CN1037077C - 从涂漆塑料零件中回收塑料的方法 - Google Patents

Abstract

由涂漆的塑料零件回收塑料的方法。涂漆的塑料零件被多步磨细但并不粉末化，磨粉的同时进行拉伸处理使粘附在上面的一部分清漆松动。例如用振动筛分离所得的塑料粒子和清漆粒子，然后再将颗粒包装，在板材试验中，热塑性回收塑料不含大于0.25平方毫米涂漆粒子这类可见夹杂物。此回收方法与汽车工业特别是涂漆保险杠的回收有关。

Description

从涂漆塑料零件中回收塑料的方法

本发明涉及一种回收废涂漆塑料零件，特别是汽车零件的方法。

用各种不同的聚合物可以生产在汽车上应用的塑料零件。然而，经常使用的是二元或三元热塑性模塑材料或化合物，优选的是基于聚丙烯，或者，在极少的情况下是基于聚乙烯。在这种模塑材料可能的用途中，特别包括内衬，它用于轮箱、行李箱衬、蓄油箱、电池套、侧面板、保险杠等。实际上人们已经知道用几种不同的方法来从成型零件中生产回收料，这些零件是由大量的热塑性模塑材料组成的。

例如一种已知方法涉及涂漆保险杠的回收。保险杠基本由高弹体改性聚丙烯组成，是用一种橡胶成分改性的，例如用乙烯和丙烯的弹性共聚物(EPM)和/或乙烯、丙烯和非共轭二烯的弹性三元共聚物(EPDM)。此外，还可加入大量添加剂以赋予二元或三元模塑材料某些性能。

在一种已知的回收方法中，第一步是拆卸未涂漆的废保险杠，然后和包括灯、配件、梁等在内的所有夹杂零件一起碾磨或破碎，得到手掌大小的碎片。然后在高压下湿磨这些碎片得到一种透明的磨细料或碾碎料。该磨细料是匀化的并且经过采用添加剂分解以后将是稳定的，最后和来自由聚丙烯共聚物组成的蓄油箱的磨细料以1∶5-1∶6的比例混合。根据它的性能，所得回收料不能再用于生产新的保险杠，特别是因为在低温下缺乏冲击强度，而且在室温下也和低温下一样缺乏冲击强度。然而，回收料可以用于价值较低的应用场合，例如用作轮箱的衬料。对于这种用途，低冲击强度正是所希望有的特点。但还有一个关于回收料外观和令人讨厌的气味问题，后者很可能是由来自蓄油箱磨细料的硫含量引起的。

涂漆塑料零件的回收是特别困难的，例如涂漆保险杠的回收。许多模制零件将被涂敷一种基于聚氨酯或丙烯酸酯的清漆，这是为了光学原因或是为了保护它们。为了在清漆和通常是非极性的表面之间提供充分的粘合，塑料零件必须被预处理，例如采用底漆，通过烧剥、蚀刻或诸如此类的方法。就模制零件而言烧剥是最常用的方法。还可以采用通常很少使用的特殊方法，如等离子体或电晕处理来提供部分粘合，包括在清漆层和模制零件之间的一种结合，不但耐所有普通的和可得的溶液，而且耐喷砂清洁法或火焰处理。

通常，由含相当高清漆残留量的涂漆塑料零件制成的回收料在所有重要性能方面与由未涂漆的塑料零件制成的回收料相比都较差。例如，用上述针对未涂漆模制零件的方法回收的保险杠提供了含表面缺陷的回收料及其依次制得的模制零件，这特别在一道新的上漆工序中是很不利的。而且，它们不但表现出抗强张度的降低，还表现出冲击度或低温冲击强度的降低，因此只有不能满足目前要求的性能。

曾经有人试图(Plastverarbeiter，42，pages48and following，1991)采用多步研磨法从涂漆保险杠中回收在低温下也具有合格机械性能的回收料。为此目的，在试生产中的第一步研磨阶段先把涂漆保险杠的废料磨细成6-12毫米大小的磨细料颗粒。在第二步中再把粗磨细料在微涡流磨中磨细成300-500微米大小的颗粒。虽然与涂漆保险杠的粗磨细料相比，精细尺寸的磨细料的机械性能好的多，但根据DIN53 443/2在-30℃的温度下测定的变质力、形变和电子击穿功都表现出数值降低的明显趋势。精细的磨细料可以由自由共存的很细的清漆和塑料粒子，和/或带有清漆残留物的细塑料粒子二者中的任何一种组成。只有通过向精细磨细料中加入足量的约1％的适宜粘合剂以粘合循环塑料中自由浮动的清漆粒子，才能使上述性能提高到接近由未涂漆保险杠制成的粗磨细料的性能水平。然而，性能仍然有大幅度的下降，因此通常在没有进一步消除清漆含量的条件下，回收料只能用在价值较低的应用场合。

为了进一步改善质量，有人已经提出在细磨步骤后把清漆的磨细料挤出和脱气，并且把模制的聚丙烯过筛，再把热塑性模塑材料造粒以回收筛出的物料。为了筛分模制块，必须迫使模制的磨细料在挤出过程中通过一个含筛孔的面板或筛包。因为清漆粒子的精细颗粒近似于灰尘，因此要求有非常细的筛包(例如500微米，250微米等)。为了克服由此产生的流动阻力，需要有一个用于模制块的附加泵，这是很不利的而且提高了模望和过滤或筛分过程的成本。虽然还设有关于从模制块中筛出清漆粒子的最新试验结果，但人们期望为了充分消除清漆和包含筛包的这种挤出机有适宜的尺，质量流量应该相当低以致熔化回收料所需的高能量从经济上的角度讲是不合算的。

此外，人们还尝试了通过采用冷却装置的多步研磨法除去粘在成型零件上的清漆层。通过把要磨碎的物料冷却到很低的温度，聚丙烯变脆导致在进一步粉碎过程中清漆有更低的粘合力并且最终导致清漆粒子的剥落。虽然这种原理的结果是有相当高的清漆脱除度，但为冷却目的所需的大量能量使这种方法并不经济。

考虑到上述问题，因此本发明的一个目的是创造一种回收涂漆塑料成型零件中塑料成分的方法，本发明方法对清漆的脱除特别有效，与已知的方法相比不太复杂，因而也更经济。本发明的另一个目的是还要从涂漆塑料产品中提供回收料，特别是基于包含聚丙烯的热塑性模塑材料，其性能尽可能接近非回收料以便适用于高价值的应用场合。

这些和进一步的目的可通过下述方法实现。

—在第一个破碎机中把涂漆的塑料零件粗粉碎，把所得粗粒子细碾磨并同时引起被磨粒子中的拉伸力和剪切力，拉伸力和剪切力引起塑料粒子的弯曲和拉伸从而使粘附的清漆剥落；和

—把所得塑料和清漆粒子分离。

根据本发明，通过在多步粉碎或碾磨过程中从涂有清漆的成型零件上除去粘合的清漆粒子可实现发明目的，以便最终得到基本不含清漆的回收塑料产品，该产品还可再加工成涂漆产品或不涂漆产品而不需损失质量。

根据本发明由回收料制成的板在实验室测试中表明：生产与新制成的物品相比在清漆粘合性方面无质量损失的零件是可能的，特别是就本领域技术熟练人员所公知的气候变化测试而言，清漆的粘合性和机械性能都是要考虑的。

根据本发明，涂漆塑料零件的粉碎是与在本方法的单个步骤中要被粉碎的粒子中引起的强拉伸应力和切应力结合在一起的，拉伸和剪切处理引起了粒子和粘合的清溱层中一定量的拉伸和剪切力以致于清漆层从清漆塑料粒子上剥落下来。同本领域现有技术中的已知方法相比，磨细料并不是被研成粉末来获得所需的高清漆剥落度，而是根据本发明在细磨过程中相当粗的粒子被形变或钻孔和弯曲以及特殊拉伸，因而粘在粗塑料粒子上的清漆或漆粒子剥落或削下并被分离。由于剥落的清漆粒子的尺寸比本领域现有技术中已知的细粉尺寸大得多，因此随后的分离更容易得多从而使回收方法更有效和更经济。

本发明的方法以一种有利的方式与若干方法步骤特别是粉碎步骤相结合，目的是生产一种回收的塑料产品。由塑料制成的一般是预先破碎的涂漆成型零件在逐步粗粉碎或碾磨步骤中的第一步就被粉碎成粗粒子。在随后的细磨步骤中粗粒子再在细磨或粉碎的同时经过拉伸和剪切处理，以便最终使粘在塑料粒子上的大部分清漆剥落下来。然后在分离步骤中再将所产生的塑料粒子和剥落的清漆粒子分离。与清漆粒子分离的粒子在后续步骤中经过整理以便最终得到基本上不含清漆的回收塑料产品。在不同的粉碎步骤之间进行附加的分离和清洗步骤是有利的。

从相当大的清漆塑料零件着手，首先为回收过程把这些初始材料破碎或压碎是有利的。把涂漆的塑料粒子控制到平均粒子尺寸在12毫米以下很有用。最好在第一步粉碎阶段，即破碎或压碎的时候，把成型零件的尺寸减小到大约6-8毫米。而且有可能采取几个连续碾磨步骤以达到材料所需的颗粒尺寸，例如这是因为粗磨或压碎所用设备预定的能力极限所限制的。

作为塑料成型零件的粗粉碎设备，几乎所有在现在技术领域中已知的设备都适用。然而，最好是塑料零件不吸收过多的在粉碎过程中产生的能量，以避免可能出现的材料大量受热和不希望有的熔化。特别适用于进行粗粉碎步骤的设备是以切削方式来加工塑料成型零件的。已知的切碎机是此步骤所优选的设备。

第一个粉碎步骤可以用湿法或干法来完成。然而，由于上述原因，为了使塑料零件在粉碎过程中吸收的能量减小到最少，通常最好在涂漆塑料零件的粗粉碎或破碎过程中加入冷却水，以便使粗粉碎在湿条件下完成。湿态粗粉碎之后可以进一步分离、清洗或干燥。

第一步的粗粉碎步骤主要可采用上述方法来完成。但更好的是在粗粉碎之前，在粉碎机即切碎机中的把大块的涂漆塑料零件和可能的金属零件一起粉碎成近似于手掌大小的碎片。然后最好把这些碎片经过粗分步骤以除去金属部分。粗分可以通过例如借助水的办法来完成，在水中金属部分由于自身重量向下沉，而漂浮的塑料部分就可以被一个输送蜗杆收集起来。

粗粉碎步骤的结果是象塑料产品样的粒子具有4-12毫米颗粒尺寸，其中清漆层仍然牢固地粘在塑料零件上。

根据本发明，粗粒料与上面粘附的清漆一起经过一个细粉碎步骤，该步骤最好具有脱纤维的特性，与此同时在塑料粒子中导致了相当大的形变和剪切力。为此目的，来自粗粉碎步骤设备的粒料最好在进一步清洗、分离和干燥步骤之后送到细粉碎阶段的粉碎设备中。在此步骤中，来自第一个粗粉碎过程的塑料再进行细磨或粉碎，因而在一个特别有用的实例中得到了一种长0.5-6毫米且纤维直径为0.005-0.5毫米的塑料纤维材料，优选的是长1-3毫米且纤维直径约0.1毫米，通常得不到规则的纤维。这种塑料纤维更确切地说是具有比较不规则形状的撕裂纤维，但最好具有纤维长径比的关系等于L/D约30。

细粉碎，即碾磨和研磨，必须基本达到三个目的。首先，所有的粗粒子都能被进一步粉碎，因此粉碎基本上是基于在象碾磨那样的过程中撕裂粗粒子或撕裂较大粒子的较小粒子。与第一粉碎步骤相比，可能发生的切削粉碎就只有很小的重要性了。然而，根据本发明，细粉碎步骤的脱纤维特性非常重要。由于能够从前面所述的塑料纤维的尺寸中加以收集，因此最好材料的厚度降低，而粒子的长度降低更多。这是由粗塑料粒子碾磨的脱纤维特性导致的，特别是球形粒子。

在本发明的一个优选实例的方法中，所述粗塑料粒子的细粉碎是通过使粗粒子经过一个碾磨设备的旋转磨盘和固定磨盘之间形成的空隙来实现的，这适于产生足够的剪切力。当经过空隙时粒子在出料方向上移动并且因此而形变，即被弯曲，由此从碾磨设备中排出的粒子的尺寸由旋转磨盘和固定磨盘之间的空隙距离决定。由于产生的高作用力，对于空隙来说太大的粒子就被撕开了以便粒子适宜通过空隙。

根据本发明，当粗粒子经过两个磨盘剖面间的锥形空隙时将被脱除纤维，这对撕开塑料粒子特别有利。较大的粒子在一个较宽的空隙部分将被撕开并将继续沿出料方向移动。由于高作用力和由于在出料方向上的锥形空隙，粒子将被撕开，但因为在撕裂变形前同时产生了锯齿，撕裂变形基本上是塑料粒子的拉伸，因此细粉碎的第三个目的就达到了。

细粉碎步骤的第三个目的是使塑料粒子在脱纤维的过程中以粘合的清漆残余剥落的方式而形变。因为在撕裂高弹体改性聚丙烯塑料时的高伸长率(通常在撕裂塑料时的伸长率大约为百分之几百)并且由于在撕裂清漆粒子时伸长率有相当大的差异(通常在撕裂废的遮盖色漆或清漆时伸长率在大约100-150％范围内，而在撕裂底漆时的伸长率则小得多，因此在撕裂清漆材料时伸长率的数值被定为50-200％)，所以不管在哪一点上，清漆粒子只能部分遵循塑料零件的伸长率以致它们削掉和剥落。经过细粉碎步骤之后，因此就得到了比较不规则的塑料纤维和清漆碎片的混合物。

如果在细粉碎步骤之后达不到必需的纤维尺寸，并且如果仍然粘附在纤维上的清漆含量太高，则在第一步经过碾磨设备的阶段之后筛分脱除纤维的物料混合物，除去偏离所需尺寸的物料，再在一个新的脱纤维步骤重新碾磨物料是有利的。

基本上所有本领域现有技术中已知的设备都可以用于碾磨且具有脱纤维的特性，如果该设备允许这种材料处理的话。特别有利的是采用对要碾磨的物料具有冲击效果的磨机。其中有已知的冲击磨机或冲击压碎机。而根据本发明后者是对于选择性粉碎特别优选使用的碾磨设备。

当为了细粉碎的目的而使用这种设备时，向粗粒子中加水特别有用。在几乎所用的涂漆塑料零件中，以均聚物的形式或以共聚物的形式或以机械共混物的形式所包含的聚丙烯有很高的能量吸收能力，以致在于磨过程中塑料会发生熔化，因为温度达到了熔点以上。然而在模塑状态，可能包含具有润滑效果的聚丙烯和其它模塑热塑性塑料，因而阻碍了脱纤维的粉碎过程。

在塑料粒子脱纤维和剥落以后，塑料纤维和剥落的涂漆粒子的混合物就要被送到一个进一步分离的阶段。通常后者是根据重量和/或粒子尺寸的基本差异而工作的。在本发明的一个实例中，优选的是采用在旋风分离器中的空气分离来分开所得塑料粒子和清漆粒子。

根据另一个对分离步骤特别有用的改进办法，采用了对混合物的筛选，例如采用了振动筛。在根据本发明的进一步改进办法中，通过采用沉浮法或水力旋流器来分离所得塑料和清漆粒子可能是有利的。可以采用的水分离有利于环境，因为所得塑料部分的密度一般低于水，而通常象例如白垩那样作为填料的清漆部分一般比水重得多。因此，清漆部分下沉并能以泥渣的形式排出。漂浮在水面的聚合物粒子可被收集起来并送去进一步加工。

通常，撇取出的聚合物粒子能被进一步加工和整理，利用的是已知方法中的一种。然而，在本发明的范围内，优选的是使分离出的塑料纤维颗粒化，因为纤维堆砌密度很低，且因为有比较大的表面而会附着大量水。为了有利于这个目的，它们将被送入一个挤出机，在那里通过真空脱去附着的水并随后把纤维颗粒化。

所得颗粒具有优异的回收性能。在成型材料适合的所有进一步加工方法中，它们可被用于非共混，或可以用作其他成型材料的添加剂。回收的颗粒可被加工，例如采用塑料加工中所有已知的设备，如辊筒、混炼机、挤出机、捏合机等。在注射成型过程中也非常适用。

采用本发明的方法，所有涂漆的热塑性成型零件都能被高效地加工成有用的回收产品，它取决于废塑料零件的组成。但本发明的方法优先适用于主要由聚丙烯和/或聚乙烯和/或乙烯和丙烯的弹性共聚物(EPM)和/或乙烯、丙烯和共轭二烯的弹性三元共聚物(EPDM)组成的废的涂漆的成型零件，从而得到主要包含上述材料的回收塑料产品。通常，本发明的方法不会受模塑材料或化合物的热塑性基材中通常包含的添加剂的干扰。因此，本发明方法得到了一种回收塑料产品，根据被回收的废旧零件中包含的添加剂，它包含如染料、润滑剂、填料、紫外线稳定剂、防老剂、阻燃剂和/或无机纤维这样的添加剂。

在一个优选实例中，根据本发明的方法从度的成型零件特别是废涂漆保险杠中回收的回收塑料被用干生产新的汽车保险杠，本发明回收料的含量为20％，就撕裂伸长率、冲击强度和冷冲击强度而言，通常不会导致下降，并且在最后重新给回收的热塑性零件上漆或涂清漆时，在新生产的零件中不会产生有碍表面的缺陷。本发明的方法所用热塑性回收塑料的撕裂伸长率大于50-100％。用上述方法生产的回收料由于清漆粒子含量很低而具有优异的性能。其结果是具有上述可靠性能，并且特别是与新的模型材料相比废料量非常低。

本发明的热塑性回收塑料可特别用废清漆粒子的含量来描述。在哪些测试试样中所含的废清漆粒子越小和越少，通常回收料的上述关键性能就越好。

因此，回收料的质量是采用箔试验来测试的。为此目的，用一个精确的天平称出所测回收料的定量(约0.2克)。然后把称好的测试量压在两个铝箔中间，用一个带抛光板的加热的精确压力机在约200℃的温度下加压1分钟，并继续加热到约300℃保持1分钟，以生成一个厚约0.03-0.04毫米且直径约30毫米的箔。然后在一个光洁的桌子上仔细检查所生成的箔并对夹杂物作出评价。

根据上述的箔测试方法，用本发明的回收料做成的厚0.03-0.04毫米的箔在30毫米直径的区域内表明没有看得见的由大于0.025平方毫米的涂漆粒子形成的夹杂物。如果根据上述箔测试程序，5个当中有不超过3个试样表明有0.1-0.25平方毫米的夹杂物且没有试样表明有大于0.25平方毫米的夹杂物，则通常断定回收料是好的。这些标准适合所有的测试。

根据后面的附图1，描述了用于生产回收料的发明方法的实施例。

唯一的图1表示了发明方法步骤的流程图。

涂漆的塑料零件1和所有安装在它上面的附件，如附装物、灯等，都送入预破碎机A中。在预破碎机中，通过反转的切削刀把塑料零件压碎成手掌大小的碎片。被预压碎或预破碎的片在沉浮设备B中进行第一步粗分离。由于密度的差异，通过向沉浮部分中加水的方法把碎片分开。基本由金属组成的下沉部分5被排出并在别处加工。主要由含塑料的材料组成的漂浮部分6采用例如输送蜗杆的方法被移走，并且被送到一个粗湿磨机C处。手掌大小的碎片被碾磨成颗粒尺寸约6-8毫米的磨细料8，在该处加入水7。同时，在粗湿磨机中把其他杂质，标牌等9移出，湿磨造成了一种有利的冷却效果，并且有助于减少粉尘的释放。如果不必满足精确标准，则熔化物料的部分8能自动地重新送回粗湿磨机C，例如在筛选以后，以再碾磨磨机内或磨细料的某些部分。来自粗湿磨机C的湿物流8被送到离心干燥机D，经过干燥后磨细料11被送到水力旋流器E以进一步分离。磨细料在水中涡动并靠它的密度来分离。所有密度大于1的材料，例如聚酰胺，ABS塑料等都被排出，而所有密度小于1的材料都属于部分13，被送到机械干燥器F。在机械干燥器F中完成干燥过程之后，物料部分14以脱纤维的方式在冲击盘磨G中被湿磨。此过程中加入水15。冲击盘磨G是一个粉碎设备，带一个锥形罩，它带有一个旋转的离心集渣包，在两个冲击盘之间包含辐射状的螺纹。一个冲击盘相对于离心集渣包旋转而另一个冲击盘是固定的。要碾磨的物料从固定的冲击盘加入，在离心集渣包和冲击盘之间被粉碎，然后从两个冲击盘边缘上的空隙排出。此后，得到的平均纤维长度在1-3毫米之间，且纤维直径约0.1毫米的部分16通过振动筛H被筛分。利用振动筛H，在冲击盘G中剥落的清漆被筛分出来并送到17。不含清漆的被粉碎或碾碎的物料18被送入真空颗粒挤出机R作进一步加工，因而以颗粒19的形式得至的回收料只有非常低的质量损失，它是由含量非常低的废涂漆粒子造成的。

本发明另外的实施方式和方法的优点可从下面的权利要求中得到。

Claims (17)

1、从涂漆的塑料零件中回收和再生塑料的方法，包括下列步骤：

—在第一个破碎机中把涂漆的塑料零件粗粉碎，把所得粗粒子细碾磨并同时引起被磨粒子中的拉伸力和剪切力，拉伸力和剪切力引起塑料粒子的弯曲和拉伸从而使粘附的清漆剥落；和

—把所得塑料和清漆粒子分离。

2、根据权利要求1的方法，其中粗粒子是以脱纤维的方式细磨的。

3、根据权利要求2的方法，其中粗粒子被粉碎或碾磨得到磨细的塑料纤维材料，平均纤维尺寸为长0.5毫米-6毫米且直径为0.005-0.5毫米。

4、根据权利要求1的方法，其中用于粗粒子细粉碎的设备设计成在一个旋转磨盘和一个固定磨盘之间有空隙，以产生足够的剪切力，因此粒子经过空隙时被弯曲并导致粘附在塑料粒子上的涂漆粒子剥落。

5、根据权利要求4的方法，其中粗粒子在脱纤维时经过两个磨盘之间的锥形空隙，磨盘具有锯齿形的剖面。

6、根据权利要求1的方法，其中磨细的塑料纤维材料在第一次经过碾磨设备后被筛分出来，且可能的与所要求的尺寸不同的物料则再循环到完全相同的碾磨设备中以进行再次脱纤维步骤。

7、根据权利要求1的方法，其中进行细粉碎的碾磨设备是一个冲击磨或一个冲击盘磨。

8、根据权利要求1的方法，其中细粉碎是在湿条件下进行的。

9、根据权利要求1的方法，其中涂漆的塑料零件和可能的金属装配零件一起，在破碎机的切削磨中粗粉碎之前被破碎成约手掌大小的碎片，并且分离所得破碎部分以排出可能存在的金属部分。

10、根据权利要求1的方法，其中涂漆的塑料零件被粉碎成平均尺寸为4-12毫米的粒子。

11、根据权利要求1的方法，其中涂漆的塑料零件以切削方式被粉碎成粗粒子。

12、根据权利要求11的方法，其中切削碾磨过程是在湿条件下进行的，得到一股物料流和一股废料流。

13、根据权利要求12的方法，其中来自物料流的粗粒子在水力旋流器中根据它们的密度被分离，因此所有下沉的密度大于1的物料都作为泥渣被排出。

14、根据权利要求1的方法，其中所得细粉碎的塑料纤维和涂漆粒子是用一个振动筛来筛分的。

15、根据权利要求1的方法，其中所得细粉碎的塑料纤维和涂漆粒子在旋风分离器中通过空气进行分类。

16、根据权利要求1的方法，其中所得细粉碎的塑料纤维和涂漆粒子是在一个沉浮设备或一个水力旋流器中被分离的。

17、根据权利要求1的方法，其中被分离的塑料粒子被送入一个挤出机以生产回收塑料产品，通过真空的办法脱除附着的水并进行造粒。