CZ9903664A3

CZ9903664A3 - Izolace polyesterů z kontaminovaného polyesterového odpadu

Info

Publication number: CZ9903664A3
Application number: CZ19993664A
Authority: CZ
Inventors: William Duke Everhart; Kamel Michel Makar; Roger George Rudolph
Original assignee: E. I. Du Pont De Nemours And Company
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 2000-10-11

Abstract

Při způsobu izolace polyesteru z kontaminovaného polyesterového odpadu obsahujícího polyesterové a nepolyesterové složky se uvádí kontaminovaný polyesterový odpad do kontaktu s rozpouštědlem zvoleným ze skupiny sestávající z roztaveného dimethyltereftalátu (DMT), methylp-toluátu (MPT) a dimethylisoftalátu (DMI); dále se zahřívají na teplotu 160 až 250°C za účelem rozpuštění polyesteru a vytvoření roztoku polyesteru v rozpouštědle; odfiltrují se nerozpuštěné nepolyesterové složky při teplotě 160 až 250°C; a oddělí se rozpuštěný polyester od roztoku, např. krystalizaci.

Description

Izolace polyesterů z kontaminovaného polyesterového odpadu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu izolace polyesteru, výhodně polyethylentereftalátu (PET), z kontaminovaného polyesterového odpadu, například polyesteru smíšeného s bavlněnými nebo dalšími vlákny ve formě textilie nebo ve formě vláken, polyesterových magnetických pásků, potahovaných polyesterových filmů a průmyslových pryskyřic. Polyester lze následně použít jako výchozí surovinu pro methanolýzu při přípravě dimethyltereftalátu (DMT) a alkylenglykolu.

Dosavadní stav techniky

Pro izolaci polyesteru z odpadu tvořeného bavlněnými textiliemi a fotografickými filmy jsou známy metody, které zahrnují rozpouštění polyesteru v různých rozpouštědlech a následné vysrážení a izolaci polyesteru.

Patent US 5,342,854, vydaný 30. srpna 1994, popisuje způsob izolace, polyesteru z polyester/bavlněných směsových tkanin, při kterém se polyester rozpustí v alkylsulfonovém rozpouštědle, rozpuštěný polyester a roztok alkylsulfonového rozpouštědla se oddělí od bavlněné textilie a na závěr se polyester vysráží z roztoku alkylsulfonového rozpouštědla.

Britský patent 1,548,043, publikovaný 4. července 1979, popisuje způsob získání polyethylentereftalátového (PET) prášku • 9 • · • · • · • ·

9

01-2058-99-Če • · · · · * z PET odpadní textilie rozpuštěním PET v halogenovaném uhlovodíkovém rozpouštědle při teplotě dosahující až 200 °C a tlaku, při kterém dochází k odpařování rozpouštědla a chlazení roztoku PET rozpouštědla za současného vysrážení PET prášku.

Britský patent 1,518,211, publikovaný 19. července 1978, popisuje způsob izolace stříbra z fotografického odpadního filmu, který obsahuje halogenid stříbrný a/nebo stříbrný kov, vrstvu polyesterového podkladového filmu a vrstvu polyvinylidenchloridu. Fotografický odpad se rozpustí v aromatickém etheru, například anisolu, fenetolu nebo benzyletheru, stříbro se izoluje filtrací a rozpouštědlová fáze se následně ochladí za současného vysrážení PET a zachování polyvinylidenchloridu v roztoku.

Technické, ekonomické a ekologické důvody výrazně omezily použitelnost rozpouštědlových systémů využívaných známými způsoby pouze na laboratorní výzkumy. Tyto rozpouštědlové systémy mají velmi omezenou komerční využitelnost.

Způsob podle vynálezu poskytuje účinný, spolehlivý a ekonomický prostředek pro izolaci polyesteru, zejména poíyethylentereftalátu (PET) z kontaminovaného polyesterového odpadu, například z polyester/bavlněné směsové textilie, z polyesterového magnetického pásku nebo z dalšího kontaminovaného polyesterového odpadu. Polyester lze výhodně izolovat krystalizací, filtrací a zpracováním v pevném stavu, které mu poskytne vhodnou molekulovou hmotnost. Alternativně lze rozpuštěný polyester použít přímo, jako výchozí surovinu pro methanolýzu, při přípravě dimethyltereftalátu (DMT) a alkylenglykolu. DMT lze následně hydrolyzovat a získat tak kyselinu tereftalovou (TPA).

• ·

01-2058-99-Če

Podstata vynálezu

Vynález poskytuje způsob izolace polyesteru z kontaminovaného polyesterového odpadu obsahujícího polyesterové a nepolyesterové složky, který zahrnuje:

(a) uvedení kontaminovaného polyesterového odpadu do kontaktu s rozpouštědlem zvoleným ze skupiny sestávající z roztaveného dimethyltereftalátu (DMT), methyl-p-toluátu (MPT) a dimethylisoftalátu (DMI);

(b) zahřívání kontaminovaného polyesterového odpadu a rozpouštědla na teplotu 160 až 250 °C za účelem rozpuštění polyesteru a vytvoření roztoku polyesteru v rozpouštědle;

(c) odfiltrování nerozpuštěných nepolyesterových složek z roztoku rozpuštěného polyesteru při teplotě 160 až 250 °C; a (d) oddělení rozpuštěného polyesteru od roztoku.

U výhodného provedení vynálezu se rozpuštěný polyester v kroku (d) depolymeruje methanolovými výpary za vzniku dimethyltereftalátu a alkylenglykolu.

Stručný popis obrázků

Obr. 1 znázorňuje schematický diagram systému pro izolaci PET z kontaminované PET odpadní suroviny podle vynálezu.

Kontaminovaný polyesterový odpad použitý v rámci vynálezu sestává z polyesterových a nepolyesterových složek, jakými jsou například polyester'smísený s bavlněnými nebo dalšími vlákny ve

01-2058-99-Če formě textilie nebo vláken, polyesterová magnetická média, potahované polyesterové filmy a průmyslové pryskyřice. Množství nepolyesterové složky, které může být součástí polyesterového odpadu, se může pohybovat od 10 do 90 % hmotn. a výhodně od 10 do 50 % hmotn.

Polyesterové a bavlněné směsi lze získat z různých zdrojů, například jako odpad ze střižen, krejčovských a tkalcovských dílen a ve formě obnošeného šatstva od spotřebitele. Zdrojem odpadních polyesterových magnetických médií mohou být audio, video nebo počítačové pásky.

Jak je patrné z Obr. 1, je odpadní polyesterový materiál, který je pro snazší manipulaci nařezán a nasekán na malé kousky, zaváděn do reakční nádoby 1 opatřené míchadlem 3. Ukázalo se, že nejvhodnějším rozměrem odpadního materiálu pro snadnou přepravu do nádoby 1 jsou kousky polyesterové a bavlněné textilie nebo magnetického pásku o velikosti 1 cm².

Polyesterový odpadní materiál se v nádobě 1 uvede do kontaktu s roztaveným dimethyltereftalátem (DMT), methyl-ptoluátem (MPT) nebo dimethylisoftalátem (DMI) (které slouží jako rozpouštědla). Roztok rozpouštědla výhodně obsahuje 5 až 75 % hmotn., výhodněji 20 až 50 % hmotn. pevných látek.

Zde popsaným polyesterem může být polyethylentereftalát (PET), polybutylentereftalát (PBT) nebo polypropylentereftalát (PPT). Zvláště výhodným polyesterem je PET.

Po přidání rozpouštědla do reakční nádoby 1 se teplota v nádobě zvýší na 160 až 250 °C, výhodně na 180 až 200 °C a při této teplotě se udržuje 60 až 120 minut za účelem úplného rozpuštění polyethylenu v rozpouštědle.

• ·

01-2058-99-Če • · · · · · · • » · · · · » ···· ·· ··

V některých případech se jako filtrační prvek pro filtraci prováděnou za vysoké teploty přidává filtrační pomocný prostředek, například Perlite 1200 od společnosti EaglePitcher Co., nebo další vhodný filtrační pomocný prostředek. Rovněž vhodná je aplikace dusíkové atmosféry nad reakční nádobou 1, která zabraňuje degradaci polyesteru během tohoto procesu.

Směs se následně zavede na filtr 2, kde se odstraní nepolyesterové složky, například bavlněná vlákna nebo kovové oxidy a plniva z rozpuštěného polyesteru. Filtrační koláč se může promýt, čímž se odstraní veškeré zbytky rozpouštědla nebo kontaminačních složek, a vysušit. Pro filtraci lze použít buď gravitační vakuový nebo tlakový typ filtru. Typickými filtračními médii používanými pro laboratorní účely jsou skleněné filtry a typickými filtračními médii pro komerční účely jsou nerezové ocelové náplně.

Při komerční aplikaci je pro vyloučení problémů spojených se zamrzáním a pro izolování vysoce čistého polyesteru v rozpouštědle třeba použít filtraci prováděnou při teplotách 160 až 250 °C, výhodně 180 až 200 °C. Polyester zpravidla obsahuje méně než 1 % hmotn. nepolyesterových složek.

V případě směsí polyesteru a bavlny ' může být bavlna izolovaná filtrací použita jako výchozí surovina pro aktivní uhlí, jako aditiva pro zlepšení těsnící schopnosti tekutin pro výplach ropných vrtů a jako pojivo do různých průmyslových kompozic, například v tmelových kompozicích, v kompozicích pro spodní nátěry automobilů apod.

Filtrát sestává z velmi čistého polyesterového polymeru, rozpuštěného v horkém rozpouštědle. Polyester, který je vhodný zejména pro zvlákňování, lze izolovat ochlazením a lze

01-2058-99-Če krystalizací. Pro získání polyesteru s vyšší molekulovou hmotností lze použít polymeraci v pevném stavu. Molekulová hmotnost se zvýší ohříváním v pevném stavu.

U výhodného provedení se rozpuštěný polyesterový polymer použije jako výchozí surovina pro methanolýzu při přípravě dimethyltereftalátu a alkylenglykolu, kterou v podstatě popisují evropský patent 0 484 963 a patent US 5,391,263, které jsou zde uvedeny formou odkazu. DMT lze následně hydrolyzovat a získat tak kyselinu tereftalovou (TPA).

Výhodně není nezbytné izolovat polyester před zavedením do roztoku pro methanolyzační proces, protože použité rozpouštědlo je součástí tohoto methanolyzačního procesu. Avšak zavedení čistého polyesterového proudu do methanolyzačního procesu: (1) brání zavádění ne-PET materiálu, který s sebou přináší horký DMT (rozpouštědlo) obsahující rozpuštěný polyester, a tím se minimalizují ztráty výtěžku; (2) zvyšuje životnost zařízení tím, že odstraňuje částice kovu, které se mohou usazovat ve ventilech a čerpadlech; a (3) umožňuje použití méně hodnotné výchozí suroviny s vysokým obsahem nepolyesterových složek, které nejsou ekonomické, jako přímou surovinu pro methanolýzu.

Následující příklady mají pouze ilustrativní charakter a nikterak neomezují rozsah vynálezu, který je jednoznačně stanoven přiloženými patentovými nároky.

• ·

01-2058-99-Če

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Tento příklad ilustruje izolaci PET z magnetického pásku.

Do patnáctilitrové vyhřívané nádoby opatřené míchadlem se za stálého míchání přidalo 7 500 g nasekaných PET magnetických pásků, 750 g pomocného filtračního prostředku (Perlíte 1200) a 60 000 g roztaveného methyl-p-toluátu (MPT). Reaktor se za stálého míchání ohřál na 200 °C a při této teplotě se udržoval až do úplného rozpuštění PET (2 hodiny). Použitým tlakem byl tlak přibližně 0,2 MPa.

Obsah reaktoru se filtroval za vysoké teploty. Filtrační koláč, tvořený magnetickými oxidy a pojivý z magnetického pásku a filtračními pomocnými prostředky, se propláchl dusíkem, čímž se získal další produkt.

Izolovaný PET představoval po korekci, při které byla vzata v úvahu kapalina zadržená na filtru, přibližně 90 %.

Izolovaný PET filtrát obsahoval méně než 100 ppm kovových příměsí. Izolovaný PET vykazoval poměr kyseliny tereftalové (TPA) ku glykolu přibližně 60:40, což je pro PET typické.

Příklad 2

Tento příklad ilustruje izolaci PET z PET/bavlněné směsové textilie, která vykazuje poměr PET ku bavlně 65:35.

g PET/bavlněné textilie (65 % PET, 35 % bavlny) se rozpustilo při 200 °C a za stálého míchání v otevřené kádince z • · • ·

01-2058-99-Če pyrexového skla ve 40 g roztaveného methyl-p-toluátu (MPT). Suspenze se filtrovala při teplotě 200 °C a z homogenního MPT/PET roztoku se izolovala bavlna. Rozpuštění PET se kvantifikovalo (100%), přičemž izolace bavlny byla 100%. Izolace rozpuštěného PET z filtrátu a z filtračního koláče představovala přibližně 90 %. Izolovaný PET byl prostý bavlny.

Příklad 3

Tento příklad ilustruje izolaci PET z PET/bavlněné směsové textilie, která vykazuje poměr PET ku bavlně 60:40.

g PET/bavlněné textilie (60 % PET, 40 % bavlny) se rozpustilo při 200 °C a za stálého míchání v otevřené kádince z pyrexového skla ve 40 g roztaveného dimethyltereftalátu (DMT). Suspenze se filtrovala při teplotě 200 °C a z homogenního DMT/PET roztoku se izolovala bavlna. Rozpuštění PET se kvantifikovalo (100%), přičemž izolace bavlny byla 100%. Izolace rozpuštěného PET z filtrátu a z filtračního koláče představovala přibližně 90 %. Izolovaný PET byl prostý bavlny.

Příklad 4

Tento příklad ilustruje izolaci PET z horkého roztoku PET v DMT a depolymeraci PET, která regeneruje dimethyltereftalát (DMT) a ethylenglykol.

Roztok 200 g PET a 200 g DMT (jako rozpouštědlo) se při 290 °C a 0,55 MPa vystavil v reakční jednotce, popsané v evropském patentu 0 484 963, methanolýze. Přítok methanolu do reaktoru byl 200 cm³/hod a methanolýza se prováděla 4 hodiny.

• ·

01-2058-99-Če ..............

Analýza proudu opouštějícího reaktor ukázala 90% konverzi na

DMT, 89% konverzi na ethylenglykol a 8% konverzi na smísený glykolmethylester kyseliny tereftalové, vztaženo k rozpuštěnému polyesteru.

• · · ·

Claims

01-2058-99-Če

10 PATENT OVÉ N Á R OKY i 1. Způsob izolace polyesteru z kontaminovaného polyesterového odpadu obsahuj ícího polyesterové a nepolyesterové složky, v y z n a č e n ý tím, že

zahrnuj e:

(a) uvedení kontaminovaného polyesterového odpadu do kontaktu s rozpouštědlem zvoleným ze skupiny sestávající z roztaveného dimethyltereftalátu (DMT), methyl-p-toluátu (MPT) a dimethylisoftalátu (DMI);

(b) zahřívání kontaminovaného polyesterového odpadu a rozpouštědla na teplotu 160 až 250 °C za účelem rozpuštění polyesteru a vytvoření roztoku polyesteru v rozpouštědle;

(c) odfiltrování nerozpuštěných nepolyesterových složek z roztoku rozpuštěného polyesteru při teplotě 160 až 250 °C; a (d) oddělení rozpuštěného polyesteru od roztoku.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že polyesterem je polyethylentereftalát.
3. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že kontaminovaný polyesterový odpad obsahuje polyester smísený s bavlnou nebo dalšími vlákny ve formě textilie nebo vláken, polyesterová magnetická média, potahované polyesterové filmy a průmyslové pryskyřice.

• ·

01-2058-99-Če
4 Způsob podle nároku 3, vyznačený tím, že směs polyesteru a bavlny obsahuje 90 až 10 % hmotn. polyesteru a 10 až 90 % hmotn. bavlněných vláken.
5. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že se kontaminovaný polyesterový odpad a rozpouštědlo ohřejí na teplotu 180 až 200 °C, při které se udržují 60 až 120 minut, až do úplného rozpuštění polyesteru v rozpouštědle.
6 Způsob podle nároku 1, vyznačený se polyester izoluje z roztoku krystalizaci zpracovává polymerací v pevném stavu, která molekulovou hmotnost.

tím, že a následně zvýší jeho
7. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že zahrnuje uvedení kontaminovaného polyesterového odpadu do kontaktu s rozpouštědlem v přítomnosti pomocného filtračního prostředku.
8. Způsob izolace dimethyltereftalátu a alkylenglykolu z kontaminovaného polyesterového odpadu obsahujícího polyesterové a nepolyesterové složky, vyznačený tím, že zahrnuj e:

(a) uvedení kontaminovaného polyesterového odpadu do kontaktu s rozpouštědlem zvoleným ze skupiny • ·

01-2058-99-Če sestávající z roztaveného dimethyltereftalátu (DMT), methyl-p-toluátu (MPT) a dimethylisoftalátu (DMI);

(b) zahřívání kontaminovaného polyesterového odpadu a rozpouštědla na teplotu 160 až 250 °C za účelem rozpuštění polyesteru a vytvoření roztoku polyesteru v rozpouštědle;

(c) odfiltrování nerozpuštěných, nepolyesterových složek z roztoku rozpuštěného polyesteru při teplotě 160 až 250 ^eC;

(d) depolymeraci rozpuštěného polyesteru methanolýzou; a (e) izolaci dimethyltereftalátu a alkylenglykolu.
9. Způsob podle nároku 8, vyznačený tím, že se izolovaný dimethyltereftalát následně hydrolyzuje za vzniku kyseliny tereftalové (TPA).
10. Způsob podle nároku 8, vyznačený tím, že polyesterem je polyethylentereftalát.
11. Způsob podle nároku 8, vyznačený tím, že kontaminovaný polyesterový odpad obsahuje směs 90 až 10 % hmotn. polyesteru a 10 až 90 % hmotn. bavlněných vláken.
12. Polyethylentereftalát připravený z dimethyltereftalátu a ethylenglykolu izolovaných způsobem podle nároku 8.