BRPI0706115B1 - reciclagem de embalagem multicamadas - Google Patents

Abstract

reciclagem de embalagem multicamadas. a presente invenção refere-se a um processo de separação dos materiais que compõem uma embalagem formada por multicamadas. mais especificamente, o referido processo permite que as referidas multicamadas as quais consistem de materiais plásticos, metálicos e papel sejam separadas de maneira a não gerar resíduos prejudiciais ao meio ambiente.

Description

(54) Título: RECICLAGEM DE EMBALAGEM MULTICAMADAS (73) Titular: UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS - UNICAMP. CGC/CPF: 46068425000133. Endereço: Cidade Universitária Zeferino Vaz, Distrito de Barão Geraldo, Campinas, SP, BRASIL(BR), 13083-970 (72) Inventor: ALEXANDRE KISNER; MARTINHO RAU; CELSO RODRIGO NICOLETI; LAURO TATSUO KUBOTA.

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 04/12/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 04/12/2018

Assinado digitalmente por:

Liane Elizabeth Caldeira Lage

Diretora de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “Reciclagem de embalagem multicamadas”

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um processo 5 para separação dos materiais que compõem uma embalagem formada por multicamadas. Mais especificamente, o referido processo compreende a reciclagem das embalagens multicamadas, de modo que as referidas multicamadas sejam separadas sem que sejam gerados resíduos prejudiciais ao meio ambiente.

Técnicas Relacionadas

As embalagens multicamadas compreendem diversas camadas formadas por materiais plásticos inertes e por materiais metálicos, São principalmente destinadas a armazenamento de alimentos, uma vez que preservam as características dos mesmos.

Após o consumo, tal embalagem deve ser encaminhada para os programas de coleta seletiva. Mundialmente, esta iniciativa está em crescimento constante, uma vez que são os grandes responsáveis pela separação dos diversos tipos de materiais recicláveis.

O mercado de reciclagem das embalagens multicamadas é muito grande, pois envolve cooperativas de catadores, indústrias papeleiras, de plástico, fabricantes de placas e telhas e de alta tecnologia, como a de plasma. Além disso, a reciclagem das referidas embalagens também contribui para o crescimento do mercado de produtos reciclados, como os

fabricados a partir de papel reciclado, de plástico reciclado como

Λ vassouras e o de placas e telhas recicladas. Um outro aspecto a ser destacado, consiste na diversidade de oportunidades que surgem com o uso de uma matéria-prima alternativa para fabricação de móveis, peças de escritórios entre outros a serem desenvolvidas.

Para um tipo de embalagem multicamadas, tal como a composta ou cartonada, as suas duas primeiras camadas, são formadas por material plástico tal como o polietileno. Referidas camadas evitam o contato do produto armazenado, com as demais camadas que compõem a referida embalagem. A terceira camada da referida embalagem consiste na camada formada por materiais metálicos, tal como o alumínio. Referida camada evita que o produto ora armazenado seja exposto à luz, a ações ocasionadas pelo contato do produto com o oxigênio do ambiente externo e ainda, a ação de microorganismos. A quarta camada da referida embalagem consiste novamente em uma camada plástica, a qual promove a adesão da camada metálica à quinta camada da referida embalagem, a qual é formada por papel.

Entretanto, para um outro tipo de embalagem multicamadas, tal como as laminadas flexíveis, a disposição das camadas é realizada de modo que a primeira camada consista de material plástico, tal como o poliéster, a segunda camada consista de um material adesivo, a terceira camada consista de um material metálico, seguida da quarta camada também formada por um material adesivo e quinta camada formada por um material plástico tal como o polipropileno.

A literatura é repleta de tecnologias para a reciclagem das embalagens multicamadas compostas e cartonadas. Para a recuperação do papel que compreende uma das camadas de uma embalagem multicamada, um dos métodos usualmente utilizado é a reciclagem das fibras de papel. Tal método utiliza diversos equipamentos, dentre eles, um equipamento semelhante a um liquidificador gigante, o hidrapulper, um purificador, células de flotação para tratamento das águas residuais, peneiras pressurizadas e baterias de cones purificadores.

O material a ser reciclado por meio desse método é agitado com água no hidrapulper” durante 30 minutos, sem a presença de produtos químicos. Dessa forma, as fibras são hidratadas promovendo a separação das camadas do material. Em seguida, o líquido resultante é filtrado, as fibras são lavadas e purificadas, de modo que ocorra a recuperação das mesmas, as quais podem ser utilizadas na produção de papel toalha, papel kraft, papelão ondulado, etc. Os resíduos de alumínio e polietileno são queimados em caldeiras de biomassa, com filtros, para geração de vapor.

Um outro método de reciclagem usualmente utilizado para recuperação do papel das referidas embalagens multicamadas é a prensagem. As embalagens são picadas e prensadas a altas temperaturas, produzindo chapas semelhantes à /Ί madeira compensada. Estas chapas possuem alta resistência mecânica e à umidade, sendo portanto, úteis na construção civil e excelentes para a produção de móveis e divisórias. Entretanto, o referido método não promove a separação dos componentes da embalagem cartonada.

Um outro método de reciclagem usualmente utilizado para a recuperação do papel das embalagens multicamadas é a incineração. Na incineração a embalagem cartonada é queimada em incineradores provido de controle da poluição ambiental. Com a recuperação de energia o vapor gerado move uma turbina que produz energia elétrica, a qual é distribuída para a população como ocorre na Europa e no Japão.

Após o isolamento das fibras de papel, o resíduo composto pelas demais camadas da embalagem multicamadas, as quais são formadas pelo material plástico e pelo material metálico são submetidas a outros tipos de processos para terem os seus materiais reciclados.

Um dos referidos processos ocorre por meio da incineração em caldeiras, com filtros especiais para evitar a poluição atmosférica, recuperando a energia produzida para a utilização na própria fábrica de papel.

Em outro processo, o material resultante da reciclagem das fibras de papel, ou seja reciclagem da camada plástica e da camada metálica, que corresponde a 25% da massa inicial da embalagem, deverá ser reprocessado em um forno de pirólise para recuperação do metal. O plástico existente servirá ίο como combustível no mesmo forno de pirólise, reduzindo o consumo de gás natural necessário para a fusão do alumínio.

O desenvolvimento de tecnologias de ponta para reciclo do plástico e do alumínio, levaram ao desenvolvimento da tecnologia de reciclagem via Plasma. Esta tecnologia permite a separação total desses dois componentes: o plástico é transformado em parafina, a qual é utilizada na indústria petroquímica, e o alumínio, em lingotes de alta pureza usados para fabricação de novas folhas de alumínio fechando assim, o ciclo da reciclagem do material. O sistema usa energia elétrica para produzir um jato de plasma a 15 mil graus Celsius para aquecer a mistura de plástico e alumínio.

O material composto de plástico/alumínio é destinado para fábricas de processamento de plásticos, onde é reciclado por meio de processos de secagem, trituração, extrusão e injeção.

No processo de trituração as camadas de polietileno e alumínio são trituradas e prensadas a elevadas temperaturas, produzindo chapas semelhantes à madeira ideais para a produção de moveis e divisórias. Adicionalmente, referidas chapas podem também ser transformadas em telhas, as quais são destinadas a construção civil.

Já no processo de extrusão, há a produção de “pellets”, os quais consistem em pequenos grãos de plástico e alumínio que podem ser utilizados como matéria prima nos processos de fabricação de peças por termo-injeção, rotomoldagem ou sopro. Ao final deste processo, o material é usado para produzir peças plásticas, tais como canetas, cabos de pá, vassouras, coletores e outros.

Entretanto, a técnica também é provida de um processo mecânico, por meio do qual um equipamento promove a separação das referidas camadas, sem degradar os materiais que compõem as mesmas. Porém, tal processo demanda um maquinário especializado, elevando o custo do dito processo.

Um processo de reciclagem dos materiais que compõem as camadas das embalagens multicamadas pode ser encontrado no documento PI0402112-6. O referido documento descreve um processo realizado sob elevadas temperaturas e realizado sob longos períodos de tratamento (até 100 min.), promovendo assim, a solubilização dos materiais a serem separados.

O documento KR20040024473 revela um processo baseado no tratamento de embalagens laminadas com ácido nítrico. O acido nítrico é um forte agente oxidante e pode assim alterar as propriedades do material plástico.

Outros processos de reciclagem, compreendendo a realização de multi-etapas encontram-se por exemplo, descrito no documento JP2003160814. No referido documento, é revelado um processo no qual são realizadas multietapas de modo a promover a separação das camadas de embalagens laminadas, utilizando para tanto fitas removedoras.

De uma maneira geral, os processos de reciclagem dos materiais que compõem as camadas das embalagens multicamadas revelados na técnica consistem em submeter referidos materiais a fomos sob elevadas temperaturas, de modo que tanto a camada plástica quanto a laminada acabam por ser fundidas antes mesmo de ocorrer à separação das mesmas.

Embora os métodos atualmente conhecidos na técnica sejam simples, apresentam aspectos desvantajosos, tais como, o fato de requerer altas quantidades de energia para sua ío realização, adicionalmente produzir como produto final da queima dos materiais uma quantidade considerada crítica de gás carbônico, CO_2j na atmosfera e uma vez, sendo o material plástico fundido, este não pode mais ser reutilizado diretamente nas indústrias plásticas, sendo necessário então seu re-processamento na indústria química primária.

A literatura técnica também é provida de documentos que revelam processos de reciclagem utilizando o tratamento alcalino das embalagens multicamadas. Entretanto, aspectos relevantes que tomam tais processos descritos na literatura desvantajosos em relação à invenção a ser revelada neste relatório descritivo, consistem do fato de que, por exemplo, no documento EP 1683829-A1, a amostra plástica contendo o metal é inicialmente pulverizada, e em seguida, o plástico é dissolvido em um solvente apropriado. Já no documento

US2005282719-A1, é descrito que as superfícies revestidas com metal são limpas por meio do uso de tensoativos, os quais eventualmente podem vir a ser misturados com as soluções utilizadas para o tratamento de reciclagem, e ainda, os documentos JP2001260281-A e JP2001058372-A revelam técnicas semelhantes, nas quais as camadas das embalagens são separadas por meio de uma solução alcalina na concentração de 1M por um longo período de tempo.

Tendo em vista os processos de reciclagem ora revelados na técnica, é possível constatar que a mesma ainda possui uma carência quanto a um processo de separação dos io materiais que compõem as embalagens multicamadas, simples, otimizado e que preserve a integridade dos materiais que ora compõem as referidas embalagens.

Sumário da Invenção

A presente invenção refere-se a um processo de separação dos materiais que compõem uma embalagem formada por multicamadas. Mais especificamente, o referido processo permite que as referidas multicamadas as quais consistem de materiais plásticos, metálicos e papel sejam separadas de maneira a não gerar resíduos prejudiciais ao meio ambiente. O material plástico ora separado é obtido com a sua integridade preservada, de modo que possa ser imediatamente reutilizado. O material metálico pode ser submetido a um tratamento adicional para reciclagem, de modo que o metal seja recuperado e encaminhado para a indústria primária para posterior produção do mesmo. O referido processo consiste no tratamento alcalino das embalagens multicamadas, de maneira simples, rápida e segura, sem a

necessidade de equipamentos sofisticados para a realização do processo. Uma das principais características do referido processo consiste no fato de não serem gerados resíduos químicos nocivos ao meio ambiente.

Descrição Detalhada da Invenção

A presente invenção refere-se a um processo de separação dos materiais que compõem uma embalagem formada por multicamadas, tais como as embalagens cartonadas, como tetrapak, e as embalagens flexíveis laminadas como os sacos laminados de uma maneira geral entre outros.

As embalagens multicamadas a terem seus materiais constituintes separados são providas de materiais plásticos, metálicos e papel, dispostos em camadas alternadas sendo em geral, uma primeira camada composta por material plástico, camada plástica e uma segunda camada composta por um metal, a camada laminada, a terceira camada composta por papel, a quarta camada similar à primeira camada, a quinta similar à segunda e assim sucessivamente.

O processo de separação das substâncias que compõem uma embalagem formada por multicamadas ocorre quimicamente por meio do tratamento alcalino com uma solução de hidróxido de sódio, NaOH, sob um valor de temperatura variando na faixa de 10 a 50 °C, de forma que ao término do tratamento alcalino as multicamadas as quais consistem de materiais plásticos e metálicos sejam separadas sem serem gerados resíduos químicos nocivos ao meio ambiente.

Devido a essa característica, a presente invenção é considerada como ambiental mente correta, uma vez que os resíduos químicos finais gerados podem ser descartados sem prévio tratamento. Uma outra característica da presente concretização consiste no fato do seu valor de temperatura de processamento ser reduzido, evitando um consumo de elevadas quantidades de energia e evitando a liberação de gás carbônico, CO_2í na atmosfera.

A presente concretização demonstra-se mais vantajosa que as técnicas usualmente conhecidas na literatura, uma vez que o material plástico ora separado é obtido com a sua integridade preservada de modo que possa ser imediatamente reutilizado, assim como o material metálico pode ser submetido à reciclagem, de modo a se recuperar o metal e encaminhá-lo para a indústria primária para posterior produção deste.

O processo de separação ora descrito pela presente concretização possibilita que diferentes embalagens multicamadas, tais como as cartonadas e as flexíveis, sejam recicladas simultaneamente durante um mesmo processo de tratamento.

Adicionalmente, o processo de separação dos materiais que constituem a embalagem multicamada, assim como o tratamento químico do material metálico após a sua separação são realizados de forma simples, rápida e segura sem a necessidade de instrumentação ou aparatos altamente sofisticados.

De uma maneira geral, o processo de separação dos materiais que compõem as embalagens multicamadas compreende duas etapas principais, as quais consistem no tratamento alcalino por meio de uma solução diluída de hidróxido e sódio, NaOH, em duas diferentes concentrações.

A primeira etapa principal consiste no tratamento alcalino da embalagem multicamadas em um primeiro banho de imersão da referida embalagem em uma solução diluída de NaOH na concentração preferencial de aproximadamente

0,5M. A referida solução deve ser aquecida a uma temperatura aproximada de 50 °C e a embalagem multicamada a ter os seus materiais constituintes separados deve permanecer sob imersão na referida solução por um período de cerca de 10 a 20min. Para a presente concretização, o período ideal de imersão da embalagem multicamadas na solução diluída de NaOH é de cerca de 15min. O banho de imersão da embalagem multicamadas na solução alcalina irá promover a separação da camada plástica da referida embalagem.

Ao término do período de imersão, as embalagens multicamadas devem ser removidas da solução alcalina e submetidas à lavagem com água corrente, de modo a remover o excesso de NaOH sobre a superfície da embalagem.

Em seguida, de forma manual, a primeira camada que compõe a referida embalagem, a camada plástica, é removida.

Pa

O procedimento de remoção da referida camada é preferencialmente iniciado por meio da remoção das laterais do material plástico da embalagem multicamadas. Devido à prévia imersão das embalagens na solução de NaOH, a referida remoção da camada plástica é otimizada, ocorrendo de forma simplificada.

Uma vez que a camada plástica é completamente removida da embalagem multicamadas, esta é submetida à secagem ao ar, separada para posterior reprocessamento e/ou reutilização.

Após a remoção da primeira camada, a embalagem multicamadas é novamente submetida ao tratamento alcalino em uma nova solução de hidróxido de sódio para a remoção da camada de laminada ora desprotegida. Esta etapa do processo compreende a segunda etapa principal do processo da presente concretização.

O referido tratamento alcalino consiste em um segundo banho de imersão da referida embalagem multicamadas em solução de NaOH a uma concentração diferente da concentração da solução de NaOH utilizada para o primeiro banho de imersão.

A concentração da solução de NaOH utilizada para o segundo banho de imersão da embalagem multicamadas é de aproximadamente 2,5 Μ. O referido banho deve ter sua temperatura estabilizada preferencial em cerca de 25 °C.

O período de imersão da embalagem multicamadas na solução de NaOH 2,5 M será determinado de acordo com a espessura da camada laminada. Contudo, estima-se um período de cerca de 5 a 15min, podendo ocorrer variação no mesmo.

Durante o referido período de imersão da embalagem, o alumínio que compõe a camada laminada da embalagem multicamada é dissolvido, de modo que íons Al⁺³, provenientes da camada laminada fiquem dispersos na solução alcalina. A camada posterior, a camada plástica, permanece estável.

ίο A embalagem multicamadas é retirada do banho de imersão e novamente submetida ao procedimento de lavagem com água corrente, de modo a remover o excesso da solução de NaOH da superfície da mesma. O alumínio em solução pode ser isolado do meio alcalino na forma de um precipitado de AI(OH)₃.

A camada plástica posterior à camada laminada ora dissolvida é removida manualmente de maneira semelhante e seca ao ar para que posteriormente possa ser reutilizada.

O alumínio ora na sua forma iônica, é recuperado por meio da reação de neutralização da solução alcalina com uma solução de ácido clorídrico (HCI) na concentração preferencial de 1M. Como produto da reação de neutralização, obtém-se a precipitação do alumínio na forma de hidróxido de alumínio (A1(OH)₃) e um sal o cloreto de sódio (NaCl).

O A1(OH)₃ pode facilmente ser isolado por meio da técnica de filtração simples e encaminhado à indústria farmacêutica como anti-ácido ou ainda à indústria primária de produção de alumínio. Na indústria primária de produção de alumínio, a alumina será reprocessada pelo método Hall, por meio do qual será obtido o alumínio com alto grau de pureza.

O líquido ora filtrado não precisa receber tratamento prévio para descarte, uma vez que compreende apenas um sal, o NaCl, o qual pode ser descartado diretamente nos rios devido ao fato de não apresentar riscos ao meio ambiente.

O processo ora objeto da presente concretização apresenta uma redução de custos em tomo de 5% no consumo de energia na produção de alumínio.

Um outro aspecto da presente concretização consiste no fato de que durante o banho de imersão da embalagem na solução de NaOH 2,5M, ocorre à liberação de gás hidrogênio,

H₂, no meio. O gás H₂ liberado pode facilmente ser recuperado por meio de um sistema de exaustão instalado na superfície do recipiente no qual ocorre o banho de imersão para que posteriormente o referido gás possa ser utilizado ainda, por exemplo, no próprio processo de separação, como combustível para o aquecimento do banho de NaOH a uma temperatura de aproximadamente 50 °C, condição operacional da primeira etapa do processo de separação da presente invenção.

Em uma modalidade preferida da presente concretização, a embalagem a ter os seus materiais constituintes separados, foi inicialmente picotada e os pequenos pedaços

gerados por meio do picotamento da embalagem devem ser imersos diretamente na solução de NaOH 2,5M.

Entretanto, a referida modalidade não esta limitada ao uso de NaOH a 2,5M, concentrações menores de

NaOH, podem também ser utilizadas. Todavia, o uso de concentrações menores que 2,5M conduzirão a um mesmo resultado final, porém a diferença estará no tempo de remoção do alumínio das embalagens. Ao usar-se uma concentração menor, o tempo de remoção do alumínio será maior.

O uso da solução concentrada de NaOH 2,5M irá promover um procedimento de separação otimizado e os materiais constituintes das camadas da embalagem multicamadas, serão facilmente separados e recuperados em sua integridade.

Enquanto concretizações particulares da presente invenção tenham sido aqui descritas, a presente patente de invenção não deve ser considerada limitada a tais descrições. Deve ser aparente que mudanças e modificações podem ser incorporadas e concretizadas como parte da presente invenção e ainda assim estando dentro do escopo das reivindicações a seguir:

Claims (2)

1. REIVINDICAÇÃO

   1. Reciclagem de embalagens multicamadas, compostas por materiais plásticos e metálicos, caracterizada por consistir das etapas de

   5 a) Tratamento da embalagem multicamadas em um banho de imersão que consiste em uma solução diluída de NaOH na concentração de 0.5M, a uma temperatura de 50 °C, por um período de 10 a 20min, io preferencialmente 15min;

   b) Separação da camada plástica embalagem;

   c) Remoção da embalagem multicamadas da solução alcalina e lavagem com água corrente, de modo a remover o excesso de

   15 NaOH sobre a superfície da embalagem;

   d) Remoção da camada plástica;

   e) Secagem ao ar da camada plástica;

   f) Tratamento da embalagem multicamadas obtida na etapa (d) em um banho de

   20 imersão em uma solução de NaOH na concentração de 2.5 M, temperatura de 25°C, por 5 a 15min;

   g) Dissolução da camada laminada e dispersão de íons Al⁺³, na solução alcalina;

   25 h) Retirada da embalagem multicamadas do banho de imersão e lavagem com água

   Petição 870180138631, de 08/10/2018, pág. 4/9 corrente, até remoção do excesso da solução de NaOH da superfície da embalagem;

   i) Remoção da camada plástica;

   5 j) Secagem ao ar da camada plástica;

   k)Recuperação do Al⁺³ por meio da reação de neutralização da solução alcalina com uma solução de ácido clorídrico (HC1) na concentração de 1M;

   10 1) Obtenção de hidróxido de alumínio (A1(OH)3) e cloreto de sódio (NaCl);

   m)Recuperação de hidróxido de alumínio (A1(OH)3) por filtração.
2. 2. Reciclagem de acordo com a reivindicação 1,

   15 caracterizada por o procedimento de remoção da camada plástica a ser iniciado por meio da remoção das laterais do material plástico da embalagem multicamadas, submetida à secagem ao ar, separada para posterior re-processamento e reutilização.

   20 3. Reciclagem de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o gás H2 liberado ser recuperado por meio de um sistema de exaustão instalado na superfície do recipiente do banho de imersão para posteriormente ser utilizado.

   Petição 870180138631, de 08/10/2018, pág. 5/9