CN101142262B - 由废材料提取尼龙的方法 - Google Patents

Abstract

由废材料提取尼龙的方法。本发明涉及通过以下从含尼龙材料回收尼龙的方法：通过含尼龙材料与含链烷醇溶剂在高温下和高于含链烷醇溶剂在该高温下的的平衡压力的压力下接触，由此在含链烷醇溶剂中溶解尼龙，从任何未溶解的固体除去包含溶解尼龙的含链烷醇溶剂，和降低包含溶解尼龙的含链烷醇溶剂的温度以沉淀溶解的尼龙。

Description

由废材料提取尼龙的方法

本申请要求保护2004年8月5日撰写的临时申请系列号60/599,624的申请日的利益。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及由废材料提取尼龙的改进的方法，所述废材料包括混合废材料，例如地板覆盖物，这样减少了尼龙聚合物降解成低分子量的聚合物、低聚物和单体。该方法涉及在高压下废材料与极性溶剂，或其混合物接触。

2.相关技术描述

尼龙在织布的生产中，和在地板覆盖材料，例如阔幅地毯和组合地毯的生产中广泛用作纤维。当用于地板覆盖材料时，尼龙通常主要作为多层产品的一层或多层的一部分存在。每年替换掉大量的地板覆盖材料，结果是用过的材料经常丢弃到垃圾填筑地。因为对于该废材料的环境和经济关注，需要经济的方法回收和再使用用过的或丢弃的地板覆盖材料。然而，因为这些材料通常含有难于分离成它们的构成组分的复杂的合成物或层，这些材料的循环方法也经常导致凝聚成团的产物，该产物的价值比它们的各个成分的低得多。在许多情况下，循环的产物的价值可以等于或小于原来的起始材料的价值。该性质的下降性循环在环境上和经济上是浪费的。因为下降性循环的产品不如原来的起始材料有价值，或者甚至原来的输入到原来的废材料的生产，失去了经济价值。因为下降性循环的产物没有充分利用它的成分，必须生产和使用另外的组分材料，产生了另外的使得特别沉重的环境负担，因为这些成分材料通常基于石化产品。

作为这些考虑的结果，现有技术需要这样一种方法，其可以经济地分离和再循环地板覆盖材料的一种或多种组分。特别地，现有技术需要这样一种方法，其能够分离和回收地板覆盖材料中使用的尼龙，和特别地，在这些地板覆盖材料上层织物或经面织物层中使用的尼龙，以这种方法，尼龙的价值和效用不被降级。

回收尼龙的方法往往分成两种显著的类别。在一个类别中是其中尼龙特意解聚成单体或其低聚物的方法，其可以之后通过再次聚合再使用。通常，为了使得再利用更可预知，目的是尽可能多地将聚合物分解成为单体。然而，在这种类别中的方法是不利的，因为解聚是昂贵的，并且可能导致降低可获得单体的数量的副反应，降低了效率，并需要另外的解聚和能量消耗以弥补损失。另外，通过氨解的尼龙6，6的解聚导致了六亚甲基二胺(HDMA)的产生，但是要求另外的己酸源以获得尼龙6，6，因为己酸不能从解聚方法经济地回收。

在另一个类别中是其中尼龙没有解聚的回收的方法，这样它可以不经再聚合就再使用。通常，这种方法的目的是提取或溶解尼龙并因此从地板覆盖材料的其它组分中分离，伴随最少的聚合物分解。之后尼龙通常以固体形式获得这样它可以再使用。常规的溶解或提取类型方法可能难于(如果不是不可能)在不会下降性循环尼龙的价值的情况下使用。至少对于此的部分理由是由于便于以经济相关的时间规模溶解或提取所需要的升温，一些聚合物分解几乎总是发生。

例如，由于涉及的高温，要经过溶解或提取类型回收加工的尼龙纤维会使它的分子量通过最初的压出方法减少以产生纤维。在常规压出或溶解方法期间分子量将会进一步减少，和如之前指出的如果尼龙被重新压出成纤维将会进一步减少。这种累积的分解将使得尼龙的分子量不适合重新用作适合于地板材料应用的纤维。

两种类型的尼龙再循环方法的另一个缺点是它们或者使用非尼龙废料含量超出该方法需要的原料，或者它们竭尽全力以获得相对纯的或无色的尼龙原料。在复合产品，例如象地毯和组合地毯的地板料的情况下，纤维、衬里材料、颜料、粘合剂、等的存在可能使尼龙再循环的努力复杂化，要求这些材料在任何尼龙纤维的特定加工前从尼龙中物理和/或化学分离。

因此技术上需要如下的尼龙再循环方法：其不需要解聚，不会显著降低回收尼龙聚合物的分子量，并且可用于制备适合挤压成用作原料尼龙的纤维的尼龙，该尼龙之前已经挤压成纤维，和特别地，由地板料获得的尼龙，而不需要由原料过度的分离其它成分，例如使用空气淘析以外的步骤。

发明概述

在一种实施方案中，本发明涉及完成该需要的方法。尼龙，其可以以废材料，例如废地毯材料(获得，例如，由使用过的地毯，组合地毯，或其它地板覆盖物，或作为在地毯或组合地毯的生产中产生的镶边)的形式获得，与溶剂或包含醇的溶剂混合物在高温，和在高压下接触。已经发现高压的使用超出预料地降低了废材料中的尼龙有效溶解于溶剂混合物中的温度和溶解时间。至少部分作为该溶解温度降低的结果，尼龙可以在其分子量极大降低的降解程度下溶解。对于地毯材料中的应用，分子量的保持使得该方法能够有效地使用挤出成纤维的尼龙，例如在地毯中发现的，和尼龙可以再一次挤出成纤维的步骤。实际上，本发明的方法使得在地毯材料中存在的尼龙再循环而没有下降性循环。尽管该方法可以使用由其它复合材料的组分分离的尼龙，该需要对于常见使用的地毯材料未发生。

本发明可以看作是回收尼龙的方法，包括：

尼龙与含链烷醇溶剂在高温下接触，并且其压力高于所述含链烷醇溶剂在该高温下的平衡压力；

从任何未溶解的固体除去包含溶解的尼龙的含链烷醇溶剂；

降低包含溶解的尼龙的含链烷醇溶剂的温度和压力以沉淀溶解的尼龙。之后回收的尼龙可以进一步通过过滤，洗涤等处理，和再使用。

尼龙和含链烷醇溶剂的混合物的压力的增加可以通过向溶解容器或管道中加入惰性气体完成，其中所述容器或管道是希望的压力级容器或活塞流热交换器。或者，溶剂混合物压力的增加可以通过增加泵入到反应器的溶剂混合物的压头完成。例如，通过其将溶剂加入到反应器的容器的截面积可超过通过其将溶剂由反应器取出的容器的截面积，制造了足够降低尼龙溶解温度和由此的反应器温度的反应器中的压头，如此处所描述的。

本发明的方法适合于从废材料回收尼龙，并且特别适合用于包含尼龙的地板料废材料，例如用过的和破碎的地毯或组合地毯，或在这些材料生产期间获得的织边。特别地，该方法用于组合地毯已经发现是非常有益的，因为这些材料通常是具有许多层的复合结构。本发明的方法提供了分离这些层更容易的另外的裨益，并且在许多情况下废材料出现在使用回收尼龙和已经分离的材料的剩余层的溶解方法中。这赋予再循环这些另外的组分更有效得多的显著优点。

另外，为了使再循环方法经济上可行，已经发现与溶剂接触的溶剂的处理需要仔细处理，特别是因为该方法多在相对高的温度和压力下进行。该认识已经在现有技术中揭示。例如，将任何尼龙纤维混合物和溶剂混合物加热到溶解温度必须在一定条件下并使用避免或减少聚集和沉淀的纤维或颗粒阻塞加工设备和管路的趋势的加工设备进行。本发明包括最小化或避免该阻塞的实施方案，使得该方法能够以更有效的方式完成。

有助于提供减少的阻塞的方法特征之一是在将混合物加热到溶解温度之前，高速度、高再循环比率的部分循环离开混合器的溶剂和尼龙颗粒或纤维。可以通过例如被改造为使其入口在泵喉(pump throat)中的螺旋泵来维持高速度。再循环流保持恒定的循环，高速流通过混合器出口、通向泵的线路、和泵本身。希望的是该流动是搅拌活塞流，并且维持该类型的流动防止或最大程度减少了方法设备的附聚和阻塞。

有助于减少阻塞的另一方法特征是使用活塞流热交换器以加热溶剂/尼龙混合物到溶解温度。这避免了使用管壳式热交换器或其它其中锐弯管、头或多支管、阻塞物和其它部件提供了尼龙颗粒沉淀和阻塞设备的机会的热交换器设计。活塞流热交换器的例子包括盘管交换器、叠层管交换器、夹套活塞流反应器、板框交换器和其它使得该方法的混合物成为湍流的设计。

增加尼龙回收方法的效率的另一方法特征是使用高效过滤体系以浓缩从溶液沉淀的尼龙。例子包括膜过滤、超滤、反渗透和类似的高效分离技术。这种方法的一个例子是振动剪切增强处理膜过滤器(“VSEP”)。另一个例子是压滤机。两种技术基本上增加了方法流的固体含量，使得随后的干燥器分离更有效而未牺牲产物(即未有重大产物损失)。

在一种实施方案中，本发明涉及通过以下从含尼龙材料回收尼龙的方法：

含尼龙材料与含链烷醇溶剂在混合容器中接触，其中至少一部分含尼龙材料与含链烷醇溶剂的混合物由混合容器中收回并在高流速下回到混合容器；

增加混合物的温度和压力直到压力达到高于该高温下的含链烷醇溶剂的平衡压力，由此在含链烷醇溶剂中溶解尼龙；

从任何未溶解的固体除去包含溶解尼龙的含链烷醇溶剂；并

降低包含溶解尼龙的含链烷醇溶剂的温度、或压力、或两者以沉淀溶解的尼龙。

在另一种实施方案中，本发明涉及通过以下增加尼龙韧度的方法：

在高温和高于溶剂在该溶解温度下的平衡流压力的溶解压力下的含链烷醇溶剂中溶解原料尼龙纤维；

从溶液过滤未溶解的固体；

通过降低溶液的温度、压力、或两者从溶液沉淀尼龙，以形成沉淀的混合物；

通过从沉淀的混合物除去溶剂而浓缩所述沉淀的混合物以形成浓缩的混合物；

干燥所述浓缩的混合物以形成固体尼龙；

将固体尼龙挤压成具有增加超过原料尼龙纤维韧度的韧度的纤维。

在另一种实施方案中，本发明涉及通过以下增加原料尼龙分子量的方法：

在高温和高于在该溶解温度下溶剂的平衡流压力的溶解压力下的含链烷醇溶剂中溶解原料尼龙纤维；

从溶液过滤未溶解的固体；

通过降低溶液的温度、压力、或两者从溶液沉淀尼龙，以形成沉淀的混合物；

通过从沉淀的混合物除去溶剂浓缩沉淀的尼龙以形成浓缩的混合物；

干燥所述浓缩的混合物以形成具有分子量基本超过于原料尼龙的固体尼龙。

在另一种实施方案中，本发明涉及从含尼龙材料回收尼龙的装置，包括：

适于混合包含尼龙的材料和液体溶剂的混合容器；

与混合容器存在液体交换的高流速分离泵体系，适于移出混合容器的部分内容物并且在高速下回到混合容器中；

与混合容器存在液体交换的加压热交换器、分离泵或两者，其适于在溶剂的平衡流压力以上的压力下将来自混合容器的尼龙和溶剂的混合物加热到高温；

与加压热交换器存在液体交换的过滤体系，其适于从流体流除去未溶解的固体；

与过滤体系、加压热交换器或两者存在液体交换的沉淀器，其适于减少流体流的压力，降低流体流的温度，或两者；

与沉淀器存在液体交换的浓缩器，其适于从沉淀的尼龙和溶剂的混合物除去溶剂，并增加混合物的固体含量

与浓缩器存在液体交换的干燥器，其适于干燥尼龙和溶剂的混合物。泵体系一般包含两个泵：高流速再循环泵，和第二个适于移出部分流体并将其加入到热交换器中同时增加了它的压力的第二个泵。高流速再循环泵一般与混合容器出口(在再循环泵进口侧)和第二个泵(在再循环泵出口侧)存在液体交换。第二个泵一般与高流速再循环泵(在第二个泵进口侧)和热交换器合混合容器再循环进口(在第二个泵出口侧)存在液体交换。

在另一种实施方案中，本发明涉及以下适合于在分离泵体系中第二个泵的一类泵，其具有：

推进腔，包括：

远端；

近端；

通过至少部分推进腔延伸的推进腔转子；

围绕在推进腔转子周围并放置在推进腔的远端和近端之间的推进腔定子；

与在推进腔的远端存在液体交换的进口室；

与进口室存在液体交换的侧部进口开口；

与进口室存在液体交换的侧部再循环出口开口；

与在推进腔的远端存在液体交换的方法流出口；

连接于推进腔转子的驱动轴。

本发明的方法导致了显著优点，因为获得的尼龙比原料尼龙具有更高的分子量。不清楚这是低分子量尼龙碎片保留的结果还是尼龙链伸长或在方法中交联形成的结果。清楚的是当挤出成纤维时，高分子量尼龙具有高韧度，使通过该方法产生的材料非常适合重新用作纤维。结果，本发明的方法再循环尼龙而未下降性循环尼龙，并提供了重新使用用于地毯纤维的尼龙的可持续方法。

附图简述

图1(A)是本发明的方法的一种实施方案的示意图。

图1(B)是根据本发明的一种实施方案的图1(A)方法示意图的继续。

图1(C)是根据本发明的另一种实施方案的图1(A)方法示意图的继续。

图1(D)是图1(C)方法示意图的继续。

图2显示了根据本发明的分离泵的一种实施方案。图2(A)是根据本发明的泵的左视图。图2(B)是在图2(A)中显示的泵的左截面图。

发明具体实施方案详述

总体上，本发明的方法涉及包含低级链烷醇的溶剂或溶剂混合物的应用，以在溶解温度下的溶剂的平衡流压力以上的压力下溶解尼龙。希望的是尼龙为尼龙6，6的形式，但可以包括其它的尼龙或其组合。尼龙，其可以是磨碎的、粉碎的、切断的或其它尺寸的改变，可以作为废物或小片地板覆盖材料，例如地毯或地毯组合，或作为一些其它的复合材料，或作为基本纯的尼龙添加，在溶解容器或管道中与溶剂或溶剂混合物接触。为了取得和维持溶解而不阻塞方法线路，在混合步骤中使用高流速再循环的纤维/溶剂浆。可以使用高压力泵以使加工流的压力增加到溶剂的平衡流压力以上。在溶解容器或管道，例如活塞流热交换器中加热/溶解后，重结晶或沉淀尼龙/溶剂溶液并使用高效干燥方法干燥，其可以先于增加方法流固体含量的过程，例如VSEP，压滤机，或这些的组合。干燥方法可以包括旋转急骤干燥器、托盘干燥器、水平犁式干燥器、Bry-Air干燥器和/或其它干燥装置，所有这些可以在惰性气体环境下或在足够的真空下操作以维持相对的无氧环境。产生的重结晶尼龙具有非常高的分子量，极好的韧度，并且通常非常适合于纺成纤维；该方法因此代表了由废地毯可持续再循环尼龙纤维而未下降性循环纤维的方式。

在特别的实施方案中，地毯产品原料，由尼龙6，6纤维簇绒的基本的地毯底布构成，使用旋转柱式剪切叶片剪切，其将纤维切成同样的长度。放置于剪切叶片的真空体系从底布中抽走剪切的尼龙纤维；纤维通过真空体系捕获并装入袋中，按压，和打包。

对于在选择的温度下的溶剂体系溶解容器维持在高于平衡压力的压力下。例如，在大约150℃的温度下，乙醇/水溶剂体系的平衡压力将会是大约100psig。容器中的压力可以被增加至大约300psig-600psig，更特别大约300psig-大约500psig，甚至更特别大约400psig-大约500psig。增加压力的一种技术是增加进入容器的溶剂体系的压头。这可以，例如，通过从容器中通过具有小于向反应器传送溶解的管道的截面积的管道除去液体，或者通过高压泵以驱动加工流通过压力控制阀或细孔板，通过在溶解前或之中向溶解容器或管道中添加惰性气体，例如N₂完成。或者，容器中的压力可以通过向溶解容器中加入足够量的惰性气体，例如氮、氩等增加。

溶解容器加热到大约130℃-大约155℃，更特别大约135℃-大约145℃，甚至更特别大约140℃-大约145℃溶解温度下，并在该温度下保持一段时间溶解所需产量的尼龙。令人惊讶地，使用增压使得能够在低于160℃的温度下操作。

对于某一温度的平衡压力下的溶解水平和速度相比，该增压重要地使得能够增加和加快尼龙溶解到溶剂体系中。换句话说，对于相同的溶解水平，本发明使得该方法能够在低于平衡压力方法，或甚至稍微升高(例如50psig)压力方法的温度下操作。因此降低了尼龙的降解，导致了适合于挤出成纤维的更高量的产物。更特别地，与不在增压下进行的常规方法相比本发明的方法导致了富含高分子量尼龙的尼龙产物。

合适的溶剂和溶剂混合物包括低级链烷醇，其混合物，和低级链烷醇和水的混合物。更特别地，合适的低级链烷醇包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、和其混合物。甲醇和水或乙醇和水的混合物已经发现是特别适合的。特别地，乙醇和水的混合物是希望的因为与使用其它链烷醇的相比使用乙醇涉及下降的环境和监管关注。当与水混合时，链烷醇通常以大约40％-大约90％的链烷醇∶水的比率范围使用。特别地，乙醇和水的80％的混合物已经发现适合于大多数应用。合意的是，溶剂或溶剂混合物基本不含(即包含不超过大约1％)的甘油或其它多元醇。已经发现水使得该方法更经济，并且相信降低了一些链烷醇溶解的溶解时间。

例如，地毯片溶解后，在溶解容器或溶解管道(例如活塞流热交换器)中，从溶解容器中除去混合物。过滤热的溶液以除去未溶解的成分，并且溶液在大气压下冷却至大约120℃-大约130℃重结晶或从溶解的尼龙沉淀。从剩余的溶液过滤尼龙，在溶液中剩下任何油、润滑剂、和增塑剂、涂料和其它杂质。当尼龙/溶剂溶液冷却时，高分子量的尼龙将首先沉淀，并因此可以从溶液中过滤同时维持溶液的温度在大约120℃-大约130℃。这使得由以前的挤出或分子量发生的任何小降解产生的低分子量材料留在溶液中或排出在尼龙产物之外。当溶液也保留一些可以存在于地板覆盖材料的溶解组分(例如增塑剂、润滑剂和涂料)时，溶剂混合物可以通过蒸发和/或蒸馏回收。之后沉淀的尼龙用干净的、热的链烷醇/水混合物洗涤和干燥，例如，在真空炉中。

已经发现增压的使用使得溶解或提取温度在160℃以下，同时使得尼龙的相对粘度(指示分子量)维持在对于纤维挤出的应用可以接受的水平。尽管不希望被任何理论束缚，仍然相信该效果应至少部分产生自低分子量尼龙级分的更好或更完全的溶解，随后当高分子量尼龙级分沉淀出时其留在溶液中。

另外，已经发现溶解可以通过分离混合和加热加工步骤，以分开的方法设备进行这些功能，和再循环溶剂/尼龙混合物流而增强，其主要包括尼龙和其它材料的溶剂和未溶解的固体。该再循环流在相对高速下由混合容器通过泵泵回到混合容器中。混合物的速度足够提供以活塞流通过再循环回路，希望是湍流活塞流。对于进一步的加工，加工流从再循环材料分离；在混合罐中以这种方法再循环材料保持尼龙颗粒和纤维不沉淀和阻塞泵体系、罐出口和管路。再循环比率(循环到总体积的体积比)不是特别关键，但通常可以在大约0.971-0.981的范围。

该方法的实施方案可以参考图1(A)、图1(B)和图1(C)更清楚地理解，其提供了本发明方法的两种实施方案的示意图。在两种实施方案中，在混合器1中的是混合的包含尼龙的原料2、溶剂3和惰性气体进料4。溶剂3和包含尼龙的原料2在压力下混合，并且部分该混合物作为混合物排出流5通过泵5a除去。来自泵5a的排出流5b被加入到分离泵6中，其将该流分离为高流速再循环流7(其回到混合器1中)，和低流速方法流9(其通过分离泵6泵入到热交换体系10中)。再循环流7在相对高的线速度下处理；流9从流7分离，一般在显著低的流速下。为了取得搅拌活塞流并降低流中的尼龙纤维或颗粒沉淀和阻塞方法设备的机会，两者均通过具有相对光滑内表面的管道，例如装有型铁的管路泵入。

加工流9通过热交换体系10，其中它由通过进口流11(希望是蒸汽)加入的工作流体加热并通过出口流12(希望是冷凝物)排出。加热的混合物13和至少部分(希望是大部分)溶解在溶剂3中的加工流9的尼龙离开热交换体系10。加热的混合物13也可以包含未溶解的材料的颗粒，例如地毯底布、增塑剂、增强纤维、填料等。这些颗粒材料通过粗滤器/过滤体系14从溶液中过滤，这样过滤的流15主要是溶解的尼龙和溶剂。另外，为了有助于减少流过体系15的未溶解的材料的量，磨碎的和/或空气淘析的废地毯可以在加入到混合器前在水或其它冲洗液体中彻底冲洗以除去尽可能多的颗粒材料。

过滤的流15之后添加到沉淀器中，其中溶解的尼龙从溶液沉淀。因为溶液在相对高压下，对于沉淀，如果不希望冷却操作，使用急骤沉淀器可能是有利的，其通过降低溶液的压力从溶液中除去尼龙。产生的沉淀尼龙和溶剂的悬浮液可以从沉淀器中作为排出流17除去，并任选部分这种流18、20可以通过泵19再循环到沉淀器中以搅拌浆和避免尼龙产物的沉淀。

沉淀的排出悬浮液的非再循环部分21通过过滤体系22，在那里它浓缩，并且除去溶剂渗透流33。未洗涤的浓缩流27添加到洗涤罐24，在那里它用洗涤液25洗涤，一般水和溶剂混合物类似于在混合器中使用的。在图1(B)示意显示的本发明的实施方案中，洗涤器排出流26、28通过洗涤罐再循环泵29再循环到过滤体系22。过滤体系22再浓缩洗涤流，并且再浓缩的洗涤流之后加入到干燥器31中，在那里除去残余的溶剂和水。在图1(C)示意显示的本发明的实施方案中，未洗涤的浓缩流27加入到另一过滤体系22a中，其可以与过滤体系22是相同的或不同的类型，在那里它再浓缩并除去渗透流33a。从干燥器31除去洗涤的、浓缩的、并且干燥的产物32，对于本发明的实施方案显示在图1(D)中。为了除去尽可能多的不希望的污染物、溶剂、水等，本领域技术人员将认识到在干燥前包括进一步的洗涤和/或再浓缩步骤可能是必须的并且是希望的。

产生自本方法的固体尼龙具有适合于高价值应用(例如纤维纺纱)和低价值应用(例如注模)足够高的分子量。并且已经发现，令人惊讶地，通过该方法产生的尼龙可以加工成具有比通过使用新尼龙获得的那些高相当多的韧度的尼龙纤维，和其中使用与新材料的混合物时，当纤维中再循环的尼龙部分增加，韧度增加。

混合器1可以是作为搅拌罐操作的压力级容器，具有含尼龙片材料2、溶剂3和惰性气体4(例如氮)的进口，以包裹罐。该罐将安装机动搅拌器的通路或其它入口，和再循环混合物的除去和加入的出口和进口。溶剂3一般是链烷醇和水，例如乙醇和水，例如乙醇和水的80∶20v/v混合物。废材料2可以是来自地毯或组合地毯的废物，并且可以为切割的或磨碎的片或碎屑，如织边，或以大的片的形式。应用磨碎的碎屑特别适合于本发明的方法。另外，尽管不是严格地必不可少的，通过淘析渗透碎屑以至少从其它废材料上部分分离尼龙，冲洗它以除去非尼龙颗粒，或这些的一些组合仍然是特别有利的。例如，碎屑可以首先淘析，例如通过空气淘析，以从PVC和其它材料大部分分离尼龙，并且可以冲洗尼龙以除去小颗粒，如PVC或碳酸钙填料颗粒。

从混合器通过出口阀除去溶剂和包含尼龙的材料5(其可以主要包括尼龙，或可以是尼龙和不溶解的材料例如地毯底布、增塑剂等的混合物)的混合物并通过泵5a再循环和处理。该泵希望是适合于制造高流速的离心或其它类型的泵，和可以具有尺寸减少能力(例如所称的“切碎机”或剪切离心泵)。高流速泵5a的排出物通过第二阶段泵6，其以类似于泵5a输送的流速和/或线速度再循环部分它的流入物回到混合装置中。在该方法中另一部分流入物通过泵6作为流出物以低流速和线速度泵输到下一阶段。

分离泵6希望是单或双转子螺旋泵，例如MOYNO推进腔泵，特别是MOYNO L系列泵，其已经改造以在泵的吸喉(suction throat)具有进口和出口。来自泵5a的高流速流出物通过该进口。部分流入物通过泵6的推进腔部分，并通过定子泵出，由其它管路输送到剩余的加工步骤。该部分在显著下降的流速和线速度下由部分流入物提供。流入物的剩余部分通过泵6的喉(throat)而未通过泵的推进腔部分，并通过泵喉区域中的进口开口对面的流出物开口泵出。该流在高流速下作为再循环流回到混合容器。

图2解释了适合用于本发明方法的分离泵6的一种实施方案。泵喉区域205中的进口开口201，相应的出口开口(也在泵喉区域)，和加工流出口开口203的应用有助于减少由尼龙纤维或颗粒附聚导致的阻塞。并且，泵可以在相对高压下操作和产生了足够高的线速度以制造混合物的搅拌活塞流或通过出口203排出定子209的加工流中的悬浮液。如指示的，泵流出物的相当部分再循环回到混合容器。混合物的深度再循环有助于保持悬浮液中的尼龙纤维或颗粒并限制了附聚。部分泵流出物由通过定子209和排出出口203的通道从再循环流分离，并且之后通过过程热交换体系10。使用开口207以清洁泵，并且在泵操作中通常保持密闭。

图2A显示了以上描述的分离泵6的实施方案的左视图。应理解右视图是左视图的镜像。该泵通过连接到驱动轴211(未显示)上的马达驱动，其连接到伸展通过泵喉区域205的连结213(在图2B中)上。该连结连接到转子215(图2B)上，其产生了与定子209连接的推进腔217(图2B)。进口201对面的类似出口开口使得部分流入材料能够再循环出泵，同时部分通过转子/定子组合转移并通过出口203离开泵。根据本发明实施方案的分离泵可以通过改造系列L Moyno推进腔泵通过在泵喉的任何一侧上钻孔，如图2A指示的，在开口周围焊接合适的法兰，并且关闭在泵顶部的原料进口制造。

热交换体系10可以包括一个或多个热交换器，其允许连续的混合物活塞流，同时使其温度提高到溶解温度，一般从大约130℃-大约155℃，更特别在从大约135℃-大约145℃温度，甚至更特别在从大约140℃-大约145℃温度范围，和在溶剂的平衡蒸气压以上的压力下。通常的压力范围从大约300psig-大约600psig，更特别从大约300psig-大约400psig，甚至更特别从大约400psig-大约500psig。合适的热交换器包括叠层管热交换器或夹套活塞流反应器、盘管热交换器和其它使得能够在高压下活塞流的交换器设计。例如，一种或多种盘管交换器，其中加工流体通过光滑管侧壁并且蒸气通过壳册，可以用于将加工流加热到溶解温度，特别是在小规模方法中。可以使用叠层管热交换器或夹套活塞流反应器，伴随蒸汽或其它热传输流体流过夹套，特别是在大规模方法中。热交换器的重要特征是它在尼龙的溶解前不需要加工流流过多支管、头、缩管、扩管或其它可能使浆材料积聚的流动阻塞件。已经发现使用，例如具有完全流夹套的无缝中心管的叠层管热交换器在这方面是特别适合的，因为它们不引起溶解浆的任何重大附聚。

希望在热交换器中的停留时间足够长以使得大部分或全部尼龙能够溶解。停留时间可以变化，取决于其它的参数，例如混合物中固体的量、流速、溶解温度、压力等，但对于2％尼龙固体一般是至少60s，更特别至少是大约180s。随着固体负载的增加最小停留时间将增加。

溶解后任何剩余的颗粒残余材料可以通过过滤体系14从加工流中除去，希望包含一个或多个过滤器和粗滤器。例如，初级过滤器可以用于除去大颗粒，例如100μm以上的那些，接着通过更细的过滤器以除去更小的颗粒，例如大约1μm的那些。对于有效过滤如必须，加工流可以分离并通过两个或更多个过滤器罐。

热的、加压的、过滤的加工流15之后通过沉淀器16以从溶液沉淀尼龙。沉淀器可以是简单的急骤罐，其中在急骤罐中的低压导致了溶解的尼龙沉淀。或者，使用更复杂的沉淀器，例如强制循环蒸发结晶器、稠液结晶器、DTB(引流管缓冲)结晶器、表面冷却结晶器等，以获得沉淀的尼龙。沉淀器16可以与任选的再循环流18和20，和再循环泵19存在流体交换。沉淀和母液的再循环流可以再循环回到沉淀器中，以保持悬浮在溶解混合物中的固体的基本部分并防止沉淀的量。离开沉淀器的加工流17通常包含溶剂中的沉淀尼龙的悬浮液，并且尼龙和母液通过过滤体系22分离。过滤体系22可以是任何合适的过滤体系；然而，已经发现反渗透或膜过滤体系提供了好的结果。特别地，振动剪切增强处理过滤(VSEP)，例如通过New Logic Research有限公司生产的，特别适合于有效地从沉淀的母液分离沉淀的颗粒尼龙。然而，压滤机可以在适当的位置，或作为VSEP体系的附件使用以提供更适合于常规过滤和/或干燥至尼龙的高固体含量尼龙浆。

在本发明的一种实施方案中，沉淀的尼龙颗粒用水或其它含水的洗涤溶液洗涤并干燥。在示例性的实施方案中，部分颗粒27在洗涤器24中用水25洗涤，和产生的悬浮液26通过泵29再循环到过滤体系22中再浓缩，之后再浓缩的颗粒30在干燥器31中干燥，产生了干燥的尼龙产物32。

干燥器31可以是一个或多个可获得的多种类型的干燥器，取决于由过滤方法获得的沉淀尼龙浆的固体含量水平。干燥器希望在真空下或在惰性气体环境中操作，如以上描述的。VSEP体系通常可以将产物流浓缩到大约5-6％的固体含量，其对于许多可商购的干燥器的有效操作来说太低。加上压滤机(或被压滤机替代)可以使固体含量增加到25％或更高。比大约10％高的固体含量，可以有效地使用旋转急骤干燥器或浆叶干燥器。10％固体含量的原料，旋转急骤干燥器(APV)可以提供具有低达1.5％或更低的挥发物含量的干燥产物。使用包含搅拌犁和切碎机的浆叶干燥器(Littleford Day)已经获得低达0.07％的挥发物浓度。

如以上解释的，本发明的方法在溶剂混合和结晶中使用再循环流，使用特殊的泵设备，并避免加工设备和管路中的急内棱和弯，以减少方法设备的污垢。并且，已经发现，预料不到地，一些溶剂，例如链烷醇溶剂，在混合方法期间或之后可以通过原料中的尼龙纤维或颗粒被大量吸收。结果，希望使用相对高的溶解废原料重量比，通常在大约90wt％-大约99wt％的范围，基于原料溶液/悬浮液的总重量。整个方法中使用相对稀的尼龙浆使得浆能够更容易地泵吸。

本发明可以通过参考下面的实施例更清楚地理解，其未限制以任何方法的本发明的范围。

实施例1

进行一系列试验，其中试验尼龙纱或尼龙片以测定基线相对粘度。也在甲醇/水混合物中溶解尼龙片，回收尼龙，并测定它的相对粘度。将许多含尼龙的组合地毯(如样品号1-6指明)切碎并放入压力容器中，如以下指示向其中添加400ml链烷醇溶剂和100ml水，如以下指示加热混合物并增压。从压力容器除去溶液到另一容器中，在其中它被冷却直至尼龙沉淀。之后使用用于尼龙纱或片的相同的方法试验该尼龙的相对粘度。结果显示于下表1中。

表1

样品	蒸煮温度，℃	溶剂(80％浓度)	最终压力，psig	相对粘度
					尼龙6，6纱	未蒸煮		NA	44
标准PA66	未蒸煮		NA	45
					标准PA66	165	甲醇	205	34
					1	165	99％异丙醇	140	40
2	165	变性乙醇	400	37
					3	175	变性乙醇	150	34
4	165	纯乙醇	150	42
					5	155	变性乙醇	400	44
6	155	纯乙醇	450	48
					7	150	纯乙醇	400	45
8	145	纯乙醇	400

实施例2

接下来是与实施例1中使用的相似的步骤，使用来自相同组合地毯或阔幅地毯的两样品，并变化其压力。结果报告于下表2中。当显示“甲醇”或“纯乙醇”时，400ml这些溶剂和100ml水混合(“纯乙醇”仅仅显示乙醇未变性)。当显示“100％甲醇”时，水不包括在混合物中。从组合地毯采集样品1和3，样品2采自阔幅地毯，和样品4采自热熔预涂地毯。

表2

样品	蒸煮温度，℃	溶剂(80％浓度)	最终压力，psig	粘度数	相对粘度
						尼龙6，6纱	未蒸煮	NA	NA	135	44
标准PA66	未蒸煮	NA	NA	137	45
						标准PA66	165	甲醇	205	112	34
						1A	155	100％甲醇	210	141	47
1B	155	纯乙醇	150	141	47
2A	155	100％甲醇	210	162	60
						2B	155	纯乙醇	150	166	62

实施例3

将乙醇和水的80％混合物预热到以下指示的温度，并向容器中以足够的量一次性添加含尼龙纤维以提供溶剂和尼龙3.5wt％的混合物，该混合物增压到下表3中指示的压力，并在该压力下维持以下指示的时间。从容器中除去液体并在夹套容器中冷却到120℃的温度。过滤产生的冷却液体以除去沉淀的尼龙。测定在第一容器中剩余的未溶解的尼龙，计算溶解的尼龙相对于添加到混合物中的总尼龙的产率。

表3

运转	温度(℃)	压力(psig)	时间(分钟)	产率(％)
					1	143	300	37	64
2	143	400	23	82
					3	147	450	23	100
4	150	500	15	100
					5	160	150	45	88

实施例4

通过剪切，真空收集，装袋，和打包尼龙6，6阔幅地毯废物获得的原料通过图1中显示的装置处理。采集10线尼龙原料纤维样品并分析成尼龙6，6。在混合器1中，原料尼龙纤维与乙醇混合到2.75wt％的浓度，基于原料溶液的总重量，增压到425-460psi。在热交换器10(盘管热交换器)中的加热使浆温度提高到138-143℃。使用通过热交换器的1.32-1.5gpm的流速。粗滤溶液并在结晶罐中在大约115-125℃的温度范围下沉淀。之后溶液中悬浮的尼龙通过第一过滤/浓缩体系(即VSEP)以溶液使到5重量％-6重量％固体含量。由前面运转获得的干燥固体回混到固体含量10-15％以使得更有效地操作干燥器(之后改造该方法在VSEP操作之后添加压滤机以除去对回混合的需要)。尽管这意味着一些固体多次通过干燥器，但结果非常好。再一次用100微米的过滤器过滤该材料。

由该方法获得的100lbs尼龙粉末进一步干燥并造粒，以获得具有500ppm湿度含量的材料，和相对均一的尺寸。并在2-3小时内通过组合过滤器(在大约500psi的背压下)和喷丝头挤出大约70lbs的造粒材料以获得尼龙纤维。试验通过该方法获得的纱的纤度和韧度并报告于下表4中。

表4

纤度	韧度
		2429	3.11lb

纤维纺成纱，其之后加入到具有17oz/yd²表面重量的地毯中。在纱中未使用其它纤维以制造地毯面布。纱用Glasbec底布簇绒成卢特拉杜尔基底布。

在通过该方法获得的地毯上进行各种试验，其结果总结于下表5中。

表5

试验	结果
		Art 5 yr(干)维护	8.25
Art 5 yr(湿)维护	8
		Borrough′s抗性	9083meg
脱层-干	未分离
		氟	2322
IBM抗性	3783meg
		耐晒牢度	2-3(60AFUs)
二氧化氮	4-5(2cy.)
		臭氧褪色	4-5(2cy.)
辐射面板	.70
		辐射面板-15分钟	.78
烟-燃烧	166
		烟-燃烧-4分钟	131
烟-未燃烧	438
		烟-未燃烧-4分钟	66
着色(红色染料40)24小时	10
		绒头联结-干	8.66Ib
Vetterman Drum	1.522,000cy.

另外，作为粘度平均分子量测定剪切废原料和由该方法获得的干尼龙、和在纤维挤出前造粒的尼龙的分子量。测定原料分子量是大约30道尔顿。由以上描述的方法获得并进一步在APV旋转急骤干燥器或Littleford Day真空干燥器中干燥的6个尼龙样品，分子量为平均大约38道尔顿。测定造粒的尼龙的分子量为大约40道尔顿。

实施例5

由以上描述的地毯剪切废物的增压溶解获得的尼龙6，6以不同的重量比与新尼龙组合，挤压成未拉伸和拉伸纤维，并且评价韧度和拉伸。在完全新的尼龙纤维上进行相同的评价。平均韧度和拉伸的结果在下表6中提供。

表6

样品号	含量再循环的∶新的	未拉伸韧度	未拉伸伸长	拉伸韧度	未拉伸伸长
						1	25∶75	1.03	437.90	3.56	19.75
2	50∶50	1.01	411.02	3.58	20.33
						3	100∶0	1.04	370.74	3.89	19.88
对照	0∶100	0.937	408.87	2.7-3.2(规格)

数据显示，令人惊讶地，通过本发明的方法获得包含再循环尼龙的纤维的韧度好于新的未拉伸的尼龙纤维获得的韧度，并对于拉伸尼龙纤维大大优于工业规格。并且随着纤维再循环含量增加，韧度惊人地进一步提高。

本发明的特定实施方案的描述是为了使本领域技术人员更容易地理解本发明的本质，但并没有限制附后的权利要求的范围或其对等物的范围。

Claims (31)

1.从含尼龙材料回收尼龙的方法，包括：

使含尼龙材料与含链烷醇溶剂在混合容器中接触，其中至少一部分含尼龙材料与含链烷醇溶剂的混合物从混合容器中移出并在高流速下回到混合容器；

增加混合物的温度和压力，直到压力达到高于该含链烷醇溶剂的平衡压力，且直到增加的温度为130℃-155℃，由此在含链烷醇溶剂中溶解尼龙；

从任何未溶解的固体除去包含溶解尼龙的含链烷醇溶剂；和

降低包含溶解尼龙的含链烷醇溶剂的温度，或压力，或两者以沉淀溶解的尼龙；

其中所述链烷醇选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和其混合物。

2.权利要求1的方法，其中混合物的温度在活塞流热交换器中增加。

3.权利要求2的方法，其中活塞流热交换器包含盘管热交换器。

4.权利要求2的方法，其中活塞流热交换器包括叠层式单通道夹套热交换器。

5.权利要求1的方法，还包括浓缩、脱水。

6.权利要求5的方法，其中浓缩、脱水包括使包含沉淀尼龙的流经过振动剪切增强处理膜过滤器。

7.权利要求5的方法，其中浓缩、脱水包括使包含沉淀尼龙的流经过压滤机。

8.权利要求5的方法，其中浓缩、脱水包括使包含沉淀尼龙的流经过振动剪切增强处理膜过滤器和压滤机。

9.权利要求5的方法，其中浓缩、脱水使液体中的沉淀尼龙的固体含量增加到至少5％。

10.权利要求9的方法，其中固体含量增加到5-10％。

11.权利要求9的方法，其中固体含量增加到至少25％。

12.权利要求9的方法，还包括在真空下或惰性气体环境中操作的干燥器中干燥所述脱水的、浓缩的沉淀尼龙。

13.权利要求12的方法，其中干燥发生在旋转急骤干燥器中。

14.权利要求12的方法，其中干燥发生在包含搅拌犁和切碎机的浆叶干燥器中。

15.权利要求1的方法，其中混合包括通过分离泵经由管道移出部分混合器内容物，转移部分移出的材料以进一步处理，和将移出的剩余部分返回到混合器中。

16.权利要求1的方法，其中包含链烷醇的溶剂包括链烷醇和水的混合物。

17.权利要求16的方法，其中链烷醇以溶剂的40wt％-90wt％的量的范围存在。

18.权利要求17的方法，其中包含链烷醇的溶剂包括水中80wt％乙醇的混合物。

19.权利要求1的方法，其中接触期间的压力为300psig-500psig。

20.权利要求1的方法，其中增加的温度是140℃。

21.权利要求1的方法，其中在增加的温度下高于包含链烷醇的溶剂的平衡压力的压力通过向体系中加入惰性气体达到。

22.权利要求1的方法，其中在增加的温度下高于包含链烷醇的溶剂的平衡压力的压力至少部分产生自体系中包含链烷醇的溶剂的压头。

23.权利要求1的方法，其中包含尼龙的废材料包括包含尼龙的地板覆盖材料。

24.权利要求23的方法，其中包含尼龙的地板覆盖材料包括地毯或组合地毯，或其混合物。

25.权利要求24的方法，其中地毯或组合地毯包含尼龙6，6。

26.从含尼龙材料回收尼龙的方法，包括：

使含尼龙材料与含链烷醇溶剂在混合容器中接触，其中至少一部分含尼龙材料与含链烷醇溶剂的混合物从混合容器通过分离泵移出并在高流速下回到混合容器；

增加混合物的温度和压力，直到压力达到高于该含链烷醇溶剂的平衡压力，且直到增加的温度为130℃-155℃，由此在含链烷醇溶剂中溶解尼龙；

从任何未溶解的固体除去包含溶解尼龙的含链烷醇溶剂；

降低包含溶解尼龙的含链烷醇溶剂的温度，或压力，或两者以沉淀溶解的尼龙；

浓缩、脱水；

在干燥器中干燥所述脱水的、浓缩的沉淀尼龙；

其中所述链烷醇选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和其混合物。

27.从含尼龙材料回收尼龙的装置，包括：

适于混合包含尼龙的材料和液体溶剂的混合容器；

与所述混合容器存在液体交换的高流速分离泵，适于移出混合容器的部分内容物并且使其在高流速下回到混合容器中；

与所述混合容器、所述分离泵或两者存在液体交换的加压热交换器，其适于在溶剂的平衡蒸气压力以上的压力下加热来自混合容器的尼龙和溶剂的混合物到高温；

与所述加压热交换器存在液体交换的过滤系统，其适于由流体流除去未溶解的固体；

与所述过滤系统、加压热交换器或两者存在液体交换的沉淀器，其适于减少流体流的压力，降低流体流的温度，或两者；

与所述沉淀器存在液体交换的浓缩器，其适于从沉淀的尼龙和溶剂的混合物除去溶剂，并增加混合物的固体含量；

与所述浓缩器存在液体交换的干燥器，其适于干燥尼龙和溶剂的混合物。

28.权利要求27的装置，其中高流速分离泵包括推进腔泵，该泵包括位于泵喉附近的侧部进口，和基本位于侧部进口对面的侧部出口。

29.权利要求27的装置，其中浓缩器包括振动增强处理膜过滤器。

30.权利要求27的装置，其中浓缩器包括压滤机。

31.权利要求29的装置，其中浓缩器还包括压滤机。

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