BRPI0718616B1 - Método para o pré-tratamento, reprocessamento ou reciclagem de material termoplástico. - Google Patents
Método para o pré-tratamento, reprocessamento ou reciclagem de material termoplástico. Download PDFInfo
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Description
(54) Título: MÉTODO PARA O PRÉ-TRATAMENTO, REPROCESSAMENTO OU RECICLAGEM DE MATERIAL TERMOPLÁSTICO.
(51) lnt.CI.: B29B 17/00 (30) Prioridade Unionista: 13/11/2006 AT A 1880/2006 (73) Titular(es): EREMA ENGINEERING RECYCLING MASCHINEN UND ANLAGEN
GESELLSCHAFT M.B.H.
(72) Inventor(es): KLAUS FEICHTINGER; MANFRED HACKL; GERHARD WENDELIN
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MÉTODO PARA O PRÉ-TRATAMENTO, REPROCESSAMENTO OU RECICLAGEM
DE MATERIAL TERMOPLÁSTICO
DESCRIÇÃO
O invento refere-se a um método para o pré-tratamento, 5 reprocessamento ou reciclagem de material termoplástico de acordo com a reivindicação 1.
reprocessamento de resíduos plásticos tem-se tornado um assunto de importância crescente no cotidiano. Em qualquer caso, estão envolvidos muitos problemas relativos a uma reciclagem eficiente e precisam de receber alguma atenção. Deste modo, por exemplo, os plásticos a ser tratados são normalmente resíduos das mais variadas formas, configurações, espessuras, etc. Para além disso, os plásticos individuais têm propriedades químicas e físicas que diferem entre si. Inclusivamente, a maioria dos plásticos para reciclagem está poluída com substâncias tóxicas ou outros componentes contaminantes e requerem uma limpeza de modo a se tornarem novamente comerciáveis.
Existem muitos métodos diferentes para a recuperação e reciclagem de plásticos. No entanto, estes métodos destinam-se sempre apenas a aspectos individuais, de modo que os métodos conhecidos no estado da técnica estão adequados para aplicações especiais, mas falham noutros campos e para outras exigências e problemas.
5 Desta forma, por exemplo, é importante que na reciclagem de plásticos (em particular os higroscópicos) o produto a ser reciclado esteja tão seco quanto possível, de modo a evitar uma decomposição hidrolítica das cadeias moleculares durante a plastificação ou aquando a fusão.
0 Isto tem de ser levado em consideração pela gestão do
2/25 processo.
Os problemas da tecnologia de processamento, tais como a característica adesiva de muitos plásticos a altas temperaturas, também têm de ser tomados em consideração.
A reutilização aumentada de plásticos reciclados também levou ao uso de bens reciclados no campo do embalamento de produtos alimentares. Mas onde ocorre um contato direto entre o plástico reciclado e o produto alimentar, deverá ser garantido que nenhuma contaminação indesejada penetra n produto alimentar a partir do material de embalamento concebido a partir de plástico reciclado. Para resolver este problema, já foram desenvolvidos inúmeros métodos para reciclar plástico usado, e portanto contaminado e normalmente têm impurezas tóxicas no que toca aos produtos alimentares, de modo que o plástico reciclado resultante pode novamente ser usado sem problemas no campo do embalamento de produtos alimentares.
Acima de tudo, os métodos químicos são aqui conhecidos. Assim, foi proposta a sujeição de plásticos usados a pirólise, em que o plástico é decomposto sob exclusão do oxigênio do ar. Outro método de reciclagem química inclui a hidrogenação de plásticos, em que ocorre uma reação química com hidrogênio a pressão elevada e temperatura elevada. Enquanto estes métodos químicos apresentam o benefício que o plástico resultante é amplamente livre de fracções tóxicas, existem preocupações de energia e as despesas específicas de fábrica colocam-se como obstáculo a uma aplicação econômica
Por outro lado, os métodos físicos funcionam a temperaturas muito mais reduzidas, de modo que a estrutura
3/25 e em especial o comprimento da cadeia molecular do plástico reciclado permanecem essencialmente intactos.
Um plástico crescentemente importante é o ácido polilático ou polilactídeo, seguidamente designado de PLA.
O ácido polilático ou PLA é um sintético termoplástico com a fórmula
O H II I
O H II I —C-C— O— C—C—O—
I
Cl·,
I
CHg
O PLA [26100-51-6] pertence à família dos poliésteres. Os polímeros opticamente ativos ocorrem na forma de D- ou
L-lactídeos.
O PLA encontra a sua grande área de aplicação na 15 indústria de empacotamento. Uma propriedade positiva deste substrato reside no fato de ter uma biodegradabilidade muito boa, ser biocompatível e amigo do ambiente e assim poder facilmente ser fragmentado por microrganismos.
A aplicação médica do PLA é igualmente de interesse. 20 Deste modo, os implantes ou veículos de ingredientes ativos são concebidos em PLA e fragmentados no corpo humano. Uma placa de osso e/ou um parafuso em PLA é fragmentado no corpo, assim que a cura de um osso fraturado progride, de modo que não mais terá de ser removido numa segunda 25 cirurgia. O tempo de reabsorção pode ser ajustado pela razão de mistura dos componentes L e D, bem como o comprimento da cadeia do polímero usado. As esponjas de PLA com ingredientes ativos incorporados podem libertar os ingredientes localmente num determinado período de tempo.
As propriedades de PLA dependem primeiramente da massa
4/25 molecular, grau de cristalinidade e possivelmente a proporção de copolímeros. Uma massa molecular elevada aumenta a temperatura de transição de vidro, bem como a temperatura de fusão, resistência à tensão e modulo E, e reduz a deformação após a fractura. Devido ao grupo metilo, o material tem um comportamento repelente de água ou hidrofóbico. O PLA é solúvel em muitos solventes orgânicos, tais como o diclorometano ou semelhantes. O PLA pode também ser reforçado com fibra para processamento.
Os polímeros de PLA podem ser obtidos primeiramente pela polimerização iônica de lactídeo, um fecho de anel de duas moléculas de ácido lático. A temperaturas entre 140° e 180° e sob ação de compostos de estanho catalíticos (tais como óxido de estanho), ocorre uma polimerização de uma abertura de anel. Desta forma, são produzidos plásticos com uma elevada massa molecular e resistência. O lactídeo em si mesmo pode ser realizado por fermentação de molassos de glucose por meio de várias bactérias. 0 PLA puro e de elevado peso molecular também pode ser realizado diretamente a partir de ácido lactídico por policondensação. No entanto, a descarga do solvente é um problema na produção industrial.
O ponto de transição de vidro ou alcance do PLA encontra-se entre 55° e 58°C, a temperatura de cristalização entre 100° e 120° e a temperatura de fusão entre 165° e 183°.
Na reciclagem de plásticos PLA, é importante que o material a ser reciclado esteja tão seco quanto possível para evitar uma quebra hidrolítica das cadeias moleculares durante a plasticização ou decomposição. No entanto, o PLA
5/25 é higroscópico, o que dificulta uma secagem eficaz.
O ponto de transição do vidro, em que o material em
PLA se torna adesivo a altas temperaturas, e um tempo de cristalização relativamente longo, dificultam a cristalização e/ou a secagem de resíduos de produção amorfa, em especial resíduos de películas embutidas a frio, com sistemas de cristalização e sistemas de secagem convencionais.
Tais sistemas de secagem convencionais, conhecidos do 10 estado da técnica, são secadores de ar seco, que funcionam a um caudal de ar de cerca de 1,85 m3/h e Kg de granulado.
Por exemplo, o PLA não cristalino é seco a 4 5 °C durante cerca de 4h, a um ponto de condensação de -40 °C, e o PLA cristalizado a 90 °C durante cerca de 2h, a um ponto de condensação de -40 °C.
Mas devido às temperaturas de secagem relativamente baixas, especialmente aquando do processamento de material não cristalizado, o tempo de secagem é relativamente longo e é necessária uma gestão da temperatura extremamente precisa. Isto é extremamente difícil, se não impossível, para os granulados e em especial para todas as outras formas, tais como flocos, filmes, fibras, etc..
Por esta razão, poder-se-á tentar atingir uma cristalização do plástico antes de uma secagem. Tal tipo de cristalização pode ser realizada, por exemplo, por meio da movimentação ou manipulação mecânica uniforme de partículas a uma temperatura inferior à temperatura de secagem, em qualquer um dos casos a uma temperatura inferior â temperatura de fusão ou plastícização. O movimento é vantajoso para evitar uma adesão das partículas
6/25 individuais .
Mas visto que os materiais pretendidos para a reciclagem estão normalmente contaminados e estão sujeitos a lavagem e, se necessário a uma fragmentação prévia com subsolagem simultânea, surge normalmente uma primeira fragmentação definida ou uma moagem, uma lavagem e uma secagem. Tal secagem preliminar não deverá exceder pelo menos o teor de água para um valor inferior a 1,5 % em peso do material plástico a ser usado ou reciclado.
Se se prosseguir diretamente para uma cristalização prematura com um cristalizador convencional, tal torna-se também extremamente difícil e a adesão impera.
A complicar o decurso de um processo de reprocessamento de plásticos, surge o fato de plásticos muito diferentes serem usados para as mais diversas aplicações, diferindo substancialmente umas das outras nas suas propriedades químicas e físicas. Desta forma, por exemplo, o PET tem propriedades totalmente diferentes do PE ou o PS tem propriedades diferentes do PP.
Não é portanto facilmente possível aplicar ou transferir diretamente o conhecimento ganho no reprocessamento de um material polimérico para um material diferente. Cada polímero requer portanto a sua consideração e avaliação especial e especialmente condições de processamento talhadas para o material em particular. O controlo preciso do processo também irá ser influenciado em termos de forma e especialmente na espessura do material a ser tratado.
Uma vez que, para além disso, os parâmetros de cristalização, secagem, limpeza e aumento de viscosidade,
7/25 permite a necessária por exemplo, também constituem uma interação complexa, que pode apenas ser prevista previamente com dificuldade e não aplicação de quaisquer regras gerais, é uma adaptação especial dos parâmetros processuais a cada caso individual para cada polímero e para cada tipo e forma de resíduos a ser reciclados.
Assim, o objetivo do presente invento assenta em criar um método através do qual muitos plásticos diferentes podem ser reprocessados de um modo simples, eficiente e econômico 10 Para além disso, este método deveria tornar possível o tratamento de plásticos sensíveis ou instáveis, especialmente os plásticos higroscópicos ou plásticos com um teor de umidade elevado, de um modo suave.
Para além disso, é objetivo do invento criar um método 15 com o qual os plásticos a ser reciclados, em especial o ácido polilático PLA possam ser secos e possivelmente cristalizados numa etapa ao mesmo tempo, independentemente do seu tipo, forma e composição.
Para além disso, é objetivo do invento fornecer um 20 método com o qual os plásticos possam ser sujeitos a uma reciclagem tão rápida e economizadora de energia quanto possível, em que os plásticos reciclados recuperados ou granulados concebidos com a fusão resultante ou artigos concebidos a partir do granulado tenham os valores mais 25 elevados possível em termos de viscosidade e em particular uma viscosidade comparável aos valores de viscosidade do material a ser reciclado. O valor de viscosidade do regranulado deveria ser aumentado.
Para além disso, é objetivo do presente invento 30 fornecer um método com o qual os plásticos altamente
8/25 impressos contaminados possam ser reprocessados sem afetar de modo adverso as propriedades mecânicas do plástico e/ou as suas propriedades de fusão. Os plásticos reciclados recuperados ou fusão plástica resultante ou granulado 5 produzido a partir da fusão deverão ser puros produtos alimentares, isto é, satisfazer em especial os regulamentos de produtos alimentares e ser adequados para o uso em produtos alimentares ou ser certificados de acordo com o documento Europeu ILSI ou FDA. Desta forma, as toxinas, 10 produtos de migração ou contaminantes contidos no material enviado para reciclagem deveriam ser removidos pelo método de modo tão completo quanto possível.
Estes objetivos são atingidos através das características da reivindicação 1.
De acordo com a reivindicação 1 quimicamente diferentes podem ser reprocessados, independentemente da sua forma. Isto garante uma flexibilidade aumentada no controlo do processo e os plásticos mais diversos podem ser tratados.
A cristalização, a secagem, a purificação ou desintoxicação, possivelmente também o aumento da viscosidade no caso de certos policondensados, tais como o PA, possivelmente também o PC, ocorrem vantajosamente ao mesmo tempo, especialmente numa etapa de processo comum 25 única. Assim, o reprocessamento é rápido, no entanto suave.
Assim, por exemplo, tanto o material polimérico cristalizado como não cristalizado em qualquer forma previamente fragmentada ou de fluxo livre em quaisquer porções de mistura desejadas, poderá ser seco e, se 30 necessário, cristalizado numa etapa única e, se desejado, os plásticos vantaj osamente
9/25 ser diretamente alimentado num dispositivo de extrusão no qual o material é fundido.
Para o método de acordo com o invento, o movimento suave, no entanto constante do material polimérico descrito na reivindicação 1 é vantajoso. Isto evita a aglutinação ou adesão do material no alcance de temperatura crítico, até que uma cristalização adequada da superfície das partículas em si mesmas evite uma adesão das partículas individuais. Para além disso, uma temperatura de processo mais elevada é possível graças ao movimento. No tanque de tratamento, o movimento suave e constante garante não só uma suspensão da adesão mas também ao mesmo tempo garante que a temperatura no tanque é ou permanece alta o suficiente e cada partícula é ou permanece gentilmente aquecida à temperatura adequada.
Ao mesmo tempo, o movimento sustenta uma desconexão das moléculas migrantes da superfície das partículas. Para este efeito, usar-se-ão as ferramentas em níveis diferentes para processos contínuos ou ferramentas de mistura para processos de batelada.
Modalidades vantajosas do método são atingidas pelas características das reivindicações dependentes.
Uma secagem melhorada do material plástico é atingida, por exemplo, por suporte em vácuo. Um processo gerido desta forma também requer menor débito de energia do que sistemas comparáveis, graças ao uso de um vácuo.
O vácuo aplicado suporta o processo de difusão de impurezas provenientes do material e também garante que são afastadas.
Para além disso, o vácuo protege as partículas 30 poliméricas ou flocos de influências oxidativas ou danos,
10/25 de modo a que uma viscosidade mais elevada possa também ser atingida quando comparada com outros sistemas de fábrica. Basicamente, a desintoxicação poderia também ser realizada com qualquer gás inerte. Mas isto envolve custos consideravelmente mais elevados.
A secagem é sustentada por um certo tempo de intervalo mínimo vantajoso do material na determinação da temperatura e possivelmente pelo vácuo selecionado.
Uma pré-secagem e cristalização externa tradicional e dispendiosa do material processado e o uso de aditivos químicos e/ou uma condensação de estado sólido, não são necessárias.
O material de entrada para o reprocessamento é primeiramente embalagens da indústria alimentar, tais como garrafas de leite, recipientes de iogurte, etc.. Estas embalagens são libertas das impurezas usuais numa primeira etapa a montante de recolha, seleção, fragmentação e lavagem. No entanto, as impurezas mais pequenas permanecem, as quais se difundiram na camada mais externa da embalagem.
Para este efeito, os flocos lavados e secos são sujeitos ao processo de purificação de acordo com o invento sob uma temperatura elevada e possivelmente vácuo, enquanto o tempo de intervalo no reator sob as condições de processo especificadas também desempenha um papel para a descontaminação. Os parâmetros do processo dependem na inércia e das propriedades químicas e físicas do polímero envolvido.
A forma como a temperatura é colocada sob o material não é crítica. Esta pode ocorrer num processo a montante ou
0 no tanque de tratamento. De modo vantajoso, no entanto,
11/25 isto ocorre através das próprias ferramentas de mistura rotativas.
Uma vez que os produtos de migração são encontrados na camada de delimitação das partículas poliméricas, os trajetos de difusão são drasticamente reduzidos quando comparados a um processo de extrusão com subseqüente purga de gás da fusão.
Basicamente, o método de acordo com o invento pode decorrer num processo em batelada ou de modo contínuo. De modo vantajoso, apenas precisa de garantir que os parâmetros do processo, tais como a temperatura, tempo de intervalo e vácuo são mantidos ao longo de todo o tempo. Um processo contínuo comprovou ser especialmente eficaz na garantia de um decurso uniforme do processo.
Para além disso, pode ser vantajoso colocar o material num processo a montante para uma temperatura próxima da temperatura do processo. Isto aplica-se em especial para polímeros com inércia reduzida e/ou longos tempos de difusão.
Para além disso, a remoção da contaminação também diminui os odores nauseantes.
O tempo de intervalo garante que uma purificação mínima do material ocorre e depende de diferentes critérios, nomeadamente da taxa de difusão dos produtos de migração no polímero correspondente e temperatura de amolecimento ou fusão do polímero.
O tempo de intervalo pode tornar-se muito longo para certos polímeros. De modo a não fundir o material a temperaturas prevalecentes no reator, poderá recorrer-se à sujeição das partículas diretamente a um processo de
12/25 extrusão com purga de gás da fusão. Isto verifica-se em particular para LDPE, HDPE, PS e/ou PP. Pode-se normalmente dispensar uma purga de gás para os polímeros PC e PEN.
É vantajoso que o dispositivo de extrusão esteja 5 acoplado diretamente ao tanque, e que o vácuo atinja vantajosamente a região de fusão e que ao mesmo tempo tanta energia armazenada nos flocos quanta possível seja transportada ao longo do dispositivo de extrusão ou que o dispositivo de extrusão a jusante funda sob vácuo.
Para evitar perdas de energia ao longo das etapas de transporte entre o tanque de tratamento e dispositivo de extrusão, podem ser tomadas medidas tais como estruturas de transporte, isolamento, vácuo adicional na zona de fusão, etc.
Na zona de fusão do dispositivo de extrusão e na purga de gás da fusão a jusante, os últimos componentes voláteis são removidos a alta temperatura sob vácuo.
Para os polímeros PC e PEN, a purga de gás da fusão pode ser omissa. Mas o efeito de purga de gás é benéfico na zona de fusão.
Finalmente, a fusão pode ser tomada como necessária numa etapa de filtração, granulação ou subsequente fabrico de um produto final ou produto semi-acabado.
O método de acordo com o invento para o pré25 tratamento, reprocessamento ou reciclagem de material sintético termoplástico, em todas as suas modalidades vantajosas, é normalmente realizado num tanque de recepção ou reator. O material sintético a ser tratado é colocado neste tanque receptor ou reator e tratado sob mistura ou movimento constante e/ou fragmentação a temperatura
13/25 elevada .
Para misturar e aquecer o material plástico, uma ferramenta de fragmentação ou mistura capaz de girar um eixo vertical disposto em pelo menos um e possivelmente vários níveis, um por cima do outro, está disposto no reator, com extremidades funcionais que atuam no material com um efeito de fragmentação e/ou mistura. Estas ferramentas de fragmentação ou mistura aplicam energia mecânica ao material polimérico, de modo a que um aquecimento e uma mistura e movimento simultâneos do material polimérico ocorram. O aquecimento ocorre aqui por transformação da energia mecânica aplicada.
Tais reatores são também utilizados na prática e são conhecidos, por exemplo, como EREMA Plastic Recycling
System PC (PC de sistema de Reciclagem de Plástico EREMA) ou como one- or two-stage VACUREMA layouts (configurações VACUREMA de uma ou duas etapas) .
O reprocessamento ocorre a uma temperatura inferior à temperatura de fusão e de preferência acima da temperatura de transição de vidro do material plástico, enquanto o material polimérico é movimentado e aglutinado uniformemente e prontamente. Desta forma, o material plástico é cristalizado, seco e purificado numa etapa única.
Os materiais plásticos para tratamento são primordialmente ácido polilático (PLA), polietileno de alta densidade (HDPE), polietileno de baixa densidade (LDPE), polipropileno (PP) , policarbonato (PC) , poliestireno (PS) , naftalato de polietileno (PEN), poliamidas (PA), polilimida (PI), ácido polihidroxialcanôico (PHA), copolímeros de
14/25 estireno, tais como acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), estireno-acrilonitrilo (SAN), polimetilmetacrilato (PMMA) e/ou bioplásticos, especialmente os que se baseiam em amido, ou ligações de amido. Misturas desses materiais plásticos, tais como PET/PE, PET/PA e PP/PA, são também usadas.
O material plástico está normalmente presente na forma de pelo menos granulados parcialmente cristalizados ou não cristalizados ou amorfos, novos bens ou bens regenerados.
Mas também pode estar presente na forma de resíduos em película amorfa fragmentada, especialmente de aplicações embutidas a frio, com uma espessura especialmente entre 100 pm a 2 mm, na forma de resíduos de película fina de fábricas de embutidos a frio com uma espessura em particular entre 5 pm e 100 pm e/ou na forma de fibra e resíduos de velo. Para além disso, o material plástico pode estar na forma de garrafas de resíduos ou resíduos de moldagem por injeção.
Os parâmetros precisos do processo, em especial a temperatura, dependem da forma e espessura do material e claramente do tipo de polímero em si mesmo.
O método para peças poliméricas, especialmente na forma de granulados, flocos ou semelhantes, é de preferência realizada num reator VACUREMA de etapa única.
Tal reator tem as características mencionadas em cima e um vácuo pode ser aplicado naquele.
Para polímeros na forma de finas películas, fibras ou velos, o método é vantajosamente realizado num reator EREMA PC. Neste caso, é freqüentemente suficiente realizar o método sob pressão ambiente, isto é, sem vácuo. O reator
15/25 tem igualmente as características indicadas em cima.
O método pode também ser realizado em duas etapas, assim, por exemplo, uma mistura de granulados cristalizados e não cristalizados ou flocos, pode ser colocada como o material a ser purificado no secador de cristalização de um reator VACUREMA de duas etapas. No secador de cristalização a montante, estão dispostas ferramentas de fragmentação e mistura que giram em torno de um eixo vertical, sendo munido com extremidades de funcionamento que atuam no material com um efeito de fragmentação e/ou mistura. Estas ferramentas de fragmentação e mistura aplicam energia mecânica ao material, de modo a que um pré-aquecimento do material e uma mistura e movimento simultâneos do material ocorram. Seguidamente, o material pré-aquecido e pré-seco é sujeito ao tratamento principal.
De modo a realizar o método de acordo com o invento de modo vantajoso, pode usar-se, por exemplo, um dispositivo que possui um tanque para o plástico a ser processado, no qual este material é alimentado através de uma abertura de entrada e a partir do qual o material é retirado através de pelo menos um parafuso sem-fim conectado à parede lateral do tanque, enquanto a área inferior do tanque possui pelo menos uma ferramenta capaz de girar em torno de um eixo vertical a qual é fornecida com extremidades de funcionamento que atuam no material com um efeito de fragmentação e/ou de mistura, e a abertura de entrada do parafuso sem-fim encontra-se pelo menos aproximadamente à altura da ferramenta, e é de preferência fornecida com pelo menos uma linha conectada ao tanque para gerar um vácuo
0 e/ou para a purga de gás no interior do tanque. Tal
16/25 dispositivo é implementado, por exemplo, como um reator VACUREMA ou como um reator EREMA PC.
Tal controlo do processo é geralmente satisfatório mesmo quando se processam tais tipos de plásticos que são sensíveis ao oxigênio de ar e/ou umidade, uma vez quer a evacuação do tanque ou introdução de um gás de proteção no interior do tanque pode proteger o material plástico destas influências nocivas.
No entanto, descobriu-se que em muitos casos, o grau 10 de homogeneização do material plástico retirado através do parafuso sem-fim não é suficiente, especialmente no que concerne o grau atingido de secagem de tais materiais plásticos, que deverão estar completamente secos mesmo antes da plasticização, de modo a evitar a degradação.
As películas de espessura mais elevada requerem um custo de secagem que aumenta com a espessura, de modo que tais produtos exigem processos de secagem separados, por exemplo, com ar desidrogenado em secadores especiais. Estes secadores, para além disso, funcionam num alcance de temperatura para o qual apenas um material cristalizado é permitido; o material amorfo tornar-se-ia adesivo e assim solidificar-se.
Isto significa que um processo de cristalização deverá ocorrer antes do processo de secagem. Mas se o material a ser processado no tanque for processado pela ferramenta durante um longo período de tempo, existe o perigo, especialmente para o funcionamento contínuo do dispositivo, de as partículas plásticas individuais serem capturadas pelo parafuso sem-fim de saída muito cedo no processo enquanto outras partículas plásticas apenas muito mais
17/25 tarde. As partículas plásticas capturadas precocemente poderão estar ainda relativamente frias e assim não prétratadas suficientemente, de modo a que defeitos de homogeneidade sejam criados no material retirado através do parafuso sem-fim para a ferramenta conectada, por exemplo, uma cabeça de extrusão.
De modo a evitar isto e melhorar significativamente a homogeneidade do material existente, o método de acordo com o invento pode funcionar noutro dispositivo, no qual a abertura de entrada no tanque principal está conectada à abertura de saída de pelo menos um outro tanque, no qual igualmente pelo menos uma ferramenta que gira em torno de um eixo vertical é fornecida na região inferior do tanque. Assim, dois ou mais tanques estão dispostos em série e o material plástico a ser processado deverá mover-se ao longo destes tanques em série. No primeiro tanque, o material já pré-fragmentado, pré-aquecido, pré-seco e pré-compensado e assim pré-homogeneizado é produzido, sendo colocado no tanque seguinte. Isto garante que nenhum material não tratado, isto é, frio, não comprimido, não fragmentado ou não homogeneizado vá diretamente para o parafuso sem-fim de saída e através deste para o dispositivo de extrusão de fixação ou semelhante.
Estes benefícios também se tornarão seguros se um tratamento de gás de vácuo ou de proteção do material termoplástico ocorrer no segundo tanque e/ou tanque seguinte. A secção transversal de extravasamento é geralmente pequena e a equalização da pressão é significativamente acelerada pelo transporte de material.
Para além disso, a ebulição de mistura formada no tanque a
18/25 montante fecha a abertura de saída deste tanque e assim igualmente atua como isolamento a certo ponto.
As relações tornam-se então especialmente favoráveis se a abertura de saída do tanque adicional, isto é, o tanque a montante, estiver pelo menos aproximadamente ao nível da ferramenta neste tanque, isto é, na região inferior do tanque. A ferramenta que gira alimenta então a abertura de saída através de força centrífuga, de modo a que a secção transversal de extravasamento esteja sempre bem preenchida de material.
De acordo com uma modificação vantajosa, a abertura de saída está conectada à abertura de entrada por meio de uma anilha de um tubo, em que um elemento de fecho está disposto. Desta forma, um isolamento completo pode ser atingido entre os dois tanques, de modo que as perdas do vácuo ou gás de proteção são totalmente evitadas. No caso mais simples, este elemento de fecho pode ser um portal deslizante que é fechado assim que o tratamento de vácuo ou purga de gás ocorre no tanque a jusante. Mas neste caso, uma função totalmente contínua não é mais possível. Mas se, de acordo com uma modalidade preferida do invento, o elemento de fecho é uma comporta de descarga, em particular uma comporta de descarga de ciclo celular, sendo o isolamento referido entre os dois tanques mantido e sendo uma função contínua ainda possível. As células da comporta de descarga podem igualmente ser submetidas a purga de gás ou a evacuação de modo familiar.
O vácuo formado no tanque a jusante suporte a entrada do material a ser processado a partir do tanque a montante.
Em tais configurações, portanto, os tanques podem ser
19/25 dispostos à mesma altura. Mas se se desejar melhorar o preenchimento do tanque a jusante pela ação de gravidade, de acordo com uma modificação de acordo com o invento, a disposição pode ser tal que o tanque a montante na direção do fluxo de material se encontra mais acima do que o tanque seguinte. Esse último pode portanto ser preenchido também na região central ou na região superior da sua parede lateral e possivelmente também a partir de cima, através da cobertura superior.
O método de acordo com o invento pode, tal como descrito, ser realizado de modo vantajoso em duas etapas, num dispositivo configurado de modo correspondente. Nesta gestão do processo, existe também um tratamento de duas etapas do material distribuído ou derivado, enquanto que nenhuma plasticização do material ocorre no decurso do prétratamento na configuração de pré-tratamento, mas em vez disso uma cristalização e/ou uma certa pré-compactação com secagem simultânea. A pré-compactação é atingida à temperatura apropriada por ação mecânica ou entrada de energia no material. Em particular, o aumento ou ajuste da temperatura ocorre pela ação mecânica no material através da transformação da energia de rotação de pelo menos um elemento de mistura e/ou fragmentação nos tanques de energia térmica para as perdas de fricção que ocorrem.
No decurso do tratamento principal na configuração do tratamento principal, o material é seco adicionalmente a temperatura elevada, desintoxicado e, se necessário, cristalizado e mantido sob elevado vácuo durante um tempo de intervalo médio. Mais uma vez, existe uma aplicação ou compressão mecânica de material e adição de energia por
20/25 meio de pelo menos uma mistura ou elemento de fragmentação, o qual, em virtude da sua rotação, fornece a energia térmica correspondente ao material e aquece-o ainda mais.
O tratamento principal, que ocorre sob vácuo, diminui 5 a mistura residual para um valor médio predeterminado e também garante que as toxinas voláteis são separadas do material.
A temperatura durante o tratamento principal é mantida abaixo da temperatura de fusão do material. No entanto, dever-se-ia tentar estabelecer esta temperatura tão elevada quanto possível.
Depois do tratamento no processo de etapa única ou tratamento principal no processo de duas etapas, o material retirado é vantajosamente plastificado por meio de um dispositivo de extrusão, de preferência uma que esteja indiretamente conectada à configuração de tratamento principal. Devido à conexão direta estanque ao vácuo, o vácuo no tratamento principal pode atingir a região de entrada do dispositivo de extrusão. O dispositivo de extrusão freqüentemente tem uma zona de plasticização, conectada por uma zona de compressão e retenção. Esta zona de retenção está normalmente contígua a uma zona de purga de gás ou de evacuação, na qual as substâncias voláteis são sugadas da fusão por vácuo, especialmente um elevado vácuo.
Pode existir uma purga de gás de etapa única ou etapas múltiplas; também podem existir diversas zonas de compressão e decomposição com diferentes vácuos em sucessão. Desta forma, inclusivamente os contaminantes difíceis de vaporizar poderão ser evaporados.
Através de escolha adequada de temperaturas e tempos
21/25 de intervalo no pré-tratamento e tratamento principal, o valor de viscosidade da fusão removida do dispositivo de extrusão e os granulados produzidos pela fusão podem ser ajustados. Graças a longos tempos de intervalo e temperaturas elevadas correspondentes no vácuo, uma influência positiva é exercida na viscosidade e ocorre uma repolimerização.
Basicamente, não é necessário fundir as peças plásticas cristalizadas e secas recicladas. Estas podem ser armazenadas ao mesmo tempo que se mantém a sua condições seca e cristalizada, arrefecida ou suportada por estruturas de transporte para sistemas de extrusão ou ser adicionalmente processadas noutros processos de transformação.
Uma vez ser difícil obter o estado cristalizado com os sistemas correntemente conhecidos, pode-se também manter a condição seca, que normalmente resulta na perda de qualidade no processamento direto com um novo processo de secagem. Se o material for novamente seco, tal irá conduzir à perda da energia de secagem investida.
Os dispositivos descritos precisamente e especificamente nas publicações EP 123 771, EP 0 390 873,
AT 396 900, AT 407 235, AT 407 970, AT 411 682, AT 411 235, AT 413 965, AT 413 673 ou AT 501 154 conjuntamente com as suas modalidades vantajosas, são recolhidos no presente pedido e constituem uma parte integrante da divulgação. Tais dispositivos são também usados na prática e são conhecidos, por exemplo, como EREMA Plastic Recycling System PC ou como one-stage or two-stage VACUREMA layouts.
22/25
Seguidamente, serão descritos vários exemplos gerais de gestões de processos possíveis, dando o alcance de parâmetros possíveis para diferentes plásticos:
Exemplo 1:
Ácido polilático (PLA) na forma de flocos de embalagens fragmentadas ou granulados
- é aquecido a uma temperatura de 65° a 120°C, de preferência 90° a 110 °C,
- permanece no reator durante um tempo de intervalo 10 médio de 10 min. a 100 min. , especialmente 20 min. a 70 min. ,
- em que a velocidade circunferencial das extremidades de agitação mais externas da ferramenta de fragmentação ou de mistura se encontram num alcance de 1 a 3 5 m/s, de preferência 3 a 20 m/s, e em que um vácuo de < 15,0 kPa, de preferência <
5,0 kPa, especialmente < 2,0 kPa, especialmente entre 0,01 e 0,2 kPa, é aplicado.
Exemplo 2:
Ácido polilático (PLA) na forma de finas películas, fibras ou velos
- é aquecido a uma temperatura de 65° a 120 °C, de preferência 90° a 110 °C,
- permanece no reator durante um tempo de intervalo 25 médio de 3 min. a 60 min., especialmente 10 min. a 25 min.
- em que a velocidade circunferencial das extremidades de agitação mais externas da ferramenta de fragmentação ou de mistura se encontram num alcance de 15 a 58 m/s, de preferência 35 a 47 m/s,
- e em que o tratamento ocorre sob pressão ambiente.
23/25
Exemplo 3:
Polietileno de alta densidade (HDPE) na forma de flocos de embalagens fragmentadas
- é aquecido a uma temperatura de 50° a 13 0 °C, de preferência 90° a 122 °C, permanece no reator durante um tempo de intervalo médio de 10 min. a 100 min. , especialmente 20 min. a 70 min.
- em que a velocidade circunferencial das extremidades 10 de agitação mais externas da ferramenta de fragmentação ou de mistura se encontram num alcance de 1 a 3 5 m/s, de preferência 3 a 20 m/s,
- e em que um vácuo de < 15,0 kPa, de preferência <
5,0 kPa, especialmente <2,0 kPa, especialmente entre 0,01 e 0,2 kPa, é aplicado.
Exemplo 4:
Polietileno de baixa densidade (LDPE) na forma de flocos de embalagens fragmentadas
- é aquecido a uma temperatura de 50° a 110 °C, de preferência 75° a 105 °C,
- permanece no reator durante um tempo de intervalo médio de 10 min. a 100 min. , especialmente 20 min. a 70 min.
- em que a velocidade circunferencial das extremidades 25 de agitação mais externas da ferramenta de fragmentação ou de mistura se encontram num alcance de 2 a 35 m/s, de preferência 3 a 20 m/s,
- e em que um vácuo de < 15,0 kPa, de preferência <
5,0 kPa, especialmente <2,0 kPa, especialmente entre 0,01 e 0,2 kPa, é aplicado.
24/25
Exemplo 5:
Polipropileno (PP) na forma de flocos de embalagens fragmentadas, é aquecido a uma temperatura de 50° a 155 °C, de 5 preferência 100° a 150 °C,
| - | permanece | no | reactor | durante um tempo | de |
| intervalo | médio de | 10 | min. a 100 | min., especialmente | 20 |
| min. a 70 | min. | ||||
| - | em que | a | velocidade | circunferencial | das |
extremidades de agitação mais externas da ferramenta de fragmentação ou de mistura se encontram num alcance de 2 a 35 m/s, de preferência 3 a 20 m/s, e em que um vácuo de < 15,0 kPa, de preferência < 5,0 kPa, especialmente < 2,0 kPa, especialmente entre 0,01 e 0,2 kPa, é aplicado.
Exemplo 6:
Policarbonato (PC) , na forma de flocos de embalagens fragmentadas,
- é aquecido a uma temperatura de 110° a 240 °C, de preferência 130° a 210 °C,
- permanece no reator durante um tempo de intervalo médio de 30 min. a 200 min., especialmente 40 min. a 120 min. ,
- em que a velocidade circunferencial das extremidades 25 de agitação mais externas da ferramenta de fragmentação ou de mistura se encontram num alcance de 2 a 35 m/s, de preferência 3 a 20 m/s,
- e em que um vácuo de < 15,0 kPa, de preferência <
5,0 kPa, especialmente < 2,0 kPa, especialmente entre 0,01 e 0,2 kPa, é aplicado.
25/25
Exemplo 7 :
Poliestireno (PS) na forma de flocos de embalagens fragmentadas,
- é aquecido a uma temperatura de 50° a 110 °C, de preferência 75° a 105 °C,
- permanece no reator durante um tempo de intervalo médio de 10 min. a 100 min., especialmente 20 min. a 70 min. ,
- em que a velocidade circunferencial das extremidades 10 de agitação mais externas da ferramenta de fragmentação ou de mistura se encontram num alcance de 2 a 3 5 m/s, de preferência 3 a 20 m/s,
- e em que um vácuo de s 15,0 kPa, de preferência < 5,0 kPa, especialmente <2,0 kPa, especialmente entre 0,01 e 0,2 kPa, pode ser aplicado.
Exemplo 8:
Naftalato de Polietileno (PEN), especialmente na forma de flocos de embalagens fragmentadas,
- é aquecido a uma temperatura de 110° a 250 °C, de preferência 140° a 235 °C,
- permanece no reator durante um tempo de intervalo médio de 30 min. a 200 min., especialmente 40 min. a 120 min.,
- em que a velocidade circunferencial das extremidades de agitação mais externas da ferramenta de fragmentação ou
5 de mistura se encontram num alcance de 2 a 3 5 m/s, de preferência 3 a 20 m/s,
- e em que um vácuo de < 15,0 kPa, de preferência <
5,0 kPa, especialmente < 2,0 kPa, especialmente entre 0,01 e 0,2 kPa, pode ser aplicado.
1/6
Claims (5)
1. Método para o pré-tratamento, reprocessamento ou reciclagem de material termoplástico de poliolefina, especialmente polietileno de alta densidade (HDPE), polietileno de baixa densidade (LDPE), polipropileno (PP) , ou misturas destes, em que o material plástico a ser tratado é usado na forma de granulados, flocos de embalagens fragmentadas, fibras, resíduos de velo e/ou na forma de resíduos de película fragmentada com uma espessura entre 100 pm e 2 mm e/ou na forma de resíduo em película fina de fabrico a frio com uma espessura entre 5 pm e 100 pm, em que o material plástico é aquecido em pelo menos um tanque de recepção ou reator sob mistura ou movimento constante e/ou fragmentação, a uma temperatura inferior à temperatura de fusão, e desse modo é cristalizado, seco e/ou purificado, em que para a mistura e aquecimento do material plástico, é utilizada pelo menos uma ferramenta de fragmentação ou mistura capaz de girar em torno de um eixo vertical particular, com extremidades de funcionamento que atuam sobre o material com um efeito de fragmentação e/ou mistura em que o aquecimento ocorre especialmente através da aplicação de energia mecânica da ferramenta de mistura e fragmentação, caracterizado pelo fato de que o material plástico a partir do polietileno de alta densidade (HDPE) é aquecido a uma temperatura de 50°C a 13 CPC, preferencialmente 90° a 122°C, material plástico a partir do polietileno de baixa densidade (LDPE) é aquecido a uma temperatura de 50°C a 110°C, preferencialmente 75° a 105°C, material plástico a partir do polipropileno (PP) é aquecido a uma temperatura de 50°C a 155°C, preferencialmente 100° a
2.Método para o pré-tratamento, reprocessamento ou reciclagem de material termoplãstico, especialmente ácido polilático (PLA), em que o material plástico a ser tratado é usado na forma de granulados, flocos de embalagens fragmentadas, fibras, resíduos de velo e/ou na forma de resíduos de película fragmentada com uma espessura entre 100 pm e 2 mm e/ou na forma de resíduo em película fina de fabrico a frio com uma espessura entre 5 pm e 100 pm, em que o material plástico é aquecido em pelo menos um tanque de recepção ou reator sob mistura ou movimento constante e/ou fragmentação, a uma temperatura inferior à temperatura de fusão, e desse modo é cristalizado, seco e/ou purificado, em que para a mistura e aquecimento do material plástico, é utilizada pelo menos uma ferramenta de fragmentação ou mistura capaz de girar em torno de um eixo vertical particular, com extremidades de funcionamento que atuam sobre o material com um efeito de fragmentação e/ou mistura, em que o aquecimento ocorre especialmente através da aplicação de energia mecânica da ferramenta de mistura e fragmentação, caracterizado pelo fato de que o material
2/6
150°C, e o material plástico, se na forma de flocos a partir de embalagens fragmentadas e/ou granulados, é movido ou misturado em uma velocidade circunferencial das extremidades de agitação mais externas da ferramenta de fragmentação ou mistura de 1 a 35 m/s, de preferência 3 a 20 m/s, e permanece no reator durante um tempo de intervalo médio de 10 min. a 100 min. , especialmente 20 min. a 70 min. e é tratado sob um vácuo de 15,0 kPa, de preferência
5,0 kPa, especialmente 2,0 kPa, especialmente entre 0,01 e 0,2 kPa.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o material plástico ê aquecido a uma temperatura acima da temperatura de transição de vidro do plástico.
3/6 plástico a partir do ácido polilático (PLA) é aquecido a uma temperatura de 65°C a 120°C, preferencialmente 90° a 110°C, e o material plástico, se na forma de películas finas, fibras ou velo, especialmente com espessura entre 100 pm e 2 mm, é movido ou misturado em uma velocidade circunferencial das extremidades de agitação mais externas da ferramenta de fragmentação ou mistura de 15 a 58 m/s, de preferência 35 a 47 m/s, e permanece no reator durante um tempo de intervalo médio de 3 min. a 60 min., especialmente 10 min. a 25 min. e é tratado sob pressão ambiente, e que o material plástico, se na forma de flocos a partir de embalagens fragmentadas e/ou granulados, é movido ou misturado em uma velocidade circunferencial das extremidades de agitação mais externas da ferramenta de fragmentação ou mistura de 1 a 35 m/s, de preferência 3 a 20 m/s, e permanece no reator durante um tempo de intervalo médio de 10 min. a 100 min., especialmente 20 min. a 70 min. e ser tratado sob um vácuo de < 15,0 kPa, de preferência 5,0 kPa, especialmente < 2,0 kPa, especialmente entre 0,01 e 0,2 kPa.
4/6 reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que o processo é conduzido como etapa única num reator único e o material plástico é aquecido, seco, cristalizado e purificado num processo de operação única, especialmente num reator único.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que o processo é conduzido com ou sem pré-secagem e/ou com ou sem pré-cristalização do material plástico.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o processo é conduzido em várias etapas, especialmente duas etapas, enquanto dois ou mais tanques ou reatores de recepção são dispostos em série e/ou em paralelo e o material plástico a ser processado decorre através destes tanques em série.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato das condições do processo de acordo com as reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7 serem usadas para pelo menos um tanque, especialmente para o primeiro a ser preenchido ou para o pré-tratamento.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o material plástico, especialmente contendo polímeros com reduzida inércia e/ou tempo de difusão, é colocado num tratamento a montante a uma temperatura especialmente próxima da temperatura do processo do tratamento principal.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7, 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que o material plástico na primeira etapa é sujeito a um pré5/6 tratamento, especialmente sob condições de vácuo, através da aplicação de energia mecânica, e é assim aquecido e seco a temperatura elevada, e possivelmente cristalizado ao mesmo tempo, e então numa segunda etapa antes de uma plasticização geral ou fusão, ocorre um tratamento principal do material plástico, especialmente sob condições de vácuo, é novamente seco por aplicação de energia mecânica sob movimento e é adicionalmente cristalizado, enquanto este tratamento principal ocorre em particular a uma temperatura superior à do pré-tratamento.
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7, 8, 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que o material plástico é submetido antes do pré-tratamento a uma pré-fragmentação e/ou lavagem e/ou pré-secagem.
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7, 8, 9, 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que a temperatura do tratamento principal é mantida abaixo da temperatura de plasticização ou temperatura de fusão do material plástico.
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7, 8, 9, 10, 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o material plástico é sujeito ao pré-tratamento num fluxo contínuo.
ou 14, caracterizado pelo fato de que o material plástico é finalmente plasticizado ou fundido e então, possivelmente após a filtração, especialmente sob condições de vácuo, é levado para um dispositivo de extrusão ou ser processado
4. Método, de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a ferramenta de fragmentação ou mistura é capaz de girar em torno de um eixo vertical disposto possivelmente em vários níveis por cima uns dos outros.
5. Método, de acordo com qualquer uma das
5 num granulado.
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