CN1370097A - 从聚合物材料去除油漆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种从聚合物材料中分离涂膜或油漆的方法和设备。进行这种过程所用的设备包括料斗(12)、挤出机(14)、混合预处理罐(20)和分离器(22)。

Description

从聚合物材料去除油漆的方法
发明的背景
1.发明的领域
本发明涉及一种从聚合物表面去除油漆的系统和方法。聚合物材料可再回收利用(recycle)。
2.相关文献的描述
有许多其中的聚合物材料用膜、粘着剂或其它表面如工业用途的油漆进行涂覆的加工操作过程。对于任何大规模的加工操作过程，不可避免将有一定百分比基于劣质表面或油漆质量或不适当颜色的‘不合格产品’。由于油漆和塑料的整体关系，这些产品通常被报废并以埋填法加以处置，或者有时在对新部件不涂漆或涂覆的低级应用中再回收利用。若对材料加以回收利用(粉碎和通过滤网(screen)挤出并进行十次再模塑)，则小的油漆颗粒留在塑料中并在加工过程中迁移到表面上。然后这些颗粒在油漆中产生凹坑或凸起，这样就产生了另一个报废料部件。迄今为止用过的聚合物在焚化炉中进行焚烧或与其它废物一起埋在地下。这种聚合物的燃烧会增加空气中二氧化碳的浓度，导致严重的全球变暖的问题。当将它们掩埋在地下时，它们无法被微生物所分解，而以它们的原样保留下来，这样在地下的聚合物积聚量逐年增加。
近年来，从保存资源和保护地球环境的角度来看，提倡聚合物的再回收利用。
然而，为了成功地对用过的聚合物加以回收利用，应解决各种困难的问题。
一个这种问题涉及这样一个事实，即作为最终产品的聚合物通常是一种不同材料的复合材料，而非单一材料的产品。当不分离不同的材料而以复合材料的形式对这种聚合物回收利用时，再回收利用的产品通常具有比原始聚合物差的机械性能和外观。
例如，当将涂覆的聚合物产品粉碎，用造粒粉碎机、造粒机或热挤出机再造粒和用模塑机再模塑成回收利用的聚合物产品时，曾施涂在原始聚合物产品表面上的涂层材料将留在回收利用的聚合物产品中，而不是细小地分散在其中。由于无法细小分散的涂层材料阻止了树脂的均匀共混，所以对再回收利用的产品的性能有相当大的削弱。
这样，最重要的是在再回收利用的再加工之前，从涂覆的聚合物产品中去除涂层。
再回收利用这种产品的一个主要领域是在油漆保险杠的汽车工业中。这些保险杠一般是涂有油漆的聚合物材料，使得保险杠与汽车的颜色相匹配。
历史上，曾作出过多种再回收利用的尝试，以简单地使材料在热挤出机中熔融，在滤网或滤网组件(screen pack)中收集留下的油漆颗粒杂质。这可以通过单个滤网组件或将由加热泵连接的多个滤网串联而完成。一旦材料通过了这种类型的系统，它甚至可以与类似的清洁材料(在汽车保险杠应用中的共聚物)混合，从而使由筛分收集不到的任何留下油漆颗粒量用共聚物稀释得到下降。证实这种类型的系统是缓慢而昂贵的，因为要使用费用高的优良材料来稀释随后再回收利用的材料。
其它手段包括化学去除，其中用能腐蚀油漆表面的苛性化学品处理部件或碎颗粒。这种方法对留下的塑料材料也会产生不利的影响，使其难以再使用。
美国专利5,788,811；5,876,557和5,897,820都涉及分别主要集中在保险杠部件上的表面涂有油漆的不合格聚合物材料的再回收利用。这些专利的各自目的是从聚合物材料中分离油漆，从而可以再回收利用聚合物材料。
在这些专利的每一项专利中，去除油漆的主要机理是从下面的聚合物材料中剪切或剥离掉油漆，其办法是让涂漆聚合物部件的切割段通过一系列成形和剪切辊，所述剪切辊具有不同的圆周速度。这样就形成了聚合物条，然后将该条粉碎成较小的颗粒，随后使其熔化，制成用于运输的粒料或直接放到模塑机中制成新的部件。
尽管在这些参考文献中没有说明过，但与这种方法有关的问题是从聚合物条中有效地分离出油漆。就是说，在油漆剪切步骤之后，基本上是可粘附到聚合物条和随后颗粒上的剩余油漆颗粒的均质混合物。这些油漆颗粒通过在与塑料有关的任何剪切或粉碎过程中产生的静电结合粘附到塑料上。
这些方法也是费劳力的，因为它们需要将部件切成段而后加到一系列辊中。除了费用外，部件最初必须以其“整体”状态处置，这需要大量的后勤工作(用于运输和/或材料处置的大的场地)。
发明的简述
本发明涉及一种用于从聚合物材料中分离任何涂层如油漆的机械方法和系统。
与已有技术的方法相比，本发明包括一步从聚合物材料中分离涂层的不同步骤。在一个实施方案中，首先将涂漆的聚合物材料粉碎以便于处置材料，然后在冷却的螺杆型挤出机中撕碎。这样就从聚合物材料中去除油漆。本发明包括从聚合物材料混合物中有效分离油漆颗粒的附加步骤。
从广义上来讲，本发明包括让粒状涂漆的聚合物材料经冷剪切过程，形成撕碎的材料。宜使用双或单螺杆冷却型挤出机实施这种分离。这是一步与已有技术方法所述的从聚合物材料中剪切油漆不同的步骤，不同之处在于用冷却挤出机的其它挤出过程，以保持固体介质和促进剪切和撕碎，而不是对挤出机进行传统的加热以熔化塑料。将撕碎的材料与水混合，形成浆料。在浆料中加入表面活性剂，在聚合物颗粒和油漆颗粒的混合物之间发生相分离。随后，消除油漆和塑料颗粒之间的静电结合，通过在浆料中进行密度选分促进油漆颗粒从塑料中分离出来。撕碎的聚合物颗粒随后可以再回收利用。
本发明的一个方面包括以冷却的单或多螺杆挤出形式的方法剪切材料，以将油漆从聚合物材料中分离出来。在本发明的这个方面中，在旋转螺杆的外圆周之间的间隙较好是从上游端到下游端递减，所述间隙被水冷却夹套壁的内表面和运动螺杆的外圆周所限定。这种方法防止塑料达到熔化状态(Tm)或变成粘性。由于颗粒不熔化，所以剪切作用促进油漆和塑料之间的分离。
本发明的另一个方面包括一种系统，它包含从聚合物材料的表面上分离出油漆形成撕碎材料的装置，将聚合物材料与油漆材料分离的装置和回收聚合物材料的装置。
本发明一个较好的实施方案包括撕碎粒状涂漆的聚合物材料，形成包含聚合物材料和油漆的撕碎材料，使聚合物材料与油漆材料进行相分离，回收聚合物材料，对回收的聚合物材料加以回收利用。
附图的简要说明
附图是实施本发明的系统的过程流程图。
较好实施方案的说明
从涂覆的聚合物上剥离涂层
涂覆的聚合物
按本发明加工的涂覆聚合物可以是任何在其表面上部分或完全涂覆的聚合物产品。这种聚合物产品不仅包括那些已经用过的产品，而且也包括那些为某些应用而生产，但出于某些原因如未能符合产品规格而不需要的产品。
上述聚合物产品可以是各种形式的模塑产品，例如汽车外部部件如汽车保险杠、轮盖和侧面装饰件(side mouls)，汽车内部部件如仪表板、杠杆和车内装饰泡沫衬里，和电气设备如吸尘器、洗衣机、冰箱、照明设备、计算机和声频设备，它们是按各种模塑方法如注塑、挤出、吹塑、压铸、热成形、滚塑和压模法对热聚合物树脂进行模塑制得。在模具中或通过辅助施涂法来施涂涂料。
基材
上述聚合物产品的基材可以由任何热聚合物树脂制成。具体的例子包括烯烃树脂，其例子有乙烯树脂如高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线型低密度聚乙烯，和丙烯树脂如丙烯均聚物和丙烯-乙烯嵌段或无规共聚物，热塑性烯烃，热聚合物聚酯树脂如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯热塑性塑料和聚对苯二甲酸丁二醇酯，工程树脂如聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯醚、聚苯醚和聚甲醛，苯乙烯树脂如丙烯腈-苯乙烯共聚物和丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，丙烯腈-苯乙烯-丁二烯，聚丁二烯-对苯二甲酸酯，乙烯基塑料，上述树脂的RIM材料或复合材料(包括合金)，但不排除其它塑料、改性塑料、橡胶或改性橡胶材料。
在上述热聚合物树脂中，以烯烃树脂和包含烯烃树脂的复合材料为佳，乙烯-丙烯-二烯单体树脂或含丙烯的其它共混物作为基础材料则尤佳。
涂层聚合物的这些基材也可以包含除了上述热聚合物树脂外的附加组分，例如无机填料如滑石、玻璃纤维、氧化钛和炭，橡胶如天然橡胶、乙烯-丙烯共聚物橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、苯乙烯-异戊二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、聚氨酯橡胶和氢化的苯乙烯-二烯嵌段共聚物，和颜料如喹吖啶酮和ferrocyanine蓝。
涂层
底漆
按本发明加工的涂覆的聚合物产品可以含有直接在基材上或通过底漆层(施加)的涂层。
底漆的例子包括改性的丙烯树脂如氯化聚丙烯树脂和马来酸改性的聚丙烯，苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物(SEBS共聚物)和苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物(SEPS共聚物)。其中，以氯化聚丙烯树脂为佳。
使用这些底漆，形成厚度通常为3-30μm，较好为5-15μm的底漆层。
油漆
作为施涂到聚合物产品基材的部分或全部表面上形成涂层的油漆或涂料，可以述及的有有机溶剂基的油漆、水溶性树脂油漆、水分散性树脂油漆和水性乳液油漆，包括用于美观、抑制噪声或振动、耐腐蚀、阻燃或耐火或EMI/FRI屏蔽的涂料或任何其它类型的保护、功能或美观的涂料或膜。
这种油漆的具体例子包括包含丙烯酰、环氧、聚酯或醇酸树脂的树脂组分和氨基甲酸酯或蜜胺化合物的交联组分的油漆。其中，包含丙烯酸类或聚酯树脂的树脂组分和蜜胺或氨基甲酸酯化合物(异氰酸酯交联型)的交联组分的油漆是较好的。
使用油漆形成的涂层厚度通常为20-200μm，较好为30-100μm，以基材计，油漆的用量通常不大于10重量％，较好为7重量％。
本发明将参考具体的设备、粒度等作进一步说明。然而，应明白的是下述实施例仅是本发明的举例说明，本领域的技术熟练者将能很好地明白其它能实施所述相同或类似步骤的加工控制设备也能成功地采用。
实施例
举例说明本发明较好实施方案的一个系统大体上图示为10，它包括料斗12，该料斗包含粒状的保险杠废料，即粉碎成1/4″至3/4″粒料的涂有油漆的聚合物材料。一种典型的聚合物保险杠材料是热塑性烯烃或弹性体，一种典型的油漆是丙烯酸类水基或溶剂基的油漆。
来自料斗12的粒料通过螺旋推进器或在重力的作用下流到单或多螺杆冷却挤出机14的上游端16。一种特别好的挤出机是如购自Gaia RoKel商品名为Roto Dispegator的挤出机，或是诸如在先前美国专利4,118,163；4,875,847；5,415,354；5,704,555；5,743,471或5,769,335中披露的挤出机。这种类型挤出机的区别在于使用置于冷却机筒或夹套内部的旋转螺杆。同样可以冷却螺杆，或将冷却剂引入材料中，只要材料的温度保持低于熔点，使挤出机对材料具有剪切作用，而非熔化作用。一般来说，以使材料输出的尺寸间隙(size gap)确定的速率，将材料从上游端16输送到下游端18。材料以撕碎材料的形式排出，其粒度从几微米到进入该过程上游端时颗粒的原始大小。塑料和油漆颗粒的撕碎混合物从挤出机14的下游端18进入混合预处理罐20。
在连续或间歇法中，在混合罐20中的水体积通常保持为4.000升，并且一般有约300-400kg，较好约345kg的撕碎材料。在罐中加入的撕碎材料形成浆料。表面活性剂的加入量为280-330ppm，如312ppm。较好的表面活性剂是BetzSolv203a，Betz Dearborn。任选地加入絮凝剂如石蜡馏出液离子乳液(parifinic distillate ionic emulsion)，其量为10-20ppm，如15ppm。一种较好的絮凝剂是聚合物4425L，Betz Dearborn。采用回转叶片将浆料与添加剂混合。这样就能均匀地分散表面活性剂和影响油漆与聚合物之间的静电结合。表面活性剂中和了带静电的油漆颗粒，并使这些颗粒与聚合物颗粒脱离开来。絮凝剂(当使用时)能视材料的密度使材料进行液体分离。
然后将浆料泵送到机械分离器22中，轻相聚合物材料从重相油漆颗粒中分离出来，水再循环到混合罐20中。用于实施刚才所述分离的一种合适的系统是Krauss Maffei商品名为Flottweg SorticanterCentrifuge。将重相油漆颗粒收集在贮藏室24中，以进行进一步的环境处理。将聚合物颗粒排放到干燥器26中，进行风干、加热或压缩并转移到料斗28中，将所述颗粒排放到挤出机30中。
另外，尽管针对某些表面活性剂和任选的絮凝剂来说明相分离过程，但视要分开的撕碎材料、它们是否通过静电电荷如高表面张力或离子结合而结合，将可以确定最适用于分离过程的特定的表面活性剂和其用量。
尽管针对浆料进行说明，但下述情况也在本发明的范围内，即视从在所述材料上的涂层中分离的特定的聚合物材料，撕碎材料可以处在溶液、悬浮液、乳液、胶体分散体或浆料中。
最后，分离材料的特征将决定是否能从重相中分离出轻相并将水再循环到混合罐中。就是说，更适宜的做法是从水相中分离出一种材料，同时水相保留其它材料，然后从水相中分离出其它材料。
上述说明限于本发明的具体实施方案。然而，显而易见的是可以对本发明作出改变和改进，它们都能达到本发明的某些或所有的优点。因此，所附权利要求书的目的是覆盖所有这些落在本发明精神和范围内的改变和改进。
在描述了我们的发明后，现在说明权利要求书。

Claims (19)

1.一种从聚合物材料中分离涂膜或油漆的方法，它包括：
剪切来自聚合物材料的涂层，形成分离的聚合物材料和涂层材料的混合物；
将混合物放在流体介质中；
在所述流体介质中将聚合物材料从涂层材料中分离出来；
回收聚合物材料；和
分开回收涂层材料。
2.如权利要求1所述的方法，其中流体介质是水性介质。
3.如权利要求2所述的方法，其中水性介质是浆料。
4.如权利要求3所述的方法，它包括：在水性介质中加入表面活性剂，进行相分离。
5.如权利要求4所述的方法，其中表面活性剂是表面活性剂。
6.如权利要求4所述的方法，其中表面活性剂是絮凝剂。
7.如权利要求1所述的方法，其中涂层材料包含重相，聚合物材料包含轻相，所述方法包括：分开回收轻相和重相。
8.如权利要求7所述的方法，它包括：再循环来自分离相的水。
9.如权利要求7所述的方法，它包括：干燥聚合物材料。
10.如权利要求7所述的方法，它包括：挤出聚合物材料。
11.如权利要求1、3或4所述的方法，其中涂层材料是油漆或膜。
12.一种从聚合物材料的表面上分离涂层的方法，该方法使用冷却挤出机，该挤出机具有位于螺杆外圆周和机筒内表面之间的间隙，在所述间隙内螺杆发生旋转，所述方法包括：
将材料加到挤出机的上游端；
使材料通过间隙从上游端移动到下游端，间隙从上游端到下游端递减；
剪切来自聚合物材料的油漆，将油漆涂层从聚合物材料中分离出来；
保持材料的温度低于其熔点；和
以撕碎材料从油漆材料中排放出分离的聚合物材料。
13.如权利要求12所述的方法，其中流体介质是水性介质。
14.如权利要求13所述的方法，其中水性介质是浆料。
15.如权利要求14所述的方法，它包括：在水性介质中加入表面活性剂，进行相分离。
16.如权利要求15所述的方法，其中表面活性剂是表面活性剂。
17.如权利要求15所述的方法，其中表面活性剂是絮凝剂。
18.如权利要求15所述的方法，其中涂层材料包含重相，聚合物材料包含轻相，所述方法包括：分开回收轻相和重相。
19.一种从聚合物材料中分离涂层的系统，它包含：
剪切来自聚合物材料的涂层形成分离的聚合物材料和涂层材料的混合物的装置；
将混合物放在流体介质中的装置；
将聚合物材料从涂层材料中分离出来的装置；和
从涂层材料中分开回收聚合物材料的装置。
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