CN107921666B - 提高从一次性吸收制品再循环的材料的纯度 - Google Patents

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Abstract

提高从再循环包含超吸收聚合物的一次性吸收制品的回收包括：将所述制品分离成混合聚合物材料/纤维素纤维流和超吸收聚合物/纤维流；以及使用酶处理所述混合聚合物材料/纤维素纤维流，以从所述聚合物材料释放所述纤维素纤维。所述方法还可以包括切碎所述一次性吸收制品；将所述切碎的一次性吸收制品重新制浆；以及使所述超吸收聚合物脱水，其中脱水包括通过将溶胀超吸收聚合物(SAP)以凝胶状态浸入用于除去水分的组合物来使溶胀SAP喷水，其中使海水和以海水的重量计0.5至3重量％的氯化钙混合10分钟至4小时。

Description

提高从一次性吸收制品再循环的材料的纯度
背景技术
本公开涉及用于提高从再循环一次性吸收制品回收的材料(包括合成材料)的纯度和数量的方法。更具体地讲，本公开涉及用于容易且经济地分离一次性吸收制品中的材料，除去超吸收聚合物(SAP)吸收的水分，并且回收构成材料诸如聚合物、纤维素纤维和超吸收聚合物的方法。
一次性吸收制品(包括尿布)的使用每年不断增加。目前，所有用过的一次性吸收制品都在垃圾填埋场中焚化或处置。然而，在垃圾填埋场中焚烧或处置制品可导致缺乏垃圾填埋地点的问题，或由于焚烧而导致加工成本高的问题，并且由于过程中产生二氧化碳而对环境产生不利影响。
此外，因为相对于处理人体排泄物的目的，制造一次性吸收制品消耗大量的材料(资源)，所以再循环或再使用一次性吸收制品的需求日益增加。因此，需要通过分解或分离吸收制品的主要成分而不损害环境来将用过的一次性吸收制品再循环成单独的成分的有效且经济的方法。一般来讲，一次性吸收制品诸如婴儿尿布由聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、超吸收聚合物(SAP)、纤维素浆料等组成。
以前的尝试涉及有害化学物质的使用，并且由于回收技术效率低而导致有用的材料废弃。由于使用粘合剂，从聚合物层分离纤维素纤维特别困难。要处理通过将超吸收聚合物和纤维素浆料以具有一定排列的均匀分布方式机械混合而制备的吸收性材料也是困难的。由于超吸收聚合物吸收人体排泄物的水分而溶胀(即，体积变大)并且与纤维素浆料纤维缠结而变成凝胶状态，因此此类材料不能机械地或通过其他物理措施分离成单独的材料。
发明内容
因此，需要减少再循环中使用的有害化学物质的数目和含量，并提高从再循环的一次性吸收制品回收的材料的纯度和数量的方法。本公开提供了解决如上所述的常规技术的问题的手段，包括经济且容易地除去超吸收聚合物吸收的水分的方法，所述超吸收聚合物一旦用于其预期目的，便能够吸收相当于其自身重量一百倍的水分量。
本公开提供了用于提高从再循环一次性吸收制品(包含超吸收聚合物)的回收的方法，该方法包括将制品分离成混合聚合物材料/纤维素纤维流和超吸收聚合物/纤维流；以及使用酶处理混合聚合物材料/纤维素纤维流，以从聚合物材料释放纤维素纤维。
本公开还提供了用于提高从再循环一次性吸收制品(包含超吸收聚合物)的回收的方法，该方法包括切碎一次性吸收制品；将切碎的一次性吸收制品重新制浆；以及使超吸收聚合物脱水，其中脱水包括通过将溶胀的超吸收聚合物(SAP)以凝胶状态浸入用于除去水分的组合物来使溶胀的SAP喷水，其中使海水和以海水的重量计0.5至3重量％的氯化钙混合10分钟至4小时。该方法还包括将制浆和切碎的一次性吸收制品分离成混合聚合物材料/纤维素纤维流和超吸收聚合物/纤维流；以及使用酶处理混合聚合物材料/纤维素纤维流，以从聚合物材料释放纤维素纤维。
本公开还提供了用于提高从再循环一次性吸收制品(包含超吸收聚合物)的回收的方法，该方法包括切碎一次性吸收制品；将切碎的一次性吸收制品重新制浆；以及使超吸收聚合物脱水。该方法还包括将制浆和切碎的一次性吸收制品分离成混合聚合物材料/纤维素纤维流和超吸收聚合物/纤维流；使用酶处理混合聚合物材料/纤维素纤维流，以从聚合物材料释放纤维素纤维，其中该酶是纤维素酶；以及将从混合聚合物材料/纤维素纤维流分离的纤维素纤维转移到超吸收聚合物/纤维流。
根据本公开的方法，可以容易且经济地以高效率从一次性吸收制品回收材料。
此外，本申请的方法可有利地用于再循环一次性吸收制品(包含由超吸收聚合物和纤维素浆料组成的吸收剂)，所述一次性吸收制品在用于人体排泄物目的之后难以通过常规化学方法分离成单独的资源。
附图说明
当参考下列具体实施方式和附图时，本公开将得到更全面的理解，并且另外的特征将变得明显。附图仅仅是代表性的并且并非意在限制权利要求书的范围。
图1是示出本文描述的材料回收方法的流程图。
在本说明书和附图中反复使用参考字符旨在表示本公开相同或类似的特征或元件。附图是表示性的，并且未必按比例绘制。图中的某些比例可能被放大了，而其他部分则可能被最大程度缩小了。
具体实施方式
本公开涉及用于提高从再循环一次性吸收制品回收的材料(包括合成材料)的纯度和数量的方法。
更具体地讲，本公开涉及用于容易且经济地分离一次性吸收制品中的材料，除去超吸收聚合物(SAP)吸收的水分，并且回收构成材料诸如聚合物、纤维素纤维和超吸收聚合物的方法。
回收方法的目标是形成清洁的回收纤维、塑料和SAP流。需要从塑料流除去残留的纤维，以将其视为“清洁的”回收塑料流。
为了将此类超吸收聚合物(处于凝胶状态)和纤维素浆料分离成单独的资源，超吸收聚合物必须通过除去超吸收聚合物吸收的水分而从凝胶状态转变为初始颗粒或其他状态。
因此，为了将用过的一次性吸收制品(具有包括超吸收聚合物和纤维素浆料的吸收剂)的成分分离成单独的材料而使其再循环，需要通过允许将超吸收聚合物吸收的水分排出，从而将聚合物从凝胶状态转变为初始颗粒或其他状态，而将超吸收聚合物和纤维素浆料分离成单独的材料的技术。
已经尝试了通过机械粉碎和再挤压成低等级燃料而再循环用过的尿布等的先前技术，但是此类技术是不经济、低效率、可能有害的，并因此是不实用的。在典型的方法中，切碎一次性吸收制品，并且使用酸和其他刺激性化学品一起处理材料。因为处理整个一次性吸收制品，所以需要大量化学品，包括酶。
一次性吸收制品(包括婴儿尿布)通常由衬里、吸收转移层、吸收性材料、防水膜、腿带和腰带等组成。除尿布之外，尿裤、训练裤、较大儿童裤、失禁用制品、女性护理产品和其他一次性吸收制品也可以包括类似的结构。在这些的许多之中，吸收性材料包括超吸收聚合物材料和纤维素浆料。下文简要描述每种成分的功能和作用。
衬里直接接触使用者皮肤，并且被设计成使人体排泄物传递至吸收剂，同时保持接触使用者皮肤的表面干燥。如果存在吸收转运层，则有助于使排泄物传递至吸收材料，并且防止排泄物返回衬里。此外，吸收性材料通常包括纤维素浆料和超吸收聚合物，它们通常能够吸收相当于其自身重量一百倍的水分量。吸收性材料可以被聚丙烯非织造织物或其他合适的材料覆盖，以帮助保持其形状。防水膜底片或外覆层用于通过防止排泄物离开制品来保护衣服和表面。如果存在腰带和腿带，则通过在制品边缘提供密封来帮助防止排泄物离开制品。每个结构可以通过物理或化学结合方式固定到其他结构上。
在本文所述的方法中，并且如图1所示，首先使用常规方式切碎一次性吸收制品。在一个具体实例中，据发现将一次性吸收制品切碎成小于约21cm×21cm，或优选地小于约12cm×12cm，或更优选地小于约6cm×6cm的尺寸，得到最佳的结果，但这可以根据产品和材料类型而变化。
然后将切碎的一次性吸收制品在水溶液中重新制浆或重新成浆以帮助分离材料。在一个具体实例中，据发现在30和40℃之间的温度下以60分钟的保留时间制浆成稠度低于5-6％，得到最佳的结果，但这可以根据产品和材料类型而变化。一次性吸收制品的每种材料，诸如浆料/纤维素、混合塑料和SAP，在制浆系统中的适当分离条件(诸如切碎尺寸、稠度、时间和温度)下有效分离。
除制浆过程之外，加入适当的水溶液可促进超吸收聚合物的脱水。在共同未决的美国专利申请序列号14/443246中描述了优选的方法，该专利申请在不与本文冲突的范围内以引用的方式并入本文。超吸收聚合物(吸收性材料的成分之一)的吸收率是随待吸收的溶液与聚合物材料之间的接触面积增加而增加的函数，其中渗透压由于聚合物材料内部和外部的离子浓度差异而增加，并且聚合物材料中分子链之间的排斥力增加。吸收在理想情况下是可逆的。
因此，当通过掺入用于除去吸收在超吸收聚合物材料中的水分的溶液，以形成新的外部环境，从而形成来自聚合物材料内部的向外渗透流，或降低聚合物材料中分子链之间的排斥力时，聚合物材料吸收的水分可以排出。
因为超吸收聚合物材料通常通过丙烯酸和氢氧化钠的聚合获得，所以超吸收聚合物分子中含有钠离子。此外，当与水分(包括人体排泄物，诸如尿液、人工尿液或水)接触时，聚合物分子中的钠离子易于解离，在聚合物材料内部和外部之间形成浓度梯度，从而导致来自外部的水分流入聚合物材料。在另一个方面，如果在聚合物材料外部提供相对较高浓度的钠离子，则会形成逆流而喷出聚合物材料吸收的水分。
此外，超吸收聚合物材料之间的分子间排斥力是聚合物分子内包含的钠离子的氧化产生的负电荷引起的，并且如果存在减弱负电荷之间排斥力的氧化剂(例如，二价金属阳离子)，则排斥力被减弱以减小聚合物的分子链之间的距离。因此，用于保持水分的空间变得更窄，使得聚合物材料中吸收的水分被排出。
虽然当吸收性材料处于强酸性环境下也可产生类似的效果，但由于用于再循环的溶液的处理难度、气味等，这样的方法可能不是适当的实用替代方案。
本公开中使用的超吸收聚合物(SAP)无特别限制，而是可以使用通常用于一次性吸收制品的任何SAP。此外，SAP可商购获得。
在本公开中，凝胶状态的溶胀超吸收聚合物是指其中吸收了以其重量计40至1,000倍的水分的凝胶状态的SAP。为了检查它们的功能，类似于吸收制品使用时的条件的条件可以通过让SAP吸收水分诸如人工尿液(即，类似于人类尿液的0.9重量％的NaCl水溶液(也称为“生理盐水”))、或真正人体排泄物尿液、或蒸馏水来获得。
在本公开中，由于组合物中用于除去水分的海水被用于使凝胶状态的溶胀超吸收聚合物喷水，可以直接使用天然海水而无需经过进一步处理或纯化，或可以购买或制备与海水具有类似组成的人工海水以供使用。
可以在本公开中使用的海水可以具有2.0至4.0％的盐度(％)，并且包含1.5至3.1重量％的氯化钠和0.4至0.8重量％的碱土金属离子，诸如Mg2+和Ca2+。
因此，以海水的盐度为3.5％计，海水包含约2.7重量％的氯化钠，为尿的盐度(0.9重量％)的约三倍，因此，如果将凝胶状态的溶胀SAP浸入含有海水的水溶液，则该溶液将起到产生从SAP材料的内部至外部的渗透流的作用。
此外，海水中包含的碱土金属离子(诸如Mg2+和Ca2+)与凝胶状态的溶胀SAP材料中的阴离子相互作用，以降低SAP分子之间的排斥力。因此，将SAP吸收的水分排出分子外部的作用进一步增强。
根据本公开用于除去水分的组合物中所用的氯化钙易于处理、易于以低成本获得、毒性或气味小，并且由于其离子化程度非常高，主要以离子形式存在于水溶液中。纯度为74至99重量％的市售氯化钙可以按原样使用而无需纯化。当除去SAP吸收的水分时，将组合物(通过加入以海水的重量计0.5至3重量％的氯化钙而获得)用于海水中，除海水本身包含的Ca2+离子之外，还提供了进一步增加Ca2+浓度的作用。这进一步降低了凝胶状态下SAP内阴离子之间的排斥力，从而使更有效地排出SAP吸收的水分成为可能。
含有海水和氯化钙的水溶液可以具有在7.0至8.0范围内的pH，这是所期望的，因为使凝胶状态的溶胀超吸收聚合物喷水的效率在该范围内较高。
因此，根据本公开的方法，其中将凝胶状态的溶胀超吸收聚合物浸入包含天然海水和氯化钙的混合水溶液中，所述天然海水易于获得而无需进一步处理或纯化，并且所述氯化钙以低成本获得、毒性或气味小，可以以80至90％的高置换率容易且经济地除去超吸收聚合物吸收的水分。
在切碎的一次性吸收制品制浆和SAP脱水之后，使用筛选系统利用手指、棒或任何其他合适的筛选系统将混合物分离成两股流。将混合物分离成富含塑料的原料，其主要包括粘附有纤维的聚合物材料；以及富含纤维和SAP的原料，其主要包括游离纤维和脱水SAP。在处理用过的一次性吸收制品时，原始制品中存在的任何人体排泄物也可以在这个或任何合适的点从料流中除去并送往废水处理以进一步加工(未示出)。
应该指出的是，根据来源一次性吸收制品的性质以及输出材料的目的和要求，如果需要，可以在任何阶段采用另外的筛选、分离和增稠过程以除去和分离其他材料或产品。
使用例如转筒筛进一步精选富含塑料的原料或混合的聚合物材料/纤维素纤维流。游离纤维返回先前的分离筛，夹带在超吸收聚合物/纤维流中。
使用酶处理其余的混合聚合物材料/纤维素纤维流以从聚合物材料释放纤维。虽然可以使用任何合适的酶，但环境友好的纤维素酶是优选的。在使用转筒筛或任何其他合适的筛网进行酶处理之后，另外的筛选分离其余的游离纤维并将其返回超吸收聚合物/纤维流。其余的初始混合聚合物材料/纤维素纤维流几乎全部是聚合物材料。该输出材料也可以通过加热或任何合适的方法(未示出)灭菌，特别是如果来源制品是用过的一次性吸收制品的话。实验表明，在分离、脱水和筛选过程之后使用纤维素进行的此类处理将最终聚合物流的纯度从6.2％残留纤维提高到0.1％残留纤维，从而得到基本上纯的塑料以供后续使用。
然后使用细缝筛或任何其他合适的筛选方法筛选超吸收聚合物/纤维流(其中添加来自混合聚合物材料/纤维素纤维流的两次筛选的游离纤维)以除去脱水SAP。然后将超吸收聚合物/纤维流送到清洁器，该清洁器几乎除去所有剩余的脱水SAP，其被添加到先前筛选步骤中除去的SAP。将两个SAP流组合在一起，以输出脱水SAP流供后续使用。该输出材料也可以通过加热或任何合适的方法(未示出)灭菌，特别是如果来源制品是用过的一次性吸收制品的话。其余的初始超吸收聚合物/纤维流几乎全部是纤维材料，得到基本上纯的纤维流以供后续使用。
因此，该再循环过程几乎回收了所有的原始材料以供后续使用。材料现在被回收而不是像先前的方法那样被处置，并且酸和其他有害材料的使用得到最大程度减少。
即使在制品已经用于吸收之后，根据本公开的方法也可以有利地用作再循环一次性吸收制品(诸如包括具有SAP和纤维素浆料的吸收芯的尿布)的环境友好且经济的方式。
本文描述的方法相对于先前尝试的主要改进是在酶处理之前脱水和除去SAP。否则，由于钙置换的SAP的缓冲作用，酶反应的pH控制非常困难。
另一个改进是使用环境友好的酶诸如纤维素酶来释放连接至合成聚合物(PE/PP塑料)材料的残留纤维素纤维。此类酶的使用代替了使用强酸或其他刺激性化学品来释放残留的纤维。
在第一特定方面，用于提高从再循环一次性吸收制品(包含超吸收聚合物)的回收的方法包括将制品分离成混合聚合物材料/纤维素纤维流和超吸收聚合物/纤维流；以及使用酶处理混合聚合物材料/纤维素纤维流，以从聚合物材料释放纤维素纤维。
第二特定方面包括第一特定方面，其中一次性吸收制品是使用后的吸收制品。
第三特定方面包括第一和/或第二方面，还包括在分离之前切碎一次性吸收制品。
第四特定方面包括第1-3方面中的一者或多者，还包括将切碎的一次性吸收制品重新制浆。
第五特定方面包括第1-4方面中的一者或多者，还包括使超吸收聚合物脱水。
第六特定方面包括第1-5方面中的一者或多者，其中脱水使用海水或海水的离子等价物。
第七特定方面包括第1-6方面中的一者或多者，其中脱水包括通过将溶胀超吸收聚合物(SAP)以凝胶状态浸入用于除去水分的组合物来使溶胀SAP喷水，其中使海水和以海水重量计0.5至3重量％的氯化钙混合10分钟至4小时。
第八特定方面包括第1-7方面中的一者或多者，其中酶是纤维素酶。
第九特定方面包括第1-8方面中的一者或多者，其中一次性吸收制品是尿布。
第十特定方面包括第1-9方面中的一者或多者，还包括将从混合聚合物材料/纤维素纤维流分离的纤维素纤维转移到超吸收聚合物/纤维流。
第十一特定方面包括第1-10方面中的一者或多者，其中分离在处理之前进行。
在第十二特定方面，用于提高从再循环一次性吸收制品(包含超吸收聚合物)的回收的方法包括切碎一次性吸收制品；将切碎的一次性吸收制品重新制浆；以及使超吸收聚合物脱水，其中脱水包括通过将溶胀超吸收聚合物(SAP)以凝胶状态浸入用于除去水分的组合物来使溶胀SAP喷水，其中使海水和以海水的重量计0.5至3重量％的氯化钙混合10分钟至4小时。该方法还包括将制浆和切碎的一次性吸收制品分离成混合聚合物材料/纤维素纤维流和超吸收聚合物/纤维流；以及使用酶处理混合聚合物材料/纤维素纤维流，以从聚合物材料释放纤维素纤维。
第十三特定方面包括第十二特定方面，其中酶是纤维素酶。
第十四特定方面包括第十二和/或第十三特定方面，其中一次性吸收制品是尿布。
第十五特定方面包括第12-14方面中的一者或多者，其中一次性吸收制品是使用后的吸收制品。
第十六特定方面包括第12-15方面中的一者或多者，还包括将从混合聚合物材料/纤维素纤维流分离的纤维素纤维转移到超吸收聚合物/纤维流。
在第十七特定方面，用于提高从再循环一次性吸收制品(包含超吸收聚合物)的回收的方法包括切碎一次性吸收制品；将切碎的一次性吸收制品重新制浆；以及使超吸收聚合物脱水。该方法还包括将制浆和切碎的一次性吸收制品分离成混合聚合物材料/纤维素纤维流和超吸收聚合物/纤维流；使用酶处理混合聚合物材料/纤维素纤维流，以从聚合物材料释放纤维素纤维，其中该酶是纤维素酶；以及将从混合聚合物材料/纤维素纤维流分离的纤维素纤维转移到超吸收聚合物/纤维流。
第十八特定方面包括第十七特定方面，其中一次性吸收制品是尿布。
第十九特定方面包括第十七和/或第十八特定方面，其中一次性吸收制品是使用后的吸收制品。
在第二十特定方面包括第17-19方面中的一者或多者，其中脱水包括通过将溶胀超吸收聚合物(SAP)以凝胶状态浸入用于除去水分的组合物来使溶胀SAP喷水，其中使海水和以海水重量计0.5至3重量％的氯化钙混合10分钟至4小时。
虽然本公开已经就其具体方面进行了详细描述，但是将领会的是，本领域技术人员在获得前述内容的理解后可以容易地设想出这些方面的替代形式、变型形式和等同方案。因此，本公开的范围应被评估为所附权利要求及其任何等同方案的范围。

Claims (15)

1.一种用于提高从再循环包含超吸收聚合物的一次性吸收制品的回收的方法，所述方法包括：
使用海水或海水的离子等价物使所述超吸收聚合物脱水；
在所述脱水后，将所述制品分离成混合聚合物材料/纤维素纤维流和超吸收聚合物/纤维流；
使用酶处理所述混合聚合物材料/纤维素纤维流以从所述聚合物材料释放所述纤维素纤维；以及
将从所述混合聚合物材料/纤维素纤维流分离的纤维素纤维转移到所述超吸收聚合物/纤维流，
其中，所述分离在所述处理之前进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一次性吸收制品是使用后的吸收制品。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括在分离之前切碎所述一次性吸收制品。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括将所述切碎的一次性吸收制品重新制浆。
5.根据权利要求1所述的方法，其中脱水包括通过将溶胀超吸收聚合物(SAP)以凝胶状态浸入用于除去水分的组合物来使溶胀SAP喷水，其中使海水和以海水重量计0.5至3重量％的氯化钙混合10分钟至4小时。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述酶是纤维素酶。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述一次性吸收制品是尿布。
8.一种用于提高从再循环包含超吸收聚合物的一次性吸收制品的回收的方法，所述方法包括：
切碎所述一次性吸收制品；
将所述切碎的一次性吸收制品重新制浆；
使所述超吸收聚合物脱水，其中脱水包括通过将溶胀超吸收聚合物(SAP)以凝胶状态浸入用于除去水分的组合物来使溶胀SAP喷水，其中使海水和以海水重量计0.5至3重量％的氯化钙混合10分钟至4小时；
将所述制浆和切碎的一次性吸收制品分离成混合聚合物材料/纤维素纤维流和超吸收聚合物/纤维流；
使用酶处理所述混合聚合物材料/纤维素纤维流以从所述聚合物材料释放所述纤维素纤维；以及
将从所述混合聚合物材料/纤维素纤维流分离的纤维素纤维转移到所述超吸收聚合物/纤维流，
其中，所述分离在所述处理之前进行。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述酶是纤维素酶。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述一次性吸收制品是尿布。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述一次性吸收制品是使用后的吸收制品。
12.一种用于提高从再循环包含超吸收聚合物的一次性吸收制品的回收的方法，所述方法包括：
切碎所述一次性吸收制品；
将所述切碎的一次性吸收制品重新制浆；
使用海水或海水的离子等价物使所述超吸收聚合物脱水；
将所述制浆和切碎的一次性吸收制品分离成混合聚合物材料/纤维素纤维流和超吸收聚合物/纤维流；
使用酶处理所述混合聚合物材料/纤维素纤维流以从所述聚合物材料释放所述纤维素纤维，其中所述酶是纤维素酶；以及
将从所述混合聚合物材料/纤维素纤维流分离的纤维素纤维转移到所述超吸收聚合物/纤维流，
其中，所述分离在所述处理之前进行。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述一次性吸收制品是尿布。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述一次性吸收制品是使用后的吸收制品。
15.根据权利要求12所述的方法，其中脱水包括通过将溶胀超吸收聚合物(SAP)以凝胶状态浸入用于除去水分的组合物来使溶胀SAP喷水，其中使海水和以海水重量计0.5至3重量％的氯化钙混合10分钟至4小时。
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