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Dokumentenidentifikation DE69922886T2 08.12.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000978330
Titel VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES FORMLINGS AUS GESCHMOLZENEN MISCHKUNSTSTOFFEN
Anmelder Konishi, Masao, Chita, Aichi, JP
Erfinder Konishi, Masao, Chita-shi, Aichi 478-0055, JP
Vertreter Grosse, Bockhorni, Schumacher, 81476 München
DE-Aktenzeichen 69922886
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 22.02.1999
EP-Aktenzeichen 999052590
WO-Anmeldetag 22.02.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/JP99/00767
WO-Veröffentlichungsnummer 0099042230
WO-Veröffentlichungsdatum 26.08.1999
EP-Offenlegungsdatum 09.02.2000
EP date of grant 29.12.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.12.2005
IPC-Hauptklasse B09B 3/00
IPC-Nebenklasse B29B 17/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren eines formgepressten Vielfachkomponentenerzeugnisses, das hauptsächlich aus Abfallkunststoffen oder Altpapier zusammengesetzt ist, und zeigt ein Verfahren der Rezyklierung von Materialien auf, ohne die Abfallkunststoffe klassifizieren zu müssen. Durch Verarbeitung zu einer Materialplatte wird eine z. B. als Ersatz für Hoch- und Tiefbaumaterial verwendbare Platte aufgezeigt.

Industrieller Abfall und Haushaltsabfall waren einmal aus verschiedenen Materialien, wie z. B. Kunststoff, hergestellte Erzeugnisse und zur Rezyklierung der Ressourcen ist es erforderlich, die Materialien zu separieren und klassifizieren, wobei einzelne separierte und klassifizierte Materialien als rezyklierte Ressourcen gesammelt werden. Insbesondere weisen Kunststoffmaterialien Probleme mit der Spezifität von hochmolekularen Bindern auf und es war entsprechend der Kompatibilitätstheorie als unmöglich angesehen worden, verschiedene Materialien zu mischen und wieder zu verschmelzen und formzupressen, und dass wenn sie verschmolzen und formgepresst sind, die notwendige Erzeugnissfestigkeit nicht ausreichend gewährleistet werden könnte.

Im Fall z. B. der Rezyklierung von PET-Flaschen ist das Hauptkörpergranulat integral aus Polyethylenterephtalat-Granulat (PET-Granulat) formgepresst, während der Etikettbereich mit Rücksicht auf die Bedruckbarkeit aus Polystyrolgranulat (PS) hergestellt ist. Mit Rücksicht auf die Pressbarkeit ist die Verschlussklappe aus Polypropylengranulat (PP) hergestellt und die aus drei Materialien hergestellten PET-Flashen werden separiert und klassifiziert und das PET-Granulat des Hauptkörpers wird zu Fasern verarbeitet und gegenwärtig beim Weben von Teppichen, Arbeitskleidungen, etc. verwendet.

Kunststoffabfälle aus Automobilteilen sind fettbehandelt und werden im Moment als Außenlage von Pkw-Teppichen oder Voranstrichmittel für den Boden der Fahrzeugkarosserie in den Fabriken der großen Autohersteller rezykliert, wobei es nicht beabsichtigt ist, Kunststoffabfälle, die in dem gewöhnlichen Markt ausgesondert werden, zu rezyklieren und Beispiele einer Rezyklierung in Baustoffe in einem anderen Markt sind bis jetzt nicht bekannt.

Darüber hinaus waren Bausperrhölzer hauptsächlich Holzverbindungen unter Verwendung von tropischen Hölzern und Erzeugnisse wurden hauptsächlich aus Holzmaterialien und Holzstücken, wie z. B. Furnier, Sperrholz, Spannplatte, Faserplatte, Holzwolle-Leichtbauplatte und Gipsspanplatte, und Nadelhölzern zusammengesetzt und sind, wie gegenwärtig in Spanplatten und Faserplatten, gepresst und unter Benutzung von Klebstoff geklebt. Wie z. B. in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 8-93217 offenbart, werden aus festem Urethangranulat hergestellte Granulatsperrhölzer ebenfalls entwickelt, aber sie sind ebenfalls integral durch Extrudierung mittels des Schichtstoffverbundverschmelzungsverfahren des Einspritzgussverfahrens über die Verklebung von Granulatfolienbahnen formgepresst, wobei die dabei verwendeten Granulatmaterialien nur Einzelgranulate sind, die durch Verschmelzung und Formpressen verwendet werden.

Obwohl eine nachhaltige Ressourcennutzung erwünscht ist, beträgt die Rezyklierungsrate von Kunststoffabfällen nur 2,9 % bzw. 260.000 Tonnen pro Jahr (1996). Der Rest wird durch Verfahren, wie z. B. die Verwendung als Brennstoff oder Verbrennungsmaterial, verarbeitet, die die Erzeugung von Kohlendioxid bewirken. Die Rezyklierungsrate von Altpapier beträgt 53,5 % (15 Mio. Tonnen), wobei diese Rate seit mehreren Jahren nicht steigt.

Das Problem besteht darin, dass die Rezyklierung die Trennung und Klassifizierung des aus verschiedenen Materialien zusammengesetzten Abfallstoffs erfordert und dass das gegenwärtige Verarbeitungsverfahren auf die Rezyklierung von Einzelmaterialien beschränkt ist. Mit Bezug auf Kunststoffabfälle werden 300 bis 1.000 Kunststoffgranulatarten dem Markt zugeführt und sobald diese in den Markt eingeführt sind, ist es nahezu unmöglich, die Materialien in den meisten Granulaten zu identifizieren.

Kunststoffe werden auch als hochmolekulare Binder bezeichnet, wobei verschiedenartige Hochpolymere nicht in der molekularen Ordnung mischbar sind wie Wasser und Öl. Z. B. sind Polystyrol und Polypropylen in der Strukturformel ähnlich, aber nicht kompatibel. Folglich ist es gemäß der Kompatibilitätstheorie unmöglich, verschiedene Materialien in die Monumergruppen zu zerlegen, gegenseitig zu verschmelzen und wieder formzupressen, da sie aus vielfachen verschiedenen Molekularbindungen zusammengesetzt sind. Und wenn sie verschmolzen und formgepresst sind, ist es extrem schwierig, die in dem Erzeugnis benötigte physikalische Festigkeit zu gewährleisten.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, durch Lösung der oben genannten Probleme ein Herstellungsverfahren formgepresster Erzeugnisse durch Verwendung von Kunststoffabfällen, Altpapier, Holzstücken und üblichem anderen aufzuzeigen, ohne diese aus dem Abfall auszusortieren, und formgepresste Erzeugnisse durch ein solches Verfahren aufzuzeigen, die in Bezug auf ihr Volumen leichtgewichtig sind und eine ausreichende Festigkeit bei geringen Kosten aufweisen.

Aus nichtkompatiblen verschiedenen Polymeren zusammengesetzte Kunststoffmaterialien werden in gedrehter Form zu Zellstoff geformt, um baumwollartige Polymere zu erhalten, und gegenseitig verwobene Zellstofffasern werden unter Hitze und Druck verschmolzen, so dass nichtkompatible verschiedene Polymere integral geknetet und formgepresst werden können. Im Weiteren wird dieses Formgebungsverfahren als Zellstoffformgebungsverfahren bezeichnet.

Da verschiedene Fasern in gedrehter Form zusammengewebt werden, werden verschiedenartige hochmolekulare Netze gebildet und nichtkompatible verschiedene Granulate werden verwendet und wieder formgepresst, wobei wenn die Aggregation aufgrund von Temperaturwechseln beginnt ein Abschälungseffekt vermieden werden kann, da zueinander kompatible Kunststofffasern miteinander verwebt werden.

Des Weiteren können Fasern, deren molekulares Gerüst Zellulose, Hemizellulose, Lignin und dgl. enthält, durch Aufschließung von Altpapier, Holzstücken und anderem gewonnen werden.

Solch feine Fasern und Kunststofffasern werden gegenseitig verwoben und verschmolzen und Lignin wird eluiert, um in die Zwischenräume der Mikrophasenseperation der Kunststofffasern einzudringen, so dass ein integral formgepresstes Erzeugnis zusammengesetzt wird. Weiterhin wird die Zellulose, die nicht eluiert ist, in das formgepresste Erzeugnis als Zellulosefasern gemischt, so dass die physikalische Festigkeit ausreichend sein kann.

Betrachtet man die bisherige Rezyklierung von Kunststoffabfällen, so bestand es allgemein im Zermahlen der Kunststoffe in feine Teile und im Verschmelzen. Verschiedenartige Hochmoleküle werden nicht wie Wasser und Öl gegenseitig in molekularer Folge verschmolzen. Zum Beispiel sind Polystyrol und Polypropylen in der Strukturformel gleich aber nicht kompatibel. Solch eine verschmelzbare Verbindung von Kunststoffen wird im Allgemeinen als kompatible Verbindung oder nichtkompatible Verbindung verstanden. Wenn verschmolzen, ist es dennoch extrem schwierig, die in dein Erzeugnis erforderliche Festigkeit und andere physikalische Eigenschaften zu gewährleisten. 4 zeigt ein Beispiel des Verschmelzens und Formpressens verschiedener Granulate. In diesem Fall werden unter Verwendung eines biaxialen Extruders Polystyrol (außerhalb) und Polypropylen (innerhalb) extrudiert und gesponnen, wobei die Schmelztemperatur von Polystyrol 220 °C und von Polypropylen 180 °C betrug. Der Ausstoß betrug 2,4 cc/Zyklus und die Grenzflächenspannung betrug 5,1 mN/m. In dem Diagramm bilden die Polystyrolphase und die Polypropylenphase eine unabhängige Schicht, einzeln ohne miteinander verschmolzen zu sein.

Auf der anderen Seite werden als Polymergemisch bekannte Kunststoffmaterialien weithin als neue Materialien durch Mischung verschiedener Komponenten modifiziert. Viele praktische Beispiele sind bekannt. Zum Beispiel ist das in Pkw-Teilen weithin benutzte ABS-Granulat als ein charakteristisches Polymergemisch bekannt, das durch Copolymerisation von Polystyrol mit Butadien oder Styrol erzeugt wird. Dennoch ist das Bildungsverfahren des Polymergemisches im Wesentlichen eine chemische Bindungsaufbereitung in einer Chemiefabrik, wie z. B. eine Pfropfcopolymerisation oder Blockcopolymerisation, welche nur durch Spezifikation der Rohmaterialien nach sowohl Qualität und Quantität und weiterer Verwendung eines Lösungsmittels möglich ist, wobei es deshalb im Fall von Kunststoffabfällen schwierig ist, ein Erzeugnis (formgepresstes Erzeugnis) zu erhalten, das die erforderliche Qualität, Festigkeit und anderen Eigenschaften gewährleistet, wenn Qualität und Quantität der Rohmaterialien nicht spezifiziert werden können.

Wenn verschiedene Materialien verschmolzen und mechanisch und durch Kraft geknetet werden, tritt bei anderen Verfahren, die einen Extruder oder dgl. verwenden, eine zweiphasige See-Insel-Struktur in Emulsionsform auf, welche gekühlt und verfestigt werden kann, wobei eine Phasenseparation beginnt und ein Abschälungseffekt auftreten kann (vgl. 6), da die Oberflächenspannung zwischen Hochmolekülen gering ist, weil das nichtkompatible Plastikgranulat bei Temperaturwechseln aggregiert.

Durch solche Verfahren kann ein verschmolzens Erzeugnis durch Mischung verschiedener Materialien gewonnen werden, wobei ein perfektes Polymergemisch nicht gebildet werden kann und es war schwierig, die Abfälle zu rezyklieren, da Qualität, Quantität und Eigenschaften der Kunststoffabfälle nicht bestimmt werden konnten und deshalb das Lösungsmittel nicht spezifiziert werden konnte.

Das deutsche Patent DE-A-2 153 166 offenbart ein Herstellungsverfahren zur Bildung eines verschmolzen, formgepressten Kunststofferzeugnisses mittels Pulverisierung ohne Trennung oder Klassifizierung der Kunststoffabfallmaterialien zur Gewinnung eines pulverisierten Kunststoffabfallmaterials gefolgt von einem Schmelzspinnen des pulverisierten Kunststoffabfallmaterials zur Gewinnung von Kunststofffasern. Das japanische Patent Nr. 7205149 offenbart einen regenerierten synthetischen Granulatpressling, der aus synthetischem Granulatabfall mit sowohl thermoplastischen und duroplastischen Bestandteilen gebildet ist, die in einem gemischten Zustand unter optionaler Zugabe von Faserabfällen erhitzt, in Stangen extrudiert und zu Presslingen geschnitten werden. In diesen Druckschriften gibt es keine Hinweise auf ein Mischen durch gegenseitiges Verrühren mittels Konvektion in einer Art und Weise, dass die Fasern sich verflechten und so ein einheitlicheres Erzeugnis bereitstellen.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Bildung eines verschmolzen, formgepressten Erzeugnisses zur Verfügung, das umfasst:

  • a) Pulverisierung von Kunststoffabfallmaterialien zur Gewinnung eines pulverisierten Kunststoffabfallmaterials;
  • b) Spinnen des pulverisierten Kunststoffabfallmaterials zur Gewinnung von Kunststofffasern;
  • c) Pulverisierung von Faserabfällen zur Gewinnung von Zellulosefasern;
  • d) Vermischung der Zellulosefasern und der Kunststofffasern durch gegenseitige Verrührung der Fasern mittels Konvektion, um ein Fasergemisch zu bilden;
  • e) Vorerwärmung des Fasergemisches, um den Wassergehalt vor der Formpressung des Fasergemisches zu reduzieren;
  • f) Formpressung des Fasergemisches durch Thermokompressionsformpressung zur Gewinnung des verschmolzen, formgepressten Erzeugnisses.

Die Kunststoffabfallmaterialien können wenigstens eines der folgenden Materialien umfassen; bevorzugt sind die Kunststoffabfallmaterialien wenigstens eines der folgenden:

Polyethylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyethylenterephtalat, Polymethylmethacrylat, AS-Granulat, ABS-Granulat, Polykarbonat, Polyamid, Polyoxymethylen, Polyvinyloxid, Polyvinylazetat. Die Kunststoffmaterialien werden bevorzugt zu Fasern verschmolzen, um hochmolekulare Netze zu bilden, die inkompatible Polymere enthalten.

Bevorzugt umfassen die Faserabfälle Papier und Holzstücke.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden durch Bildung von aus nichtkompatiblen verschiedenen Polymeren zusammengesetzte Kunststoffmaterialien zu Zellstoff in gedrehter Form lineare Polymere gewonnen und durch Knetung von aus verschiedenen Materialien hergestellten Fasern werden verschiedene Typen von hochmolekularen Netzen gebildet und die gegenseitig verwobenen Zellstofffasern werden unter Hitze und Druck verschmolzen, so dass nichtkompatible verschiedene Polyemere integral geknetet werden, um sie in die gewünschte Form zu bringen (vgl. 3). Durch gegenseitiges Verweben verschiedener Fasern in gedrehter Form werden verschiedene Typen von hochmolekularen Netzen gebildet, wobei der Effekt der Mikrophasenseparation wiederkehrt, jedoch unter Aufrechterhaltung der physikalischen Zusammensetzung und Bildung eines Multiphasenmaterialaufbaus, so dass gefunden wurde, dass eine gegenüber dem Einzelmaterial überlegene Festigkeit gewonnen werden kann.

Darüber hinaus können Fasern durch physikalisches Aufschließen von Altpapier, Holzstücken und dgl. gewonnen werden, die ein Molekulargerüst aufweisen, das Zellulose, Hemizellulose, Lignin und dgl. enthält. Wenn solche feine Fasern und Kunststoffe gegenseitig verwoben und verschmolzen werden, wird Lignin eluiert, um in die Zwischenräume der Mikrophasenseparation der Kunststofffasern einzudringen, so dass ein integral formgepresstes Erzeugnis zusammengesetzt wird. Weiterhin wird die Zellulose, die nicht eluiert ist, in das formgepresste Erzeugnis als Zellulosefasern eingemischt, so dass die physikalische Festigkeit befriedigend sein kann.

Wenn durch Verschmelzen und Spinnen von Kunststoffen in gedrehter Form gebildete Kunststofffasern und durch Aufschließung von Altpapier, Holzstücken und dergleichen erhaltene Fasern unter Hitze und Druck verschmolzen werden, wird ein Vernetzungseffekt in dem Zustand der Mikrophasenseparation der Kunststoffabfälle nichtkompatibler Verbindung erzeugt, so dass aus dem Abfall eine Materialplatte gewonnen werden kann, die ähnliche Eigenschaften wie Holz aufweist.

Da das formgepresste Erzeugnis der vorliegenden Erfindung hauptsächlich aus Abfallstoffen, wie z. B. Kunststoffabfällen und Altpapier, zusammengesetzt ist, ist es kostengünstig und exzellent verarbeitbar. Insbesondere durch Zumischung von Altpapier neben den Kunststoffabfällen ist das formgepresste Erzeugnis in Bezug auf sein Volumen leichtgewichtig. Da es die Eigenschaften von thermoplastischem Granulat aufweist, ist die Abschälfunktion von Beton exzellent und die Wasserbeständigkeit ist ausreichend. Darüber hinaus können Farbpigmente, Antistatikmittel, Schaumbildner (zur Gewichtsreduzierung), magnetische Puder (für einen Abschirmungseffekt von elektromagnetischen Wellen) und dgl. zusammen verschmolzen werden, so dass es als Ersatz für Bausperrholz oder dgl. verwendet werden kann.

Da Abfallverarbeitung und Rezyklierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung Kunststoffabfälle und Altpapier als Hauptmaterialien verwenden, kann ein kostengünstiges Formpressungsverfahren mit bestimmter Festigkeit und exzellenter Verarbeitbarkeit aufgezeigt werden, und dieses trägt durch effektive Nutzung von Kunststoffabfällen und Altpapier auch zum industriellen Abfall- und Umweltproblem bei.

Des weiteren kann das gegenwärtige Problem des Waldschutzes durch Verwendung des formgepressten Erzeugnisses der vorliegenden Erfindung als ein Ersatz für Sperrholz für den Hoch- und Tiefbau teilweise gelöst werden, da in diesem Material nicht Holz wie in konventionellem Sperrholz verwendet wird. Es ist z. B. vorzuziehen als Ersatz für Sperrholz für Betonformen. Altpapier kann durch Anwendung der Zellstoffformgebungstechnologie der vorliegenden Erfindung in Kunststoffabfälle gemischt und verschmolzen werden und eine sperrholzähnliche Materialplatte kann aus dem Abfall rezykliert werden.

Unter Bezug auf die Zeichnungen wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dabei zeigen

1 ein konzeptionelles Ablaufbild des Zellstoffformgebungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung,

2 ein Blockdiagramm, das den Prozess des Zellstoffformgebungsverfahrens der vorliegenden Erfindung darstellt,

3 eine schematische Darstellung verschiedener Typen von hochmolekularen Netzen,

4A eine Seitenansicht einer Probe, die durch Extrudierung und Spinnen verschiedener Granulate gewonnen wurde,

4B ein seitliches Schnittbild der Probe aus 4A,

5 ein Phasendiagramm eines hochmolekularen gemischten Systems und

6 ein erläuterndes Diagramm der Kompatibilitätstheorie.

Zuerst wird im Folgenden ein Zellstoffbildungsverfahren der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie schematisch in 1 gezeigt, werden unter Verwendung von Kunststoffabfällen und Altpapier als hauptsächliche Materialien diese Einzelmaterialien in nahezu einheitliche Größe gemahlen, aufgeschlossen, vermischt und unter Hitze und Druck formgepresst.

Dabei können verwendbare Kunststoffabfälle Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polymethylmethacrylat (PMMA), AS-Granulat (AS), ABS-Granulat (ABS), Polykarbonat (PC), Polyamid (PA), Polyoxymethylen (POM), Polyphenylenoxid (PPO), Polyvinylazetat und andere thermoplastische Granulate enthalten, wobei aber keine Beschränkung allein auf diese Granulate beabsichtigt ist, solange die Granulate unter Hitze und Druck formgepresst werden können. Es ist auch möglich, zwei oder mehr Polymere zu vermischen, um ein formgepresstes Thermokompressionserzeugnis zu erhalten. Im übrigen gilt Polyvinylchlorid als problematisch, da schädliches Gas während des Verbrennungsprozesses freigesetzt wird, doch da das formgepresste Erzeugnis der vorliegenden Erfindung halbfest rezykliert werden kann, ohne verbrannt zu werden, kann auch Polyvinylchlorid verwendet werden.

In Bezug auf Altpapier sind Wochenmagazine, Zeitungen, Wellpappe und Geschäftsformulare charakteristische Beispiele und auch Hackspäne mit Holzfasern, Palmrindenfasern, und jedes andere Material mit Fasern und fasrigen Schichten kann verwendet werden. In diesem Sinne können auch gebrauchte Kleider und Baumwolle enthaltende Kleidungsstücke, Hanf und synthetische Fasern verwendet werden. Deshalb umfasst der Begriff „Altpapier" all diese Dinge. Abhängig von der Mischung und in Anbetracht der Festigkeit des formgepressten Erzeugnisses kann es als ausreichender Baustoffersatz für Wände und Decken verwendet werden.

Zusätzlich zu den oben genannten hauptsächlichen Materialien können Schaumbildner, Antistatikmittel, Farbstoffpigmente, Glasfasern und andere geeignet zugemischt werden und dem formgepressten Erzeugnis verschiedene Eigenschaften in Abhängigkeit von den Additiven gegeben werden, wodurch eine Qualitätsverbesserung des formgepressten Erzeugnisses erwartet wird. Zum Beispiel können Glas und andere industrielle Abfälle verschmolzen und in Faserform vermischt werden, wodurch die Festigkeit des erhaltenen formgepressten Erzeugnisses erhöht werden kann. Durch Zumischung eines magnetischen Puders kann z. B. die Ware als antimagnetische Platte ausgebildet werden. Folglich ist das Zellstoffbildungsverfahren gekennzeichnet durch eine Erleichterung der Mischung von verschiedenen Materialien.

Ein charakteristischer Prozess des Zellstoffformpressungsverfahrens ist im Flussdiagramm in 2 gezeigt. Der Prozess von der Materialbeschickung bis zum Wiegen und Vermischen kann in getrennten Linien für die Kunststoffabfälle und das Altpapier unter den hauptsächlichen Materialien erfolgen.

Im nachfolgenden werden die charakteristischen Schritte des in 2 gezeigten Prozesses beschrieben.

Pulverisierungsschritt

Einstückig gebildete hauptsächliche Materialien (Kunststoffbehälter, PET-Flaschen, Taschen und ähnliches sowie deren abgerissene Teile) werden zu einer einheitlichen Größe pulverisiert. Die Größe der zermahlenen Teile liegt bevorzugt in einem Bereich von etwa 1 cm2 bis 8 cm2. Die Form ist nicht festgelegt. Der Pulverisierungsschritt ist ein Vorbereitungsschritt vor dem Aufschließungsschritt, wobei es durch Zerkleinerung der hauptsächlichen Materialien einfacher ist, Fremdkörper (Metall, kleine Steine, Glas) zu erkennen und zu entfernen.

Verschmelzungs- und Spinnschritt (Kunststoffabfälle)

Durch Spinnen von hauptsächlich aus pulverisierten Materialien bestehenden Kunststoffabfallmaterialien mit einer Extrusionsspinnmaschine können Fasern mit etwa 1 &mgr;m bis 2 min Durchmesser gebildet werden, wobei hierin der größte Verdienst des Zellstoffbildungsverfahrens besteht, dass es keine ununterbrochenen Fasern erfordert und deshalb durch Knetung verschiedener Granulate durch den Extruder ohne Trennung oder Klassifizierung ultrafeine und kurze Fasern gewonnen werden, was ein Problem in dem konventionellen Verfahren des Rezyklierungsfaserprozesses zu Gewinnung von Fasern für Teppiche oder dgl. war. Speziell werden Fasern von 5 bis 20 &mgr;m Durchmesser und 5 bis 15 mm Länge erhalten.

In einem anderen Verfahren können durch Anwendung einer Zentrifugalkrafteinwirkung auf in Gelform verschmolzene Kunststoffgranulate ebenfalls gesponnene Zellstofffasern gewonnen werden, wobei im vorliegenden Verfahren der Extruder als ein Schritt zur Gewinnung charakteristischer Fasern verwendet wird.

Aufschließungsschritt (Altpapier)

Pulverisiertes Papier und Holzstücke werden mit Extrusionskraft und Rotationskraft zur Verfügung gestellt und Fasern mit 1 &mgr;m bis 1 mm Durchmesser und 3 bis 20 mm Länge werden gewonnen.

In dem Behandlungsverfahren des anderen Rezyklierungsprozesses können Aufbereitung und Mischung in die Pulverisierung üblich sein, aber in diesem Zellstoffformungsverfahren werden große Fasern zur Verstärkung der physikalischen Festigkeit der hochmolekularen Binder verwendet und die Fasergegebenheiten können abhängig von der benötigten physikalischen Festigkeit des Erzeugnisses eingestellt werden, wobei aber speziell Fasern mit 2 bis 5 &mgr;m Durchmesser und 1 bis 15 mm Länge gewonnen werden.

Wägeschritt

Ein Mischungsverhältnis von üblichen Fasern zur Formpressung einer Bauwerkplatte (900 × 1800 × 12, Einheit: mm) ist in Tabelle 1 gegeben. Natürlich sollte das tatsächliche Mischungsverhältnis in Abhängigkeit von der Festigkeit, Gewichtsreduzierung, dem Verwendungsort der Bauwerkplatte und anderer Vorgaben bestimmt werden.

Tabelle 1
Mischungs-, Trocknungsschritt

Durch Verschmelzen und Spinnen von Kunststoffabfällen werden kurze Fasern mit 5 bis 20 &mgr;m Durchmesser und 5 bis 15 mm Länge gewonnen und durch Aufschließung von Altpapier werden kurze Fasern mit 2 bis 5 &mgr;m Durchmesser und 5 bis 15 mm Länge erhalten, diese werden getrocknet, um einen Wassergehalt von etwa 3 bis 8 % aufzuweisen, und können durch gegenseitiges Verrühren der Fasern mittels Konvektion einheitlich gemischt werden.

Vorerwärmschritt

Ein Vorerwärmen wird bei der Herstellung von Sperrholz für Bauwerke als ein Beispiel eines formgepressten Erzeugnisses durchgeführt, um die benötigte Presszeit für das Thermokompressionsformpressen zu verkürzen, da die Produktionsquantität extrem groß ist. Durch Vorerwärmen der gesponnenen aufgeschlossenen Fasern bei geeigneter Temperatur und Verschmelzen von individuellen Fasern werden Eigenschaften und Dichte erhalten, die dicht bei denen von Holz liegen. Die Heizmittel können eine externe Heizung, wie z. B. heiße Luft oder Infrarotstrahlung, und eine direkte Heizung, wie z. B. Koronaentladung) enthalten. Die Vorerwärmtemperatur liegt speziell bei 50 bis 180 °C und bevorzugt bei 60 bis 120 °C.

Thermokompressionsformpressschritt

Nach der Verschmelzung verschiedener Fasern in dem Vorerwärmschritt werden sie auf die gewünschte Formpressgröße durch den Thermokompressionsformpressschritt komprimiert und die Materialoberfläche wird zur gleichen Zeit weiter geschmolzen. Nach dem Formpressen unter Hitze und Druck kann das Papier, Holz und Granulat nach Bedarf mit einer Schicht beschichtet werden oder die Oberfläche kann bemalt werden, so dass die Handelsqualität des Erzeugnisses erhöht werden kann. Beispiele von Behandlungsbedingungen während des Thermokompressionsformpressens sind in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2
Industrielle Anwendbarkeit

Mit dem Zellstoffformpressverfahren der vorliegenden Erfindung wurden als Betonschalen verwendete Platten hergestellt. Das Erzeugnis ist eine Platte, deren Form und Standarddimensionen (mm) 900 Breite, 1800 Länge und 12 Dicke sind.

Es wurden die dynamischen Eigenschaften der Platte, Haltbarkeit der Wehrplatte, Verarbeitbarkeit der Formen und Installation der Formen geprüft. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 3 bis 6 gezeigt.

Die dynamischen Eigenschaften der Platte wurden über Steifigkeit und Biegefestigkeit bewertet. Die Steifigkeit wurde in Übereinstimmung mit JIS A 8652 (Metallplatten für Betonformen) gemessen und die Biegefestigkeit wurde durch eine Biegefestigkeitsprüfung bestimmt.

Tabelle 3

Die Haltbarkeit der Wehrplatte wurde mittels der Wasserabsorptionsrate (JIS A 5905 Dämmstofffaserplatten), Ausdehnungsrateprüfung der Dicke bei der Aufnahme von Wasser (JIS A 5905 Dämmstofffaserplatten), Biegefestigkeitsprüfung bei Befeuchtung (in Übereinstimmung mit JIS A 5905 Dämmstofffaserplatten) und Alkaliwiderstandsprüfung (japanischer Landwirtschaftsstandard von Sperrholz für Betonformen) geprüft und verifiziert.

Tabelle 4

Die Verarbeitbarkeit der Form wurde durch Nagelzughaltbarkeitsprüfung und Untersuchung von Schneid- und Durchbohrzeit bewertet. Bei ersterem wurden Nägel (N 45) vertikal in die Wand mit der Hälfte ihrer Länge getrieben und die maximale Zughaltbarkeit wurde gemessen. Bei letzterem wurden Erzeugnisse unter Verwendung einer Kreissäge und einer Bohrmaschine geschnitten und angebohrt.

Tabelle 5

Um die Installation der Form zu bewerten, wurden die Felduntersuchung und die Oberflächenzustandsuntersuchung durchgeführt. Bei ersterem wurden dieselben Werkzeuge benutzt, die auch bei Sperrholzformen im zu untersuchenden Feld benutzt wurden. Bei letzterem wurde die Betonoberfläche untersucht, die durch Gießen von Beton in die Wände des Ausführungsbeispiels und Entfernung der Formen nach sieben Tagen gewonnen wurde.

Tabelle 6

Wie aus diesen Ergebnisses hervorgeht, erwies sich die Ausführungsform als Ersatz für Sperrholz für Betonformen in seiner Festigkeit, Verarbeitbarkeit und Aufstellung als gleichwertig zu konventionellem hölzernem Sperrholz. Daneben wurde bestätigt, dass durch Kontrolle des Mischungsverhältnisses von Altpapier und Kunststoffabfällen das formgepresste Erzeugnis entsprechend der erforderlichen physikalischen Festigkeit gewonnen werden kann und es trägt durch Rezyklierung der „Abfälle", wie z. B. Kunststoffabfällen und Altpapier, zu dem in enormer Anzahl benötigten Sperrholz für Bauwerke, nicht nur zum Umweltproblem der Abfallentsorgung bei, sondern auch zum Schutz der Waldressourcen.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Bildung eines verschmolzenen, formgepressten Erzeugnisses, welches umfasst:

    a) Pulverisierung von Kunststoffabfallmaterialien zur Gewinnung eines pulverisierten Kunststoffabfallmaterials;

    b) Spinnen des pulverisierten Kunststoffabfallmaterials zur Gewinnung von Kunststofffasern;

    c) Pulverisierung von Faserabfällen zur Gewinnung von Zellulosefasern;

    d) Vermischung der Zellulosefasern und der Kunststofffasern durch gegenseitige Verrührung der Fasern mittels Konvektion, um ein Fasergemisch zu bilden;

    e) Vorerwärmung des Fasergemischs, um den Wassergehalt vor der Formpressung des Fasergemischs zu reduzieren;

    f) Formpressung des Fasergemischs durch Thermokompressionsformpressung zur Gewinnung des verschmolzenen, formgepressten Erzeugnisses.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Kunststoffabfallmaterialien aus mindestens einem der folgenden Materialien bestehen:

    Polyethylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyethylenterephthalat, Polymethylmethacrylat, AS-Granulat, ABS-Granulat, Polykarbonat, Polyamid, Polyoxymethylen, Polyphenyloxid, Polyvinylazetat.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Faserabfall Papier und Holzstücke umfasst.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem die Kunststofffasern und die Zellulosefasern unter Hitze und Druck vereinigt werden.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem die Zellulosefasern und die Kunststofffasern unter Thermokompressionsformpressungsbedingungen bei einer Temperatur von 130°C – 180°C und einem Druck von 30 kg/cm2 während einer Zeitdauer von 1 bis 3 Minuten verschmolzen werden.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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