Projekt 21834/01

Emissionsminderung bei PP-Kunststoffteilen aus Kfz

Projektträger

Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie Produktbereich Umwelt-Engineering
Joseph-von-Fraunhofer-Str. 7
76327 Pfinztal
Telefon: 0721/4640-367

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des vorgeschlagenen Vorhabens ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung emissions- und geruchsarmer Kunststoffe beginnend mit PP-Rezyklaten aus Automobilanwendungen. Es soll eine Lösung der aktuellen Hemmnisse bei der Herstellung emissions- und geruchsarmer, hochwertiger Rezyklate aus Kunststoffen am Beispiel von PP und seinen Modifikationen für ein Musterbauteil durch ein kontinuierliches und kostengünstiges Verfahren zur Polymerreinigung erarbeitet werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenTeilschritte bei der Vorhabensbearbeitung sind:
1. die Qualifizierung der Vormaterialien hinsichtlich der Werkstoffkennwerte und ihres Beitrages zur Emission des Rezyklatbauteils
2. die Optimierung des werkstofflichen Aufbereitungsverfahrens vor der Compoundierung
3. die Anpassung der Compoundiertechnik an die Qualifikationsbedingungen für Rezyklatteile durch Extraktions- und Reinigungsschritte. Dabei sollen v. a. bisher noch nicht für die Produktion eingesetzte Verfahren zum Einsatz kommen.
Das Verfahren soll bis zur Umsetzungsreife entwickelt und anschließend dem Anwender BSB Recycling GmbH zur Umsetzung an seinen Anlagen Verfügung gestellt werden.


Ergebnisse und Diskussion

Das Vorhaben zielte auf die Entwicklung eines Verfahrens zur prozessintegrierten Polymerreinigung. Dazu war die Darstellung von Hochdruckprozessen im Extruder der Kernpunkt der Entwicklungsarbeiten. Ausgangsmaterialien für die Compoundierung sind u. a. Altbatterie-Mahlgüter aus der Altfahrzeug-Demontage.
Zur Bereitstellung von Vormaterialien zur Compoundierung wurden Batterien aus Altfahrzeugen demontiert und die dazu notwendigen Werkzeuge und Arbeitszeiten erfasst. Ergänzend wurden wo möglich die Herstellungsdaten der Batterien aufgenommen. Dabei wurden mittlere Demontagezeiten von etwa 10 min und Alter von bis zu 10 Jahren festgestellt.
Die Altbatterien wurden in der großtechnischen Anlage zur Akku-Aufbereitung zu Mahlgut verarbeitet. Dieses und weitere Ausgangsmahlgüter der Compound-Herstellung wurden in Fässern emissionsdicht zurückgestellt, um während der Vorhabenslaufzeit mit einem gleichbleibenden Materialstrom arbeiten zu können.
Die Darstellung überkritischer Bedingungen im Extruder erwies sich während der vergangenen Vorha-benslaufzeit als Herausforderung. In einem mehrstufigen Entwicklungsprozess wurde zunächst die Schneckenkonfiguration als Haupt-Einflussparameter auf die Druckdichtigkeit identifiziert und anschließend das Verfahren im Labormaßstab weiter optimiert. So gelang es über die Untersuchung von PP-Neuware und PP-Compounds schließlich, mit Altmaterial-Mahlgütern Drücke im Extruder von deutlich über 150 bar in der Reinigungszone zu erreichen. Durch die aufwendigen Optimierungen kam es zu zeitlichen Verzögerungen. Erste Offline-Messungen zeigten Abhängigkeiten der Reinigungsleistung vom Kohlendioxid-Durchsatz und -druck. Es wurden Reinigungsgrade von über 80 % erreicht.
Ein Vergleich der Anforderungen der Kunden von BSB an die Emissionswerte der Compound (VOC: 100 mg/g; Fog 250 µg/g nach VDA 278) mit den in den Versuchen erhaltenen Werten zeigt, dass es gelingt, mit dem entwickelten Hochdruckverfahren diese Werte ohne eine weitere Modifikation der Vorstoffe der Compoundierung zu erreichen. Somit wurde das Entwicklungsziel der Emissionsminderung von PP-Compounds in diesem Vorhaben erreicht.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Im Rahmen einer gemeinsam mit der DBU durchgeführten Veranstaltung wurden aus dem Konsortium folgende Präsentationen gehalten:
- Woidasky, J.; Diemert, J.: Ansätze zur Emissionsminderung entlang der Prozesskette der Kunststoff-Verarbeitung. Vortrag auf dem Workshop Fogging-Emissionen der Deutschen Bundesstifung Umwelt am 18.11.06 in Osnabrück
- Woidasky, J.; Wieghardt, R.: Thermoplast-Emissionsminderung durch Rezeptierung und Verfahrenstechnik. Vortrag auf dem Workshop Fogging-Emissionen der Deutschen Bundesstifung Umwelt am 18.11.06 in Osnabrück
Weitere Veröffentlichungen:
- Woidasky, J.; Diemert, J.; Walter, B.; Joos, M.; Hirth, T.; Control of hydrocarbon emissions from thermoplastic polymers. In: PU Magazine (Zeitschrift), Nr. 1 (2006), 3. Jg., S. 52 - 55
- Hirth, T.; Fehrenbacher, U.; Woidasky, J.: Neue Ansätze zur Integration der Extraktion in Produktionsprozesse. Vortrag. Dechema Regional-Kolloquium, 24.01.2006, Rostock
- Woidasky, J.; Diemert, J.; Walter, B.; Joos, M.; Hirth, T.: Emissionen von Thermoplasten - Bestimmung, Quantifizierung, Minimierung. In: GAK Gummi-Fasern-Kunststoffe 12 (2005), 58. Jg.; S. 790 - 794
- Woidasky, J.; Diemert, J.; Walter, B.; Joos, M.; Hirth, T.: Emissionen von Thermoplasten - Bestimmung, Quantifizierung, Minimierung. In: PU Magazin Dezember 2005/Januar 2006, Nr. 6 (2005), 5. Jg.; S. 278 - 282


Fazit

Das Potential der Hochdruckverfahrenstechnik zur Anwendung bei der Reinigung von Kunststoffschmelzen konnte mit diesem Vorhaben gezeigt werden. Gleichzeitig wurde jedoch deutlich, dass diese Technologie für ihren Einsatz im Extruder umfangreiche maschinenbauliche Modifikationen erfordert.
Es wird daher vorgeschlagen, für die Umsetzung der positiven Ergebnisse in den Technikums- und Betriebsmaßstab ein weiteres Vorhaben durchzuführen, dessen Inhalt ein schrittweises Scaling-up der Technik beinhaltet.