Miljøprojekt, 1103 – Miljø- og sundhedsforhold for plastmaterialer

Miljø- og sundhedsforhold for plastmaterialer

11 Compoundering

11.1 Introduktion
11.2 Metoder
11.3 Granulering/pelletering
11.4 Energiforbrug
11.5 Vandforbrug

Se også:

Termoplastbranchens_råvarer

Emissioner ved forarbejdning af termoplast

Kemiske belastninger i arbejdsmiljøet

Referencer

Indholdsfortegnelse

Oversigtsfigur

11.1 Introduktion

Dette kapitel bygger i al væsentlighed på rapporten ”Renere teknologi i plastindustrien. Øvrige plastprocesser, råvarebehandling og færdiggørelsesteknikker” (Plastindustrien i Danmark, 2000b).

Der finder ikke kommerciel råvarefremstilling (polymerisering) af plastpolymerer sted i Danmark. Færdig polymer importeres derfor og ofte i form af granulat eller pulver, som er direkte klar til anvendelse i produktionen. Undtaget herfra er diverse hærdeplastmaterialer som bl.a. umættet polyester (UP), hvor blanding af råvarer og polymerisation finder sted i umiddelbar forbindelse med emneproduktionen.

Til stort set alle plastmaterialer er det nødvendigt at tilsætte andre stoffer (additiver og/eller fyldstoffer), for at tilføre plastmaterialet en bedre bestandighed. Stofferne kan bl.a. tilsættes for at forbedre plastmaterialets forarbejdningsegenskaber, hindre termisk nedbrydning, hindre nedbrydning af ultraviolet lys, hindre oxidering, hindre elektrostatisk opladning, reducere brændbarheden, give en ønsket farve eller få et stærkere materiale med forbedret træk- og brudstyrke.

Blandeprocessen af basispolymeren og additiver til et materiale, der er anvendelig til produktion af færdige emner kaldes compoundering. Inden for visse områder inkluderer compoundering fremstilling af granulat ved ekstrudering og pelletering, mens compounderingsprocessen for plastisoler (flydende) eller pasta ender ved dispersionsfremstillingen.

Compoundering har to vigtige funktioner, dels sikres en homogen fordeling af additiverne, som kan være tilsat i vidt forskellige mængder, og dels ændres plastmaterialets fysiske form ofte til en, som er mere velegnet procesmæssigt, eksempelvis fra pulver til granulat.

Hovedparten af de danske plastvirksomheder importerer ufarvet plastgranulat eller -pulver, der fra leverandørens side er tilsat de ønskede additiver bortset fra pigmenter. Ved produktion af farvede artikler tilsætter virksomheden selv pigmenterne og ofte i form af “masterbatch” d.v.s. en polymer, med en høj koncentration af pigment. Fordelene herved er, at virksomheden dels ikke er bundet af en standardfarve eller -nuance og dels ikke behøver at have så stor lagerkapacitet.

Når iblanding af masterbatch medregnes til compoundering, vurderes det, at mere end 90 pct. af plastbranchens virksomheder selv compounderer. Antallet af virksomheder, der også tilsætter andre additiver, vurderes ikke at udgøre mere end 10.

Tilsætning af masterbatch kan foretages umiddelbart i forbindelse med emneproduktionen, idet produktionsapparaturet, eksempelvis en ekstruder, kan være tilsluttet to doseringsenheder for råvarer.

Er produktionsapparaturet ikke tilsluttet en sådan enhed, eller ønskes der tilsat andre additiver end de fra leverandøren tilsatte, kan virksomheden ved compoundering selv fremstille den ønskede råvare.

11.2 Metoder

Compoundering eller blanding af plastråvarer kan finde sted ved forskellige metoder, alt efter om råvarerne alene er faste materialer, eller om der også indgår væsker. Endvidere kan det i visse tilfælde være nødvendigt at tilføre varme.

Et hyppigt problem ved tilsætning af additiver er, at additiverne ofte har en tendens til at agglomerere (klumpe sig sammen), hvilket forhindrer en ordentlig homogenisering og dermed forringer materialets egenskaber.

11.2.1 “Tør”-compoundering

Ved blanding af en lille mængde pulver eller granulat med en stor mængde af et andet pulver eksempelvis i forholdet 1:1000, kan det ofte være formålstjenligt først at blande additivet og en del af det øvrige materiale f.eks. i forholdet 1:10, hvorefter denne blanding tilsættes resten af materialet, eventuelt efter endnu et mellemtrin.

Der er udviklet et stort antal pulverblandere til simpel sammenrystning. Beholderen kan være udformet på flere måder, eksempelvis som en roterende tromle eller som en terningformet kasse, der roterer om en diagonal.

Nautablanderen er en speciel pulverblander. Den roterer ikke, men er i stedet forsynet med en snegl, der både drejer om sin egen akse via motoren for neden og rundt langs beholderens væg via den øverste motor.

Disse pulverblandere er baseret på batchvis/diskontinuerlig blanding. En kontinuerlig pulverblanding er imidlertid let gennemførlig, ved blot at føre de forskellige pulverstrømme ned i en transportsnegl, med en god blandevirkning (svarer til snekken i en ekstruder). Processen kompliceres dog ved, at den kontinuerlige dosering af de forskellige pulvere, kræver ret kostbare doseringsapparater.

11.2.2 “Våd”-compoundering

“Våd”-compoundering anvendes især til blødgøring (også kaldet plastificering) af PVC. Plastificeret PVC fremstilles ved compoundering af PVC-pulver med blødgøringsmidler og eventuelt stabilisatorer, fyldstoffer og andre additiver afhængigt af de ønskede egenskaber og den anvendte forarbejdningsproces.

Mængden af blødgøringsmidlet kan udgøre op til 50 pct. af compoundmængden. Hyppigst anvendes DEHP (di-(2-ethylhexyl)phthalat eller DINP (diisononylphthalat).

Ved høje blødgørerkoncentrationer (plastisol) anvendes ofte en intensiv blander, der er opdelt i to blandekar. I det første opvarmes massen på grund af hurtig omrøring og heraf følgende friktion samt eventuelt ved ekstern varmetilførsel. Når massen er tilstrækkelig homogen overføres den fra opvarmningskarret til det andet kar, hvori den afkøles under langsommere omrøring.

Jo lavere indhold af blødgøringsmiddel eller jo højere indhold af fyldstoffer, des højere bliver viskositeten. Der er derfor ofte tale om blanding af højviskøse væsker eller pasta, hvor det kan være nødvendigt med tilførsel af varme, for at mindske viskositeten og dermed lette blandingen. Varmetilførslen kan også have til formål at smelte visse additiver, så de kan diffundere ind i plastmatriksen.

Compoundens viskositet er ofte for høj til, at hurtige omrørearrange-menter er anvendelige. I stedet anvendes langsomme omrørere, der for at fremkalde tilstrækkelig blandeeffekt, ofte skal bestryge hele væskevolumet. Endvidere kan det være nødvendigt at anvende prelplader eller foretage andre foranstaltninger for at forhindre totalrotation.

I stedet for blanding ved omrøring, kan compoundmassen eventuelt æltes, f.eks. med en dobbeltskrueælter. I dobbeltskrueælteren sørger de to ælteorganer for en langsgående cirkulation i karret. Denne apparattype udføres i mange varianter. Hvis karret gøres langt og får et lille tværsnitsareal, kan æltningen fuldføres ved blot én passage gennem karret (svarer til snekkerne i en dobbelt-snekkeekstruder). Man får herved mulighed for at gøre æltningen kontinuerlig.

Ved vanskeligere æltningsopgaver, kan det være nødvendigt at behandle massen på to forskellige maskiner. Først på en ælter, som sørger for en grovere sammenblanding, dernæst på et valseværk, hvor de fremkaldte forskydningsspændinger kan medføre en intens gennemarbejdning af massen.

11.3 Granulering/pelletering

Kontinuerlig compoundering/blanding er ofte en ekstruderingsproces, hvor den blandede plastmasse ekstruderes ud i lange strenge, som overskæres til små granulater eller små pellets. Strengene kan eventuelt afkøles inden granuleringen/pelleteringen. Herved bliver snittene dog ikke så pæne, men får skarpe kanter og ofte revner.

Afkølingen af granulatet sker enten med vand eller luft. Det plastificerede materiale ekstruderes ud i strenge og afskæres samtidigt eventuelt under vand, hvori det afkøles. Flowet i vandet transporterer granulatet med, indtil vandet sies fra, og granulatet tørres inden det lagres.

11.4 Energiforbrug

Det største energiforbrug til en kold compoundering er til den mekaniske blanding/miksning. Ved en varm compoundering anvendes desuden en betydelig mængde energi til opvarmning og eventuelt plastificering af materialet.

11.5 Vandforbrug

Selve compounderingsprocessen giver ikke anledning til udledning af processpildevand, men i forbindelse med en granulering vil der kunne udledes en begrænset mængde spildevand. Procesvandet fra granuleringen bliver i høj grad recirkuleret efter frasining af granulatet.