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Dokumentenidentifikation DE19502126A1 14.03.1996
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Verpackungsformteilen aus Polystyrol
Anmelder Lokken GmbH, 77743 Neuried, DE
Erfinder Lokken, Heinz-Peter, 77743 Neuried, DE
Vertreter Hiebsch und Kollegen, 78224 Singen
DE-Anmeldedatum 24.01.1995
DE-Aktenzeichen 19502126
Offenlegungstag 14.03.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.03.1996
IPC-Hauptklasse B29B 11/02
IPC-Nebenklasse B29B 13/06   B29B 17/00   
IPC additional class // B29K 25:00,105:04  
Zusammenfassung Bei einem Verfahren zum Bearbeiten von Verpackungsformteilen aus expandierfähigem Polystyrol, das mit einem Treibmittel aufgeschäumt ist, werden diese auf eine Granulatgröße von unter 25 mm zerkleinert, und das Granulat (36) wird einem Flüssigkeitsbad (20) aus mit einem Zusatz aus Borsäure bzw. Borsalz und/oder borsaurem Natron und/oder Calciumborat versetztem Wasser aufgegeben, durch welches das Granulat (36) bei einer Betriebstemperatur von etwa 40° bis 130°C - bevorzugt 80° bis 110° - geführt und anschließend getrocknet wird. Dabei wird ein in eine Strömungsrichtung (x) fließendes Flüssigkeitsbad (20) mit einem Verhältnis von Wasser zu Zusatz von 7 : 1 bis 4 : 1, insbesondere 6 : 1, eingesetzt.
Als Vorrichtung dient ein Becken (10) für das temperierte Flüssigkeitsbad (20), wenigstens eine in dieses eintauchende bewegte Fläche (17, 18) o. dgl. Leiteinrichtung sowie ein in das Flüssigkeitsbad eingreifendes Austragsorgan (38) am Beckenende (22).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Verpackungsformteilen aus expandierfähigem Polystyrol (EPS) das mit einem Treibmittel aufgeschäumt ist. Zudem erfaßt die Erfindung eine für dieses Verfahren geeignete Vorrichtung.

Verpackungsformteile dieser Art aus treibmittelhaltigen Styrolpolymerisaten bzw. -copolymerisaten sind beispielsweise unter dem Handelsnamen Styropor im Handel; letzterer ist ein eingetragenes Warenzeichen der BASF AG für expandierfähiges Polystyrol (EPS). Außer im Bauwesen als Wärmedämmstoff oder gegen Trittschall werden derartige Werkstoffe vor allem als Verpackungshüllen eingesetzt, welche dem Verpackungsgut formschlüssig angepaßt werden können. Insbesondere in dieser Verwendungsform hat sich der Nachteil ergeben, daß zunehmend Berge von Abfallprodukten aus derartigen Verpackungshüllen anfallen, welche als Sondermüll zu behandeln sind; denn diese Verpackungshüllen sind leicht entflammbar und infolgedessen für eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten nicht geeignet. Anderseits verpflichtet die Verpackungsverordnung vom 12. Juni 1991 Hersteller, Abfüller und Handel zur Rücknahme und umweltgerechten Verwertung der in den Verkehr gebrachten Verpackungen, weshalb schon seit langem nach einer günstigen Weiterverwendung der eingangs erwähnten Verpackungsmaterialien gesucht wird.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine Lösung des vorstehend erörternden Problems anzubieten.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Patentanspruches; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildungen an.

Erfindungsgemäß werden die Verpackungsformteile auf eine Granulatgröße von höchstens 25 mm zerkleinert, dann wird das Granulat einem Flüssigkeitsbad aus mit einem Zusatz aus Borsäure bzw. Borsalz und/oder borsaurem Natron versetztem Wasser aufgegeben, durch welches das Granulat bei einer Betriebstemperatur zwischen etwa 40 bis 130°C geführt und anschließend getrocknet wird. Die bevorzugte Betriebstemperatur liegt dabei zwischen 800 und 110°C. Als Zusatz kann auch Calciumborat oder ein entsprechend wirkendes Mittel eingeleitet werden, insbesondere Colemanit in einer Zusammensetzung nach Patentanspruch 6.

Die Granulatpartikel werden während des Baddurchganges von der Flüssigkeit des Flüssigkeitsbades durchsetzt, deren Zusammensetzung diese Granulatpartikel von ihrer negativen Eigenschaft leichter Entflammbarkeit befreit und als Isolierstoff erhalten läßt. Als günstig hat sich ein Verhältnis von Wasser zu Borsäure von 7 : 1 bis 4 : 1 - insbesondere 6 : 1 - erwiesen unter bevorzugter Zugabe von Dinatriumtetraborat von etwa der halben Borsäuremenge. Die eingesetzte Borsäure und der genannte Anteil an Dinatriumtetraborat heben den Flammpunkt der Granulatpartikel an.

Die Flüssigkeit dringt in die Partikel bei der beschriebenen erhöhten Temperatur ein; durch Versuche hat sich ergeben, daß bei dieser Temperatur - insbesondere zwischen 800 und 110°C - der Werkstoff weich zu werden beginnt, was die Aufnahme der Flüssigkeit erheblich begünstigt. Daß bei etwa 100 bis 130°C die Borsäure - B (OH)&sub3; - Wasser verliert und in Metaborsäure - (HBO&sub2;) - übergeht, begünstigt diesen Vorgang. So ist es auch möglich, anstelle der Borsäure eine entsprechende Menge von borsauren Salzen einzusetzen.

Da das Durchdringungsmaß der Badflüssigkeit bezüglich der Granulatpartikel auch von der Verweildauer im Flüssigkeitsbad abhängt, hat sich für dieses eine Länge von etwa 400 bis 20000 cm - vorteilhafterweise 800 bis 2000 cm - bei einer Operationsgeschwindigkeit im Schrittempo als günstig erwiesen. Das Flüssigkeitsbad selbst ist bewegt, und das Granulat wird in Strömungsrichtung geführt; am Badende wird das Flüssigkeitsbad in Rohre geleitet und zum Badanfang zurückgepumpt.

Als günstig hat es sich auch erwiesen, daß das Flüssigkeitsbad quer zur Strömungsrichtung von Blasluft durchsetzt wird, bevorzugt in i.w. vertikaler Richtung.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die auf der Badoberfläche schwimmenden Granulatpartikel durch in das Bad eintauchende bewegte Flächen od. dgl. Leiteinrichtungen eingetaucht, wobei beispielsweise eine Mehrzahl von Paddelflächen hintereinandergeschaltet sein kann.

Statt des horizontalen Flusses in einem langgestreckten Becken kann für geringe Verarbeitungsmengen ausreichen, diese einmal vertikal in das Bad zu tauchen und in geringer Verweildauer darin zu belassen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt im Rahmen der Erfindung ein Becken für das temperierte Flüssigkeitsbad, in dieses in Strömungsrichtung eintauchende Flächen od. dgl. Leitelemente sowie ein in das Flüssigkeitsbad eingreifendes Austragsorgan am Beckenende.

Bevorzugt als Leitelemente werden Paddelflächen als Teile von radartigen Paddelwerken, von deren horizontalen Achsen die Paddelflächen schaufelartig radial abragen.

Erfindungsgemäß ist das Becken mit Rückpumpleitungen versehen, welche die endwärtige Stirnfläche des Beckens mit dessen Frontquerwand verbinden und für die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit sorgen. Letztere ist über die Pumpen einstellbar.

Im Becken befinden sich zudem - bevorzugt auf dessen Boden - Luftleitungen mit einstellbaren Düsen für die oben erwähnten Luftstrahlen.

Von Bedeutung ist zudem, daß das Austragsorgan, welches einends in das Flüssigkeitsbad eintaucht, ein bewegtes Siebelement ist; während des Fördervorganges des Granulates aus dem Flüssigkeitsbad kann mitgenommene Flüssigkeit abtropfen. Dieser Trocknungsvorgang wird unterstützt durch eine Lufttrocknung, der das Granulat - bevorzugt während des Fördervorganges - unterzogen wird.

Es entsteht dank des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner Vorrichtung aus dem Verpackungsabfall ein ohne weiteres wiederverwendbares Granulat guter Flammfestigkeit und hohen Dämmwertes, welches vor allem in der Bauindustrie zum Hinterfüllen von Hohlräumen aller Art eingesetzt zu werden vermag.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1: eine geschnittene Seitenansicht einer Aufbereitungsvorrichtung für Granulat;

Fig. 2: die Draufsicht auf die Aufbereitungsvorrichtung.

In einem wärmeisolierten Becken 10 einer Breite a von beispielsweise 2 m sowie einer Länge n von hier 10 m sind auf dessen Seitenwänden 12 an Querachsen 14 Paddelwerke 16 mit radialen Paddelflächen 18 vorgesehen; diese den Schaufeln alter Raddampfer ähnlichen Paddelwerke 16 werden in Fig. 1 im Uhrzeigersinn angetrieben.

In geringem Abstand h zu den Querachsen 14 verläuft unterhalb deren der Badspiegel 19 eines in Pfeilrichtung x strömenden Flüssigkeitsbades 20, in welches jene Paddelflächen 16 beim Drehen der Paddelwerke 14 um ihre Querachsen 12 eintauchen. Die Flüssigkeit wird an der in Strömungsrichtung x hinteren Querwand 22 des Beckens 10 durch Flankenleitungen 24 abgezogen und zur Frontwand 23 des Beckens 10 durch steuerbare Pumpen 25 gepumpt, um an der Frontwand 23 wieder in das Flüssigkeitsbad 20 eingeleitet zu werden. Zudem verlaufen auf dem Beckenboden 26 Luftleitungen 28 mit aufwärts gerichteten Austragsdüsen 30.

Über einen an der Frontwand 23 vorgesehenen Einlauftrichter 32 mit die Beckenbreite a durchgreifendem untergebautem Austragsbalken 34 wird dem Flüssigkeitsbad 20 zu behandelndes Granulat 36 einer Korngröße < 25 mm zugeführt. Dieses Granulat 36 ist vor dem Becken 10 aus Verpackungsabfall gebrochen worden, dessen Formteile aus expandierbarem, mit Kohlenwasserstoffen - beispielsweise Pentan - als Treibmittel aufgeschäumtem Polystyrol (EPS), hergestellt sind. Das Flüssigkeitsbad 20 besteht aus Wasser mit einer Beimischung von Borsäure - oder Borsalz - in einem Verhältnis von etwa 6 : 1 sowie von Borax, dessen Menge etwa der Hälfte des Borsalzes entspricht. So wird beispielsweise 1 Tonne Borsäure raff. gran. in 5000 bis 6000 l Wasser aufgelöst, dieser Lösung werden 500 kg Borax zugegeben.

Statt der Borsäure bzw. des Borax kann auch Calciumborat eingesetzt werden oder eine Colemanit-Mischung eines Granulates von 150 Mikron etwa folgender Zusammensetzung:

B&sub2;O&sub3; 40,- % Fe&sub2;O&sub3; 0,13% CaO 27,- % Al&sub2;O&sub3; 0,40% SiO&sub2; 4,80% MgO 1,81% Na&sub2;O + K&sub2;O 0,70% SO&sub3; 0,36% As&sub2;O&sub3; 43 ppm


Das aufschwimmende Granulat 36 wird durch die aufeinanderfolgenden Paddelflächen 18 in das strömende - und mit Luftblasen durchsetzte - Flüssigkeitsbad 20 gedrückt. Es kann dort von zusätzlichen, querschnittlich leicht nach außen gekrümmten Druckflächen 17 unter dem Badspiegel 19 gehalten werden; diese - in Fig. 1 am linken Paddelwerk 16 angedeuteten - Druckflächen 17 verlaufen parallel zur Querachse 14 und sind in Drehrichtung des Paddelwerkes leicht zu dessen Außenumfang hin verstellt.

Das Flüssigkeitsbad ist durch nicht dargestellte Heizelemente temperiert; das Flüssigkeitsbad 20 der Betriebstemperatur von etwa 800 bis 100°C schließt die Granulatpartikel etwa an deren Erweichungs- oder Duktilitätsgrenze auf und dringt in diese Partikel ein.

Bei einer nicht dargestellen Ausführung kann statt der Paddelwerke 16 etwa spiegelparallel ein Förderband umlaufen und das aufschwimmende Granulat 36 nach unten drücken.

An der hinteren Beckenquerwand 22 laufen die dann getränkten Partikel auf das Obertrum 38h eines endlosen Förderbandes 38 auf, dessen Breite jener des Beckens 10 entspricht und das zwischen einer - unterhalb des Badspiegels 19 befindlichen - unteren Umlenkrolle 40 und einer oberen Antriebsrolle 42 in einem Neigungswinkel w von etwa 45° - mit aufwärts laufendem Obertrum 38h - gespannt ist.

Es handelt sich um ein wasserdurchlässiges Gewebeband mit von dessen Fläche aufragenden rollenparallelen Mitnehmerstegen 44, welches ein Abtropfen der mitgeführten Badflüssigkeit ermöglicht. Über dem Obertrum 38h befindet sich ein Trocknungsgebläse 46, dank dessen die getränkten Granulatpartikel in getrocknetem Zustand über den oberen Bandkopf 39 in einen Auffangbehälter 48 gelangen.

Aus zerkleinerten Schaumstoffabfällen als Endprodukt entsteht ein FCKW-freies, verrotungsbeständiges, feuchtigkeitsabweisendes, lebensmittelechtes und schwerentflammbares Material, das als Temperaturisolator und zum Schallschutz eingesetzt werden kann.

Die Wärmeleitfähigkeit bei 10°C Mitteltemperatur in trockenem Zustand wurde bei dem ausgetragenen Endprodukt nach loser Schüttung in eine einseitig offene Form nach DIN 52616 ermittelt mit 0,039 W/m · k bei einer Rohdichte von 6,45 kg/m³. Dabei handelt es sich um den ungünstigsten Fall bei Hohlraumfüllung ohne Einsatz der üblichen Verdichtung durch Gebläseförderung. Das Ergebnis von zwei weiteren Proben wurde durch Hohlraumverfüllung des Materials mittels Gebläse und unter Verwendung eines allseitig geschlossenen Prüfrahmens erzielt. Die ermittelten Wärmeleitfähigkeitswerte von beiden Proben zeigen



was zu einem Anwendungswert führt von



In der praktischen Anwendung wird ein Rohdichtebereich von etwa 17 bis 18 kg/m³ erreicht.

Für die Prüfung auf Normalentflammbarkeit wurden für die Flächenbeflammung erforderliche Proben 230 mm × 90 mm × 40 mm hergestellt. Die Stopfdichte lag etwa bei 17,5 kg/m³ bis 18,2 kg/m³.

Die Prüfung im Brennkasten (Flächenbeflammung) führte zu Tabelle I und der Bewertung, daß das Material in die Baustoffklasse B2 (normal entflammbar) entsprechend DIN 4102 Teil 1) einzureihen ist. TABELLE I


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Bearbeiten von Verpackungsformteilen aus expandierfähigem Polystyrol, das mit einem Treibmittel aufgeschäumt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verpackungsformteile auf eine Granulatgröße von unter 25 mm zerkleinert werden und das Granulat einem Flüssigkeitsbad aus mit einem Zusatz aus Borsäure bzw. Borsalz und/oder borsaurem Natron und/oder Calciumborat versetztem Wasser aufgegeben wird, durch welches das Granulat bei einer Betriebstemperatur von etwa 400 bis 130°C geführt und anschließend getrocknet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein in eine Strömungsrichtung fließendes Flüssigkeitsbad.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Betriebstemperatur zwischen 60° und 130°C, bevorzugt 80° und 110°.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Verhältnis von Wasser zu Zusatz aus Borsäure oder Borsalz bzw. Calciumborat von 7 : 1 bis 4 : 1, insbesondere 6 : 1.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Borsäure oder dem Borsalz Drinatriumtetraborat von etwa der halben Borsalz- bzw. Borsäuremenge zugesetzt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, gekennzeichnet durch einen Zusatz etwa folgender Zusammensetzung:

    B&sub2;O&sub3; 40,- % Fe&sub2;O&sub3; 0,13% CaO 27,- % Al&sub2;O&sub3; 0,40% SiO&sub2; 4,80% MgO 1,81% Na&sub2;O + K&sub2;O 0,70% SO&sub3; 0,36% As&sub2;O&sub3; 43 ppm


  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat durch das Flüssigkeitsbad in einer Fließlänge von etwa 400 bis 2000 cm bei Schrittgeschwindigkeit geführt wird.
  8. 8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsbad in Strömungsrichtung geleitet und zur Eintragsseite zurückgeführt wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Rückführung des Flüssigkeitsbades zur Eintragsseite dessen Strömungsgeschwindigkeit gesteuert wird.
  10. 10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsbad quer zur Strömungsrichtung von Blasluft durchsetzt wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasluft aufsteigend geführt wird.
  12. 12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die im Flüssigkeitsbad befindlichen Granulatpartikel durch wenigstens eine bewegte Fläche od. dgl. Leiteinrichtung/en auf ihrem Strömungsweg wenigstens einmal in das Flüssigkeitsbad eingetaucht werden.
  13. 13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Becken (10) für das temperierte Flüssigkeitsbad (20), wenigstens eine in dieses eintauchende bewegte Fläche od. dgl. Leiteinrichtung sowie ein in das Flüssigkeitsbad eingreifendes Austragsorgan (38) am Beckenende (22).
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß vom Beckenende (22) zum Beckenanfang (23) Rückführleitungen (24) für das Flüssigkeitsbad (20) vorgesehen und mit Pumpen (25) ausgestattet sind.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Becken (10) Luftleitungen (28) mit einstellbaren Luftdüsen (30) vorgesehen sind.
  16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch wenigstens eine in das Flüssigkeitsbad (20) absenkbare Fläche (18) als Leitelement.
  17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Becken (10) mit mehreren Paddelwerken (16) versehen ist, von deren horizontalen Achsen (14) Paddelflächen (17, 18) od. dgl. Leiteinrichtungen etwa radial abragen und zumindest teilweise in das Flüssigkeitsbad (20) eintauchbar sind.
  18. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, gekennzeichnet durch ein wenigstens teilweise unter dem Badspiegel (19) des Flüssigkeitsbades (20) verlaufendes Förderband als Leitelement.
  19. 19. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Austragsorgan (38) ein bewegtes Siebelement sowie einends in das Flüssigkeitsbad (20) eingetaucht ist.
  20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Austragsorgan (38) in einem Winkel (w) geneigt verläuft.
  21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Austragsorgan (38) als endloses Förderband ausgebildet ist und sein Obertrum (38h) aufwärts geneigt ist.
  22. 22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, gekennzeichnet durch ein Austragsorgan (38) aus textilem Bandgewebe mit quer zur Bewegungsrichtung verlaufenden Mitnehmerstegen (44).
  23. 23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Austragsorgan (38) im Strömungsbereich eines Trockners (36) od. dgl. angeordnet ist.






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