Projekt 01573/01

Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von neuartigem Verpackungsmaterial aus reinem Altpapier

Projektdurchführung

Karl Schenk Papier- und Kunststoffaufbereitung für das Recycling
Lange Str. 53
72336 Balingen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung und Erprobung einer halbtechnischen Demonstrationsanlage zur Herstellung von recyclingfähigem Verpackungsfüllstoff aus Altpapier und Altpappe. Dieser neue Verpackungsstoff soll die derzeit verwendeten Styroporchips ersetzen. Durch die Substitution können wertvolle petrochemische Primärrohstoffe eingespart werden. Das verwendete Material soll recyclingfähig und leicht zu erfassen sein. Dabei waren folgende Kriterien zu berücksichtigen:
Verwendung von vorhandenem und leicht erfaßbarem Recyclingmaterial; Das Material muß in weiteren Kreislaufzyklen wiederverwertbar sein; Ungeeignetes Material, Fehleinwürfe und Störstoffe müssen durch das Aufbereitungsverfahren einfach und sicher abtrennbar sein; Kein Einsatz von umweltbelastenden Chemikalien; Geringe Abluft- und Abwasserbelastung; Sparsamer Einsatz von Energie, Wasser und Hilfsstoffen; Preisgünstige Herstellung; Hohe Druckstabilität des Verpackungsfüllstoffs; Leichte Anwendung beim Verpacken; Beim Auspacken leichte Erkennbarkeit und eindeutige Zuordnungsfähigkeit des Verpackungsfüllstoffs zur sortenreinen Getrennterfassung.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Erreichung dieses Zieles waren folgende Aufgaben zu lösen:
Weiterentwicklung des aus der Vorstudie hervorgegangenen Formwerkzeugs mit dem Ziel höherer Standzeiten und einfacher Wartung; Entwicklung und Darstellung einer halbautomatischen Formstation nach dem Prinzip der Drehschiebertrommel zur kontinuierlichen Produktion der Verpackungschips unter Berücksichtigung der nachfolgend angeführten Teilprobleme; Auffinden der optimalen Steuerzeiten des Drehschiebers; Entwicklung eines geeigneten Dichtsystems; Untersuchung des Einflusses der Zusammensetzung der Papierfaser-Suspension auf Prozeß, Produkt und Optimierung der Suspension; Entwicklung und Erprobung von Maßnahmen zur Stabilisierung der Papierfaser-Suspension durch Konstanthaltung der Zusammensetzung; Optimierung der weitgehenden Entwässerung (Vortrocknung) des Verpackungschips nach dem Formen aus der Papierfaser-Suspension; Untersuchungen der Möglichkeiten einer Vortrocknung des Verpackungschips auf dem Formwerkzeug; Hinsichtlich des Materialeinsatzes wurden Holzwerkstoffe, diverse biologische und verrottbare Materialien und Altpapier untersucht.


Ergebnisse und Diskussion

Es wurde die Untersuchung und Erprobung der technischen Realisierbarkeit eines Herstellungsverfahrens für Altpapierverpackungschips im Kernbereich der Formgebung durchgeführt. Mit der realisierten kleintechnischen Versuchsanordnung konnten unter produktionsnahen Bedingungen aus einem Altpapierfaserbrei die Verpackungschips geformt werden. Hierbei wurden aus den von der Fa. Schenk umgesetzten Altpapiermengen untere Chargen ohne besonderes Qualitätsniveau eingesetzt, um ein originäres Papierrecycling nicht zu behindern. Es wurde lediglich Wasser und in geringem Umfang ein langfasriger Zellstoff zur Formstabilisierung zugegeben; ein Chemikalieneinsatz erfolgte nicht. Die Form des Verpackungsmaterials, eine hohle Halbkugel mit innen liegenden Versteifungsrippen, etwa in den Dimensionen eines Tischtennisballs erwies sich für die Funktionserfüllung eines Verpackungschips mit stoßdämpfenden, tragenden und schützenden Eigenschaften als optimal. Es wurden Orientierungsprüfungen an diesen Verpackungspolstern durch die Technische Universität Dresden durchgeführt.

In Bezug auf die Chipsformgebung wurde eine Weiterentwicklung des Formwerkzeugs im Sinne höherer Standzeiten und einfacherer Wartung erreicht. Im kleintechnischen Maßstab konnte eine halbautomatische Formstation nach dem Prinzip der Drehschiebertrommel (pneumatische Steuerung) zur kontinuierlichen Produktion realisiert werden. Wesentliche Entwicklungsarbeiten betrafen das pneumatische Steuerungssystem, um den Bedarf an Druckluft- und Absaugleistung zu reduzieren sowie die Ausgestaltung der Formwerkzeuge, um die Verstopfungsneigung zu minimieren und die Standzeit durch intervallmäßige Behandlung mit einem Wassersprühstrahl zu verlängern. Für den Aufbau des Drehschiebers wurde bezüglich Korosion, Verschleisverhalten und Verschmutzungstoleranz mit der Werkstoffpaarung Aluminium/POM kombiniert mit PTFE-beschichteten Elastomerdichtungen eine optimierte Werkstoffpaarung ge-funden. Auch die Papierfasersuspension wurde optimiert und ein Suspensionsspeicher eingeführt, der über ein Pumpenrohrleitungssystem mit der Formstation kommuniziert sowie eine Konstanthaltung der Zusammensetzung der Suspentionen sicherstellt. Mit umfangreichen Maßnahmen wurde die Entwässerung der Verpackungschips optimiert.

Die Entwässerung erfolgte mit Unterdruck-Absaugung. Das Problem eines verschlechterten Entwässerungsgrads, weil mit dem Druckluftimpuls zum Ablösen der Chips Wasser zurückgesprüht wird, wurde durch Minimierung der benetzbaren Werkzeuginnenflächen sowie des Totvolumens zurückgedrängt. Zugleich konnte die Pumpenleistung reduziert werden. Eine thermisch unterstützte Vortrocknung in Form einer Warmlufthaube ist aufgrund des schlechten Wirkungsgrads nicht angezeigt. Funktionsfähigkeit und Wirkungsweise der Altpapierchipsformanlage wurde bei einem Vor-Ort-Besuch Mitarbeitern der Stiftung demonstriert.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Fa. Schenk hat den erreichten Projektstand potentiellen Kunden und Anwendern vorgestellt. Hierzu wurde Informationsmaterial erstellt. Das Informationsmaterial ist bei Firma Schenk erhältlich.


Fazit

Im vorgegebenen Kostenrahmen hat die Fa. Schenk die gestellte Entwicklungsaufgabe mit gutem Erfolg gelöst. Eine in allen relevanten Anwendungseigenschaften befriedigende weitgehend automatisierte Formgebungsapparatur für die aufgrund der Geometrie einschließliche Hinterschneidungen anspruchsvollen Produkte ist als Grundvoraussetzung zur Beurteilung der Machbarkeit eines derartigen Vorhabens anzusehen. Zugleich konnten mit den grundlegenden Untersuchungen zur Festigkeit und zu Dämpfungseigenschaften des Altpapierverpackungsmaterials grundlegende, für einen zukünftigen Produzenten und Anwender gleichermaßen wichtige Voraussetzungen vorab geklärt werden.

Dennoch bleibt das Projekt im Ergebnis - wie auch ursprünglich vorgesehen - nur ein Teilschritt. Eine Weiterverarbeitung zum trockenen Endprodukt konnte im Vorhaben nicht untersucht werden.