CN116096796A - 塑料回收或与其相关的改进 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于在纯化再生聚合物塑料回收的工艺中分级分离至少一种溶剂中的再生聚合物以增加其在二次应用中的使用的方法。所述再生聚合物溶解于具有振荡的穿孔盘堆叠的反应器容器内的溶剂中。堆叠的线性运动将溶解时间从数小时加速至数分钟，并且所需的聚合物与溶剂的比例可以增加至0.3重量％至10重量％的添加量。使用温度和时间效应来分级分离不同分子量的聚合物以提供在商业上可行的规模下二次使用的纯化和分级塑料。

Description

塑料回收或与其相关的改进

本发明涉及塑料回收，并且更具体地涉及一种用于在纯化再生聚合物的工艺中分级分离溶剂中的聚合物以增加它们在二次应用中的使用的方法。

废料的回收现在已经成为主要的环境驱动力。在这点上，塑料的回收被置于议程的重要位置，因为它们是不可生物降解的。为了回收塑料，需要塑料废物能够被分离成化学上不同的材料。因此，已经提出了许多技术，主要基于将不同塑料按其密度进行分离。因此，已知的技术使用浮选槽中的重力分离或搅拌来产生用于分离的离心力。废物中最常见的塑料是聚烯烃聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)。在回收中，它们仅在纯材料被重新获得时具有价值。

WO2016016623描述了一种分离工艺，其特征在于将在离析介质诸如水中的至少两种不同的材料引入容器中，并且线性振荡内部挡板。挡板的运动可以帮助两种材料的分离，这两种材料可以具有类似的密度。用于分离的典型材料可以是薄片形式的聚乙烯和聚丙烯，或来自矿石的矿物。挡板的作用可被称为摇晃(shuggling)。挡板可以以多个水平延伸的板为特征。容器中可以具有用于流体的再循环通道。

这是惰性工艺，其中离析介质通常是水，使得在不降解、溶解、分解或解聚塑料聚合物的情况下进行分离。在没有聚合物塑料的此类溶解的情况下，进料至容器中的材料不能通过分离或分级进一步纯化。

因此，该工艺通常产生混合色颗粒。颜色限制了回收塑料的二次应用，因为模具商和制造商在颜色选择上没有选择权，所以任何产品都是黑色的、低价值的并且不可见的。这与可存在于回收物中的添加剂和污染物结合，导致转售价值低，并且回收站只能经济地从小百分比的材料中提取价值。

US 9,803,035公开了一种用于纯化再生聚合物诸如从消费用途后或工业用途后回收的聚乙烯以产生无色或澄清、无味、类似原生的聚合物的方法。该方法涉及获得再生聚乙烯并且使其在升高的温度和压力下与流体溶剂接触以产生提取的再生聚乙烯。在升高的温度和压力下将萃取的再生聚乙烯溶解于溶剂中以产生聚乙烯溶液，在升高的温度和压力下通过使聚乙烯溶液与固体介质接触来纯化该聚乙烯溶液以产生更纯的聚乙烯溶液。然后将较纯的聚乙烯与较纯的聚乙烯溶液分离。升高的温度为90℃至约220℃，并且升高的压力为约350psig(2.41MPa)至约20,000psig(137.90MPa)。

此类工艺需要在进行纯化步骤之前将塑料溶解于溶剂中。尽管聚合物于溶剂中的溶解已经在实验室和小批量规模下实施了多年，但主要由于溶解聚合物所花费的时长(小时)，它不适合作为商业工艺。虽然已知在升高的温度和压力下进行溶解将允许减少一些时间，但在商业规模的溶解期间，控制压力和温度所需的附加设备和程序并不能显著补偿这一点。另一个缺点是所需的溶剂量，典型的最小聚合物溶剂比为1∶100。

虽然US 9,803,035中公开的工艺提供了纯化的聚乙烯，其可以源自消费后废物流，但其仅可以提供与输入聚合物材料类似的机械和物理特性。纯化的聚乙烯的机械和物理特性，例如密度和熔体指数，的此类变化限制了其在二次应用中的用途，其中制造商在密度和更具体地分子量方面寻求特定等级的聚乙烯。

因此，本发明的目的是提供可以用于纯化再生聚合物的方法，其消除或减轻现有技术中的一个或多个缺点。

根据本发明，提供了用于在纯化再生聚合物的工艺中分级分离至少一种溶剂中的至少一种再生聚合物的方法，该方法包含以下步骤：

(a)将至少一种再生聚合物和至少一种溶剂输入到反应器容器中：该至少一种再生聚合物包含分子量在第一范围内的第一聚合物和分子量在第二范围内的第二聚合物，其中该第一范围低于该第二范围；

(b)在反应器容器内操作混合装置达第一持续时间；

(c)在第一温度下操作该反应器容器；

(d)将第一聚合物溶解于溶剂中；

(e)将溶液中的第一聚合物与第二聚合物分级分离；

(f)独立于第二聚合物从容器中去除第一聚合物；

其特征在于，该混合装置包含：以堆叠布置彼此平行对齐的多个盘，每个盘在反应器容器的大部分横截面区域上延伸并且包括多个穿孔以允许混合物从反应器容器的第一端流动到反应器容器的第二端，通过该盘；一个或多个支撑件，以将该盘保持在适当位置，并且一个或多个支撑件连接到线性运动生成器，使得该盘被移动到以第一频率和第一振幅进行振荡，线性运动在第一持续时间内将至少第一聚合物溶解于溶剂中。

已经令人惊讶地发现，通过使用此类混合装置，溶解的持续时间从数小时大大减少到数分钟，并且聚合物与溶剂的比率也可以增加。因此，经由时间或温度对溶解回收聚合物诸如聚乙烯的影响来分离出不同大小分子量的此类混合装置的使用可以以商业方式实现。

优选地，该方法还包含如下步骤：

(g)将第二聚合物溶解于溶剂中；以及

(h)回收第二聚合物。

以此方式，通过分子量分离再生聚合物以提供更有用和有价值的较高等级的回收聚合物。

分子量可以通过聚合物的熔体流动指数(MFI)表征。可以通过该方法产生的典型级分的实例可以是：当在190℃和2.16kg下进行时，小于0.2的熔体指数；0.2至2的熔体指数；2至30的熔体指数。

优选地，第一持续时间小于一小时。第一持续时间可以小于30分钟。第一持续时间可以小于15分钟。更优选地，第一持续时间小于10分钟。

至少一种再生聚合物的添加量可以在0.1重量％至100重量％的范围内。优选地，至少一种再生聚合物的添加量在0.1重量％至20重量％的范围内。更优选地，至少一种再生聚合物的添加量在0.3重量％至10重量％的范围内。通过能够将聚合物溶剂比降低至1∶20或甚至1∶10，商业用途变得经济。可以实现1,000升或更大的反应器容器体积。

优选地，第一频率在1至15Hz的范围内。优选地，第一振幅在40至1000mm的范围内。调谐频率和振幅可以进一步减少第一持续时间。

优选地，该方法包括将惰性气体吹扫到反应器容器中以用惰性气氛置换氧气。优选地，惰性气体是氮气。

优选地，该方法包括将混合物加热至第一温度。优选地通过加热反应器容器来加热混合物。优选地，温度在室温和至少一种溶剂沸点之间。替代地，可以加热溶剂。优选地，第一温度在100℃和120℃之间。更优选地，第一温度为100℃。这足以溶解第一聚合物。优选地，将温度升高至120℃和150℃之间的第二温度。更优选地，第一温度为120℃。这足以溶解第二聚合物。以此方式，温度可以用于分级分离不同分子量的聚合物。同样通过升高混合物的温度，可以减少第一持续时间。所需的温度适合于商业应用。替代地，可以沿着反应器容器的长度产生温度梯度。

优选地，至少一种再生聚合物为一种或多种聚烯烃。这允许系统在热塑性原料上工作。优选地，至少一种再生聚合物为聚乙烯(PE)和/或聚丙烯(PP)。更优选地，至少一种再生聚合物为混合的PE/PP回收物。此类回收物是为用于回收而产生的典型产物。这些通常为薄片形式。

该方法可以包括第一步骤，其中将混合塑料原料机械分离以去除污染物。污染物可以被认为是但不限于聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)。再生塑料聚合物的实例可以是：单一来源的寿命终止的热塑性塑料，即所有颜色的轮转箱、容器、管道、瓶盖、瓶子和罐；消费后和工业后回收的塑料；混合的PE/PP回收物；膜，即多层膜、层压膜、PE或PP膜；以及其它混合热塑性塑料：ABS、聚苯乙烯、PVC。

优选地，至少一种溶剂为缩丁醛。更优选地，一种或多种溶剂为缩丁醛/二丁氧基甲烷。已发现这是最有效的，但可以使用对聚合物起作用的任何溶剂。其它典型的溶剂可以为例如二甲苯、甲苯和乙苯。该方法可以包括选择用于聚合物极性的至少一种溶剂作为溶质和溶剂的步骤。已经发现，该因素影响聚合物于溶剂中的溶解度。

优选地，该方法作为分批工艺操作。以此方式，容器在循环的基础上被填充和排空。溶剂可以从容器的第一端流向第二端。替代地，该方法在连续的工艺中操作。

优选地，多个盘在垂直堆叠中彼此平行对齐，混合物在反应器容器中垂直流动通过盘，并且该盘以第一频率和第一振幅上下移动。以此方式，反应器容器垂直布置。盘可以被认为垂直于反应器容器的侧壁，每个都在水平面上。优选地，反应器容器是圆柱形的以提供圆柱形侧壁。更优选地，一个或多个支撑件是垂直于盘并且平行于容器中心处的侧壁对齐的单个柱。

优选地，至少一种再生聚合物和至少一种溶剂在反应器容器的下端输入。优选地，还存在布置在容器的较高处的输出端。以此方式，第一聚合物可以溶解并且将沿容器向上行进以在输出端被去除。

优选地，在堆叠布置中，多个盘中的穿孔从最底布置的盘到最高布置的盘的大小不断减小。这可以用于防止聚合物薄片向上行进通过容器直到它们溶解。

替代地，多个盘以水平堆叠布置方式彼此平行对齐，混合物沿着反应器容器流动通过盘，并且该盘以第一频率和第一振幅来回移动。以此方式，反应器容器水平布置。盘可以被认为垂直于反应器容器的侧壁，每个都在垂直面上。优选地，反应器容器是圆柱形的以提供圆柱形侧壁。更优选地，一个或多个支撑件是垂直于盘并且平行于容器中心处的侧壁对齐的单个柱。优选地，在容器的第一端具有输入端和沿着容器间隔开的第一和第二输出端。优选地，围绕该堆叠布置网。以此方式，仅溶解的聚合物可以离开容器。

至少一种再生聚合物和溶剂可以在被输入到反应器容器中之前结合。替代地，至少一种再生聚合物和溶剂被输入到反应器容器中。以此方式，溶剂可以泵送通过反应器容器以帮助输送溶解的聚合物通过反应器容器。

在实施例中，步骤(g)与步骤(d)一起进行，提供至少一种再生聚合物于溶剂中的完全溶液。然后该方法可以包括在进行分级分离之前处理该完全溶液以去除污染物和/或添加剂的步骤。此类污染物和/或添加剂可以选自包含以下各项的组：非塑料、彩色颜料、气味。分级分离可以在反应器容器中进行。替代地，该方法可以包括在溶剂中处理分级分离的第一聚合物和/或第二聚合物以去除污染物和/或添加剂的步骤。

第一聚合物和第二聚合物可以通过干燥从溶剂中回收。可以将回收的纯化的第一聚合物和第二聚合物(通常含有5％或更少的溶剂)送至挤出机，其中将聚合物造粒并且去除剩余的挥发性溶剂并且重新使用。溶剂可以在再次使用之前蒸馏。

上述各个特征可以单独采用或以任何合适的组合使用以产生所期望的结果。

在下面的描述中，附图不必按比例绘制。本发明的某些特征可以以放大的比例或稍微示意性的形式示出，并且为了清楚和简明起见，可以不示出常规元件的一些细节。

因此，附图和描述应被视为本质上为说明性的而并非限制性的。此外，本文所使用的术语和措词仅仅用于描述的目的，而不应被解释为限制范围。诸如“包括”、“包含”、“具有”、“含有”或“涉及”及其变体的语言旨在是宽泛的并且涵盖其后列出的主题、等同物和未列举的附加主题，并且不旨在排除其它添加剂、部件、整数或步骤。同样，出于适用的法律目的，术语“包含”被认为与术语“包括”或“含有”同义。

本公开中的所有数值应理解为由“约”修饰。所有单数形式的元件，或在本文所描述的包括(不限于)该设备的部件的任何其它部件被理解为包括其复数形式。

现在将仅通过以实例的方式参考以下附图描述本发明的实施例，其中：

图1为绘示根据本发明的第一实施例的用于在纯化再生聚合物的工艺中分级分离至少一种溶剂中的至少一种再生聚合物的方法中的步骤的流程图；

图2是包括用于根据本发明的实施例的方法中的混合装置的反应器容器的图示；

图3是用于图2的混合装置和反应器容器中的盘的图示；

图4是用于图2的混合装置和反应器容器中的振荡堆叠的图示；

图5是包括用于根据本发明的实施例的方法中的替代混合装置的反应器容器的图示；以及

图6是用于图4的混合装置和反应器容器中的盘的图示。

首先参考附图中的图1，其绘示了根据本发明的实施例的用于在纯化再生聚合物的工艺中分级分离至少一种溶剂中的至少一种再生聚合物的方法，通常由附图标记1指示。在方法1中，在第一步骤2中，将具有低分子量的第一聚合物12a和高分子量的第二聚合物12b的再生聚合物12与溶剂14在反应器容器16中结合。第二步骤3是在容器中在第一温度下操作混合装置一段时间，这将导致第一聚合物12a的溶解，并且它们可以通过分级分离与第二聚合物12b分离。这是分级分离步骤。第三步骤4是从容器中去除第一聚合物12a。通过使用如下文所描述的反应器容器，可以通过以商业方式经由溶解再生塑料的时间和/或温度效应分离出不同重量的塑料聚合物来获得较高等级的回收塑料。

现在参考附图中的图2，其绘示了根据本发明的实施例的用于在纯化再生聚合物的工艺中分级分离至少一种溶剂中的至少一种再生聚合物的方法中使用的通常由附图标记10指示的反应器容器。

反应器容器10基本上为圆柱形，其高度大于其直径。对于商业用途，容器10的容量将等于或大于1,000升。本领域技术人员将认识到，2,000至3,000升的容器是实用的，或者是一系列的容器。然而，可以将容器缩放至10,000升，并且甚至高达30,000升。在该实施例中，存在第一输入端口22a，溶剂14通过该第一输入端口引入。虽然我们将提到溶剂14，但是应当理解，这可以是在容器10中结合的多个单独的溶剂。第一输入端口22a示出在容器10的底部，尽管它可以在容器上的任何位置，其位置取决于所使用的方法。为聚合物12提供第二输入端口22b。第二输入端口22b也在容器10的底部，尽管根据所选择的方法它也可以在顶部。典型地，聚合物12或聚合物的组合将最可能是固体材料，诸如回收物薄片或膜，而溶剂14将是液体。如果需要，聚合物12可以是熔体流的形式。附加地，聚合物12和溶剂14可以在引入容器10之前混合形成混合物16。在这种情况下，仅需要单个输入端口。所示的朝向容器10顶部的第一输出端24a用于去除溶解的第一聚合物12a。第二输出端24b布置在容器10的底部并且用于去除第二聚合物12b，但是输出端的数量和位置可以取决于所选择的方法而变化。

在容器10内，存在混合装置，通常用附图标记18指示，垂直布置在容器10的中心，并且在容器10的顶部26和底部28之间延伸。混合装置18具有中心轴32，多个盘34(a)至(g)位于该中心轴上。为了说明性目的，仅示出了七个盘34。盘34垂直于轴32安装，使得它们彼此平行对齐，并且每个盘通过容器10向外辐射以几乎到达侧壁36。盘34的数量和位置可以在轴32上变化，但是在优选实施例中它们是等间隔的。该布置可以被认为是堆叠30。堆叠30垂直布置在容器10中。

轴32的顶部38支撑在容器10的顶部26，使得混合装置18悬挂于容器10中。轴32被配置成使得它可以上下移动，在其自身的中心轴线上相对于容器10垂直地纵向移动。盘34以此类方式附接到轴32上，当轴32移动时，盘也沿纵向上下移动。轴32的移动通过使用附接到轴32的顶端38的致动器线性移动马达40来实现。

马达40在中心轴线上向轴32提供线性移动。该移动是向后和向前运动的冲程，将轴32延伸到容器10中一段设定的距离，称为振幅。也可以设定冲程的频率，使得轴32像活塞一样动作，在容器10内连续地上下移动盘34。盘34在容器10内的移动混合容器10的内容物，这些内容物是混合物16。堆叠30的这种振荡可以在固定的时间内操作，其可以用于短重复脉冲，或者可以在检查之间停止和开始以确定容器内容物的溶解。注意，堆叠30、轴32和盘34不旋转，因此没有搅拌作用。

堆叠30的振荡由电路42控制，电路操作马达40并且确定获得聚合物于溶剂中溶解的最佳时间所需的振幅和频率。振幅和频率决定引入到混合物16中的能量，这将在下文中描述。

容器内容物，即聚合物12和溶剂14的混合物16，将通过与盘34的重复接触而被影响。盘34设计成提供足够的表面积44以与容器内容物接触，同时仍允许混合物16经由穿过盘34的穿孔46垂直移动通过容器10的整个长度。

图2示出了盘34的实施例。盘34是圆周的，具有中心端口48，轴32通过该端口定位和附接。穿孔46的图案布置在盘34的表面区域44上，形成穿过盘34的多个孔。虽然图2中的实施例示出了穿孔46的规则图案，但是它们可以随机地布置。当布置在容器10中时，也不需要穿孔46在相邻盘之间垂直对齐。实际上，更好的是不匹配穿孔46，使得没有平行于轴32的通过混合装置18的路径。

与容器10的高度相比，盘34相对较薄，并且可以被认为是板，尽管如前所述，如果盘是在典型的混合罐中发现的叶轮，它们不会发生旋转。同样，本发明的盘34与混合罐中使用的已知挡板结构形成直接对比。现有技术的挡板结构通常是围绕罐的外边缘等距离间隔的垂直布置的杆或棒，它们固定在适当的位置并且在罐的操作期间不移动。

参考图4，绘示了可替代的堆叠30a。盘34h至k具有穿孔46，其大小随着堆叠30a的向上行进而减小。堆叠30a可以被认为是大小排阻堆叠，因为穿孔被设定大小以防止塑料聚合物薄片沿堆叠向上行进直到它们溶解。

加热带48a至d布置在容器周围。虽然示出了四个加热带48a至d布置成上部和下部结构，但是可以使用任何构造的加热元件来加热容器10并且由此加热混合物16。传感器(未示出)可以用于确定混合物16和容器10的温度，从而可以调节加热带48a至b的温度以经由温度控制单元50控制整个加热温度和容器10上的温度梯度。

还有气体管线52，用于将惰性气体诸如氮气引入容器10。将氮气或其它惰性气体吹扫到系统中以用惰性气氛置换氧气。

该方法用于纯化再生塑料的工艺中。可以进行初始分类以提供用于聚合物12输入的理想的纯聚烯烃原料。塑料原料可以是：单一来源的寿命终止的热塑性塑料，即所有颜色的轮转箱、容器、管道、瓶盖、瓶子和罐；消费后和工业后回收的塑料；混合的PE/PP回收物；膜，即多层膜、层压膜、PE或PP膜；以及其它混合热塑性塑料：ABS、聚苯乙烯、PVC。塑料可以分类为单独的材料，诸如高密度聚乙烯(HDPE)或聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)，或其它常见塑料的混合流，诸如聚丙烯(PP)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚(氯乙烯)(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)和聚酰胺(PA)。然后，机械分离步骤可以去除ABS、聚苯乙烯、PET和PVC。优选的聚合物12为聚乙烯(PE)和/或聚丙烯(PP)。当前的回收方法可以生产混合的PE/PP回收物，其提供薄片形式的聚烯烃，其可以容易地称重并且以测量的量引入反应器容器10。在本文给出的实例中，PE为HDPERoto模塑级形式的聚合物12；HDPE吹塑级；HDPE挤出级(PE100-管)；LDPE；和本领域技术人员将认识到的LLDPE。

存在大量已知的用于聚合物的溶剂。从参考源选择的列表可以包括：0-二氯苯；1，2，3，4-四氢化萘；1，2-二氯乙烷；1，4-二噁烷；1，4-二噁烷、丙酮；乙酸；乙酸酐；丙酮；乙腈；苯；苯甲醇；溴苯；丁酮；丁基乙二醇；氯苯；氯仿；环己烷；环己醇；环己酮；十氢化萘；二丁氧基甲烷；二丁醚；二氯苯；二氯甲烷；二乙醚；二乙二醇；二异丙醚；二异丙基酮；二甲基甲酰胺；二甲基亚砜；二甲基亚砜；二甲基甲酰胺；二苯醚；乙醇；乙酸乙酯；乙苯；碳酸亚乙酯；乙二醇；乙基乙二醇；甲酰胺；甲酸；甘油；异丙醇；异丁醇；异丙醇；煤油；间甲酚；甲醇；乙酸甲酯；甲基乙基酮；甲基异丁基酮；甲基环己烷；二氯甲烷；甲基正戊基酮；N，N-二甲基乙酰胺；N，N-二甲基甲酰胺；正丁醇；乙酸正丁酯；正丁基氯；正丁基醚；正癸烷；正庚烷；正己烷；正己烷；硝基苯；硝基乙烷；硝基甲烷；N-甲基吡咯烷酮；正丙醇；苯酚；对二甲苯；吡啶；1，1，2，2-四氯乙烷；四氯乙烷；和四氢呋喃。在给出的实例中，溶剂14为缩丁醛。虽然在该实例中使用单一溶剂14，但是应认识到，可以使用适当溶剂的混合物来代替单一溶剂进行溶解。附加地，溶剂的两相系统可以用于优先溶解不同的聚合物材料。

溶剂14通过输入端口22a引入容器10。将测定量的聚合物12通过输入端口22b引入容器10。在该实例中，这在5重量％与30重量％之间。可以使用惰性气体诸如氮气吹扫容器10以置换氧气并且为混合物16产生惰性气氛。操作混合装置18使盘34以固定的频率和振幅振荡。这些值在1与15Hz之间，并且在我们的实例中为40至1000mm。线性运动导致聚合物12溶解于溶剂中。在固定的温度下，较轻的第一聚合物12a将在较重的第二聚合物12b之前溶解。

通过加热带或加热元件48加热容器10来辅助该工艺。选择的温度低于溶剂沸点。附加地，所选择的温度低于聚合物熔点，尽管可以使用本发明的实施例，其中聚合物作为熔体流引入，同时使用非晶聚合物减少溶解时间。在实例中，对于为聚乙烯的聚合物12，可以将温度升高至100℃和120℃之间以溶解第一聚合物12a，并且然后升高至120℃和150℃之间以溶解第二聚合物12b。

反应器容器10和混合装置18的使用加速了聚合物12的溶解并且因此加速了分级分离工艺。表1提供了基于来自500ml反应器容器的实验结果的10,000升反应器容器的规模预测。因此，100％溶解的持续时间在所有情况下显示为低于12分钟。当与花费数小时的现有技术工艺相比时，溶解时间的这种减少在商业回收工厂中是明显的优点。

表1.在缩丁醛中添加的最大聚乙烯重量％的溶解时间

该工艺的实现也不需要如现有技术那样将容器置于高压下。然而，本领域技术人员将认识到可以向容器施加压力，比方说高达5atm(0.5MPa)，这将增加内部温度并且因此增加溶剂的溶解度并且因此进一步减少持续时间。通过使用0.2MPa的压力，可以实现高达150℃的温度。

对于容器10中的大小排阻堆叠30a，根据本发明的实施例，用于在纯化再生聚合物的工艺中分级分离至少一种溶剂中的至少一种再生聚合物的方法中的可能步骤可以为：

(i)将聚合物12与溶剂14一起引入反应器容器10的底部；

(ii)操作混合装置18，使得使用挡板振荡开始溶解聚合物12；

(iii)较低分子量聚合物12a开始溶解并且向上行进通过堆叠30a；

(iv)较高分子量聚合物12b需要更长的时间来溶解并且被困在堆叠30a中较低的位置；

(v)盘34h至k(尽管可以存在任何数目)具有孔，该孔被设定大小以防止聚合物12的薄片向上行进穿过盘，其中减小的孔向上行进穿过堆叠30a；

(vi)在第一持续时间之后，在堆叠30a的顶部处的第一聚合物12a处于溶液中，因为第二聚合物12b尚未溶解并且被困在堆叠的进一步下方；

(vii)将顶部的聚合物溶剂混合物16在输出端24a处从反应器容器10泵出，收集较低分子量聚合物12a；以及

(viii)连续混合较高分子量聚合物12b直到其完全溶解并且可以在输出端24b处从反应器容器10的底部泵出。

这在第一温度下执行。然而，容器10也可以利用沿柱向上的温度梯度，优选促进低分子量聚合物12a在反应器容器10的底部溶解并且通过顶部变得完全溶解。

溶剂流14可以用于沿堆叠30a向上行进以帮助溶解的聚合物向上输送。

一旦循环完成并且反应器容器是空的，其可以被重新填充以准备用于下一批。

这可以被认为是溶解期间的大小排阻分级分离。

反应器容器10与混合装置18的使用允许再生塑料诸如PE以商业水平溶解并且通过分子量分离以增加它们用于二次应用的价值，所有这些都在经济时间尺度内。

使用如图2和3中所描述的容器10，根据本发明的另一个实施例，用于在纯化再生聚合物的工艺中分级分离至少一种溶剂中的至少一种再生聚合物的方法中的可能步骤可以为：

(i)将聚合物12与溶剂14一起引入反应器容器10的底部；

(ii)使用加热带48将温度设定为第一温度，比方说100℃，以仅溶解低分子量第一聚合物12a；

(iii)操作混合装置18，使得使用挡板振荡开始溶解聚合物12；

(iv)低分子量第一聚合物12a开始溶解；

(v)在第一持续时间之后，排出反应器容器10中捕获低分子量第一聚合物12a的聚合物/溶剂16；

(vi)重新填充反应器容器10并且将温度升至第二较高温度，比方说120℃，以溶解剩余的高分子量材料第二聚合物12b。

这可以被认为是溶解期间的温度分级分离。它也是分批工艺。

反应器容器10与混合装置18的使用允许再生塑料诸如PE以商业水平溶解并且通过分子量使用温度分离以增加它们用于二次应用的价值，所有这些都在经济时间尺度内。

一旦分级分离，该方法可以包括在溶剂中处理分级分离的第一聚合物和/或第二聚合物以去除污染物和/或添加剂的步骤。此类污染物和/或添加剂可以选自包含以下各项的组：非塑料、彩色颜料、气味。这可以通过在升高的温度和压力下过滤或与固体介质接触来进行。

第一聚合物和第二聚合物可以通过干燥从溶剂中回收。可以将回收的纯化的第一聚合物和第二聚合物(通常含有5％溶剂)送至挤出机，其中将聚合物造粒并且去除剩余的挥发性溶剂并且重新使用。溶剂可以在再次使用之前蒸馏。

根据本发明的另一个实施例，用于在纯化再生聚合物的工艺中分级分离至少一种溶剂中的至少一种再生聚合物的方法中的可能步骤可以为：

(i)将聚合物12与溶剂一起引入反应器容器10；

(ii)操作混合装置18，使得使用挡板振荡在第一持续时间内溶解聚合物12；

(iii)从容器10中去除溶液；

(iv)处理该溶液以去除污染物和/或添加剂诸如彩色颜料；

(v)将经处理的溶液引入容器；

(vi)将容器中的温度降低至第一温度，沉淀出如固体/凝胶的高分子量第二聚合物12b；

(vii)从容器收集固体级分，原位留下剩余溶液；

(viii)将容器中的温度降低至低于第一温度的第二温度，进一步从溶液中沉淀剩余的低分子量第一聚合物12a；以及

(ix)收集第一聚合物12a的最终级分。

步骤(ii)可以包括升高温度和/或压力以进一步加速溶解。

这可以被认为是溶解后的温度控制分级分离。它也是分批工艺。

反应器容器10与混合装置18的使用允许再生塑料诸如PE以商业水平溶解并且通过分子量使用温度分离以增加它们用于二次应用的价值，所有这些都在经济时间尺度内。

现在参考附图中的图5，其绘示了根据本发明的实施例的用于在纯化再生聚合物的工艺中分级分离至少一种溶剂中的至少一种再生聚合物的方法中使用的反应器容器，一般用110指示。

为了清楚起见，与图2和3的特征类似的部件用相同的附图标记外加100表示。

容器10和容器110之间的主要区别在于，与容器10的垂直布置相比，容器110为水平布置。更具体地，容器110中的盘134设置在水平堆叠130中。容器110是具有高长径比的细长容器。

盘134沿着中心轴132布置成水平堆叠130。虽然示出了16个盘134，但这只是说明性的，并且可以存在任何偶数或奇数个盘134。轴132在第一端126和第二端128处由容器110的两个端板支撑。反应器容器110现在具有大于其直径的长度。盘134如参考图2所描述的，穿孔146现在允许液体水平流过它们。可以理解，盘134可以垂直于轴132或以微小角度安装。由于水平布置，在容器110的内壁37上设置导轨35(见图6)以支撑堆叠130并且有助于滑入和滑出混合装置118。盘134的每个边缘上的突起39沿着容器110的长度插入导轨35。堆叠130和盘134在导轨35内自由地来回移动。

如图5所绘示的，容器110不必是圆柱形的，而可以是任何形状。容器110有利地成形为锥形以提供输出端124b定位的低点。在沿着容器的大约一半的位置提供另外的输出端124a，但是输出端可以布置在任何位置，因为溶液可以在反应器容器110的整个高度被提取。在图6中，由于盘134没有延伸到内壁37，所以具有特定孔径的网41缠绕在堆叠130周围。网由不锈钢、PTFE或其它不会化学干扰聚合物12或溶剂14的合适材料制成。网41是穿孔的护套，其含有未溶解的固体，但允许溶剂14和溶解的溶剂聚合物混合物16通过。

线性运动发生器140现在位于容器110的端板26、28中的一个处，使得混合装置118前后移动以在其自身轴线上沿着中心轴132振荡。如同第一实施例，轴132不转动，并且导轨35防止盘134的任何转动。

用于聚合物12的输入端122a具有聚合物装载室43。室43允许聚合物原料比如说用氮气吹扫以去除密封外壳中的氧气。室43与容器110保持一定距离，以确保温控加热套148不熔化室43的内容物。气体管线152与烟囱组合提供。气体管线152用于引入惰性气体，优选氮气以吹扫容器110并且在排放期间保持压力，但是容器110可以填充有液体而没有顶部空间，或者顶部空间填充有惰性气体例如氮气。

溶剂14的输入端122b与输入端122b位于同一端。溶剂14可以在经由加热器49和泵51进料至容器110中之前被预热，或者它可以在容器110中被加热。容器110的操作温度可以在80至140摄氏度的范围内，尽管这可以根据所使用的溶剂14升高至200摄氏度。操作压力优选地在0.1至1.5巴的范围内，但也可以更高。容器110以与上述容器10类似的方式工作。

在图2至6中示出的实施例之间的容器10、110和混合装置18、118的特征可以互换。

使用容器110和混合装置118提供了一种连续工艺，用于根据本发明的另一个实施例，在用于纯化再生聚合物的工艺中分级分离至少一种溶剂中的至少一种再生聚合物的方法。

110℃至150℃的热溶剂14通过水平容器110的一端在输入端122b处进料，通过容器泵送并且在相对端128处从出口124b出来。聚合物12进料至输入端122a的末端，与溶剂14进料的末端相同。溶剂/聚合物混合物16经由活塞流移动到溶解容器110的出口124b末端128。将温度设定为第一温度，使得聚合物混合物16在已知时间内溶解，并且将活塞流速度设定为能够在聚合物12到达出口124b之前溶解。聚合物12具有以不同速率溶解于溶剂14中的不同分子量范围。选择溶解速率使得第一聚合物12a将溶解流动的混合物16并且在出口124a的位置处通过网41离开，在该位置处它们可以被收集。进一步通过容器110将导致较高分子量的第二聚合物12b在它们到达末端输出端124b之前溶解。

在一个实例中，可以安排在选定的第一温度下，低/中等范围的分子量的第一聚合物12a在4分钟内溶解，而较高分子量的第二聚合物12b在8分钟内溶解。如果容器的体积为20L，并且溶剂14以2L/分钟泵入，则溶剂14在容器110中的停留时间为10分钟。如果以200cm³/分钟(10％溶液)添加聚合物12，则在低/中等范围的分子量第一聚合物12a达到一半时，它们将完全溶解。因此，如果我们具有溶剂14的两个出口点124a、b，一个在下游124a的一半，并且一个在与进料122b相对的末端124b，则中等分子量的第一聚合物12a可以在中心点124a处取出，而较高分子量的第二聚合物12b在末端124b处取出。为了阻止高分子量第二聚合物12b以未溶解的形式在中心点124a处离开，振荡堆叠30被粗网41围绕，并且聚合物12在该网41内进料。以次方式，只有溶解的材料逸出并且离开中心排放口。该方法的另一个实施例是将容器的第二半部分(在中心点124a之后)加热到较高温度148以实现较高分子量级分12b的较快溶解。

这可以被认为是溶解期间的时间控制的分级分离。它是连续工艺。

反应器容器110与混合装置118的使用允许再生塑料诸如PE以商业水平溶解并且通过分子量使用时间和温度分离以增加它们用于二次应用的价值，所有这些都在经济时间尺度内。

溶液中的第一聚合物和第二聚合物可以如上述进行处理，以提供对于制造商加工成回收塑料产品最有用的粒料。

将认识到，尽管该方法描述了具有不同分子量范围的第一聚合物和第二聚合物的至少一种再生聚合物，但该方法和设备可以适用于加工具有较大数目的不同分子量范围的再生聚合物，这取决于所需的回收塑料输出端的纯度和等级。

本发明的主要优点为提供了用于在纯化再生聚合物的工艺中分级分离至少一种溶剂中的至少一种再生聚合物的方法，该方法将溶解时间从数小时减少至数分钟。

本发明的另一个优点为提供了用于在纯化再生聚合物的工艺中分级分离至少一种溶剂的至少一种再生聚合物的方法，该方法减少了所需的聚合物与溶剂的比例。

本发明的至少一个实施例的又一个优点为其提供了用于在纯化再生聚合物的工艺中分级分离至少一种溶剂中的至少一种再生聚合物的方法，该方法可以用于反应器容器体积超过1,000升的商业工艺中。

本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本文所描述的本发明进行修改。例如，可以向容器中的混合物中添加其它化学品诸如抗氧化剂以防止降解。

Claims (25)

1.一种用于在纯化再生聚合物的工艺中分级分离至少一种溶剂中的至少一种再生聚合物的方法，其包含以下步骤：

(a)将至少一种再生聚合物和至少一种溶剂输入到反应器容器中以在所述容器中产生混合物：所述至少一种再生聚合物包含分子量在第一范围内的第一聚合物和分子量在第二范围内的第二聚合物，其中所述第一范围低于所述第二范围；

(b)在所述反应器容器内操作混合装置达第一持续时间；

(c)在第一温度下操作所述反应器容器；

(d)将所述第一聚合物溶解于所述溶剂中；

(e)将溶液中的所述第一聚合物与所述第二聚合物分级分离；

(f)独立于所述第二聚合物从所述容器中去除所述第一聚合物；

其特征在于，所述混合装置包含：以堆叠布置彼此平行对齐的多个盘，每个盘在所述反应器容器的大部分横截面区域上延伸并且包括多个穿孔以允许所述混合物从所述反应器容器的第一端流动到所述反应器容器的第二端，通过所述盘；一个或多个支撑件，以将所述盘保持在适当位置，并且所述一个或多个支撑件连接到线性运动生成器，使得所述盘被移动到以第一频率和第一振幅进行振荡，线性运动在所述第一持续时间内将至少所述第一聚合物溶解于所述溶剂中。

2.根据权利要求1所述的方法，还包含以下步骤：

(g)将所述第二聚合物溶解于所述溶剂中；以及

(h)回收所述第二聚合物。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述第一持续时间选自包含以下各项的组：少于1小时、少于30分钟和少于15分钟。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一种再生聚合物在添加到所述至少一种溶剂中的重量百分比范围内，所述重量百分比选自包含以下各项的组：0.1重量％至100重量％的添加量、0.1重量％至20重量％的添加量和0.3重量％至10重量％的添加量。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述反应器容器具有1，000升或更大的体积。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一频率在1至15Hz的范围内。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一振幅在40mm至1000mm的范围内。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括将所述混合物加热至所述第一温度以溶解所述第一聚合物，所述第一温度在100℃和120℃之间。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述方法包括将所述温度升高至第二温度以溶解所述第二聚合物的步骤，所述第二温度在120℃和150℃之间。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一种再生聚合物为一种或多种聚烯烃。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述至少一种再生聚合物为聚乙烯(PE)和/或聚丙烯(PP)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法包括第一步，其中将混合塑料原料机械分离以去除污染物。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一种溶剂选自包含以下各项的组：缩丁醛、二甲苯、甲苯和乙苯。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述至少一种溶剂从所述反应器容器的第一端泵送通过所述反应器容器至所述反应器容器的第二端。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法作为分批工艺操作。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多个盘在垂直堆叠中彼此平行对齐，所述混合物在所述反应器容器中垂直向上流动通过所述盘。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述至少一种再生聚合物和所述至少一种溶剂在所述反应器容器的底部输入，并且所述第一聚合物从所述反应器容器上较高处的输出端去除。

18.根据权利要求17所述的方法，其中在所述堆叠布置中，所述多个盘中的所述穿孔从最低布置的盘到最高布置的盘的大小不断减小，以仅允许溶解的聚合物沿所述反应器容器向上移动。

19.根据权利要求14所述的方法，其中所述方法作为连续工艺操作。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述多个盘以水平堆叠布置方式彼此平行对齐，所述混合物沿着所述反应器容器流动通过所述盘，所述盘以所述第一频率和所述第一振幅来回移动，所述至少一种再生聚合物和所述至少一种溶剂在所述容器的第一端处输入，多个输出端沿着所述容器的长度布置，并且网围绕所述堆叠布置，使得仅溶解的聚合物能够在所述多个输出端处离开所述容器。

21.根据权利要求2至15中任一项所述的方法，其中步骤(g)与步骤(d)一起执行，提供所述至少一种再生聚合物于所述溶剂中的完全溶液，所述方法然后包括在执行步骤(e)、(f)和(h)之前处理此完全溶液以去除污染物和/或添加剂的步骤。

22.根据权利要求21所述的方法，其中通过降低所述温度在步骤(f)之前执行步骤(h)，其中所述第一温度高于所述第二温度，以通过沉淀将所述第二聚合物分级分离，然后将所述第一聚合物分级分离。

23.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，其中所述方法包括在溶液中处理分级分离的第一聚合物以去除污染物和/或添加剂的步骤。

24.根据权利要求2至20中任一项所述的方法，其中所述方法包括在溶液中处理分级分离的第二聚合物以去除污染物和/或添加剂的步骤。

25.根据权利要求1至20中任一项所述的方法，其中所述方法包括将回收的纯化的第一聚合物和第二聚合物送至挤出机的步骤，其中将所述聚合物造粒并且去除剩余的挥发性溶剂并且重新使用。

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