Wenn die Planeten kreisen So werden Altreifen durch Devulkanisation mit dem Planetwalzenextruder recycelt

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Wittmann Battenfeld GmbH

Aufgrund des wachsenden Marktes für Gummiprodukte rückt das Schonen von Rohstoffressourcen immer stärker in den ­Fokus der Industrie. Dabei ist das Rückführen von vulkanisiertem Gummi in den Zustand eines devulkanisierten Regeneratprodukts eine Recyclingmethode mit hohem Zukunftspotential.

Wenn die Planeten kreisen

So werden Altreifen durch Devulkanisation mit dem Planetwalzenextruder recycelt

Für den Planetenwalzenextruder (PWE) hat Entex ein Recycling­verfahren entwickelt, mit dem pulveriges Altreifengranulat in einem ­kontinuierlichen Prozess devulkanisiert wird. Das Eigenschaftsprofil des gewonnenen Kautschukregenerats hat eine hohe Qualität und ist somit für das Einbinden in die Kreislaufwirtschaft für Reifengummi geeignet.

Deshalb ist weniger mehr

Die Kunst der Verfahrenstechnik liegt dabei im Weglassen von Prozessschritten. Das modulare System ermöglicht eine kontinuierliche Aufbereitung. Seit seiner Entwicklung bis heute wird der PWE häufig als Aufbereitungsaggregat in der PVC-Industrie eingesetzt. Durch umfangreiche technologische Weiterentwicklungen (siehe Bild 1) kann heute darüber hinaus eine große Bandbreite an Prozessen der Compoundier-, Reaktions- und Recyclingtechnologie abgedeckt werden. Dies wird insbesondere durch die Weiterentwicklung der eingesetzten Werkstoffe und die stark verbesserte thermodynamische Prozessführung ermöglicht. Im Gegensatz zu der derzeitigen Praxis, ausgedientes Altreifengummi zu Kraftstoff, grobem Granulat für den Straßenbau oder anderen minderwertigen Anwendungen zu verarbeiten, können mit dieser Technologie die Naturkautschukpolymere im Altreifen wieder für das Herstellen neuer Reifen eingesetzt werden.

Wie die Devulkanisation funktioniert

Bei der Devulkanisation von Reifengummigranulat mit dem PWE werden die Schwefelbrücken im Gummi durch mechanische und thermische Beanspruchung aufgebrochen, sodass beim Wiederverwenden neue Brücken gebildet werden können. Dabei werden die Stoffe nicht getrennt, sondern bleiben in einer Verbindung. Um ein hochwertiges Kautschukregenerat ohne den Einsatz von zusätzlichen Chemikalien zu erhalten, muss der Vernetzungsgrad der gummielastischen Altstoffe gesenkt werden. Bei dem patentierten Verfahren mit dem PWE hat das Temperatur-/Druck-Profil des Extrudats im Verfahrensteil des Extruders einen entscheidenden Einfluss auf den Devulkanisierungsprozess des Gummigranulats. Das Einhalten der einzelnen, einzustellenden Temperaturfenster während des Prozesses und die Beschaffenheit des Altreifenmaterials bestimmen in hohem Maße die Eigenschaften des Kautschukregenerats. Auch die Länge des Verfahrensteils, die Innendurchmesser der Dispergierringe zwischen den Walzenzylindermodulen und die Antriebsdrehzahl haben erheblichen Einfluss auf die Verweilzeit des Materials im Verfahrensteil und somit auch auf die Produktqualität. Zusätzlich kann der Prozess durch verschiedene Planetspindel-Konfigurationen in den einzelnen Walzenzylindermodulen mechanisch beeinflusst werden. Um den verfahrenstechnischen Anforderungen mechanisch zu entsprechen, variieren Typ, Länge und Anzahl der eingesetzten Planetspindeln von Modul zu Modul.

Dieser Gummi wurde devulkanisiert

Das Ausgangsmaterial für die Versuchsreihen des Devulkanisations-Prozesses war ein grobpulveriges, rieselfähiges Altreifengranulat mit homogener Körnung und Mischung. Das Ziel der Versuchsreihen war, das chemisch vernetzte, vulkanisierte ­Gummi in kontinuierlichen Prozessen zu devulkanisieren, um Rezyklate mit ­unterschiedlichen Viskositäten und ­mechanischen Eigenschaften für Reifenmischungsanwendungen zu gewinnen. Diese sollten als Rohstoffe für neue Gummiprodukte wiederverwendet werden können. Das Gummigranulat wurde über gravimetrische Dosiersysteme in das Verfahrensteil des PWEs gefördert und durch rollierende Planetspindeln in den temperierten Prozess eingezogen. Der sogenannte chemische ‚Anspringpunkt‘ des Prozesses liegt in einem bestimmten Druck/Temperatur-Fenster, welches über einen gewissen Zeitraum gehalten werden muss. Hierfür ist die mechanisch einstellbare Verweilzeit in einzelnen Prozesszonen des PWEs wichtig. Aber auch Freiräume zur Materialentspannung und Ausgasung sind innerhalb des Prozesses äußerst wichtig, damit flüchtige Abbauprodukte aus dem Material entweichen und abgesaugt werden können. Bei richtiger Druck- und Temperatur-Einstellung mit der entsprechenden Planetspindel-Bestückung, Antriebsdrehzahl und Verfahrensteillänge werden überwiegend die Schwefel-Schwefelbindungen aufgebrochen. Zu hohe Temperaturen oder eine zu lange Verweilzeit würde nicht nur die Schwefel-Schwefel-Bindungen, sondern unerwünschter Weise auch die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen zerstören.

So läuft der Prozess

Für die Versuche wurde dem Prozess über ein Einspritzventil zusätzlich Prozessöl zugeführt, um das Gummigranulat aufzuquellen und dadurch das thermische und mechanische Aufbrechen zu unterstützen. Dabei werden die vulkanisierenden Stoffe gelöst und als flüchtige Abbauprodukte von dem zu verarbeitenden Material getrennt. Als ausdampfendes Kondensat werden diese über seitlich angeschlossene Sidefeeder mit Hilfe einer Vakuumabsaugung aus dem Prozess evakuiert. Das Material wird bei entsprechender Temperaturführung relativ schnell devulkanisiert, ohne die Kohlenstoffketten, speziell die des empfindlichen Naturkautschuks, nennenswert abzubauen. Nicht nur dieses Resultat, sondern auch der nahezu exakte Devulkanisierungsgrad kann nur durch die präzise einstellbaren Temperaturen in den unterschiedlichen Verfahrensteilzonen des PWEs erreicht werden. Die genauen Prozesstemperaturen werden über die Temperiergeräte, die mechanischen Verfahrensteilkomponenten, die angepasste Drehzahl sowie durch die Aus­legung der einzelnen Dispergierring-Innendurchmesser (Stauringe zwischen den Prozesszonen im Verfahrensteil) erzeugt. Dabei bleibt das Material während des Prozesses nur wenige Minuten im Extruder. Durch den Devulkanisierungs-Prozess wird das Material eines vulkanisierten Gummiprodukts in ein Regenerat umgewandelt, dessen Viskosität dem ursprünglichen Rohmaterial wieder so ähnlich ist, dass es in neuen zu vulkanisierenden Mischungen verarbeitet werden kann. Weist das zurückgewonnene Material eine ausreichend hohe Qualität auf, ist das entstandene Naturkautschuk-Regenerat eine Ressource, welche für die Produktion neuer Reifen eingesetzt werden kann. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse ist ein Kreislaufkonzept für hochwertige Industriereifen ökonomisch und ökologisch sinnvoll.

Bei diesen Reifen wird Regenerat ­eingesetzt

In Zusammenarbeit mit dem kanadischen Unternehmen Circular Rubber Technologies hat Entex im Technikum in Bochum mehrere umfangreiche und erfolgreiche Devulkanisierungs-Versuchsreihen mit Granulat aus großen Off-Road-Lkw-Altreifen für den Bergbau durchgeführt. Bergbau-Lkw-Reifen enthalten einen sehr hohen Anteil an Naturkautschukpolymeren. In Folge der erfolgreichen Versuche baut Circular Rubber Technologies nun eine Recyclinganlage im industriellen Maßstab in Kanada, die Ende 2024 in Betrieb genommen werden soll und bis zu 5.000 große Off-Road-Lkw-Altreifen pro Jahr verarbeiten kann. Auf der Grundlage eines Devulkanisierungs-Prozesses mit dem Planetwalzenextruder ermöglicht Circular Rubber Technologies die Wiederverwendung von Gummipolymeren in hochwertigen Anwendungen und Hochleistungsprodukten, ohne die Originalzusammensetzung mit Chemikalien zu erhöhen und bietet dadurch eine nachhaltige Kreislauflösung für Bergbau-Lkw-Altreifen an, welche einen der größten Abfallströme der Bergbauindustrie darstellen. Darüber hinaus arbeitet Circular Rubber mit mehreren globalen Reifenherstellern zusammen, die eine nachhaltige Alternative zu reinem Naturkautschuk bieten, damit Nachhaltigkeitsziele erreicht, Emissionen reduziert und Recycling-Kreisläufe verbessert werden können.

Bildergalerie: Kreislaufwirtschaft mit Kautschik-Recycling

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