BG61833B1

BG61833B1 - Метод за трансформиране на изходен материал, съдържащ понедва различни термопластични материала, в нов хомогенентермопластичен материал

Info

Publication number: BG61833B1
Application number: BG97167A
Authority: BG
Inventors: Giordano Mariani; Cinzia L. Mariani
Original assignee: Ibf Integrated Business And Finance S.A.
Priority date: 1991-04-16
Filing date: 1992-12-14
Publication date: 1998-07-31
Also published as: ES2085201A2; EP0539534B1; CA2085236A1; ITTO910288A0; CH688276A5; FR2675422A1; UY23401A1; CA2085236C; DK173548B1; DE69227004T2; PL297188A1; ATE171101T1; MX9201792A; DE4291173T1; RU2118931C1; YU48287B; HUT66956A; EG19667A; AU1434892A; YU39792A

Description

Област на техниката

Изобретението намира приложение при рециклиране или повторно използване на отпадъчни пластмасови материали, получени от опаковки за храни или битови предмети, за да се предотврати или поне намали натрупването им в природата, както и да се забави изчерпването на източниците на невъзстановими суровини, по-специално нефт като изходна суровина при производството на пластмаси.

Предшестващо състояние на техниката

Понастоящем термопластичните полимери, които могат да бъдат рециклирани, изискват отделно възстановяване и повторна употреба на пластмасови материали от различно химическо естество, тъй като те обикновено са неподатливи на смесване. При повторно използване на смеси от твърди частици от различни термопластични полимери със същите машини и при същите условия за провеждане на операции като тези, използвани при случая с единичен термопластичен полимер, се получават изделия, които са направени от хетерогенен материал, чийто механични, физически и химически характеристики, като например стойности на якост на опъване, якост на огъване, якост на притискане, съпротивление срещу химическа атака от различни течни и газообразни субстанции и т.н., не са добре определени.

На практика необходимостта от обособено, т.е. отделно възстановяване и повторна употреба на различните термопластични материали, поставя едно ограничение от икономически аспект, което намалява значително възможностите за рециклиране на отпадъчни пластмасови материали, по-специално на такива, които се съдържат в домакинските отпадъци (домашната смет).

Известен е метод за възстановяване на хетерогенен пластмасов отпадъчен материал, който включва следните етапи: смесване при студени условия на стрития на прах материал, нагряване на този материал в първи температурен обхват за получаване на материал с първоначално състояние на пластифициране, след което тази маса се подлага на нагряване при втори температурен обхват до получаване на хомогенна стопилка /1/. По време на двата етапа на нагряване, които протичат в отсъствие на въздух, се извършва непрекъснато разбъркване на сместа. Вторият етап на нагряване се осъществява при фактическо отсъствие на бързи температурни преходи и преходи в налягането.

Недостатък на известния метод е недостатъчната хомогенност на получавания продукт, който има неудовлетворителни физически и механически параметри.

Задачата на изобретението е да се осигури метод за рециклиране на отпадъчни полимерни термопластични материали, при което се получава хомогенен термопластичен материал, който може да се употребява при същата техника и технология като тези, използвани в случая с оригинални пластмасови полимери при премахване на необходимостта от предварително отделяне или подбор на тези отпадъци в зависимост от химическото естество на полимерите, от които са направени.

Техническа същност на изобретението

Предмет на изобретението е метод за обработка на пластични материали, който осигурява възможност за трансформирането на суров изходен материал, съдържащ поне два различни термопластични полимера или кополимера, в хомогенен термопластичен материал.

Освен това задача на изобретението е да се осигури възможност за получаване на нов термопластичен материал, който да бъде използван по същия начин и в същата област на индустриално приложение както познатите термопластични материали от поне два термопластични материала от различно химическо естество.

Методът за обработване на нееднородни пластични материали включва осигуряване на поне два различни термопластични полимера или кополимера в разделно състояние, смесване и разбъркване на полимерите чрез бъркачка и разбъркващи средства при първоначално определяне на енергийната консумация. Съгласно изобретението обработването спира след настъпване на максималното нарастване на енергийната консумация.

Освен това съгласно изобретението обработването със смесване и разбъркване спира, когато по същество е достигната постоянна величина на енергийната консумация след настъпване на нейното максимално нарастване.

Съгласно изобретението обработването със смесване и разбъркване се осъществява в камера с механични разбъркващи средства, които могат да включват работно колело с множество лопатки.

Освен това съгласно изобретението при обработването на изходен материал, съдържащ поне два различни термопластични полимера или кополимера в разделно състояние и поне един монолитен материал, който не е податлив на смесване с термопластични полимери и кополимери, се осъществява поне една операция на филтриране за получаване на изделие от нееднородния термопластичен материал, така че от него да се отделят частиците материал, различни от изделието, и да се диспергират от него.

Съгласно изобретението изделието се подлага на гранулиране.

Полученият съгласно изобретението пластичен материал се характеризира с това, че е произведен чрез впръскване на нееднороден термопластичен материал.

Методът съгласно изобретението може да се осъществи като непрекъснат или прекъснат, т.е. чрез третиране на изходната начална смес от термопластични полимери или кополимери на последователни порции.

Изобретението е приложимо и при обработката на изходен материал, който съдържа поне два различни термопластични полимера или кополимера в разделено състояние, и поне един твърд материал, който не е смесваем с термопластичните полимери и кополимери. След това се извършва поне един етап на филтриране на получения продукт, за да се отделят разпръснатите в него частици от различен термопластичен материал.

Химическият или физико-химическият процес или процеси, които се извършват при осъществяване на метода за трансформиране на първоначалната смес от различни термопластични полимери в един хомогенен материал, не са още изцяло изяснени и изобретението не е ограничено по никакъв начин от характера на тези процеси, от порядъка, в който те протичат и от тяхната продължителност.

Установено е, че при операциите на разбъркване и смесване на сместа от термопластични полимери или кополимери твърдите частици претърпяват едновременно едно по-бързо индивидуално загряване, което се дължи на тяхното взаимно триене и/или триенето им с елементите на бъркачката и стените на обработващата камера, така че всички се загряват практически по едно и също време до температура, която е в съответните им диапазони на размекване. Също така изглежда, че се осъществява намаляване на средния размер на частиците при една определена степен на обработка, при която поне една част от частиците все още е в твърдо състояние или е отчасти втечнена, или е в пастообразно състояние.

Независимо от причините, забелязва се относително внезапен преход от едно състояние, в което различните индивидуални термопластични полимерни или кополимерни частици от първоначалната смес са отделени едни от други и могат да се наблюдават индивидуално, и един по-късен етап, в който не е възможно да се различават повече отделните разделителни повърхности, т.е. границите между тези частици, и в който цялата маса приема хомогенен вид, с изключение на възможните срещащи се частици от материал, неподлежащ на смесване с термопластичните полимери.

Тези явления са неочаквани, като се има предвид, че може да се включват полимерни частици с относително ниска точка на топене, като например полиолефини, и с полимерни частици с относително висока точка на топене, като например полиамиди.

Достигнатата температура в сместа от термопластични полимери или кополимери, които са подложени на обработка съгласно метода, обикновено е от 150 до 300°С.

Хомогенната маса, резултат от обработката чрез разбъркване и смесване (разчесване), обикновено се получава във формата на паста, която има реологични характеристики, съответстващи на така нареченото “псевдопластмасово състояние”.

За предпочитане е тази хомогенна пастообразна маса да бъде незабавно подложена на гранулационна обработка за формиране на гранули от обичайния тип, подходящ за използване във формованите или инжектирани части на производствените машини съгласно известните индустриални методи и технологии.

Освен това може да се използва известен метод за филтриране на пастата по време на операцията на гранулиране, например чрез телено сито с отвори, по такъв начин, че да се отделят частиците от твърди материали, евентуално съдържащи се в пастата. Такива частици от твърди материали могат да бъдат от термореактивни полимери, метали, неорганични материали, като например отломки от камък, стъкло и т.н., най-общо от всякакъв материал, който не е смесваем с термопластичните полимери.

Предимствата на метода съгласно изобретението се състоят в това, че се осигурява рециклиране на термопластични полимери или кополимери без предварителното им разделяне или подбор в зависимост от химическото им естество. Полученият продукт представлява хомогенен термопластичен материал.

Освен това продуктът, получен съгласно метода от изобретението, се използва за получаване на изделия от пластичен материал, като се влага във формата на изделията чрез инжекционно формоване.

Методът се осъществява в затворена камера, осигурена с механични разбъркващи средства, като за предпочитане те могат да се свържат със средства за измерване на енергията, която бива абсорбирана от подложения на третиране материал. Разбъркващите средства включват поне един разбъркващ елемент, който може например да представлява ротор с множество лопатки.

Съоръжението за реализиране на процеса се характеризира и с това, че съдържа и средства за вкарване на изходен материал, който ще бъде подложен на обработка в камерата, и средства за разтоварване на тази камера от продукта, получен при обработката на изходния материал.

За предпочитане е разбъркващите средства да включват поне един препелер или ротор с лопатки и въртящ се с висока скорост, например между 1000 и 2800 об./min.

Но могат да се използват подходящи разбъркващи и/или размесващи, и/или смесителни механични или немеханични средства от всякакъв друг вид.

Съгласно едно специфично предпочитано изпълнение на съоръжението камерата е с цилиндрична форма и с хоризонтална ос, а разбъркващите и размесващи средства съдържат ротор, снабден с множество лопатки. Роторът е монтиран коаксиално на оста на камерата и се простира през нея, като въртеливото движение се осигурява чрез свързано с него задвижващо средство, разположено извън камерата.

За гранулационната обработка може да се използва всяка гранулираща машина от известен тип, например използваща екструзия под налягане.

Описание на приложените фигури

Изобретението се пояснява по-добре с подробно описание на неограничаващи примерни изпълнения на метода съгласно изобретението и с едно примерно изпълнение, също така неограничаващо, на едно съоръжение за реализирането на този метод с позоваване на приложените фигури, от които:

фигура 1 представлява схематичен изглед отпред на съоръжението;

фигура 2 - схематичен изглед отпред на една част от съоръжението, показано на фиг. 1;

фигура 3 - схематичен изглед на същата част от съоръжението, изобразена на фиг.2, но с някои елементи и части, показани в разрез;

фигура 4 - схематично напречно сечение на съоръжението;

фигура 5 - частичен схематичен изглед на ротор, представляващ част от съоръжението.

Примерно изпълнение на изобретението

Съоръжението, посочено на фигури 15, съдържа една цилиндрична камера 2 с хоризонтална ос, снабдена с един захранващ бункер 4, разположен в една върхова позиция, и един разтоварващ резервоар (утайник) 5. Един ротор 6, монтиран коаксиално вътре в камерата 2, е задвижван с електрически мотор 7. Стените на камерата 2 са изградени от една група 10, образувана чрез съединяването на две полуцилиндрични черупки 11 и 12, събрани заедно с шарнирни панти, разположени по протежение на единия надлъжен край 13, и едно осигурително затварящо приспособле4 ние 14 е разположено по дължината на края 15, противоположен на края 14.

Горната черупка 12 е свързана с едно пневматично приспособление 16 от познат тип, което прави възможно отварянето й чрез завъртане около шарнирните панти 13. Въртеливото движение на мотора 7 се предава на ротора 6 с пневматично контролиран съединител 18. Въртеливото движение на ротора 6 може да се прекъсне по желание чрез едно спирачно приспособление 21, също пневматично контролирано.

Роторът 6 е носен във всеки от двата си края от лагери 22, закрепени върху стойки 23. Една резбовидна (лабиринтна) връзка 24 прави възможно да преминава всеки един от краищата на вала на ротора 6 плътно през стените на камерата 2.

Един предпазен кожух 26 (фигура 1) обгражда частта от съоръжението, обхващаща камерата 2 и роторните лагери 22.

Както се вижда най-добре на фигура 5, роторът 6 обхваща един цилиндричен вал 30, снабден с множество радиални лопатки 31, 32, чиито форми са от два различни типа. Поспециално, ориентацията на лопатките 32, които са закрепени към всеки край на вала 30 е такава, че той действа, за да придаде на един товар (пълнеж) от материала, който е обработван в камерата 2, движение, което клони към тласкане на този материал далече от камерните стени, граничещи с краищата на вала 30, за да го върне обратно към вътрешността на камерата през областта, подложена на разбъркващото и размесващо действие на лопатките 31.

За предпочитане е диаметърът на камерата 2 и дължината на лопатките 31 и 32 да са такива, че когато роторът 6 е при стайна температура или в близост до тази температура, просветът (светлият отвор) между върховете на лопатките 31 и 32 и вътрешната стена 40 на камерата 2 да бъде в порядъка от около 0,5 до 1 mm.

За предпочитане е роторът 6 и неговият задвижващ го мотор 7 да бъдат оразмерени по отношение на вътрешния обем на камерата 2, така че максималната механична енергия, преминаваща в подлежащия на обработка материал в камерата 2 от ротора 6, да бъде в порядъка от 1 до 2 кв. за всеки литър от този материал. Така например, за един тотален (цялостен) вътрешен обем на камерата 2 от 85 1 (случаят с един експериментален прототип) е открито, че максималната мощност, доставена от мотора, за предпочитане е в порядъка от 128 кв.

Пример 1. Използваният изходен материал е една смес от термопластични полимери във формата на неравномерно оформени парчета, но всички с размери по-малки от 5 mm, произлизащи от регенерирането (възстановяването) на отпадъчни пластични материали в домакинските отпадъци (сметта) и които след отделянето им от другите съставки от сместа просто се измиват с вода и се подлагат след това на изсушаване.

Средният състав на тази смес е следния в тегловни %:

ABS смола	- 50
Поливинилхлорид	- 20
Полипропилен	- 15
Полиетилен	- 5
Полиамид	- 5
Полиметилметакрилат (РММА)	- 5
За обработване на тази смес се	използ-

ва едно съоръжение от описания по-горе тип, в което разбъркващата и размесваща камера има вътрешен обем от 85 1, използваният мотор за осигуряване въртеливо движение на ротора е трифазен електрически мотор с полюсен превключвател, с максимална мощност от 140 кв., който е захранван с ток 380 V / 50 Hz, и със стойност на косинус фи (φ) от 0,85. След един период от време на ротация на ротора от порядъка на 3 min се забелязва едно стръмно повишаване, непосредствено последвано от стабилизиране на консумираната мощност от подложената на разбъркването и размесването маса, което показва един връх в интензивността на електрическия ток, подаван към мотора, достигащ максимална стойност от порядъка на 270 до 280 А на върха на повишената част. Времетраенето на повишаване интензивността на електрическия ток между началната стойност и върха на повишената част, така както и последващото понижаване на интензивността (до една стабилизирана стойност, която е над началната стойност) обхваща едновременно около 5 s. Времетраенето на въртене на ротора обхваща период от около 10 до 20 s след стабилизиране интензивността на електрическия ток, с който се захранва електромоторът, задвижващ ротора, след което роторът се спира и хо5 могенната гелоподобна пастообразна маса, която е резултат от обработката на сместа от полимери, незабавно се извлича за оползотворяване.

Тази маса се подлага или незабавно след извличането й от обработващата камера, или след втвърдяването й чрез охлаждане на една гранулационна обработка чрез екструзия в машина от известен тип, с филтриране с помощта на сито с телени отвори. По този начин се получават гранули от термопластичен материал с размер от около 3 mm, с изключително хомогенна изява (проявление), дори когато се извършват експерименти с увеличително стъкло. Тези гранули са отлично пригодени за употреба в индустриална инжекционно-формовъчна машина по същия начин, както гранули от чиста термопластична ABS смола, правейки възможно получаването на формовани (отлети) части с отлично качество, което представя/показва една перфектна изотропия на механичните и физически качества (свойства).

Пример 2. Процедурата е същата както в пример 1, с изключение на това, че се използва смес от термопластични материали в качеството на суров материал със следния осреднен състав в тегловни %:

Полиетилен/смес от еднакви части полиетилен с висока плътност и ниска плътност -45

Полистирен -20

Поливинилхлорид -20

Смес от две равни части от полиестер и полиамид -12

Полиметилметакрилат (РММА) -3

След ротация на ротора от около 90 s се забелязва повишаване в интензивността на електрическия ток, захранващ мотора, достигащо до максимална стойност от порядъка на 230 А. Времетраенето на ротацията е както в пример 1 в порядъка около 10 до 20 s след този връх, преди извличане на хомогенната гелообразна пастообразна маса с псевдопластична консистенция, явяваща се като резултат от третирането (обработката).

След това се извършва гранулация чрез екструзия, с филтрация на пастата, както е посочено в пример 1.

По този начин се получават гранули от термопластичен материал, които са подходящи за използване в индустриални инжекционни формовъчни машини по начин, подобен на този при употребата на гранули от чиста полиетиленова смола с висока плътност.

Трябва да се отбележи, че описаният метод е отлично пригоден за получаване на термопластичен материал с предварително определени свойства, средно между тези на различните изходни полимери и кополимери и че е възможно да се поддържат постоянни качествата на крайния продукт, дори в случай на колебания в средната стойност на състава на смесите, използвани като изходен суров материал.

В действителност и както е очевидно за специалиста от съответната област на техниката, необходимо е само да се анализира началният материал и крайният продукт, за да се определи количеството термопластични полимери или кополимери от един или няколко типа, които трябва да се добавят към началните смеси, за да се осъществят корекциите, необходими за получаване на краен продукт с желаните качества и за да се поддържат тези качества в случай на изменения в състава на изходния суров материал.

Очевидно може да се добави към смесите от термопластични полимери или кополимери по познат начин каквато и да било субстанция или смес от субстанции, способни да подобрят качествата на крайния термопластичен материал, например пластификатори, стабилизиращи агенти, оцветители, пълнители и т.н. Ясно е, че вследствие на самото естество на операциите в метода, които обхващат едно разместване и едно разбъркване, които са изключително ефикасни, се получава отлично хомогенно разпределяне на тези субстанции (вещества) в крайния продукт.

Claims

Патентни претенции

1. Метод за обработване на нееднородни пластични материали, включващ осигуряване поне на два различни термопластични полимера или кополимера в разделно състояние, смесване и разбъркване на полимерите чрез бъркачка и разбъркващи средства при първоначално определяне на енергийната консумация, характеризиращ се с това, че обработването спира след настъпване на максималното нарастване на енергийната консумация.
2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че обработването със смесване и разбъркване се спира, когато по същество е достигната постоянна величина на енергийната консумация след настъпване на максималното й нарастване.
3. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че обработването със смесване и разбъркване се осъществява в камера, снабдена с механични разбъркващи средства.
4. Метод съгласно претенция 3, характеризиращ се с това, че разбъркващите средства включват работно колело, снабдено с множество лопатки.
5. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че за обработването на изходен материал, съдържащ поне два различни термопластични полимера или кополимера в разделно състояние и поне един монолитен материал, който не е податлив на смесване със споменатите термопластични полимери или кополимери, при който метод се осъществява поне една филтрираща операция за получава5 не на изделие от нееднородния термопластичен материал, така че да се отделят от него частиците материал, различни от споменатото изделие и са диспергирани от него.
6. Метод съгласно претенция 1 или 5, 10 характеризиращ се с това, че изделието се подлага на гранулиране.
7. Пластичен материал съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че е произведен чрез впръскване на нееднороден термопластичен материал.