Vom PVC-Abfall zum neuen Fensterprofil Recycling von PVC-Fensterprofilen

(PresseBox) (Penzberg, ) Dr.-Ing. Rainer Köhnlechner, Geschäftsführer, hamos GmbH, Penzberg

1. Einleitung

PVC-Fensterprofile bestehen aus besonders hochwertigem Hart-PVC. Durch Additive wie UV-Stabilisatoren, Farbpigmente, Füllstoffe etc. im PVC erhält man langlebige, hochwertige Kunststofffenster mit optimalen Gebrauchseigenschaften. Ein großer Vorteil der für diese Kunststofffenster verwendeten PVC-Mischungen ist unter anderem ihre universelle Recyclingfähigkeit: Hart-PVC ist ein thermoplastischer Werkstoff, der sich mit vergleichsweise geringem Energieaufwand und ohne Qualitätsverluste mehrere Male recyceln lässt.
Die bei der Extrusion von Fensterprofilen oder der Produktion von Fenstern anfallenden Fehlchargen, Profilabschnitte, Schnittreste usw. lassen sich mit Hilfe moderner Technologien so sauber recyceln, dass sie problemlos wieder in neue Fensterprofile eingearbeitet werden können.
Aber nicht nur saubere Produktionsabfälle können recycelt werden, sondern auch Altfenster, Kunststofftüren, Rollladenpanzer etc.

2. Co-Extrusion von PVC-Fensterprofilen

Neue PVC- Fensterprofile mit hohem Recyclatanteil produziert man üblicherweise im Co-Extrusionsverfahren. Das saubere, sortenreine PVC-Rezyklat wird für den Profilkern verwendet, die äußere, sichtbare Deckschicht des Fensterprofils besteht aus neuem, „jungfräulichem“ PVC. Dabei sind, wie zeigt, Recyclatanteile bis von 50% und mehr möglich. Fensterprofile mit Rezyklatkern erfüllen dabei problemlos die hohen Qualitätsstandards von Kunststofffenstern und unterscheiden sich qualitativ nicht von Profilen, die zu 100% aus Neuware gefertigt wurden. Durch das Recycling von PVC-Fensterprofilen und Altfenstern werden somit Ressourcen und Umwelt geschont.

Saubere PVC- Recyclate ohne störende Fremdstoffe können auch noch bei vielen anderen Applikationen im Bereich „Kunststoff-Fenster“ eingesetzt werden. Neben der Verwendung als Kernmaterial von PVC-Fensterrahmen können die PVC-Mahlgüter auch für Rollläden, Fensterbänke, Fensterläden und andere Zubehör- und Nebenprofile eingesetzt werden. Auch Paneele zur Verkleidung von Innen- und Außenwänden lassen sich aus sauberem PVC-Rezyklat fertigen.

3. Unerwünschte Fremdstoffe im PVC

Damit PVC-Recyclat ohne Qualitätsverluste und Fertigungsprobleme zu neuen Fensterprofilen verarbeitet werden kann, müssen sämtliche Fremdstoffe, die nicht aus PVC bestehen, vor der Extrusion vollständig abgetrennt werden.
Der negative Einfluss von festen Verunreinigungen wie Holz, Metall, Glas usw. im PVC-Recyclat ist offensichtlich. Es kommt zu Beschädigungen am Extruder, in den Werkzeugen und im fertigen PVC-Profil. Ein Teil dieser „massiven“ Verunreinigungen lässt sich mit bekannten Trenntechnologien (z.B. Magnete, Setztische usw.) aus dem Mahlgut abtrennen.
Besonders problematisch sind allerdings die Gummidichtungen im PVC-Mahlgut. Gummipartikel schmelzen im Extruder nicht auf und verbinden sich nicht mit dem PVC. Extrudiert man ein Profil aus solchem, mit Gummi kontaminiertem Granulat, erhält man "Pickel" oder Löcher auf der Oberfläche, Verschluss von schmalen Kanälen im Werkzeug und andere Schäden. Insbesondere dann, wenn moderne Mehrkammer-Profile produziert werden und wo die zur besseren thermischen Isolierung verwendeten Stege zum Teil nur wenige Zehntel Millimeter dick sind, kann schon ein einzelnes Gummistückchen, das sich z.B. im Werkzeug verfängt, zu erheblichem Ausschuss führen, bevor der Schaden entdeckt wird. Gummi lässt sich zwar teilweise durch Schmelzefiltration im Extruder abtrennen, aber nur dann, wenn die Gummibelastung im PVC-Mahlgut und der Druck im Extruder nicht zu hoch sind. Dies gilt natürlich auch für andere Verunreinigungen wie Holz, Metall oder bei höheren Temperaturen schmelzende Kunststoffe.
Problematisch sind auch anextrudierte Dichtungen z.B. aus Weich-PVC. Das Weich-PVC schmilzt zwar bei der Extrusion mit dem Hart-PVC auf. Nach der Extrusion besteht allerdings das Problem, dass sich die Farbe des PVC-Profils sehr stark verändert. Insbesondere wenn im PVC-Recyclat Glasleisten mit höheren Anteilen von farbigen (schwarzen) Dichtungen enthalten sind, wird das fertige PVC-Profil zunehmend grauer und unansehnlicher.
Bei einer durchschnittlichen Recyclinganlagen Kapazität von

Vollautomatisches Recycling von PVC-Fensterabschnitten

Bei manchen PVC-Fensterrecyclern versucht man, die Gummidichtungen aus PVC- Profilen und Profilabschnitten manuell zu entfernen. Dies ist eine sehr mühselige und daher kostenintensive Arbeit und kommt nur in Ländern mit sehr niedrigen Personalkosten in Frage. Um den Gummi beispielsweise aus 1,5 Tonnen PVC- Profilabschnitten manuell abzutrennen, sind mindestens 15 – 20 Personen erforderlich – ein besonders hoher Kostenfaktor beim PVC-Fensterrecycling.
Aus diesem Grunde müssen diese Verunreinigungen vollautomatisch aus dem PVC-Mahlgut abgetrennt werden. Nur so ist das PVC-Recycling wirtschaftlich.

Von der hamos GmbH wurde dazu eine Komplett-Anlage Typ WRS entwickelt, um PVC-Produktionsabfälle vollautomatisch zu recyceln:
Zum Recycling von PVC-Produktionsabfällen und PVC-Profilabschnitten werden in der ersten Sortierstufe ein Förderband mit integrierter Metallsuchspule und eine kräftige Schneidmühle verwendet, um die PVC-Materialien auf Korngröße < 10 mm zu zerkleinern. Werden auch komplette Stangenprofile (die bis zu 6 m lang sind) verarbeitet, müssen diese langen Stangen vor der Zerkleinerung in handliche Stücke zerteilt werden. Dazu setzt man z.B. eine „Guillotine“ ein.

Nach der Zerkleinerung wird das PVC-Mahlgut durch Zick-Zack-Sichter Typ DRS oder andere Systeme entstaubt. Dies ist für die nachfolgende Weiterverarbeitung unbedingt erforderlich.

Mit dem elektrostatischen Kunststoff-Gummi-Separator hamos EKS werden nun die Gummi- bzw. Weich-PVC-Fraktionen aus dem Hart-PVC vollautomatisch abgetrennt. Die weitgehend gummifreie PVC-Fraktion wird opto-elektronisch nachsortiert, um den Wirkungsgrad der Gummiabscheidung noch weiter zu verbessern und damit ein praktisch gummifreies PVC-Granulat zu erzeugen. Gleichzeitig werden farbige PVC-Partikel abgetrennt, um den PVC -Weißgrad zu verbessern. Mit der Kombination aus elektrostatischer Separation und Farbsortierung können andererseits auch hoch konzentrierte, farbige PVC-Fraktionen erzeugt werden.

Die Recyclinganlage hamos WRS vereint die einzelnen Maschinen mittels Förderanlagen zu einer kompletten, vollautomatisch arbeitenden Aufbereitungslinie. Abfall- und Gut-Fraktionen können entweder direkt in Big-Bags abgefüllt werden oder werden in große Vorratssilos transportiert.

4. Recycling von Altfenstern

Beim Recycling von PVC-Altfenstern ist die Zerkleinerung um Vieles schwieriger, da in den Altfenstern ein hoher Anteil an Metallteilen enthalten ist, die sich auf eine mit schnell drehenden Schneidmessern arbeitende Zerkleinerungsmühle verheerend auswirken würden. Aus diesem Grund wird in der ersten Verarbeitungsstufe die Vorzerkleinerung z.B. durch schwere und robuste Hammermühlen durchgeführt. Zur Abscheidung der groben Metallteile werden Überbandmagnete und Wirbelstromscheider eingesetzt. Erst wenn die groben Verunreinigungen abgetrennt sind, kann das PVC auf die geforderte Teilchengröße zerkleinert werden.
Während beim Recycling von Produktionsabfällen und Profilabschnitten das Material nun direkt in die elektrostatische Separationseinheit zur Gummiabtrennung geht, müssen beim Recycling von Altfenstern vorab weitere unerwünschte Fremdstoffe wie beispielsweise Metall, Holz und leitfähiges Gummi mit Hilfe eines elektrostatischen Metall-Separators hamos KWS abgetrennt werden.

Im Folgenden werden die Trennverfahren der einzelnen Separationseinheiten des hamos WRS genauer erläutert.

5. Elektrostatische Separation von Metall und Holz

Beim Recycling von Altfenstern treten z. T. erhebliche Anteile an Eisen und Nichteisen-Metallen auf. Große Eisenteile lassen sich durch Überbandmagnete oder magnetische Kopfrollen problemlos abtrennen. Wirbelstromscheider trennen grobe Aluminiumteile aus Fensterbeschlägen etc. ab. Bei zerkleinerten Altfenstern treten aber auch sehr hohe Anteile an feinen Aluminium- oder Edelstahlteilchen auf, die mit Wirbelstromscheider n nicht separiert werden können.
Hier bieten elektrostatische Separatoren vom Typ Korona-Walzenscheider die Lösung. Diese Geräte trennen auf trockenem Wege selbst feinste Metallteilchen kleiner 500 µm problemlos ab. Dabei werden außer den Metallteilchen auch noch andere leitfähige Verunreinigungen wie Holz, bestimmte Gummisorten usw. abgetrennt.
Im Korona-Walzenscheider wird das Material über einen Vibrationsförderer auf eine rotierende, geerdete Walze aufgegeben und mit Hilfe einer Korona-Elektrode mit Hochspannung zwischen 15.000 und 30.000 V elektrostatisch aufgeladen. Die Aufladung führt dazu, dass die Partikel durch Spiegelkräfte auf der Walzenoberfläche haften bleiben. Sobald aber die Partikel infolge der Rotation der Walze das elektrostatische Feld verlassen haben, findet auf der Oberfläche der geerdeten Walze eine Entladung der Partikel statt. Metallpartikel verlieren dabei ihre Ladung extrem schnell und fallen von der Walze ab. PVC-Partikel geben ihre Ladung dagegen nur sehr langsam ab und haften an der Walze bis sie abgebürstet werden. Durch diese unterschiedlichen Abwurfstellen von Metall und Kunststoff ist eine Separation der einzelnen Komponenten möglich. Um eine erneute Vermischung zwischen Metall und Kunststoff zu vermeiden, werden einstellbare Trennbleche verwendet.

Erst der Einsatz solcher elektrostatischer Separatoren macht das Recycling von stark verschmutzten PVC-Altfenstern überhaupt möglich. Hochleistungsgeräte wie z.B. der hamos KWS 1 arbeiten dabei mehrstufig, mit Durchsätzen von 1.000 bis 2.000 kg/h, mit geringem Energieeinsatz und praktisch vollautomatisch ohne Bedienpersonal.

6. Elektrostatische PVC-Gummi-Trennung

Bei der Abtrennung von Gummidichtungsstückchen aus Hart-PVC besteht die Herausforderung darin, dass PVC und Gummi das gleiche spezifische Gewicht und unter Umständen sogar die gleiche Farbe aufweisen, da zunehmend weiße Gummidichtungen bzw. gleichfarbige Dichtungen eingesetzt werden. Mechanische Trennverfahren scheiden zur Abtrennung weitgehend aus, da sie bei hohen Durchsätzen nicht die erforderliche Reinheit und die nötige Ausbringung gewährleisten können. Auch optische Verfahren sind nicht geeignet, da sich z.B. dunkle Gummiteilchen mit dunklen PVC-Stückchen vermischen und dann nicht weiter trennbar sind.

Eine einfache Lösung für diese komplexe Separationsaufgabe bietet die elektrostatische Separationstechnik mit Kunststoff-Separatoren Typ hamos EKS. Zur Abtrennung des Gummis aus Hart-PVC nutzt man das unterschiedliche elektrostatische Aufladeverhalten dieser beiden Nichtleiter aus. In einer speziellen Aufladevorrichtung werden die beiden Kunststoffe miteinander in intensiven Partikelkontakt gebracht. PVC-Partikel laden sich negativ, die Gummipartikel positiv auf. Mit einer im hamos EKS integrierten Separationseinheit lassen sich die unterschiedlich aufgeladenen Teilchen über ein mit Hochspannung versorgtes Elektrodensystem trennen. Negativ geladene PVC-Teilchen werden von einer positiven Elektrode angezogen, während positive Gummiteilchen von ihr abgestoßen werden.

Im praktischen Betrieb ist es möglich, beispielsweise aus einem Gemisch, bestehend aus 90 % Hart-PVC und 10 % Gummi nahezu die gesamten Verunreinigungen abzutrennen. In nur einem Durchgang erhält man PVC-Reinheiten von über 99,5 %. Dabei sind mit Standard-Geräten hamos EKS Durchsätze von ca. 1.000 kg/h möglich. Für höhere Durchsatzleistungen werden zwei oder mehr Geräte parallel geschaltet.

Außer Gummidichtungen trennen elektrostatischen Separatoren aber auch Weich-PVC aus dem Hart-PVC ab. Solche Materialgemische kommen insbesondere beim Recycling von Glasleisten vor. Wichtig für saubere Materialströme ist dabei ein sauberer Aufschluss der Verbundmaterialien.

Elektrostatische Kunststoff-Separatoren sind universell einsetzbar. Eine einzige Maschine ist in der Lage, verschiedenste PVC-Rezepturen zu trennen. Der Separationsprozess arbeitet trocken, Flüssigkeiten oder Chemikalien sind zur Separation nicht erforderlich.

Die Separation im elektrostatischen Separator erfolgt unabhängig vom spezifischen Gewicht der Produkte und unabhängig von ihrer Farbe. Deshalb kann z.B. schwarzer Gummi problemlos aus dunkelfarbigem PVC abgetrennt werden. Die Maschinen Typ EKS arbeiten vollautomatisch und nahezu ohne Personal. Sie sind für den 24-Stunden-Dauerbetrieb an sieben Tagen in der Woche ausgelegt. Die Separationskosten sind gering und betragen nur wenige Euro pro Tonne.

7. Optische Sortierung

Durch den Einsatz optischer Sortiergeräte nach der elektrostatischen Gummiseparation kann man die Qualität des Rezyklats noch weiter steigern. Opto-elektronische Farbsortiergeräte z.B vom Typ SEA Pixel verwenden zur Erkennung von „Falschfarbenteilchen“ bis zu 10 Kameras und betrachten die Teilchen gleichzeitig von vorne und von hinten. Sie werden dabei so programmiert, dass z.B. das weiße PVC-Mahlgut durch die Anlage hindurchfällt, während farbige Materialien mit Hilfe eines kurzen Luftimpulses ausgeblasen werden. Neben farbigen Gummidichtungen werden so gleichzeitig auch farbige Hart-PVC-Teile abgetrennt. Auf Grund der Tatsache, dass die Teile von zwei Seiten gleichzeitig opto-elektronisch kontrolliert werden, können auch weiße PVC-Teile, die einseitig mit farbigen Dekorfolien beschichtet sind, problemlos separiert werden.

Opto-elektronische Geräte können bei Bedarf das vorseparierte Produkt in einer zweiten Stufe nachseparieren, um die Reinheit des PVC-Mahlgutes noch weiter zu steigern. Auch die Nachseparation des Reject-Produkts ist möglich, um einerseits möglichst das gesamte Weiß-Material zurückzugewinnen und andererseits die farbigen Verunreinigungen zu konzentrieren. Auf diese Weise können mit der Kombination aus elektrostatischer Separation und opto-elektronischer Nachsortierung höchste Reinheiten bei weißem PVC erreicht werden.

Durch Farbsortierung kann man aber auch die wertvolle Weiß-Fraktion aus buntem Fenstermahlgut abtrennen. Erfahrungsgemäß liegt der Preis für sauberes, weißes Fenstermahlgut nahezu doppelt so hoch wie für buntes PVC – was eine besonders hohe Wertschöpfung ermöglicht.

8. Zusammenfassung

Durch Anlagen hamos WRS werden aus „PVC-Fensterabfällen“ saubere PVC-Mahlgüter mit minimalen Separationskosten auf besonders wirtschaftliche Weise erzeugt. Elektrostatische und optische Sortiertechnik ergänzen sich dabei optimal. Man erzielt höchste Reinheiten der PVC-Rezyklate bezüglich der Gummi-Freiheit und der Farbe.

Führende PVC-Recycler in Europa und Übersee setzen die beschriebene Gerätekombination hamos WRS bereits mit großem Erfolg ein und ermöglichen somit einen zu 100% geschlossenen PVC-Kreislauf – vom PVC-Abfall zum neuen PVC-Fensterprofil.

Kontakt

Hamos GmbH Recyclingtechnik
Im Thal 17
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