TY - THES

T1 - Optimierung der Entgasungsleistung von bedruckten LDPE-Folien in der Extrusion am Beispiel einer TVEplus Recyclinganlage

AU - Sochor, Sebastian

N1 - gesperrt bis 29-05-2022

PY - 2017

Y1 - 2017

N2 - Durch steigendes Umweltbewusstsein werden zunehmend stärker verunreinigte Kunststoffe dem Recycling zugeführt. Im Falle des Recyclings von bedruckten Folien treten nun neue Probleme in den Vordergrund, allen voran die Entgasung von Abbauprodukten der Druckfarben. Die Entgasung von bedruckten LDPE-Folien war bisher nur auf kleinen Anlagen möglich. Auf größeren Recyclingextrudern trat Kunststoffschmelze aus den Entgasungsdomen aus und die Qualität des Regranulates war minderwertig. Das Ziel dieser Masterarbeit war eine Extruderschnecke zu entwickeln, die den gesamten Schmelzestrom entgast und es zu keinem weiteren Schmelzeaustritt aus den Entgasungsdomen mehr kommt. Hierfür wurden die bisherigen Erfahrungen der Firma Erema gesammelt und untersucht, welche Einflussfaktoren den einwandfreien Entgasungsbetrieb stören. Eine Hypothese war, dass ein Wandgleiten der Kunststoffschmelze die Förderung behindert und es so zu einem Austritt der Schmelze aus den Entgasungsöffnungen kommt. Die Vermutung war, dass ein Abbauprodukt der Druckfarben dieses Wandgleiten verursacht. Da die Inhaltsstoffe der vielen verschiedenen Druckfarben stark voneinander abweichen und die Rezepturen ein Betriebsgeheimnis der Farbhersteller sind, wurde das Wandgleitverhalten experimentell ermittelt. Diese Experimente am Hochdruckkapillarrheometer ergaben keine wesentlichen Unterschiede zwischen bedruckten und unbedruckten Folien gleicher Herkunft. Somit konnte das Wandgleiten als Fehlerursache mit großer Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden. Eine weitere Hypothese war, dass durch den thermischen Zerfall und die Scherung der Druckfarben diese als Abbauprodukt bisher unbekannt große Gasmengen erzeugen. Diese großen Gasmengen könnten den Kunststoff so stark aufschäumen, dass die Förderkapazität der Entgasungszone mehr als überschritten wird und in Folge die Schmelze aus den Entgasungsdomen austritt. Die angedachte Lösung dieses Problems war die Optimierung der Förderkapazität der Entgasungszone, das heißt mehr Platz für Schmelze und Gas zu schaffen. Die Parameter die sich optimieren lassen sind Gangsteigung, Gangtiefe, Stegbreite und Flankenradius. Gangtiefe und Gangsteigung wurden für alle Extruderbaugrößen optimiert und anhand einer Schnecke mit einem Durchmesser von 180 mm realisiert. Diese Extruderschnecke wurde bei einer Anlage anstelle einer Extruderschnecke nach „altem“ Design eingebaut und erzielte von Anfang an gute Ergebnisse. Es trat keine Kunststoffschmelze mehr aus den Entgasungsdomen aus, als positiver Nebeneffekt konnte auch eine Qualitätsverbesserung des Regranulates erreicht werden.

AB - Durch steigendes Umweltbewusstsein werden zunehmend stärker verunreinigte Kunststoffe dem Recycling zugeführt. Im Falle des Recyclings von bedruckten Folien treten nun neue Probleme in den Vordergrund, allen voran die Entgasung von Abbauprodukten der Druckfarben. Die Entgasung von bedruckten LDPE-Folien war bisher nur auf kleinen Anlagen möglich. Auf größeren Recyclingextrudern trat Kunststoffschmelze aus den Entgasungsdomen aus und die Qualität des Regranulates war minderwertig. Das Ziel dieser Masterarbeit war eine Extruderschnecke zu entwickeln, die den gesamten Schmelzestrom entgast und es zu keinem weiteren Schmelzeaustritt aus den Entgasungsdomen mehr kommt. Hierfür wurden die bisherigen Erfahrungen der Firma Erema gesammelt und untersucht, welche Einflussfaktoren den einwandfreien Entgasungsbetrieb stören. Eine Hypothese war, dass ein Wandgleiten der Kunststoffschmelze die Förderung behindert und es so zu einem Austritt der Schmelze aus den Entgasungsöffnungen kommt. Die Vermutung war, dass ein Abbauprodukt der Druckfarben dieses Wandgleiten verursacht. Da die Inhaltsstoffe der vielen verschiedenen Druckfarben stark voneinander abweichen und die Rezepturen ein Betriebsgeheimnis der Farbhersteller sind, wurde das Wandgleitverhalten experimentell ermittelt. Diese Experimente am Hochdruckkapillarrheometer ergaben keine wesentlichen Unterschiede zwischen bedruckten und unbedruckten Folien gleicher Herkunft. Somit konnte das Wandgleiten als Fehlerursache mit großer Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden. Eine weitere Hypothese war, dass durch den thermischen Zerfall und die Scherung der Druckfarben diese als Abbauprodukt bisher unbekannt große Gasmengen erzeugen. Diese großen Gasmengen könnten den Kunststoff so stark aufschäumen, dass die Förderkapazität der Entgasungszone mehr als überschritten wird und in Folge die Schmelze aus den Entgasungsdomen austritt. Die angedachte Lösung dieses Problems war die Optimierung der Förderkapazität der Entgasungszone, das heißt mehr Platz für Schmelze und Gas zu schaffen. Die Parameter die sich optimieren lassen sind Gangsteigung, Gangtiefe, Stegbreite und Flankenradius. Gangtiefe und Gangsteigung wurden für alle Extruderbaugrößen optimiert und anhand einer Schnecke mit einem Durchmesser von 180 mm realisiert. Diese Extruderschnecke wurde bei einer Anlage anstelle einer Extruderschnecke nach „altem“ Design eingebaut und erzielte von Anfang an gute Ergebnisse. Es trat keine Kunststoffschmelze mehr aus den Entgasungsdomen aus, als positiver Nebeneffekt konnte auch eine Qualitätsverbesserung des Regranulates erreicht werden.

KW - recycling

KW - printing ink

KW - devolatilization

KW - Recycling

KW - Entgasung

KW - Druckfarben

M3 - Masterarbeit

ER -