Projekt 10831/01

Entwicklung eines Verfahrens zur werkstofflichen Verwertung von Teppichproduktionsabfällen und Altteppichen

Projektträger

WOMA Apparatebau GmbH
Werthauser Str. 77 - 79
47226 Duisburg
Telefon: 02065/304-380

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Für Teppichbodenabfälle, bestehend aus einem Verbund von Kunststofffasern und Latexbinder bzw. Latexschaumrücken fehlen bisher hochwertige Verwertungsverfahren. Um die Kunststofffaser als den wertvollsten Teil des Teppichs von den anderen Teppichbodenbestandteilen zu trennen, können die selektiven Zerkleinerungseigenschaften von Hochdruckwasserstrahlen ausgenutzt werden. Ziel des Vorhabens ist es, unter Einsatz von Hochdruckwasserstrahlen (HDWS), ein Verfahren zu entwickeln und konstruktiv umzusetzen, mit dem Teppichabfälle einer Wiederverwertung im Sinne der Kreislaufwirtschaft zugeführt werden können.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDurch die Untersuchung der Verwertungsmöglichkeiten von Teppichfasern und Rückenbinder wurden notwendige Parameter für die Verfahrensführung ermittelt. Zeitgleich wurden Wirkmechanismen untersucht, die bei der selektiven Zerkleinerung von Stoffverbunden wirken, und in Bezug auf verschiedene Teppichkonstruktionen hin analysiert. Mit den gewonnenen Ergebnissen wurde die konstruktive Ausgestaltung von Versuchsanlagen festgelegt. Zur Dimensionierung der Komponenten wurden die notwendigen Teilfunktionen in Versuchsaufbauten erprobt. Für die Verarbeitung von kompletten Altteppichböden bzw. vorzerklei-nerter Altteppichbodenschnipsel sowie für Produktionsabfälle in Form von Randstreifen wurden Konzepte ausgearbeitet. Hierfür wurden Anlagen mit einer Arbeitsbreite von 1000 mm bzw. 140 mm gebaut und im Labormaßstab mit repräsentativen Materialien getestet. Mit den dabei gewonnenen Fraktionen Faser- und Nichtfaserfraktionen wurden verschiedene Wege der Verwertung im Labor-, wie auch in Produk-tionsmaßstab untersucht. Dadurch ließen sich die Randparameter für die Verwertung der Fasern und der Rückenschicht verifizieren und der Verbrauch an Energie und Verbrauchsmitteln optimieren. Nach Ab-schluss dieser Arbeiten wurde mit einer ökologischen und ökonomischen Bewertung des Verfahrens der umweltrelevante Nutzen aufgezeigt.


Ergebnisse und Diskussion

Mit dem entwickelten Hochdruck-Wasserstrahlverfahren ist eine vollständige Trennung der Nichtfasermaterialien von den Teppichbodenfasern möglich. REM-Aufnahmen haben gezeigt, dass die Fasern voll-ständig sauber sind und eine Faserschädigung praktisch nicht auftritt. Die durchschnittliche Korngröße der Nichtfasermaterialien liegt bei 500µm. Die umfangreichen Versuche an verschiedenen Teppichkonstruktionen haben zu optimierten Verfahrensparametern geführt. Hierbei wurden, unterstützt durch ma-thematische Betrachtungen, auch optimierte Düsenanordnungen und Bewegungsmuster entwickelt und erprobt. Im Rahmen einer Dissertation wurden aus diesen Ergebnissen die auftretenden Wirkmechanismen bei der Trennung von Faser-/Nichtfaserverbunden modelliert. Die Übertragbarkeit des Verfahrens vom Teppichboden auf vergleichbare Faser-/Nichtfaserverbunde ist gegeben.

Für eine großtechnische Umsetzung des Verfahrens ist ein hoher Automatisierungsgrad anzustreben. Mit den entwickelten Anlagen ist dies sowohl für Randstreifen, wie auch für Altteppichböden möglich. Bei der Bearbeitung von Randstreifen bietet sich eine Bearbeitung direkt im Anschluss an die Produktion mit einer Rückführung der Faser- wie auch der Nichtfaseranteile in den Teppich-Herstellungsprozess an. Bei der Bearbeitung von Altteppichböden bringt eine flächige Beschickung von Hand einige Vorteile gegenüber der automatischen Beschickung von vorzerkleinertem Material. Für die gewonnenen Faser- und Nichtfaseranteile gibt es eine Vielzahl an großtechnischen Einsatzmöglichkeiten mit entsprechendem Absatzpotential. So können aus den Teppichböden mit ausreichend langen Fasern in einem einfachen Reißprozess Einzelfasern gewonnen werden, die auf industriellen Anlagen zu Nadelvliesen verarbeitet werden können. Versuche zum Einsatz in faserverstärktem Beton führten ebenfalls zu guten Ergebnissen.

Im Hinblick auf eine hochwertige Verwertung von Altteppichböden wird eine Einteilung in Fraktionen vor-geschlagen. PP-Nadelvliese werden nach einem Reißprozess als Fasern verwertet, ebenso Tufting-Schlingen-Teppiche aus PA6 und PA6.6. Veloursteppiche aus PA6 eignen sich nicht für eine Verwertung als Faser, können aber einem Depolymerisationsschritt zugeführt werden. Die Faseranteile aus PA6.6 Tufting-Veloursteppichen können gegebenenfalls nach einer Nasstrennung zu einem Regranulat verarbeitet werden. Das Trennverfahren arbeitet ohne den Einsatz von Chemikalien. Die Entstehung umwelt-relevanter Koppelprodukte beschränkt sich auf die Energiebereitstellung und das mit Reststoffen verschmutzte Abwasser. Eine Kreislaufführung des Prozesswassers nach einer Filterung ist jedoch möglich. Zur Trennung von Altteppichboden müssen an Energie für die Erzeugung des Hochdruckwasserstrahls und den Betrieb der Maschinen 0,24 kWh/kg aufgewendet werden. Somit werden 1,92 MJ verbraucht, um 1 kg Fasermaterial zu erhalten. Dem gegenüber steht der Brennwert von ca. 45 MJ/kg.

Die Kosten für den isoliert betrachteten Schritt der Trennung von Altteppichböden mit HDWS in Faser- und Nichtfaseranteile in feuchter Form belaufen sich auf 115 DM/t Altteppichböden. Im Vergleich zur thermischen Verwertung im Zementwerk ist das Verfahren mit Hochdruckwasserstrahlen wirtschaftlicher, sobald der Erlös aus dem Verkauf der Pellets aus Altteppichboden weniger als 105 DM über dem Erlös aus dem Verkauf der Faser- und Nichtfaserfraktion liegt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Über das Projekt wurde in verschiedenen Publikationen und im Rahmen von Vorträgen berichtet. Weiterhin wurde das Projekt im März 1999 auf der Terratec einem breiten Publikum vorgestellt. Die jeweiligen Quellennachweise sind im Abschlussbericht verzeichnet. Weitere Veröffentlichungen sowie eine Verfahrensdemonstration sind in Vorbereitung.


Fazit

Die Projektziele wurden erfüllt. Der Abschlussbericht dokumentiert die erreichten Ergebnisse ausführlich, einschließlich der ökonomischen Bewertung des Verfahrens. Es ist gelungen, das Verfahren konstruktiv für Teppichbodenrandstreifen, flächige Altteppichböden und Altteppichbodenschnipsel im technischen Maßstab umzusetzen. Als Verwertungsmöglichkeiten der Fasern bieten sich folgende Möglichkeiten an:

· Einsatz in Vliesstoffen (Teppichböden, Schalldämmvliese, Geotextilien);
· Verwendung als Bindefaser (Faserbeton, faserverstärkte Kunststoffe);
· Thermoplastische Anendungen (Pressformteile, Compounds);
· Neue Rohstoffe (Depolymerisation von PA).

Das Verfahren wurde bereits diversen interessierten Firmen vorgestellt. Die bisherigen Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen stellen gute Umsetzungschancen in Aussicht. Eine Realisierung im industriellen Maßstab sollte im nächsten Schritt angestrebt werden.