CN1067844A - 混杂塑料垃圾均化和利用的工艺和装置 - Google Patents

Abstract

由不同化学组分组成的塑料垃圾经破碎、洗涤、 干燥后，装入一个均匀微化装置中处理，从而获得再 生。该装置包括一个容纳一个高速旋转的转子的圆 柱形腔室，转子上具有若干合适的定向排列的叶片。 破碎的材料由转子驱动旋转，经过进一步机械破碎后 材料变成很小很小的碎片。这些碎片由自身、碎片与 叶片以及碎片与腔室内壁之间的摩擦生热而变为一 种胶体。该胶化由转子输入功率迅速增加而被完 成。这时变为液态并全部均匀化的材料从腔室中卸 出，经挤压成为颗粒。该颗粒适合于用标准注塑模压 或者挤压技术制成最后的产品。

Description

本发明涉及一种不同化学组分塑料垃圾均化与利用的工艺，以及一种完成该工艺主要步骤的装置。

与城市废物处理密切相关的一个主要污染问题是塑料的处理。特别是难于生物分解的合成塑料垃圾，如果不被消毁或者利用，则会继续存留并会不断地堆积。作为消毁合成塑料的方法-焚化，很难加以控制，而且还足以导致空气的进一步污染。至于废物利用，按照现有技术的水平还难以办到，这意味着区分所包括的不同类型的塑料。事实上，应用注射成型或者挤压工艺，不可能从具有不同化学组分的聚合物的混合物中制成可接受的产品，甚至不能形成晶状结构或者颗粒。

本发明的目的是提供一种用于均化由具有不同化学组分的热塑聚合物组成的垃圾的工艺及其装置。该工艺及装置能够利用标准的注塑或挤压技术制成工业产品，从而使这些混杂垃圾获得再生。

按照本发明所述的用于均化和利用具有不同化学组分的塑料垃圾的工艺包括如下步骤：

在一个均匀微化装置中装入非均化粉碎的所述的垃圾。该装置使垃圾进一步机械粉碎、混合并由摩擦加热;

使该粉碎的非均匀材料依据被处理材料的体积承受所述的机械作用和这样的动力，以便在均匀微化装置中产生一种均匀胶体;

出料、挤压并使该胶体转变为颗粒。

本发明还提供一个用于具有不同化学组分塑料垃圾均化和再生的装置，该装置包括一个顶部具有进料箱，底部具有出口的圆柱形腔室;一个在该腔室中配置并与该腔室同轴的转子，该转子由一个旋转轴以及固定该轴上若干径向的、并在一个预定方向上纵向扭曲的叶片构成;以及一个用于驱动该转子的马达，该马达的输出功率相对圆柱腔室的容积每立升不少于1.5KW。

以下结合附图描述本发明的一个非限定性的实施方案。

图1表示一个本发明实现所述工艺的均匀微化装置的前视图;

图2和图3表示图1所示装置外形图和剖视图;

图4为图3侧部放大图;

图5为本发明的装置局部放大透视详图。

如图1-5所示的用以实现所述方法的主要步骤的装置来描述本发明的一个非限定实施例。本发明借助一个序号1指明的用于精细地混合固体颗粒的机械的均匀微化装置，用将非均匀垃圾混合物转变为一种均匀材料（实际上产生一种“新聚合物”）的方式，保证了工业或城市的具有任何化学成分的各种热塑聚合物构成的垃圾的再利用。

普遍公知设计的装置1通常作为一个机械粉碎器和混合器用来均化颗粒状材料的，如颜料。该装置包括水平圆筒腔室2（图3、4），其顶部配置一个进料箱4，底部配置一出口5;一个装在腔室2中并与其同轴的转子6以及用于驱动转子6的马达7。腔室2由二个半圆形壳11、12组成的壳体10构成，该半圆形壳11、12沿侧边13铰接，在相对侧边15上安装一个公知的安全锁定装置。上半圆形壳12连接一个公知的气动提升装置16，转子6的旋转由马达7通过一个公知的气动离合器18和一个公知的气动刹车器21控制。马达7可选择一个三相电动机，该电动机甚至在转子6停转以便腔室2装载或卸载时，借助于离合器18和刹车器21或者用传动器16升举半圆形壳12，使其离开半圆形壳11以便打开腔室2时都能保持转动。转子6可选择公知的装在机架23上的支承件22支承，并具有相反螺纹的区段24用以确保转子6和壳体10之间的旋转密封。出于安全的目的，本装置还提供一个可折卸的防护罩26，如图1所示。

按照本发明电机7的输出功率相对于腔室2的容积每立升不得小于1.5KW。举例来说，本申请人提供的如附图所述的一个标准样机的腔室2大约为85立升。因此电机7输出的总功率大约至少为128（85×1.5）KW。采用的电机优选为腔室2每立升为2KW左右。

按照本发明，转子6由装配（即焊接）若干径向叶片31、32的圆柱形旋转轴30构成。该叶片31、32如图5所示，在一个给定的方向上纵向扭曲。更具体地，位于轴30两端（即与区段24相邻）的叶片32镜面地对称，以便将腔室2中混合的材料轴向地离开区段24和叶片31之间的背面。

在冷却，即室温时，叶片31、32与腔室2内壁40之间的间隙为0.5-1毫米。

按照本发明所述的工艺，由都市的固体合成塑料和工业废料开始：这些废料平均说来由下列材料构成，聚烯烃树脂45%;苯乙烯树脂20%;刚化或塑化PVC（聚乙烯氯化物）20%;聚脂、聚酰胺（尼龙）和丙烯酸脂15%。

上述材料均为热塑聚合物，用已知的方法将其与其它的废料和任何热固性聚合物分离;用已知的方法转变成颗粒或预先确定好大小的碎片;并且经洗涤、干燥，以便清除任何残存的混杂物质。这些聚合物可以已经与润滑油、有机物产品相接触。这导致一种非均匀粉碎的具有给定尺寸范围（例如2-8毫米）的材料，该材料分批量处理，与上述主要成分相比较，依据所述批量的来源，各批量的成分可以有很大的不同。

每批粉碎的非均匀材料分批即非连续性的处理，在一个例如装置1的微化装置中所述的材料进一步机械粉碎、混合，并因摩擦加热。该材料从进料箱4进入腔室2，转子6高速旋转，其转速可从600-1400转/分中选择。

由于转子6旋转，腔室2内部非均匀材料进一步由叶片31和32粉碎，叶片的扭曲部分使不同的材料片互相渗和，由于材料片不断被粉碎，故该渗和作用越来越显著。

叶片31、32的机械粉碎和混合作用在材料和叶片31、32之间产生很大的摩擦力，特别是在材料和腔室2的内壁40之间产生的摩擦力更大，这就使材料渐渐变热。在1-1.5分钟之内，根据所处理的材料类型，腔室2内的温度可高达150-300℃。

按照现有技术，上述的状态仅仅导致了腔室2内材料部分地熔化，即具有低熔点的热塑性材料熔化，完全不能达到所包括的不同材料的渗合，特别是高熔点的热塑材料，例如聚酰胺。然而本申请人发现依靠材料原始的批量和体积，借助于具有足够动力的转子6，利用材料直接进给，非均匀材料经受一种物理机械转变，产生一种高度均匀的准塑料胶体。更重要的是，胶化作用与一个转子6短时的由腔室2具有每升1.5到2KW的输入峰值功率同时完成，电机7与此相适应，峰值输入电流为230-300A。

在上述动力峰值的大约10-40秒之间，非均匀的材料转变为一种完全均匀的胶体，这些胶体经由出口5进给至公知的挤压机，并且形成棒状或者丝状。然后磨碎为完全一致的3-5毫米的颗粒，成为一种全新的材料，该材料具有原始批量各自材料之间物理机械特征。

实验已经证明，应用标准的注塑模具和挤压设备，上述材料能够产生出最后的具有合格外观和机械质量的产品。

本发明所述的工艺的唯一缺点是可以获得的最后产品的颜色变化很小，所挤压胶体的物理-机械特性不统一。上述缺点是由原始批量的组分相差甚远造成的。

就颜色问题而言，十分明显，只能取决于原始材料的颜色，这些颜色通常主要倾向于产生黑色、棕色、深绿、深蓝或者暗淡的颜色。然而，这不能成为一种限止，如果因各种理由不能接受上述颜色，则产品总是可以涂漆或者其它的表面涂层。有关第二个问题，试验已经表明，这个问题可由被控制的一种纯聚合物渗合进装置1中的非均匀批量而加以克服，该纯聚合物的物理机械特性已预先确定好，这样便可补偿任何不足。

为了作到这点，从原始非均匀批量取出的小批量材料在装置1中处理，胶化、挤压、磨碎且模压形成试件，然后测定其拉力、强度、弹度、软化点等等。试验结果与一组给定的标准值相比较以便计算一种需要达到标准的给定的聚合物的数量（或者几种聚合物）。这种计算相当容易。在计算中，本发明所获得的均匀混合物的最终特性大约是与混合物中成分的平均特性成正比。考虑到进入每个实施本发明所述的工艺的再生工厂的材料必将总是具有相同的起点，经验不久将使模压试验台能够显示为达到给定的物理-机械特性所需要的附加的聚合物的精确成份。这样，尽管原始批量的组分如何的不一致，实质上的均化生产，同一的最后产品均成为可能。

最终，由原始的非均匀材料获得均匀材料可应用于制造机械特性仅具有第二位重要性的产品，如道路标志、栅栏桩、水利管道等等。

本发明所述的工艺将参照下面的实例进一步加以描述。

实例1

一种原始批量具有下列组分的重量百分比，50%以上的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，20%的聚氯乙烯，15%的聚丙烯，其余的组分为聚乙烯、尼龙和聚甲基丙烯酸甲脂的非均匀混合物。上述材料磨碎至小于5毫米，经洗涤、干燥，按照配量装入一个附图所示的均匀微化装置，该装置的腔室为85立升，腔室连接一个封闭式P33-B3变极三相电机。该电机功率为100/140KW，操作电压为380V-50Hz，功率因数修正COS＝0.85，起动后3分钟，输入电流迅速升到270-280A，在该点上转子转动20-30秒，此后，所述材料处均匀状态的稍黑色假塑料体粘稠胶体，然后出料。从上料到出料整个周期为3.5分钟，仅加热挤压机头，该胶体挤压成为一个棒料，并磨碎到3毫米的颗粒。该胶体在300℃正常注塑压制时，生产出一个引人注意的黑色的均匀各向同性的板。

实例2：

应用与实例1相同的设备和相同的操作方法。一种非均匀原始批量具有如下的重量百分比：45%的聚烯烃（高和低密度或者线状聚乙烯，EVA），20%的苯乙烯，20%的聚氯乙烯，15%的聚酯、尼龙和聚甲苯烯酸甲酯（后者大约为1.5-3%）的非均匀混合物。该原始批量经洗涤、干燥并装入所说的均匀微化装置。大约1.5分钟后，输入电流升至230A。大约20分钟后，将成为胶体的材料卸出。整个周期2分钟。形成暗绿色均匀胶体状态的材料被挤出和磨碎，当在200℃注塑压制时制成板。在180℃挤出时制成棒材。这些产品均为暗绿色，具有均匀的外观和各向同性的特性。

Claims (10)

1、一种用于不同化学组分构成的塑料垃圾均化和再生的工艺，其特征在于该工艺包括下列步骤：

在一个均匀微化装置中装入非均匀粉碎的所述的垃圾，该装置使垃圾进一步机械粉碎、混合并因摩擦加热；

使该粉碎的非均匀材料依据被处理材料的体积承受所述的机械作用和这样的动力，以便在均匀微化装置中产生一种均匀胶体；

出料、挤压，并使该胶体转变为颗粒。

2、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述的步骤是非连续地分批在一个具有给定容积的反应腔室中进行，所述的非均匀材料承受所说的机械作用，该腔室至少容纳一个高速旋转的转子。

3、根据权利要求2所述的工艺，其特征在于所述腔室通过所述转子每立升体积释放1.5-2KW的动力，以便胶化所述的材料。

4、根据权利要求2或3所述的工艺，其特征在于采用的一个圆筒形反应腔室容纳一个同轴的具有合适方位排列的若干叶片的转子;该转子由一个电动机驱动;该材料的胶化需由所述电机输入电流的一个峰值显示。

5、根据权利要求4所述的工艺，其特征在于所述转子的转速范围为600-1400转/分。

6、根据上述权利要求中的任一个权利要求所述的工艺，其特征在于在装入所述均匀微化装置之前，所述的非均化材料需经粉碎、洗涤和干燥处理。

7、一种用于由不同的化学组分构成的塑料垃圾再生的工艺，其特处在于所述的垃圾按照权利要求1-6中任意之一均化，并在均化过程中，在所述均匀微化装置中预先直接添加一种适量的具有已知机械性能的热塑聚合物，利用标准技术使所述垃圾在胶化、挤压和颗粒化时模压成为最后的制品。

8、一种用于由不同化学组分构成的塑料垃圾均化和再生的装置，其特征在于该装置包括一个顶部具有进料箱，底部具有出口的圆柱形腔室;一个在该腔室中配置并与该腔室同轴的转子，该转子由一个旋转轴以及固装在该轴上若干径向的、并在一个预定方向上纵向扭曲的叶片形成;以及一个用于驱动该转子的马达，该马达的输出功率相对圆柱腔室的容积每立升不少于1.5KW。

9、根据权利要求8所述的装置，其特征在于所述叶片与该腔室内壁之间的间隙在室温下为0.5-1毫米。

10、根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于所述的腔室由一个具有两个半圆形壳的壳体构成，两个半壳沿第一侧边铰接，在相对侧边上安装一个安全锁定装置，上半圆形壳连接一个气动提升装置，所述转子的转动由马达通过气动离合器和刹车器控制，该马达是电动的。

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