DE2632775B2

DE2632775B2 - Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus unterschiedlichen thermoplastischen Polymeren

Info

Publication number: DE2632775B2
Application number: DE2632775A
Authority: DE
Inventors: Georges Arthur Rodolf Prof. Hemelveerdegem Patfoort (Belgien)
Original assignee: Fabrique Nationale Herstal Sa Herstal-Lez-Liege (belgien)
Current assignee: Fabrique Nationale Herstal Sa Herstal-Lez-Liege (belgien)
Priority date: 1975-09-18
Filing date: 1976-07-21
Publication date: 1979-05-17
Also published as: ZA764485B; SE7609269L; DE2632775A1; CA1084194A; BE833543A; NL7607963A; IT1070063B; FR2324430B3; BR7606131A; JPS5238573A; GB1548978A; FR2324430A1; JPS5335103B2; AU1712076A; CH602837A5; FI762150A7

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus unterschiedlichen, als Abfall vorliegenden thermoplastischen Polymeren, die zu Granulat oder Spänen zerkleinert und in einem Extruder gemischt und aufbereitet werden, in dem die Mischung in einen flüssigen Zustand gebracht wird, aus dem anschließend die Gegenstände geformt werden.

Es ist bekannt, Kunststoffabfälle aus Polyvinylchlorid, Hochdruckpolyäthylen und Polystyrol zu einem Kunststoffprodukt zu verarbeiten, das nach dem Austritt aus einem Extruder granuliert wird (vgl. »Kunststoffe«, Bd. 63, 1973, Heft 2, Seite 93). Das so hergestellte Granulat kann zwar für bestimmte Zwecke verwendet werden, besitzt aber eine verhältnismäßig geringe Festigkeit.

Ferner ist es bekannt, Kunststoffabfälle ohne Sortierung gemeinsam unter Zugabe eines Treibmittels zu verarbeiten, so daß ein Schaumstoff entsteht, der auch eine so geringe Festigkeit besitzt, daß er nur als Zuschlagstoff oder zur Bodenverbesserung verwendet werden kann (DE-OS 21 30 562).

Die meisten der in der Praxis anfallenden Kunststoffabfälle bestehen aus PVC, PE und PS. Bisher ging man davon aus, daß derartige Kunststoffabfall sich, abgesehen von den aufgezeigten Möglichkeiten, kaum gemeinsam zu Gegenständen hinreichender Festigkeit verarbeiten lassen, es sei denn, die Kunststoffabfälle werdep sortiert und dann gesondert verarbeitet (DE-AS 21 41 437).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, mit dem sich Gegenstände verbesserter Festigkeit herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Verfahren dadurch gelöst, daß die Mischung weniger als 15 Sekunden im flüssigen Zustand gehalten wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man Gegenstände aus Kunststoffabfällen, die eine erheblich bessere Festigkeit besitzen. Diese im Vergleich zum Stand der Technik günstigeren mechanischen Eigenschaften lassen sich vermutlich darauf zurückführen, daß bei der Dispersion und schnellen Abkühlung eine kontinuierliche Phase und eine darin fein dispergierte Phase entstehen, deren weitere Mischung durch die schnelle Abkühlung unterbunden wird.

Eine für den Einsatz des Verfahrens gemäß der Erfindung besonders geeignete Vorrichtung besteht aus einem Piastiziergerät, das aus einer geriffelten Hülse gebildet ist, in der sich eine kurze Schraube dreht, die vorn mit einem glatten Zylinder endet, dessen ebene Stirnfläche dem festen Ende der Hülse gegenüber und in kurzer Entfernung von derselben liegt. Der von der Stirnfläche und dem feststehenden Ende begrenzte Raum bildet eine Scherzone. Eine thermische Schranke ist zwischen der Schraube und dem obengenannten glatten Zylinder vorgesehen. Ein Piastiziergerät dieser Art ist beispielsweise in den belgischen Patenten 53 152 und 7 65 763 desselben Antragstellers beschrieben.

Ein solches Plastifiziergerät muß, um die Durchführung des Verfahrens der Erfindung zu ermöglichen, obligatorisch so ausgelegt sein, daß es gleichzeitig die folgenden morphologischen und/oder Funktionsmerkmale aufweist:

1. Tiefe Schraubenrillen aufweisen für die Aufnahme des Granulats, das je nach den Stoffen oder der Zerkleinerung uneinheitliche Formen und Größen sowie eventuell verschiedene, in den Abfällen enthaltene Reste aufweisen kann wie Etiketten, Rückstände von Metallkapseln usw.

2. Um einen konstanten, hohen Druck zu gewährleisten, muß dieser unvermeidlich auf festem und nicht auf flüssigem Stoff verwirklicht werden, wie es der Fall ist in der traditionellen Strangpresse, wo der erzeugte Druck von den Viskositätsschwankungen im flüssigen Zustand abhängig ist und wo die Unterschiede in der Zusammensetzung des flüssigen Materials Druckschwankungen hervorrufen wurden. Um eine konstante Länge der Druckzone zu gewährleisten, muß diese durch eine thermische Abschirmung von der Plastizierzone getrennt sein.

3. Die Hülse muß mit Rillen versehen sein, um das Drehen des festen Stoffes mit der Schraube zu vermeiden und einen hohen Druck auf festen Stoff zu gewährleisten.

4. Die Druckzone, d. h. die Schraube, wo der Stoff fest ist, muß kurz sein, um eine verfrühte Verflüssigung zu vermeiden. Das Verhältnis Länge/Durchmesser der Schraube wird daher in der Größenordnung von 4/1 bis 6/1 sein.

5. Eine zylindrische Vorplastizierungszone und eine Scherzone mit Scheibe enthalten, die das Material ?u einer rechtwinkligen Richtungsänderung zwingt und eine intersive innere Erwärmung verursacht, wobei gleichzeitig eine sehr dispergierte Vermischung in der Scherzone verursacht wird.

6. Da diese Maschine adiabatisch und die Zusammensetzung der Mischung nicht homogen ist, ist es unerläßlich, daß jedes Teilchen innerhalb des Stoffes selbst die für das Schmelzen des betreffenden Teilchens erforderliche Wärmemenge erzeuge, wobei diese Wärmemenge örtlich automatisch entsprechend den physikalischen Charakteristiken des Stoffes an der betreffenden Stelle bestimmt wird. Die an den einzelnen Stellen erzeugte Wärmemenge nimmt verhältnismäßig mit der abnehmenden Viskosität ab. wouei die bei einer gegebenen Temperatur viskoseren Teilchen durch Scherkraft und Reibung mehr Wärme bekommen

als die flüssigeren Teilchen, wodurch die für das Fließpressen erforderliche thermische Homogenität automatisch hergestellt wird.
7. Eine äußerst kurze Standzeit (weniger als 15 Sekunden, z. B. in der Größenordnung von 5 Sekunden) des Stoffes im geschmolzenen Zustand haben, um jede thermische Beanspruchung maximal zu vermeiden. Diese Beanspruchungen können in der Bildung von Verbindungen aus drei Gründen wichtig sein: Die Extrusionstemperatur richtet sich nach der Temperatur des Materials der Mischung, das die höchste Aufweichtemperatur hat; die Mischung enthält oft Rückgewinnungsstoffe, die eine sehr belastete thermische Geschichte haben; die Rückgewinnungsmischungen enthalten oft PVC, ein Stoff, der als leicht verfallbar bei niedrigen Temperaturen als denen erkannt ist, die gewisse andere Bestandteile der Mischung erfordern.
Ein so ausgelegtes Piastiziergerät ermöglicht es, den die Mischung bildenden Stoffen die für die Verwirklichung einer feinen Dispersion thermodynamisch notwendige Energie zu verleihen mit einem Mindestmaß an thermischen Beanspruchungen, dann diesen Stoff in einem kinetisch verschlossenen metastabilen Zustand erstarren zu lassen.

Nur zur Sllustrierung werden nachstehend zwei Beispiele des Einsatzes der Erfindung beschrieben:

Beispiel 1

lu Zweigliedrige Verbindungen wurden mit Mischungen von zwei 15 Minuten lang homogenisierten Polymeren zubereitet Die Mischung wurde anschließend mit Hilfe eines mit einem flachen Extruderstück ausgerüsteten Piastiziergerätes mit kurzer Schraube extrudiert. Die

is Drehzahl der Schraube wurde bei 150 Umdrehungen/ Minute gehalten, während die Temperatur des Eisenspaltes (Entfernung zwischen Platten: 1,7 mm) 200⁰C erreichte. Die beiden benutzten Polymeren hatten folgende Charakteristiken:

20

Schmelzzahl Dichte

(nach DIN 53 755) (nach DIN 53 479) Aufweichtemperatur

Polyäthylen
Polystyrol-Stoß

03 g/10 min
2,2

0322 g/cm» 1,05

Proben (nach ASTM D412-68) wurden von den Streifen entnommen und Zugversuchen mit einer Geschwindigkeit von 0,5 cm/min unterworfen. Die Labortemperatur betrug 23+ 1°C, während die relative Luftfeuchtigkeit bei G0±5% gehalten wurde. Die erzielten Ergebnisse sind in nachstehender Tabelle zusammengefaßt. Die angegebenen Ergebnisse sind die Durchschnittswerte von 10 Versuchen. Dr beobachtete Streuung um die Durchschnittswerte war gering, was auf eine gute Homogenität der erhaltenen Verbindungen schließen läßt.

109° (nach DlN 53 480)
90° (nach DIN 53 460 Methode)

Beispiel 2

Zusammensetzung der
Mischung in %

Polyäthylen Polystyrol

100 0

80 20

60 40

40 60

20 80

0 100

— R ist die Bruchbeanspruchung in kg/mm²

— E ist der Elastizitätsmodul in kg/mm²

— Λ versinnbildlicht die Bruchdehnung in %.

1,44	22,9	439.5
0,74	25,2	19,53
0,59	43,0	8,09
0,67	68,4	4,57
0,82	88.1	4,40
1,86	138,8	34,60

Aus einem städtischen Müllager wurden Kunststoffabfälle gesammelt, zerkleinert, homogenisiert, gewaschen und getrocknet. Die erhaltene Mischung bestand zu 60% aus Polyäthylen, zu 20% aus Polyvinylchlorid und zu 10% aus Polystyrol, der Rest bestand aus verschiedenen thermoplastischen Stoffen. Die Mischung wurde mit Hilfe eines mit einem zylinderförmigen Extruderstück versehenen Piastiziergerätes mit kurzer Schraube extrudiert und anschließend wurde der extrude Wulst granuliert. Die so zubereitete Verbindung wurde dann mit einer traditionellen Maschine in eine Form gespritzt, womit eine Stange von 40 cm Durchmesser erreicht werden konnte. Die so bearbeiteten Teile hatten ein völlig befriedigendes Aussehen; ihre mechanischen Charakteristiken sind in folgender Tabelle zusammengefaßt:

Zugbruchbeanspruchung

Elastizitätsmodul

Bruchdehnung

2,0 kg/mm²
102 kg/mm²
6,1%

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren 2ur Herstellung von Gegenständen aus unterschiedlichen, als Abfall vorliegenden thermoplastischen Polymeren, die zu Granulat oder Spänen zerkleinert und in einem Extruder gemischt und aufbereitet werden, in dem die Mischung in einen flüssigen Zustand gebracht wird, aus dem anschließend die Gegenstände geformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung weniger als 15 Sekunden im flüssigen Zustand gehalten wird

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung im festen Zustand unterhalb der Plastifizierungstemperatur verdichtet und dann in eine Scherzone überführt wird, in der sie bei gleichzeitiger Dispersion durch Schubkräfte verflüssigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung weniger als IO Sekunden im flüssigen Zustand gehalten wird.