandteile verhindert oder zumindest abgemildert. In den Abfällen enthaltene spezifisch schwere Feinbestandteile wie Sand und dergleichen, die durch die verwendete siebartige Vorrichtung hindurchfallen, sammeln sich am Boden der wäßrigen Phase als gesonderte Fraktion an und können separat abgetrennt werden.

Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert.

• 1. Für die Versuche wurde ein mit einem siebartigen Zwischenboden ausgestattetes Gefäß verwendet. In das Gefäß wurde am Boden eine Schicht aus 100 g Wasser und darüber eine Schicht aus 200 g Testbenzin so eingebracht, daß sich der Siebboden in der Testbenzinschicht befand. In den oberen Teil des Gefäßes wurden 10 g eines Gemisches aus gleichen Anteilen festem Polystyrol und hart-PVC gegeben und der gesamte Gefäßinhalt unter langsamem Rühren auf 70°C erhitzt. Das Polystyrol wurde dabei soweit angequollen, daß es durch das Sieb hindurch gelangte und sich auf der Wasseroberfläche ansammelte. Nach 2 Stunden wurde der Versuch abgebrochen. Es zeigte sich, daß das PVC auf dem Siebboden zurückgeblieben war. Das benzinhaltige Polystyrol wurde aus dem Gefäß entnommen und durch mehrtägiges Liegenlassen unter Raumbedingungen getrocknet. Das Polystyrol wurde dabei in Form eines leicht schwammigen Kuchens gewonnen.
• 2. Zunächst wurde eine DSD-Mischfraktion im Wasserbad in Sink- und Schwimmfraktion getrennt. Danach wurden eine Mischung von 8 g der Sinkfraktion und 2 g Polystyrol in die in Beispiel 1 beschriebene Apparatur eingebracht und gemeinsam mit 200 g Testbenzin und 100 g Wasser unter langsamem Rühren auf 98°C erhitzt. Das angequollene Polystyrol trennte sich von den übrigen Inhaltsstoffen des Zylinders und sammelte sich auf der Wasserschicht an. Nach der Entnahme aus dem Gefäß wurde der Polystyrolkuchen auf einem Infrarotstrahler aufgeschmolzen. Das Polystyrol wurde nach dem Erkalten als eine glasartige Masse gewonnen.
• 3. In die in Beispiel 1 beschriebene Apparatur wurden 200 g Testbenzin und 100 g Wasser eingebracht und auf 60°C erhitzt. Auf die Testbenzinoberfläche wurden in Portionen zu je 2 bis 4 g insgesamt 100 g verunreinigte Polystyrolschaumabfälle eingetragen. Die Schaumstruktur wurde dabei sofort zerstört und es bildete sich eine viskose Polystyrol- Testbenzin-Masse aus, die durch den Siebboden bis auf die Wasseroberfläche gelangte. Auf dem Siebboden blieben die an den Abfällen anhaftenden Verunreinigungen wie Klebebandreste und dergleichen zurück. Am Boden der wäßrigen Phase sammelten sich die an den Abfällen enthaltenen feinkörnigen Schmutzbesandteile an. Die polystyrolische Schicht wurde entnommen und wie in Beispiel 2 getrocknet.

Claims (4)

1. Verfahren zur Gewinnung von Polystyrol aus Polystyrol- oder polystyrolhaltigen Abfällen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Abfälle mit der organischen Phase eines aus paraffinreichen Lösungsmitteln, wie Fraktionen des Benzin- oder DK-Bereiches, und Wasser bestehenden 2-Phasensystem bei Temperaturen zwischen 50 und 100°C in Kontakt gebracht werden und die dabei entstehende viskose, im Vergleich zum Lösungsmittel spezifisch schwerere Polystyrol-Lösungsmittel-Masse über ein siebartiges Filter sowohl vom Lösungsmittel und den darin gelösten als auch von den im Lösungsmittel unlöslichen Anteilen der eingesetzten Abfälle abgetrennt und an der Phasengrenze zum Wasser angesammelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Abfällen enthaltene spezifisch schwere feinkörnige Fremdbestandteile durch das siebartige Filter abgetrennt und am Boden der wäßrigen Phase als separate Fraktion angesammelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lösungsmittelhaltige Polystyrolmasse einem Verdampfer zugeführt wird, in welchem die Lösungsmittelanteile unter Normaldruck oder unter vermindertem Druck abgetrieben werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Polystyrol einer Granuliervorrichtung zugeführt wird.