Extrusion 8-2023

Untersuchungen des Aufschmelzens Da ein großes Anwendungspotential des angestrebten Verfah- rens das getrennte Recycling von Mehrschichtfolien ist, sind zu- nächst Polymere untersucht worden, welche in dieser Anwendung häufig eingesetzt werden. Dazu wurde mithilfe der dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC1 STARe System, Mett- ler Toledo, Vereinigte Staaten von Amerika) das Aufschmelzver- halten von sieben Polymeren betrachtet. Diese Untersuchungen haben ergeben, dass sich die Temperaturbereiche, in denen die einzelnen Kunststoffe aufschmelzen, zum Teil deutlich über- schneiden. In Bild 1 ist jeweils der Beginn und das Ende des Auf- schmelzens der betrachteten Polymere dargestellt. Die Peak-Aufschmelztemperatur ist dabei jeweils in rot markiert. Auffällig ist die Ähnlichkeit des Aufschmelzverhaltens des m- LLDPE und des Haftvermittlers, welches nahezu identisch ist. An- gesichts der Tatsache, dass der Haftvermittler auf LDPE als Grundlage beruht, ist die zu erwartende Ähnlichkeit im Verhal- ten durchaus nachvollziehbar. Allerdings überschneiden sich ebenfalls die Aufschmelzbereiche der übrigen Polyolefine (HDPE, PP-Copolymer) mit denen des LDPE. Die Umsetzung der thermischen Verbundtrennung erfordert, dass sich die Temperaturbereiche des Aufschmelzens nicht über- schneiden. Daher ist eine Umsetzung besonders bei Kombina- tionen eines Polyolefins mit EVOH, PA6 oder PET erfolg- versprechend. Basierend auf dieser Voruntersuchung wurde daher zunächst die Materialkombination von Polypropylen (PP) und Polyethylenter- ephthalat (PET) näher untersucht. Aufschmelzuntersuchungen auf dem Doppelschneckenextruder (DSE) Auf einem ZE28-BP Doppelschneckenextruder (KraussMaffei Ex- trusion GmbH, Deutschland) wurde untersucht, wie sich ein Ge- misch aus PP Granulat und PET Granulat im Extrusionsprozess auf einem DSE verhält und unter welchen Prozessbedingungen ein separates Aufschmelzen des PP möglich ist. Zur Beurteilung des Aufschmelzens wurde ein beheiztes Durchlichtwerkzeug mit rechteckigem Schmelzekanal (vgl. Bild 2 ) verwendet. Durch zwei runde Fenster im Werkzeug kann der Fließkanal begutachtet werden und es kann beurteilt werden, ob das Extrudat flüssig vorliegt oder feste Bestandteile beinhaltet. Zur besseren Unterscheidung zwischen PP und PET wird genutzt, dass das PET im festen Zustand opak ist und die Opazität durch das Aufschmelzen abnimmt. Somit kann unterschieden werden, 57 Extrusion 8/2023 Tabelle 1: Parameter der experimentellen Aufschmelzuntersuchungen Bild 3: Invertierte Aufnahmen des Fließkanals: Oben: 170 °C (o. l.) und 260 °C (o. r.) bei Gesamtdurchsatz von 35 kg/h, 15 ma.% PET, 350 U/min und Design B. Unten: 350 U/min (u. l.) und 800 U/min (u. r.) bei Gesamtdurchsatz von 35 kg/h, 10 ma.% PET, 170 °C, Design C ob beide Materialien als Festkörper vorliegen, nur das PP oder ob beide Materialien in flüssiger Form vorliegen. Als potenzielle Einflussfaktoren auf das separate Aufschmelzen und die anschließende Filtration wurden Zylindertemperatur, Schneckenaufbau, Drehzahl, Durchsatz und PET Anteil in den Untersuchungen variiert. Die verwendeten Schneckendesigns und Parameterbereiche sind in Tabelle 1 dargestellt. Die drei Schneckenvariationen unterscheiden sich dabei hauptsächlich in der Anzahl an Knetblockelementen, welche im Vergleich zu rei- nen Förderelementen eine größere Mischwirkung und einen hö- heren Energieeintrag durch Dissipation aufweisen [Koh20]. Beim Design A wurden ausschließlich Förderelemente eingesetzt, beim Design B zwei Knetblockelemente und beim Design C vier Knetblockelemente. Der Schneckendurchmesser beträgt bei allen Designs D = 28 mm und die Länge der Schnecken 30 D. Die Versuchspunkte wurden jeweils 15 Minuten angefahren, um einen stationären Zustand während der Aufnahmen des Fließ- kanals sicherzustellen. Anhand der Aufnahmen erfolgt dann die Beurteilung, in welchem Prozessfenster die Trennung potenziell möglich ist und welchen Einfluss die einzelnen Parameter auf den Prozess haben. Die Bildauswertung wurde anschließend mithilfe der Software ImageJ automatisiert durchgeführt und die Feststoffpartikel hin- sichtlich Größe und Anzahl ausgewertet. Zusätzlich wurden die Bilder qualitativ beurteilt. Insgesamt konnte dadurch der Einfluss der Prozessparameter auf das separate Aufschmelzen bewertet werden. Die beiden Gren- Parameter Drehzahl in U/min Schneckenaufbau Zylindertemperaturprofil in °C Gesamtdurchsatz in kg/h PET Masseanteil in ma.% Wert 200, 350, 500, 650, 800 a, b, c 170 - 270 20 - 63 0 - 50 Bild 2: Durchlichtwerkzeug mit rechteckigem Fließkanal PP Festkörper 10 mm 10 mm 170°C 260°C 350 U/min 800 U/min 10 mm 10 mm