DE10130767C2 - Chemische Methode zur Entfernung eines Lackfilms auf einem Plastikharz unter Verwendung von Isopropylalkohol und Phenoxyethanol und Alkali - Google Patents

Chemische Methode zur Entfernung eines Lackfilms auf einem Plastikharz unter Verwendung von Isopropylalkohol und Phenoxyethanol und Alkali

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Methode zur Entfernung hitzehärtbarer Lackfilme unter Verwendung von Isopropylalkohol, insbesondere eine Methode zur Entfernung von hitzehärtbaren Lackfilmen, welche die Schritte umfasst: Hinzufügung eines Plastikharzes, das mit hitzehärtbarem Lackfilm beschichtet ist, in einen Reaktor, der eine gemischte Lösung von Isopropylalkohol, Phenoxyethanol und Alkali enthält, bei einer vorbestimmten Temperatur; Reaktion der Mischung fit eine kurze Zeit; und dann Entfernung des abgetrennten Lackfilmes. Diese Erfindung stellt eine exzellente Methode zur Entfernung von hitzehärtbarem Lackfilm zur Verfügung, vermeidet Alterung in der Hitze, wodurch es aufgrund der weit geringeren Reaktionstemperatur mit einem Lösungsmittel, verglichen mit der bei einer konventionellen Methode, selbst nach der Entfernung des Filmes ermöglicht wird, die inhärenten physikalischen Eigenschaften durchweg beizubehalten und die Sicherheit zu gewährleisten, vermeidet eine Verschlechterung der physikalschen Eigenschaften, die durch verbleibende Verunreinigungen verursacht wird, stellt einen mit geringen Kosten verbundenen Prozess mit einem vereinfachten Herstellungsverfahren zur Verfügung und ermöglicht das effiziente Recycling einer großen Menge an Plastikharz-Abfall.
Hintergrund der Erfindung
Die Mehrzahl der Produkte, die als Teile in Automobilen, elektronischen Haushaltsgeräten, täglichen Gütern usw. benutzt werden, sind auf der Oberfläche mit einem Film beschichtet. Insbesondere ist der Lacktyp, der weithin zur Plastikbeschichtung verwendet wird, hitzehärtbarer Lack, weil er eine exzellente Haftung auf einer gegebenen Plastikharzoberfläche bieten kann. Daher wird es zu einer Voraussetzung, dass dieser Farbfilm entfernt wird, damit ein gegebenes hitzehärtbares Plastikharz als Basismaterial recycliert werden kann, weil ein einfacher Schmelzprozess nicht ausreichen wird, um das Plastikharz wieder zu verwenden.
Aus diesem Grund sind viele Forschungen im Gange, deren Schlüssel eine effiziente Technologie für die Filmentfernung ist. Die Technologie der Filmentfernung wird in zwei Gruppen aufgeteilt, d. h., physikalische Methoden und chemische Methoden. Physikalische Methoden sind diejenigen, bei denen physikalische Kraft aufgewandt wird, um den Lackfilm zu entfernen, wie das Kratzen mit Sandpapier. Diese Methoden sind jedoch ineffizient und unökonomisch. Die Forschung zur Entfernung von Lackfilmen mittels chemischer Methoden ist aufgrund der theoretischen Gültigkeit weiter verbreitet. Einige wichtige Beispiele davon sind im folgenden angegeben.
Eine Methode der Verwendung einer entfernenden Lösung, die Chlor als Hauptkomponente enthält (Japanische Patentpublikation Nr. 51-34238), eine Methode der Verwendung einer entfernenden Lösung, die organisches Material als Hauptkomponente enthält (Japanische Patentpublikation Nr. 50-109925) und eine Methode der Verwendung einer entfernenden Lösung, die anorganisches Material als Hauptkomponente enthält (Japanische Patentpublikation Nr. 50-109925), wurden offenbart. Diese Methoden zeigten sich jedoch als nicht praktikabel, weil die Entfernung des Lackfilmes nicht immer vollständig war, sondern stattdessen ziemlich von der Art und der Dicke des Lackfilmes abhing. Ebenso weisen eine Methode für die Recyclierung von Plastikharz durch Zerkleinerung von Abfall aus Automobilstoßdämpferabdeckungen auf eine Größe von 4-5 mm, deren Eintauchen in eine gemischte Lösung von Glykolverbindungen, Lithiumhydroxid und Wasser bei 140-160°C während 15-20 Minuten, Entfernung des Wassers in einer Zentrifuge, und dann Mischen in der Schmelze (Koreanische Patentpublikation Nr. 96-37238) und eine Methode für die Entfernung von hitzehärtbarem Lack mittels Depolymerisation durch das Zerkleinern von Abfall von Automobilstoßdämpferabdeckungen auf eine Größe von 4-5 mm, deren Eintauchen in ein Glykol, ausgewählt aus Ethylenglykol, Diethylenglykol-1,2-Propanol, 1,3-Propandiol und Dipropylenglykol in der Gegenwart eines anorganischen Acetat- oder Alkalikatalysators bei 120-­ 165°C für 2-30 Minuten einen schlechten entfernenden Effekt auf. Daher kann das recyclierte Harz nur für einen begrenzten Zweck verwendet werden. Das größte Problem dieser Methoden ist, dass die Behandlungstemperatur weit höher ist als die Schmelztemperatur von Verbundstoffen aus Polypropylen. Diese hohe Temperatur fördert nicht nur die thermische Alterung des Harzes an sich, sondern erhöht auch den Energieverbrauch für das Erhitzen sowie Sicherheitsprobleme. Diese Methoden sind daher sehr unpraktisch.
Von diesen verschieden ist in der Japanischen Patentpublikation Nr. 5-200749 eine Methode für die Recyclierung von Polypropylenverbundmaterialien durch Pyrolyse des Lackfilmes unter Hinzufügung von einem oder mehreren Beschleunigern für die Entfernung des Lackfilms wie Lewissäuren, so wie beispielsweise Zinnchlorid, Alkalihydroxid, Erdalkalimetallhydroxid, Amin, Metallphosphat oder Diethanolamin offenbart. Diese Methode weist jedoch das Problem auf, dass der Beschleuniger für die Entfernung des Lackfilms im Plastikharz verbleibt, wodurch die Qualität des recyclierten Harzes herabgesetzt wird. Eine Methode der Recyclierung von lackierten Plastikprodukten durch Zerkleinern und Mischen in einem Schmelzer, der 10 Gew.-% an organischem oder anorganischem Beschleuniger für die Entfernung von Lackfilmen enthält, einschließlich 0.001-3 Gew.-% Wismut, Blei oder Zinn und 0.5-50 Gew.-% Wasser bei 200-­ 320°C für 0.5-5 Minuten (Japanische Patentpublikation Nr. 6-198652) hat die Probleme eines geringen entfernenden Effektes und von im recyclierten Harz verbleibenden Wismut-, Blei- und Zinnkomponenten. Eine Methode für den Erhalt von recycliertem Plastik durch Zerkleinern von beschichtetem Plastikprodukt auf eine einheitliche Größe, Eintragen in einen Schneckenextruder und Mischen in der Schmelze mit Wasser, alkalischer Wasserlösung oder Alkohol, und dann Emittieren des Zersetzungsgases des Lackfilmes und von verdampftem Wasser (Japanische Patentpublikation Nr. 6-23748) weist das Problem der schlechten physikalischen Eigenschaften des recyclierten Harzes aufgrund der verbleibenden Alkalikomponente auf. Wenn zur Lösung dieses Problems weniger Alkali verwendet wird, erniedrigt sich der Effekt der Entfernung des Lackfilms.
Zahlreiche von den besagten Methoden verschiedene Methoden für das Recycling von Abfall aus Automobilplastikstoßdämpfern wurden eingeführt. Eine ökonomische Methode, die gute mechanische Eigenschaften für das recyclierte Plastikharz liefert, ist jedoch noch nicht eingeführt. D. h., dass eine Methode, die einen guten Entfernungseffekt, ein ökonomisches Behandlungsverhalten und konsistente physikalische Eigenschaften nach dem Recycling zur Verfügung stellt, welche nichttoxische und wirtschaftliche Lösungsmittel benutzt, noch nicht entwickelt wurde.
Zusammenfassung der Erfindung
Verschiedene Untersuchungen wurden durchgeführt, um die oben genannten Probleme zu überwinden und eine Entfernungsmethode für Lackfilme zu entwickeln, welche die physikalischen Eigenschaften des recyclierten Harzes erhalten kann und sowohl ökonomisch und umweltfreundlich ist. Als Ergebnis haben die Erfinder bewiesen, dass es möglich ist, den Lackfilm effizient, unter Erhaltung der ursprünglichen physikalischen Eigenschaften des Plastikharzes, durch Hinzufügung von Isopropylalkohol, Phenoxyethanol und Alkali in einen Reaktor und Erhitzen unter Rühren auf eine bestimmte Temperatur, Hinzufügen des mit einem hitzehärtbaren Lackfilm beschichteten Plastikharzes in besagten Reaktor, und Durchführung der Reaktion für eine kurze Zeit, zu entfernen.
Demgemäss ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine fortgeschrittene Methode für die Entfernung von hitzehärtbarem Lackfilm von Plastikharzabfall bereitzustellen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Methode der Entfernung von Lackfilmen durch Erhitzen und Rühren von Plastikharzen, die mit hitzehärtbarem Lackfilm beschichtet sind, nach der Hinzufügung desselbigen in eine Mischung von alkoholischen Lösungsmittel und Alkali ist charakterisiert durch: Einfügung von Isopropylalkohol, Phenoxyalkohol und Alkali in einen Reaktor und Erhitzen unter Rühren auf 50-70°C; und Durchführung der Reaktion durch Hinzufügung von hitzehärtbarem Lackfilm unter Aufrechterhaltung von besagter Temperatur.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung detaillierter beschrieben. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Methode zur Entfernung von hitzehärtbarem Lackfilm mit überlegenem entfernenden Effekt und guten physikalischen Eigenschaften des zurückbleibenden Harzes. Unter Verwendung dieser Erfindung ist es möglich, eine große Menge an Plastikharz-Abfall einfach und ökonomisch zu recyclieren.
Eine genauere Beschreibung dieser Erfindung ist unten angegeben.
Zunächst wird nach Hinzufügung von Isopropylalkohol, Phenoxyalkohol und Alkali in einem Reaktor, dessen Temperatur eingestellt werden kann, die Reaktionsmischung unter gleichmässigem Rühren auf 50-70°C erhitzt. Wenn die Temperatur unter 50°C liegt, ist die Reaktion nicht voll aktiviert. Wenn sie andererseits 70°C übertrifft, entstehen Probleme hinsichtlich einer verringerten Sicherheit, unökonomischer Zuvielverwendung von Energie und exzessiver Verdampfung der Lösung. Besagter Isopropylalkohol und Phenoxyalkohol (Phenoxyethanol) werden im Bereich von 90-70 : 10-30 verwendet. Wenn Phenoxyethanol außerhalb dieses Bereiches im Überschuss zugemischt wird, kann es einen nachteiligen Effekt auf die physikalische Eigenschaft des Plastikharzes geben.
Für besagtes Alkali kann eine starke Base oder anorganisches Acetat verwendet werden. Es ist bevorzugt, 0.5 bis 3 Gew.-% von Substanzen, ausgewählt aus Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Kalziumacetat und Kaliumacetat, zu 100 Gew.-% von besagtem alkoholischem Lösungsmittel zu geben. Wenn die hinzugefügte Menge weniger als 0.5 Gew.-% beträgt, ist die Reaktion nicht voll aktiviert; und es ist nicht notwendig, mehr als 3 Gew.-% hinzuzufügen.
Dann, nachdem das mit dem hitzehärtbaren Lackfilm beschichtete Plastikharz auf eine vernünftige Größe geschnitten wurde, wird es in den besagten Reaktor gegeben und die Reaktion bei der gleichen Temperatur durchgeführt.
Die Reaktionszeit sollte so kurz wie möglich sein, d. h. 1-5 Minuten, um die Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften aufgrund des chemischen Abbaues zu minimieren. Wenn die Reaktionszeit kürzer als 1 Minute ist, kann die Entfernungsreaktion unvollständig sein; wogegen, wenn sie länger als 5 Minuten ist, sich die physikalischen Eigenschaften des Harzes verschlechtern können.
Die Methode der Entfernung von Film gemäß der vorliegenden Erfindung wird hauptsächlich für das Recycling von Plastikharzprodukten von Automobilteilen verwendet. Diese umfassen die drei Teile Substrat, Grundierung und Lackfilm. Die Grundierung wird als Schicht mit einer Dicke von 5-30 µm aufgetragen, um die Beschichtungsfähigkeit des Lackes zu verbessern. Auf der Grundierung ist der hitzehärtbare Lackfilm mit einer Dicke von ca. 30 µm aufgetragen. Das Substrat ist Polypropylen (PP), Polyamid (PA) oder modifiziertes Polyphenylenoxid (MPPO). Die Grundierung, deren Hauptkomponente chloriertes Polyethylen (CPE) ist, ist auf dieses Substrat, ausgenommen MPPO, aufgetragen. Der hitzehärtbare Lackfilm (einschließlich einer klaren Beschichtung) ist ein hitzehärtbares Polymer mit einer 3-dimensionalen Netzstruktur. Gegenwärtig wird häufig Polyurethan-Ester-Acryl-Copolymer für den hitzehärtbaren Lackfilm verwendet. Jedoch kann entsprechend der Farbe der Beschichtung einer mit einer unterschiedlichen Zusammensetzung oder Struktur verwendet werden.
In der besagten Reaktion depolymerisieren im Lackfilm unter Rissbildung Polyurethan und Ester. D. h., es entsteht ein Riss zwischen Lackfilm und CPE-Grundierungsschicht aufgrund der chemischen Depolymerisation des Polyurethans in der hitzehärtbaren Lackfilmkomponente durch Alkoxygruppen, die durch die Reaktion von Alkohol (schwacher Säure) mit starker Base oder anorganischem Acetat erzeugt werden, wie es in Formel (1) ausgedrückt ist. Die Depolymerisation breitet sich entlang dieses Risses aus.
ROH + K+ + OH- → H2O + K+ + RO-
Ausgehend von diesem Riss wird dieser Lackfilm physikalisch getrennt. Dies liegt daran, dass CPE-Grundierung physikalisch mit dem Lackfilm verbunden ist. Das bedeutet, dass der Alkohol, der in den Riss eindringt, zwischen dem Lackfilm und der CPE-Grundierung eintritt und physikalisch den Lackfilm abtrennt, der eine schwächere Bindungsaffinität hat. Daher kann der Lackfilm leicht ohne Zersetzung entfernt werden. Wenn die Oberfläche des Lackfilms mit Sandpapier gerieben oder mit anderen Apparaturen vor der Reaktion gekratzt wird, kann die Entfernung des Lackfilms erleichtert werden. Ebenso kann die Entfernung leichter geschehen, wenn die Reaktion unter Einwirkung von Ultraschallstrahlung durchgeführt wird, indem am Reaktor ein Ultraschallgenerator befestigt wird.
Schließlich wird nach beendeter Reaktion, nachdem der Lackfilm und die Lösung entfernt wurden, das Harz mit Wasser gewaschen, getrocknet, und dann in der Schmelze in Granulatform extrudiert. Obwohl dieses recyclierte Harz die CPE-Komponente umfasst, hat es keinen großen Effekt auf die physikalische Eigenschaft. Die Abfalllösung, die in der Reaktion verwendet wurde, kann durch Abfiltrieren des schwebenden Lackfilmes und Destillation bei seiner Siedetemperatur wiederverwendet werden. Die bei dieser Reaktion verdampfende Alkoholkomponente kann unter Verwendung eines Rückflussrohres gesammelt werden.
Daher kann die Methode zur Entfernung von hitzehärtbarem Lackfilm gemäß der vorliegenden Erfindung weithin für Produkte verwendet werden, die mit einem hitzehärtbarem Polymer beschichtet sind, wie Abdeckungen von Kraftfahrzeugstoßdämpfern und Radkappen.
Im folgenden wird anhand von Beispielen eine detailliertere Beschreibung der vorliegenden Erfindung gegeben. Jedoch sollten diese nicht als den Umfang der Erfindung beschränkend aufgefasst werden.
Beispiel 1 Entfernung des Lackfilms auf einer MPPO-Radkappe
Nach Mischung von 90 g Isopropylalkohol (im folgenden als IPA bezeichnet), 10 g Phenoxyethanol und 0.5 g Kaliumhydroxid in einem Reaktor, an dem ein Ultraschallgenerator befestigt ist, wurde die Mischung auf 60°C erwärmt. Nach dem Eintauchen der MPPO- Radkappen-Probe wurde die Reaktion für 5 Minuten durchgeführt.
Für das erhaltene Harz wurden physikalische Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Elastizität, Biegefestigkeit, Biegeelastizität and Kerbschlagzähigkeit (Izod) bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Beispiel 2 Entfernung des Lackfilms auf einer PA-Radkappe
Dieselbe Prozedur wie in Beispiel 1 wurde mit einer PA-Radkappe durchgeführt. Der Lackfilm wurde 5 Minuten später durch leichtes Kratzen entfernt. Die Testergebnisse hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Beispiel 3 Entfernung des Lackfilms auf einem PP-Stoßdämpfer
Dieselbe Prozedur wie in Beispiel 1 wurde für eine PP-Stoßdämpferabdeckung durchgeführt. Der Lackfilm wurde 5 Minuten später durch leichtes Kratzen entfernt. Die Testergebnisse hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Vergleichsbeispiel 1 Reines MPPO-Harz
Die Testergebnisse hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften von reinem MPPO sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Vergleichsbeispiel 2 Reines PA-Harz
Die Testergebnisse hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften von reinem PA sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1
Wie in Tabelle 1 gezeigt, behielten die Proben der Beispiele 1 bis 3 der vorliegenden Erfindung über 80% der physikalischen Eigenschaften gegenüber dem reinem Material. Wenn beim Recycling ein bestimmter Anteil an reinem Harz hinzugefügt wird, kann eine gewünschte physikalische Eigenschaft erhalten werden.
Wie es oben genau erklärt wurde, liefert die Methode der Entfernung von hitzehärtbarem Lackfilm gemäß der vorliegenden Erfindung recycliertes Plastikharz mit weit überlegener Effizienz der Entfernung und guten physikalischen Eigenschaften durch Hinzufügung von Plastikharz, das mit hitzehärtbarem Lackfilm beschichtet ist, in einen Reaktor, der eine gemischte Lösung von Isopropylalkohol, Phenoxyethanol und Alkali bei einer niedrigen Temperatur enthält, und Durchführung der Reaktion für 5 Minuten. Diese Methode ermöglicht ein billiges, einfaches und eine hohe Wertschöpfung aufweisendes Recyclierungsverfahren, das sicher und umweltfreundlich ist. Es kann daher effizient für die Recyclierung von Plastikproduktabfall benutzt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Entfernung von hitzehärtbarem Lackfilm durch Hinzufügung von Plastikharz, das mit hitzehärtbarem Lackfilm beschichtet ist, in eine gemischte Lösung aus einem alkoholischen Lösungsmittel und Alkali, und Erhitzen dieser gemischten Lösung unter Umrühren, wobei dieses Verfahren umfasst:
  • a) Hinzufügung von Isopropylalkohol, Phenoxyethanol und Alkali in einen Reaktor und Erhitzen dieser Mischung unter Rühren auf 50-70°C; und
  • b) Hinzufügung von Plastikharz, das mit hitzehärtbarem Lackfilm beschichtet ist, und Durchführung der Reaktion unter Aufrechterhaltung dieser Temperatur.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion für 1 bis 5 Minuten durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Isopropylalkohol und Phenoxyethanol in einem Mischungsverhältnis von 70-90 : 30-10 hinzugefügt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Alkali in einer Menge im Bereich von 0.5-3 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% des alkoholischen Lösungsmittels, hinzugefügt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Alkali ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Calciumacetat und Kaliumacetat.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Reaktor ein Ultraschallgenerator befestigt ist.
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