-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, das zur Rückgewinnung
von Kunststoffen aus daraus bestehenden lösungsmittelhaltigen Gemischen
geeignet ist.
-
Kunststoffe
werden umfangreich für
die Herstellung von einer Vielzahl an elastischen oder starren Gegenständen verwendet,
zum Beispiel Zeltplanen, beschichteten Geweben und anderen Komponenten
zur Innenausstattung von Fahrzeugen, Leitungen, Fensterrahmen oder
isolierten Stromkabeln, Kunststoffdacheindeckungen, Kunststoffbodenbelägen, Sichtverpackungen,
kunststoffbeschichteten Tapeten und dergleichen.
-
Unabhängig von
der Beschaffenheit des Gegenstandes, steht man häufig der Aufgabe gegenüber, Polymere
aus Gemischen, z. B. Lösungen,
in denen sie vorliegen, zu extrahieren. Polymerlösungen können beispielsweise am Ende
von bestimmten Polymerisationsprozeßen ("in Lösung") und/oder während der
Reinigung bestimmter Betriebseinrichtungen, die während ihrer
Herstellung eingesetzt wurden, vorhanden sein.
-
Darüber hinaus
können
gemischte Ströme, die
ein Polymer oder Polymere enthalten, während der Wiederaufbereitung
der Polymere gebildet werden. In diesem Zusammenhang kann das sorgfältige Vermahlen
von diesen Gegenständen
ein Gemisch an feinen Teilchen mit heterogener Zusammensetzung liefern,
welches schwierig zu reinigen und wiederzuverwenden sein kann. Des
weiteren bilden im Falle von faserverstärkten Gegenständen (wie
beispielsweise mit Polyesterfasern verstärkte Gegenstände) oftmals
eine Art von Watte, welche die Wiederverwendung von den gemahlenen
Teilchen schwierig macht.
-
Die
internationalen Patentanmeldungen
WO 01/23463 und
WO 01/70865 und die französischen Patentschriften/Patentanmeldungen
FR 2776663 ,
FR 2833267 ,
FR 03.08690 und
FR 03.08691 auf den Namen SOLVAY beziehen
sich auf ein Verfahren zur Wiederaufbereitung von einem Kunststoff
(PVC) und/oder der Rückgewinnung
von einem Kunststoff aus einer Lösung
von diesem Kunststoff in einem Lösungsmittel
(MEK). Diese Patente werden durch Verweis in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke
einbezogen.
-
Die
in diesen Dokumenten offenbarten Verfahren beinhalten die Ausfällung von
dem Polymer aus einer Lösung
durch Zusatz von einem oder mehreren Nichtlösungsmitteln (z. B. Wasser)
in die Dampfphase (zur Förderung
der Verdampfung von dem Lösungsmittel)
und/oder in die flüssige
Phase (zur Förderung
der Ausfällung
von dem Polymer) und durch Abtrennen von dem Lösungsmittel entweder durch
Versprühen
(wie in
FR 2833267 )
oder durch azeotrope Destillation (wie in den anderen angeführten Anwendungen).
-
Ein
typisches azeotropes Destillationsverfahren läuft folgendermaßen ab:
Ein Nichtlösungsmittel
wird schrittweise zu einer polymerhaltigen Lösung hinzugefügt. Sobald
das Lösungsmittel
ausreichend Nichtlösungsmittel
(z. B. kondensierten Dampf oder zusätzliches Wasser) absorbiert
hat, wird das Harz zusammen mit den Füllstoffen, Stabilisierungsmitteln
und Pigmenten ausfallen, die noch immer in dem Großteil der
organischen Phase dispergierten Weichmacher und andere Flüssigkeiten,
z. B. flüssige
Stabilisatoren, können
entweder zusammen mit dem Harz ausgefällt werden oder verbleiben
noch in Lösung
in der organischen Phase. Wenn eine zunehmende Menge an Nichtlösungsmittel
hinzugefügt wird,
geht das System von einem einphasigen Medium, das aus einer Phase
besteht, die reich an dem Lösungsmittel
ist, welches das Polymer enthält,
und geringe Mengen an Nichtlösungsmittel,
in ein zweiphasiges Medium über.
Dieses anfänglich
zweiphasige Medium besteht aus, auf der einen Seite, einer hauptsächlich lösungsmittelreichen
Phase, welche das Polymer enthält
und, auf der anderen Seite, einer geringfügigen Nichtlösungsmittelphase
aus Tropfen, reich an Nichtlösungsmitteln,
die in der Lösungsmittelphase
dispergiert sind. Dann, nach Zugabe von einer vorgegebenen Menge
an Nichtlösungsmittel
(z. B. Brüden/Wasserdampf
und/oder Flüssigkeit),
tritt eine Inversion von den zwei Phasen auf, die auf dem Phasendiagramm
von Lösungsmittel
und Nichtlösungsmittel
basiert. In diesem Zusammenhang wird die Hauptphase zu der Phase,
die reich an Wasser ist, wobei die dispergierte Phase der Tropfen
von der lösungsmittelreichen
Phase das bereits ausgefällte Polymer
enthält.
Während
eines derartigen Prozeßes ermöglicht die
Dampfinjektion, das Lösungsmittel
im wesentlichen durch azeotrope Destillation zu entfernen.
-
Das
zurückgewonnene
Lösungsmittel
kann, nach dem Absetzen, aus einer Lösungsmittelphase gebildet sein,
die mit Nichtlösungsmittel
gesättigt
ist, und aus einer Nichtlösungsmittelphase,
die mit Lösungsmittel
gesättigt
ist. In solchen Fallen weist keine Phase die Fähigkeit auf, das Polymer aufzulösen (z. B.
in dem Falle von MEK). Deshalb muß der Gehalt an Nichtlösungsmittel
in der Lösungsmittelphase
erniedrigt werden, um seine nachfolgende Wiederverwendung zu ermöglichen.
-
Eine
Lösung,
die durch den Begünstigten von
dieser Anwendung in der Patentanmeldung
WO 01/70865 vorgeschlagen wurde,
betrifft die Verwendung von Hexan als ein "Phasentrennmittel" ("PTM"), welches das Absetzen
von der Flüssigkeit,
die eine Zusammensetzung aufweist, die nahe an der von dem Azeotrop
liegt, in eine wäßrige Phase
und eine Phase bewirkt, die im wesentlichen aus dem Lösungsmittel
besteht. Der Zusatz von Hexan zu dem Lösungsmittel:Nichtlösungsmittelgemisch
gestattet nicht nur ein leichteres Absetzen derartiger Gemische,
die eine Zusammensetzung nahe der von dem Azeotrop aufweisen, sondern
auch eine Steigerung in der Lösungsfähigkeit
von der Phase, die reich an Lösungsmittel
ist, bezüglich
des betreffenden Kunststoffs. Das Verfahren wird folglich flexibler,
weniger energieintensiv und weniger kostspielig. Derartige Verfahren
sind imstande eine einfache, ökonomische,
verläßliche,
relativ umweltverträgliche
Lösung anzubieten,
welche ebenfalls ermöglicht,
Kunststoffe von hoher Reinheit zurückzugewinnen.
-
Während solche
Verfahren in der Zurückgewinnung
des Lösungsmittels
wirksam sein können, ist
entdeckt worden, daß derartige
Verfahren ebenfalls unerwünscht
die Menge an Kunststoff limitieren können, die in den Lösungsmitteln,
welche diese Reagentien enthalten, wirksam behandelt werden kann. Es
ist nämlich
so, daß das
PTM ein Zusammenkleben der Polymerteilchen während der Ausfällung verursacht,
wenn die behandelte Lösung
zu konzentriert ist. Demzufolge ist die Menge an Kunststoff, die
in einem Wiederaufbereitungsprozeß zurückgewonnen werden kann, eingeschränkt, was
unerwünscht
ist, weil niedrigere Polymerkonzentrationen in dem Lösungsmittel
einen höheren
Energiebedarf pro Menge an Polymer bedeuten.
-
Eine
Verbesserung ist kürzlich
von dem Begünstigten
entwickelt worden, was eine Erhöhung der
Polymerkonzentration in dem Lösungsmittel
erlaubt, womit die Menge an Energie sich reduziert, die benötigt wird,
das Lösungsmittel
zu entfernen. Dieses Verfahren ist in der vorausgehenden Solvay
Patentanmeldung (
FR 03.08691 ,
veröffentlicht
als
FR 2857670 ) beschrieben
worden. In dieser Entwicklung wird das kondensierte Lösungsmittel
einer Dekantierung in der Gegenwart von PTM unterworfen, wobei die
obere Phase, die organische Phase, welche das Lösungsmittel enthält, das
PTM und etwas Nichtlösungsmittel
dann der Destillation unterworfen werden, um das PTM vor der Wiederverwendung
von dem Lösungsmittel
in dem Auflösungsvorgang
zu entfernen.
-
Weil
jedoch während
der Auflösung
kein PTM vorhanden ist, können
solche Verfahren ebenfalls unerwünscht
die Kunststoffmenge einschränken,
die wirkungsvoll in Lösungsmitteln
behandelt werden kann, welche diese Reagenzien enthalten. Folglich
ist die Kunststoffmenge, die in einem Wiederaufbereitungsprozeß zurückgewonnen
werden kann, immer noch unerwünscht
eingeschränkt.
-
In
dem oben erwähnten
Fall ist ebenfalls beschrieben, daß das PTM zwischen dem Schritt
Auflösung – Entfernen
der unlöslichen
Anteile und der Ausfällung
entfernt werden kann. Dieses Entfernen kann durch Destillation erreicht
werden, obgleich es die Morphologie von den Teilchen beeinflussen
wird.
-
Die
vorliegende Erfindung basiert auf der Beobachtung, daß das Entfernen
von dem PTM nach dem Schritt Auflösung – Entfernen der unlöslichen Anteile
und vor oder während
der Ausfällung
von dem Polymer angewendet werden kann, durch Strippung von dem
PTM aus der Lösung
unter Verwendung von einem zweckmäßigen Strippmittel. Der Schlüssel scheint
zu sein, daß das
Phasentrennungsmittel während
der Auflösung
von dem Polymer anwesend sein sollte, aber tatsächlich vor der vollständigen Ausfällung von
dem Polymer in festen Teilchen entfernt werden sollte. Um eine beträchtliche
Ausfällung
während
der Strippung zu vermeiden, sollte das Stripp ausreichend Lösungsmittel
enthalten, um das verdampfte zu ersetzen und die Polymerkonzentration
praktisch unbeeinflußt
zu lassen (eine geringe Ausfällung
geschieht normalerweise sowieso, da das PTM entfernt wird; dies
wird später
noch ausführlicher
erklärt
werden).
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird ein Strippmittel verwendet, das mindestens
teilweise während
der Lösungsmittelabtrennung
von demselben oder von einem ähnlichen
Verfahren erzeugt wird. Dadurch erzielt man den Nutzen aus einer
bereits vorhandenen Zusammensetzung in dem Verfahren oder in einem ähnlichen/gleichzeitig
ablaufenden derart, daß wiederum
Einsparungen erhalten werden können.
-
Dementsprechend
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Lösungsmittelbehandlung von
einem Kunststoff, das umfaßt:
- (a) Auflösung
von dem Kunststoff, wobei man ihn mit einem Lösungsmittel und mit mindestens
einem mit dem Lösungsmittel
verträglichen
und die Auflösung
des Kunststoffs durch das Lösungsmittel
förderlichen
Phasentrennmittel (PTM) in Berührung
bringt,
- (b) Ausfällen
von dem Kunststoff, wobei man die Lösung mit mindestens einem Nichtlösungsmittel derart
in Berührung
bringt, daß ein
die ausgefällten
Kunststoffteilchen enthaltendes Lösungsmittel/Nichtlösungsmittel-Gemisch
erhalten wird; und
- (c) weitgehendes Befreien des Gemisches von dem Lösungsmittel
und Gewinnen von festen Kunststoffteilchen,
wobei nach
Schritt (a) aber vor Schritt (c) eine Strippung (d) erfolgt, bei
der das Phasentrennmittel (PTM) mindestens zu einem wesentlichen
Teil aus der Lösung
oder dem Gemisch entfernt wird, wobei die Strippung (d) unter Verwendung
eines Strippmittels erfolgt, das ausreichend Lösungsmittel enthält, um das
verdampfte zu ersetzen und die Polymerkonzentration der Lösung oder
des Gemischs praktisch unbeeinflußt zu lassen.
-
Der
betreffende Kunststoff kann von jedem Typ sein. Es kann ein nicht-polarer Kunststoff
sein, wie beispielsweise ein Polymer aus Ethylen (PE), Propylen
(PP), Styrol (PS), Carbonat (PC).... Es kann ebenfalls ein polarer
Kunststoff sein, wie beispielsweise ein Polymer aus Vinylchlorid
(PVC) oder aus Vinylidenchlorid (PVDC) oder PVDF. Die Bezeichnung
PVC sollte so verstanden werden, daß sie jedes Homo- oder Copolymer
bedeutet, das zu mindestens 50 Gew.-% aus Vinylchlorid besteht oder
sogar Mischungen aus jenen Materialien enthält wie beispielsweise PVC,
ABS...
-
Der
Kunststoff kann aus irgendeiner Form erhalten werden, die auf dem
Fachgebiet bekannt ist. Zum Beispiel kann der Kunststoff aus dem
Abfall von einem Polymerisationsverfahren, von der Compoundierung
oder von der Verwendung von dem Kunststoff stammen, wahlweise in
einer Flüssigkeit
oder in einem pastenförmigen
Zustand, oder wahlweise sogar in Lösung in einem Lösungsmittel.
Es können ebenfalls
massive Gegenstände
sein, die ein oder mehrere gebräuchliche
Additive enthalten, wie beispielsweise Weichmacher, Stabilisierungsmittel,
Antioxidationsmittel, flammhemmende Mittel, Pigmente, Füllstoffe
und dergleichen, einschließlich
verstärkender
Fasern. Diese Fasern können
von jedem Typ sein, natürlich
oder synthetisch; es ist insbesondere möglich Glasfasern, Cellulosefasern
oder Kunststoffasern zu verwenden. Die Fasern sind häufig aus Kunststoff
und insbesondere aus Polyesterfasern.
-
Diese
Gegenstände
können
in der Form von elastischen oder starren Formteilen sein, z. B.
Leitungen, Behältern,
Folien zur Erdabdeckung, Zeltplanen, Fensterrahmen, Isolierschichten
von Stromkabeln und dergleichen. Die Gegenstände können durch irgendeine bekannte
Technik hergestellt worden sein: Extrudierverfahren, Beschichten,
Spritzgießen
usw. Es kann sich als von Interesse erweisen, diese Gegenstände durch
Reduzieren zu kleineren Fragmenten, die leicht zu handhaben sind,
zu zerkleinern und durch Auflösung
in dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Zweckmäßige Zerkleinerungsbearbeitungsverfahren
sind in der vorstehend erwähnten Patentanmeldung
EP 945481 beschrieben. Diese
vorangehende europäische
Patentschrift wird in die vorliegende Anmeldung mittels Verweis
in ihrer Gesamtheit für
alle Zwecke aufgenommen.
-
In
dem Rückgewinnungsverfahren
der Erfindung wurde der Kunststoff mit einem Lösungsmittel, das in der Lage
ist, ihn aufzulösen,
sowie einem Phasentrennmittel (PTM) in Berührung gebracht, bevor er der
Ausfällung
unterworfen wurde.
-
Natürlich bedeuten
die Bezeichnungen "Lösungsmittel", "Phasentrennmittel" und "Nichtlösungsmittel", welche anschließend hierin
definiert werden, entweder reine Substanzen oder Gemische von Substanzen.
-
In
diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß, falls der Gegenstand faserverstärkt ist,
das Lösungsmittel-Phasentrennmittel-Gemisch
nicht die Auflösung
der gesamten Komponenten, sondern nur von dem Kunststoff, der wiederverwertet
werden soll, bewirken muß.
Die Zurückgewinnung
von irgendwelchen vorhandenen Verstärkungsmaterialien oder "Zubehörteilen", wie beispielsweise
Metallinseln, Kennzeichnungen, metallischen Leitungen usw., welche
in den Kunststoff eingebaut oder daran befestigt wurden und die
nicht vor dem Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
davon entfernt worden waren, ist in einer früheren Solvay Patentanmeldung,
EP 945481 , beschrieben worden.
-
Es
kann jedes Lösungsmittel
verwendet werden, das zur Auflösung
von dem betroffenen Kunststoff geeignet ist. Das Lösungsmittel
wird vorzugsweise unter den Flüssigkeiten
ausgewählt,
die einen Löslichkeitsparameter
(für den
eine Definition und experimentelle Werte in "Properties of Polymers", D. W. Van Krevelen,
1990 Edition, Seiten 200–202
und ebenfalls in "Polymer
Handbook", J. Brandrup
und E. H. Immergut, Editoren, Zweite Auflage, S. IV-337 bis IV-359
angegeben sind) aufweisen, der in der Nähe von dem Löslichkeitsparameter
von dem aufzulösenden
Kunststoff liegt.
-
Das
Lösungsmittel
ist im allgemeinen ein organisches Lösungsmittel, vorzugsweise ein
polares organisches Lösungsmittel,
wie beispielsweise MEK (Methylethylketon), was gute Ergebnisse für eine große Anzahl
von Polymeren ergibt und, insbesondere, mit halogenierten Polymeren,
wie beispielsweise PVC. Andere geeignete Lösungsmittel sind: DEK, MIBK,
THF, Cyclohexanon, Cyclopentanon, welche mit vielen Polymeren gute
Ergebnisse ergeben und insbesondere für die Verwendung mit Kunststoffen wie
beispielsweise PVC, ABS, PVDF und Mischungen wie PVC/ABS, PC-ABS
... geeignet sind.
-
Im
Gegensatz dazu schließen
Nichtlösungsmittel
diejenigen Materialien ein, welche in der Auflösung wesentlicher Mengen von
dem gewünschten Kunststoff
nicht wirksam sind. Sie werden bevorzugt so ausgewählt, daß sie einen
Löslichkeitsparameter aufweisen,
der deutlich unterschiedlich zu demjenigen von dem aufzulösenden Kunststoff
ist. Mit "deutlich
unterschiedlich" ist
ein Unterschied von mehr als 6 Einheiten gemeint; im Gegensatz dazu
bedeutet "in der
Nähe von" einen Unterschied
von nicht mehr als 4 Einheiten, vorzugsweise nicht mehr als 1,8
Einheiten.
-
Spezifische
Beispiele von Nichtlösungsmitteln
schließen
anorganische Flüssigkeiten
wie Wasser ein (insbesondere geeignet im Falle von nicht-wasserlöslichen
Kunststoffen). Im Hinblick auf die umweltbedingten und ökonomischen
Bedenken, die im allgemeinen mit industriellen Verfahren verbunden
sind, wird Wasser bevorzugt. Darüber
hinaus kann Wasser bestimmte Vorteile bieten, z. B. kann es ein
azeotropes Gemisch mit bestimmten polaren Lösungsmitteln wie beispielsweise
MEK erzeugen, was es ermöglicht,
die Entfernung von dem Lösungsmittel durch
azeotrope Destillation zu fördern.
-
Die
Phasentrennmittel (PTM), die für
die Verwendung in der Erfindung geeignet sind, schließen diejenigen
Verbindungen ein, die das Absetzen von den Lösungsmittel-Nichtlösungsmittel-Gemischen von
dem Kunststoff begünstigen.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist dieses PTM darüber
hinaus mit dem Lösungsmittel
vertraglich und unverträglich
mit dem Nichtlösungsmittel und
es ist in der Lage, die Auflösung
von dem Kunststoff durch das Lösungsmittel
zu verbessern. Somit ist dieses Phasentrennmittel praktisch in der
Phase abwesend, die reich an Nichtlösungsmittel ist, welches von
dem Absetzverfahren stammt und kann ebenfalls die Herstellung von
einem Kunststoff begünstigen,
der im wesentlichen von diesem Reagens frei ist. Beispiele für geeignete
Reagentien sind n-Hexan, handelsübliches
Iso-Hexan ....
-
Dieses
PTM ist demzufolge eine Substanz, die in der Lage ist, die Fähigkeit
von dem Lösungsmittel,
das Polymer aufzulösen,
zu verbessern. Es ist am meisten bevorzugt eine Substanz, welche
auch mit dem Nichtlösungsmittel
nicht mischbar ist und es eigentlich abstößt (d. h. es daran hindert,
in die Lösungsmittelphase
einzudringen).
-
Es
sollte beachtet werden, daß das
Phasentrennmittel ebenfalls im Hinblick auf die Löslichkeitsparameter
beschrieben werden kann. Während zum
Beispiel der Löslichkeitsparameter
des Lösungsmittels
in der Nähe
von dem des Kunststoffs liegt, ist der Löslichkeitsparameter von dem
Phasentrennmittel:
- – niedriger als der Löslichkeitsparameter
von dem Kunststoff, falls der Löslichkeitsparameter
von dem Nichtlösungsmittel
höher als
der von dem Kunststoff ist
- – höher als
der Löslichkeitsparameter
von dem Kunststoff, falls der Löslichkeitsparameter
von dem Nichtlösungsmittel
niedriger als der von dem Kunststoff ist.
-
Die
Lösungen,
die durch das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren behandelt werden
können,
weisen eine derartige Polymerkonzentration auf, daß ihre Viskosität für das gesamte
Wiederaufbereitungsverfahren nicht nachteilig ist (z. B. kann das
Nichtlösungsmittel
schrittweise gemischt und/oder in der Lösung dispergiert werden, so
daß sowohl
die Interaktion als auch die Ausfällung stattfinden können). In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann im allgemeinen mit Polymerkonzentrationen gearbeitet werden,
die höher
oder gleich 100 g/l Lösungsmittel
sind, sogar bis zu 250 g/l und sogar 300 g/l. Der Polymergehalt
soll jedoch typischerweise nicht 500 g/l oder sogar 400 g/l übersteigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren
macht es nämlich
möglich
die Konzentration von dem Kunststoff in dem Lösungsmittel von 12% auf 25%,
30% oder sogar 40% (Masse von Kunststoff zu Lösungsmittel) zu steigern.
-
Der
Auflösungsprozeß findet
im allgemeinen bei einem Druck von mindestens Atmosphärendruck statt,
spezifischer bei mindestens 1,5 bar. Dieser Druck übersteigt
vorteilhafterweise nicht 10 bar, vorzugsweise 5 bar.
-
Die
Temperatur von dem Auflösungsverfahren
beträgt
im allgemeinen mindestens 75°C,
spezifischer 100°C;
sie übersteigt üblicherweise
nicht 125°C,
spezifischer 110°C.
-
Darüber hinaus
kann es sich als vorteilhaft erweisen in einer inerten Atmosphäre zu arbeiten, zum
Beispiel unter Stickstoff, um jegliches Risiko einer Explosion oder
von einem Zerfall des Lösungsmittels,
des Nichtlösungsmittels
und/oder des Phasentrennmittels zu vermeiden.
-
Es
ist erfindungsgemäß von äußerster
Wichtigkeit, daß ein
PTM während
der Auflösung
(a) vorhanden ist, weil dieses PTM ausgewählt wurde, um die Solubilisierung
von dem Polymer durch das Lösungsmittel
zu verbessern. Dies ermöglicht
die Bearbeitung von mehr Kunststoff und ebenfalls die Bearbeitung
von Kunststoffen, die möglicherweise
etwas Nichtlösungsmittel
enthalten (viele verfügbare
Quellen für
Kunststoffabfall enthalten Wasser, ein gut bekanntes Nichtlösungsmittel
von den meisten Kunststoffen).
-
Erfindungsgemäß wird der
Kunststoff zuerst durch Berührung
der Lösung
mit einem Nichtlösungsmittel
ausgefällt
und anschließend
wird das Lösungsmittel
im wesentlichen aus dem Medium entfernt (welches nicht länger eine
Lösung,
sondern ein Gemisch aus dem Lösungsmittel
und dem Nichtlösungsmittel
ist).
-
In
dem Verfahren von der Erfindung wird das Phasentrennmittel durch
Strippung entfernt, bevor der Schritt (c) der Entfernung des Lösungsmittels stattfindet,
d. h. vor der endgültigen
Rückgewinnung der
festen Kunststoffteilchen. Durch "Strippung" ist Entgasung (d. h. Verdampfung) unter
Verwendung eines Strippmittels gemeint, das einen Dampfstrom, Strippgas
genannt, umfaßt.
Beider Strippung wird das Strippgas eingesetzt, um die gasförmige Phase zu
entfernen, wobei diese Phase mindestens einen beträchtlichen
Anteil von dem PTM aus dem kunststoffhaltigen Gemisch enthält. Die
verdampfte Phase wird typischerweise ein Gemisch aus dem PTM mit dem
Lösungsmittel
und einer kleinen Menge von dem Nichtlösungsmittel aufweisen. Weil
während
dieses Schrittes das PTM allmählich
entfernt wird, wird schrittweise mehr Nichtlösungsmittel in die Lösungsphase
aufgenommen, so daß möglicherweise
etwas Kunststoff anfängt,
auszufallen.
-
Für den Fall,
daß nur
ein Gas als Strippmittel verwendet wird, wird dieses Strippgas,
sobald es in die polymerhaltige Lösung eingebracht wird, in der polymerhaltigen
Lösung
als eine "Austausch"-Komponente für das verdampfte
PTM/Lösungsmittel-Gemisch
kondensieren. In dem Fall, wo sowohl ein Gas und eine Flüssigkeit
als Strippmittel verwendet werden, sollten ihre ausgeglichenen Zusammensetzungen
derartig sein, daß wiederum
ein Austausch von dem verdampften Lösungsmittel stattfindet.
-
Bei
der Strippung kann das Strippmittel in den Prozeß aus einer außenliegenden
Quelle zugeführt
oder vorzugsweise kann mindestens ein Anteil von dem Strippmittel
von einem anderen Punkt in dem Verfahren zurückgeführt werden. Zum Beispiel kann
ein Strom aus der Lösungsmittelabtrennung
(c) ein Gemisch aus dem Lösungsmittel
und dem Nichtlösungsmittel
umfassen, z. B. unter azeotropen Bedingungen. Ein derartiger Strom
kann unmittelbar als ein Strippmittel wiederverwendet werden.
-
Der
Rücklaufstrom
kann ebenfalls behandelt werden, falls er beispielsweise in einem
Chargenverfahren vorhanden ist, wo die Wiederverwendung in seiner
Gasform sich als zu schwierig erweisen könnte. Unter solchen Umständen kann
der rückgeführte Strom
vor seiner Verwendung als ein Strippungsmedium behandelt, z. B.
kondensiert, werden und anschließend unter Verwendung eines
Verdampfers oder Anwendung von Dampf verdampft werden. Wahlweise
kann er in Kombination mit einem Dampfstrom als solche angewendet
werden.
-
Am
meisten wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, daß bei der
Strippung (c) ein Strippmittel verwendet wird, das während Schritt
(c) von demselben oder einem ähnlichen
Verfahren erzeugt wird, wobei bevorzugt wird, daß dann beide gleichzeitig ablaufen.
-
In
der Tat gibt es nämlich
2 Wege zur Durchführung
von dem erfindungsgemäßen Verfahren:
entweder in einer Charge oder fortlaufend. Allgemein gesprochen,
falls die azeotrope Destillation als Mittel zur Abtrennung von dem
Lösungsmittel
in Schritt (c) gewählt
worden ist, wird es ein Chargenverfahren sein. Auf der anderen Seite,
falls die Sprühtrocknung (oder
Versprühen)
gewählt
worden ist, kann es ein Verfahren sein, das entweder als Charge
oder kontinuierlich durchgeführt
wird, wobei das letztere bevorzugt wird.
-
Optimalerweise
wird das Strippmittel, wo ein Chargenverfahren, das die azeotrope
Destillation einsetzt, und die Phaseninversion zur Unterstützung der
Rückgewinnung
von dem Polymer eingesetzt werden (siehe anschließend), üblicherweise
als Gemisch von dem Lösungsmittel
und dem Nichtlösungsmittel
hauptsächlich
erhalten:
- – entweder
durch Verdampfen eines kondensierten azeotropen Gemischs aus Lösungsmittel
und Nichtlösungsmittel,
das während
der Lösungsmittelabtrennung
(c) von einer vorherigen Charge entweder durch einen Verdampfer
oder durch Anwendung von Dampf erhalten wurde;
- – oder
durch direkten Einsatz von azeotropen Brüden, die während der Lösungsmittelabtrennung (c) von
einer anderen Charge, die im Parallelverlauf mit dieser Charge betrieben
wird, erzeugt wurden;
- – oder
durch Mischen eines kondensierten azeotropen Gemischs aus einer
vorherigen Charge und einem Nichtlösungsmitteldampf.
-
Im
Falle von zwei Chargen, die im Parallelverlauf ablaufen, kann mindestens
ein Schritt, nämlich
der Auflösungsschritt,
gemeinsam sein und anschließend
sollte die zeitliche Regulierung des Laufes der 2 Chargen optimiert
werden. Das Verfahren gemäß dieser
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung (azeotrope Destillation) kann ebenfalls
eine wirksamere Kontrolle der Teilchengröße von dem Polymer gewährleisten,
das aus dem Gemisch unter Verwendung der dispergierenden Reagentien
zurückgewonnen
wurde. In diesem Zusammenhang kann mehr als ein Dispersionsmittel
eingesetzt werden, beispielsweise eines, das eine größere Affinität für das Nichtlösungsmittel
aufweist und ein weiteres, welches eine größere Affinität für das Lösungsmittel aufweist.
Zum Beispiel beinhalten geeignete Dispersionsmittel Netzmittel wie
Bentonit, Polyvinylalkohol, Gelatine, Ester oder Ether von Cellulose,
wasserlösliche
(Co)polymere usw. Die Menge der verwendeten Dispersionsmittel ist
im allgemeinen größer oder gleich
0,001 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht von PVC, vorzugsweise größer oder
gleich 0,01% oder bevorzugter größer oder
gleich 0,1%. Der Gehalt an Dispersionsmittel ist im allgemeinen
niedriger oder gleich 5% oder spezifischer 2% oder bevorzugter 1%.
-
Am
meisten bevorzugt wird in diesem Fall, daß die Ausfällung (b) in der Gegenwart
von einem Dispersionsmittel stattfindet, das eine größere Affinität für das Nichtlösungsmittel
aufweist (Dispersionsmittel (I)) und die Lösungsmittelabtrennung (c) in
der Gegenwart von einem Dispersionsmittel stattfindet, welches eine
größere Affinität für das Lösungsmittel aufweist
(Dispersionsmittel (II)).
-
In
dem Verfahren gemäß dieser
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung (azeotrope Destillation), wie vorangehend
erklärt,
beginnt die Ausfällung
sehr früh,
weit vor der Phaseninversion und der Lösungsmittelentfernung. Dementsprechend kann
in dieser Ausführungsform
bereits das Durchführen
der Strippung mit einem Medium, das Nichtlösungsmittel enthält, eine
geringe Ausfällung
auslösen,
so daß die
Schritte (b) und (d) zur selben Zeit ablaufen können.
-
In
einem Aspekt der Erfindung kann jedoch ein Anteil von dem Nichtlösungsmittel
in das Gemisch vor der Strippung von dem PTM eingebracht werden
(d. h., in diesem Fall wird ein separater Schritt (b) vor dem Schritt
(d) durchgeführt).
Dies muß unter
Rühren
durchgeführt
werden, so daß das Nichtlösungsmittel
wirksam in der organischen Phase dispergiert und nicht mit der organischen
Phase gemischt wird, ebenfalls dank der Gegenwart von dem PTM.
-
Die
Strippung von dem PTM wird anschließend durchgeführt, währenddessen
das Harz fortwährend
(aber jedoch nicht vollständig;
eine Phaseninversion, wie vorangehend erklärt, sollte nämlich vermieden
werden) zusammen mit den Feststoffen ausfällt, während das Lösungsmittel zunehmende Mengen
von dem höchst
dispergierten Nichtlösungsmittel
absorbiert. In diesem Zusammenhang wird, während der Injektion von dem
Strippgas, das PTM von dem Lösungsmittel
gestrippt und das Nichtlösungsmittel
wird schrittweise durch das Lösungsmittel
absorbiert, was zu einer sanften Ausfällung von dem Harz zusammen
mit den Feststoffen (Füllstoffe, Pigmente
und dergleichen) führt.
Dies ist imstande, die Wirksamkeit von dem Verfahren zu erhöhen und die
Morphologie von dem Endprodukt zu verbessern. Dieser Schritt von
dem Verfahren kann bei Atmosphärendruck
oder bei leichtem Unterdruck wie 0,5 bar, 0,6 bar durchgeführt werden.
-
Die
Gasphase, die während
der Strippung erzeugt wird, ist vorzugsweise kondensiert und wird anschließend dekantiert
und in einer nächsten
Charge wiederverwendet (wobei die lösungsmittelreiche Phase, welche
das PTM enthält,
für die
Auflösung
(a) und die nichtlösungsmittelreiche
Phase für
die Ausfällung
(b) verwendet wird).
-
Nach
der Vervollständigung
von der Strippung wird eine weitgehende Lösungsmittelabtrennung durch
azeotrope Destillation unter Verwendung von mindestens einer Phase
durchgeführt,
die reich an Nichtlösungsmittel
ist. Vorzugsweise werden mindestens eine Flüssigkeits- und eine Dampfphase
verwendet, die reich an Nichtlösungsmittel
sind. Am Ende von dieser Destillation wird eine Suspension von Polymerteilchen
in einem Medium erhalten, das reich an Nichtlösungsmittel ist. Der Mengenanteil
an festen Teilchen in dieser Suspension kann höher oder gleich 10% sein, ohne
daß eine
Agglomeration von den vorher erwähnten
Teilchen stattfindet. In der Tat kann mit der Anwendung von Dispersionsmitteln dieser
Mengenanteil, wie vorangehend beschrieben, sogar höher oder
gleich 25%, sogar bis 30% sein, wenn sie zusammen mit vermindertem
Druck und Dispersionsmittel H verwendet werden, was die Reagglomeration
verhindert.
-
Die
Strippung und die azeotrope Destillation können in derselben Vorrichtung
durchgeführt
werden, fortlaufend gespeist mit dem Strippmittel (lösungsmittelreich)
und mit dem Destillationsstrom/den Destillationsströmen (nichtlösungsmittelreich).
Jedoch werden sie in dem Falle, wo mindestens 2 Chargen im Parallelverlauf
laufen, vorzugsweise in getrennten Vorrichtungen durchgeführt, so
daß Gase, die
aus der Lösungsmittelabtrennung
(Schritt (c)) von der einen Charge kommen, unmittelbar für die Strippung
von der anderen Charge verwendet werden. Nur die erste Charge aus
einer Serie muß einen Schritt
einschließen,
während
dem das Strippmittel erzeugt wird (anstatt rückgeführt wird).
-
Die
Teilchen, die nach der Vervollständigung von
der Destillation gesammelt werden, können danach gewaschen, getrocknet,
zentrifugiert und/oder durch jedes Mittel behandelt werden, das
vor Lagerung, Vermarktung und/oder Verwendung bekannt ist.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist das erfindungsgemäße Verfahren
ein kontinuierliches Verfahren, wobei die Abtrennung von dem Lösungsmittel
während
Schritt (c) mittels Sprühtrocknen
oder Versprühen
unter Verwendung von verdampftem Nichtlösungsmittel stattfindet, wie
solche, die in der früher
erwähnten
Anmeldung
FR 2833267 offengelegt
wurden, wobei der Inhalt davon hierin unter Verweis auf die vorliegende
Erfindung eingebunden ist.
-
Vorzugsweise
ist in diesem Fall das Strippmittel ein Gas, das hauptsächlich aus
der Dampfphase zusammengesetzt ist, die während der Versprühung erzeugt
wird. Noch mehr bevorzugt formen das Lösungsmittel und das Nichtlösungsmittel
ein Azeotrop, so daß das
Strippgas wiederum eine azeotrope Zusammensetzung aus dem Lösungsmittel
und dem Nichtlösungsmittel
ist.
-
Die
Verwendung von azeotropen Zusammensetzungen ist in der Tat vorzuziehen,
da sie gewöhnlicherweise
die Verdampfung bei einer niedrigeren Temperatur gestatten und demzufolge
den Energieverbrauchreduzieren.
-
Ebenso
geht auch in dieser Ausführungsform
der Strippung (d) bevorzugt eine separate Ausfällung (b) voraus, um eine feine
Morphologie der Teilchen zu erhalten. Alternativ oder zusätzlich kann die
Lösung,
welche gestrippt worden ist, einer Ausfällung durch die Zugabe von
Nichtlösungsmittel
nach dem Strippen aber vor dem Versprühen unterzogen werden, dies
wird durchgeführt,
um das heterogene Gemisch zu erhalten, welches eine geringere Viskosität aufweist,
wie in der oben erwähnten
FR Patentschrift empfohlen.
-
Die
Strippung und die Ausfällung
können
in derselben Vorrichtung oder in unterschiedlichen Vorrichtungen
stattfinden.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist mit Erfolg auf die Wiederaufbereitung von PVC angewendet worden,
wobei MEK (Methylethylketon) als Lösungsmittel und Wasser als
Nichtlösungsmittel
und ein aliphatischer Kohlenwasserstoff, welcher von 5 bis 7 Kohlenstoffatome
aufweist, als Phasentrennmittel ausgewählt wurden. Geeignete Ergebnisse
sind mit der Auswahl von n-Hexan als Phasentrennmittel erhalten
worden.
-
Einige
Ausführungsformen
von der vorliegenden Erfindung werden bildlich dargestellt und mit dem
Stand der Technik (die vorangehend erwähnte Patentanmeldung
FR 03.08691 ) in den
1 bis
4 verglichen.
In diesen Figuren beziehen sich identische Buchstabenkürzel auf
identische Prozeße, wenn
nichts anderes angegeben ist.
-
Der
Stand der Technik, der durch 1 bildlich
dargestellt ist, umfaßt
die folgenden Schritte:
- – Auflösung (Schritt (a));
- – Entfernen
der unlöslichen
Anteile (I);
- – Ausfällung und
Lösungsmittelabtrennung (Schritte
(b) & (c)) durch
Injektion von wäßrigen Phasen,
die während
der Dekantierung (D1 & D2) von
einer vorangehenden Charge erzeugt wurden, wobei ein Anteil verdampft
wird (V);
- – Rückgewinnung
der festen Kunststoffteilchen (S) auf der einen Seite und Kondensation
(C) von den Gasen, welche aus den Schritten (b) & (c) stammen, auf der anderen Seite:
- – Dekantierung
(D1) von den kondensierten Gasen, um eine wäßrige Phase und eine organische Phase
zu erhalten, wobei die wäßrige Phase
bei den Schritten (b) & (c)
von der nächsten
Charge wieder zurückgeführt wird;
- – Dekantierung
(D2) von der organischen Phase in der Gegenwart von PTM, welches
aus der Destillation (DT) von einer vorangehenden Charge stammt,
welche wiederum eine wäßrige Phase (rückgeführt bei
den Schritten (b) & (c)
von der nächsten
Charge) und eine organische Phase erzeugt;
- – Destillation
(DT) von der organischen Phase, um auf der einen Seite ein Lösungsmittel
zu ergeben, das zu der Auflösung
(a) von einer nächsten Charge
zurückgeführt wird,
und auf der anderen Seite zu dem PTM führt, welches bei der zweiten Dekantierung
(D2) von einer nächsten
Charge zurückgeführt wird.
-
So
wird in dem Verfahren gemäß 1 das Phasentrennmittel
im wesentlichen aus dem flüssigen
Medium entfernt, welches aus der Dekantierung (D2) erhalten wurde,
bevor das flüssige
Medium wieder zur Auflösung
verwendet wird. Dieser Weg der Bearbeitung macht es möglich, daß durch
die Verwendung von einem Lösungsmittelpuffer
(das heißt, einem "doppelten" von dem Lösungsmittel,
welches sich in der Behandlung (Dekantierung/Destillation) befindet,
während
ein Herstellungszyklus stattfindet, und welches während des
folgenden Zyklus verwendet wird, während das benutzte Lösungsmittel
von dem vorangehenden Zyklus an seiner Stelle behandelt wird) die
Zeitdauer von den Herstellungszyklen (oder Chargen) nicht verlängert wird.
-
Dies
benötigt
jedoch zusätzliches
Lösungsmittel
und zusätzliche
Ausstattung.
-
1 veranschaulicht
offensichtlich ein Chargenverfahren. In einem kontinuierlichen System,
welches einen Sprühtrockner,
wie in der Patentanmeldung
FR
2833267 beschrieben, verwenden würde, ist die PTM-Konzentration
in dem Lösungsmittel
vorzugsweise ebenfalls stark vor der Versprühung der erzeugten Aufschlämmung vermindert.
-
Vor
dieser Erfindung war die Verwendung von einer Destillation die einzige
Möglichkeit.
-
Dank
dieser Erfindung, welche bildlich in 2 dargestellt
ist, ist es möglich,
die Gase zurückzugewinnen,
die in dem Versprüher
(Sprühtrockner; Schritt
(c)), wo Wasserdampf (Ve) das Trocknungsmedium ist, erzeugt wurden
und sie in die Lösung einzuspritzen,
welche aus Auflösung
(a) – Entfernen der
unlöslichen
Anteile (I) stammt, um das PTM (Schritt (d)) zu entfernen. Diese
Gase sind hauptsächlich
aus MEK und Wasser bei einer Konzentration zusammengesetzt, welche
in der Nähe
von der des Azeotrops MEK-Wasser liegt (12% Wasser w/w). Die Injektion
von den Gasen findet während
der Strippung (d) statt, die von einer Ausfällung (b) gefolgt wird (oder
die wie in dem vorher erwähnten
Weg vorangeht), wobei während
dieser die gestrippte Lösung
in eine Aufschlämmung
transformiert wird, die anschließend in Schritt (c) versprüht wird,
um die festen Kunststoffteilchen (S) zu ergeben. Es ist beobachtet
worden, daß die
Dispersion von dem Nichtlösungsmittel
in der viskosen Lösung
nach der PTM-Abtrennung, während
die Ausfällung
von dem Harz stattfindet, weniger wirkungsvoll ist als das Mischen
mit dem Nichtlösungsmittel,
während
das PTM immer noch vorhanden ist, und dann das Strippen von dem
PTM, während
die Ausfällung
von dem Harz stattfindet.
-
Die
Gase, die während
der Strippung (d) erzeugt werden, werden kondensiert (C) und dekantiert (D),
um eine immer noch PTM enthaltende Lösungsmittelphase, welche in
die Auflösung
(a) eingespeist wird, und eine wäßrige Phase
zu erzeugen, die im wesentlichen frei von PTM ist, welche anschließend in
die Ausfällung
(b) eingespeist wird. Das Hauptmerkmal von dieser Ausführung ist,
daß das
Strippgas in dem Prozeß vorhanden
ist und nicht erst erzeugt werden muß. Dieses Ergebnis bedeutet
eine bedeutende Energieersparnis, gleichwertig mit dem Verbrauch
von der Destillationssäule.
-
Darüber hinaus
ist die Ausgabe für
einen Abscheider niedriger als für
eine Destillationseinheit.
-
Wenn
diese Erfindung in einem Chargensystem verwendet wird, ähnlich zu
dem, das in
FR 03.08691 beschrieben
wurde, ist es immer noch möglich,
das PTM durch Injektion von Gasen mit einer Zusammensetzung, die
in der Nähe
von der azeotropen Mischung liegt, zu entfernen. Dieses Gas kann
durch Verdampfung von kondensierten azeotropen Gasen (A), welche
von einer vorherigen Charge gelagert wurden, entweder unter Verwendung
von einem Verdampfer oder durch Dampfinjektion erzeugt werden (was
in
3 bildlich dargestellt ist). Alternativ dazu können die
kondensierten azeotropen Gase als eine Flüssigkeit in die Ausfällapparatur
injiziert werden, gleichzeitig mit der richtigen Menge an Dampf,
um es zu verdampfen. Dies ermöglicht
die Verwendung von einem einfachen Puffertank anstelle von einem
Verdampfer.
-
Dies
bedeutet ebenso, daß ein
derartiges Gas in dem Verfahren verfügbar ist. Nachfolgend auf die
Einschränkungen
von der Phaseninversion während
der Ausfällung
ist kein Rest-PTM vorhanden und, beginnend mit der Phaseninversion,
können
die kondensierten Gase gelagert werden.
-
Der
durchgeführte
Test und die Computersimulation zeigen an, daß die Mengen an Gasen, die auf
diese Weise gesammelt werden können,
gerade die benötigte
Menge an Gasen für
die vollständige Strippung
von dem PTM übersteigen.
-
Das
Verfahren, das schematisch in 3 dargestellt
ist, umfaßt
die folgenden Schritte:
- – Auflösung (Schritt (a));
- – Entfernen
der unlöslichen
Anteile (I);
– (1):
Strippung und Ausfällung
(Schritte (d) & (b)) durch
Injektion von azeotropen Brüden,
die mittels Dampferzeugung (Ve) von kondensierten azeotropen Gasen
(A), die von einer vorherigen Charge gelagert waren, erhalten wurden,
wobei die Gasphase, die während
der Strippung erzeugt wurde, derart kondensiert (C1) und dekantiert
(D) wird, daß die
organische Phase davon in der Auflösung (a) von einer nächsten Charge
verwendet werden kann;
– (2):
weitere Ausfällung
und Lösungsmittelabtrennung
(Schritt (c)) durch Injektion von sowohl der wäßrigen Phase, die während der
Dekantierung (D) von einer vorherigen Charge erzeugt wurde, und
von Dampf (Ve); Kondensation (C2) von den so erzeugten azeotropen
Gasen und Lagerung (A) für
eine nächste
Charge;
– (3):
Rückgewinnung
von festen Kunststoffteilchen (S); die Schritte (1) bis (3) finden
in derselben Vorrichtung statt.
-
Das
in 3 bildlich dargestellte Prinzip wurde in dem nachfolgenden
Beispiel (Beispiel 1) verwendet.
-
Es
wurde eine Charge mit der folgenden Einsatzmenge gestartet: 67,86
kg Abfall (Polymerabfall von elektrischen Kabeln) wurde mit 2,5
kg zusätzlichem
Weichmacher in den Auflösungstank
eingespeist. 195 kg warmes Lösungsmittel
sind für
die Auflösung
bei 100°C
verwendet worden.
-
Die
Konzentration bei der Einspeisung in die Ausfällapparatur (nach Filtration)
betrug: 50 kg Verbindung/195 kg Lösungsmittel (Verhältnis von 25,6%).
-
Die
Lösung
ist filtriert und in den Ausfällungstank
injiziert worden. Während
der Injektion in den Ausfällungstank
fand eine blitzartige Ausdehnung ("flash") von dem Lösungsmittel aufgrund des niedrigeren
Druckes statt, der in diesem Tank aufrecht gehalten wurde.
-
Die
Strippung ist unmittelbar, nachdem die gesamte Lösung überführt worden war, durch die Injektion
von 94 kg an Gasen mit azeotroper Zusammensetzung gestartet worden.
-
Während dieser
Injektion, die bei konstantem Druck durchgeführt wurde, erreicht die Temperatur
am Ende die exakte Siedetemperatur von dem Azeotrop. Es wurden 96
kg Lösungsmittel
(die das PTM enthalten) aus dem Tank verdampft.
-
Dem
Prozeß der
Ausfällung
wurde dann gefolgt, wie in
FR
03.089690 und 691 beschrieben (unter Verwendung von 2 Arten
an Dispersionsmitteln, wie vorangehend beschrieben).
-
Am
Ende wurde dieselbe wiederaufbereitete PVC-Verbindung wie in den
oben erwähnten
Fällen erhalten.
-
Eine
weitere Verbesserung von dem Verfahren, bildlich dargestellt in 4,
ist die direkte Verwendung der erzeugten Gase, die von der Verdampfung
stammen, in einem Abscheider, ohne Kondensieren und wieder zum Kochen
bringen. Dies ist der Fall für
2 Chargen, die im Parallelverlauf ablaufen (wobei die Gase, die
aus der Lösungsmittelabtrennung
(c) von der vorherigen Charge stammen, unmittelbar für die Strippung
verwendet werden), wie vorangehend erklärt. Nur die erste Charge aus
einer Serie von Chargen muß eine
Verdampfung von einer azeotropen Mischung verwenden (vorher gelagert – von der
letzten Charge von einer vorhergehenden Serie zum Beispiel – oder für diesen
Zweck hergestellt).
-
In
diesem Fall ist die Energieersparnis maximal, übereinstimmend mit dem Verbrauch
von der Destillationssäule.