EA024864B1

EA024864B1 - Способ переработки продуктов из пластмассы

Info

Publication number: EA024864B1
Application number: EA201370064A
Authority: EA
Inventors: Алан Дейви; Бен Элкингтон
Original assignee: Линпак Пэкэджинг Лимитед
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2016-10-31
Also published as: AU2013203841B2; EP2650324A1; GB201206461D0; SI2650324T1; ES2539050T3; EP2650324B1; AU2013203841A1; HRP20150559T1; GB2502945A; DK2650324T3; PT2650324E; PL2650324T3; RS54043B1; EA201370064A1; HUE026051T2

Abstract

Изобретение относится к способу переработки многослойного изделия, содержащего по меньшей мере один слой первого пластмассового материала и по меньшей мере один слой второго пластмассового материала, в котором первый материал отличается от второго материала, включающему стадии (a) физического разделения первого материала от второго материала посредством усилия сдвига и нагрева и (b) отделения первого материала от второго материала. Этот способ является простым и эффективным способом переработки загрязненных продуктов из пластмассы для получения высокочистой пластмассы, пригодной для вторичного использования в прозрачных продуктах, который также подходит для регенерации использованного материала в исходное состояние, удовлетворяющее стандартам безопасности пищевых материалов, при помощи соответствующей суперчистой технологии.

Description

Изобретение относится к переработке многослойных продуктов и более конкретно - к способу переработки пластмассовых многослойных листов и компонентов, а также их отходам, образующимся в процессе производства и после использования. Многослойные листы применяют для изготовления различных продуктов из пластмассы, например контейнеров.

Предшествующий уровень техники

Контейнеры из пластмассы широко используются, например для упаковки, хранения, транспортировки и демонстрации свежих пищевых продуктов. Они могут быть изготовлены при помощи различных технологий, но обычно применяемыми способами крупносерийного производства являются литьевое формование, формование с раздувом и термоформование. В последнем случае пластмассовые хлопья и/или гранулы экструдируют в виде листов, из которых затем формуют контейнеры требуемой формы.

Прозрачные контейнеры из пластмассы могут быть изготовлены из полиэтилентерефталата (ПЭТ). Применение ПЭТ позволяет получить высокопрозрачный продукт, позволяющий пользователю четко видеть содержимое контейнера. Переработанный ПЭТ также можно применять для изготовления таких контейнеров, обеспечивающих экологические, а иногда и экономические преимущества. Эти контейнеры могут быть запечатаны покрывной пленкой для защиты продукта внутри контейнера от воздействия окружающей среды или для создания модифицированной газовой среды внутри закрытой упаковки, так называемого упаковывания в модифицированной газовой среде (МАР - от англ. МойШей Л1то5рНсгс Раскадтд) или упаковывания в регулируемой газовой среде (САР - от англ. Соп1го11ей ЛПпохркеге Раскадщд). Хотя прикрепление покрывной пленки к ПЭТ контейнерам вполне возможно, она не является удобным субстратом для запечатывания и требует высоких температур и длительного времени запечатывания, дорогостоящих материалов, а также является особенно чувствительной к загрязнению поверхности запечатывания в результате случайного попадания на эту поверхность упаковываемого продукта.

Известное решение указанной проблемы состоит в изготовлении контейнеров из ПЭТ, покрытого слоем полиэтилена (ПЭ). ПЭ обеспечивает поверхность, к которой легко прикрепляется покрывная пленка, таким образом упрощая изготовление запечатанных контейнеров. Слой ПЭ может быть нанесен при помощи различных технологий, включая, но без ограничений, термоламинирование, клеевое ламинирование, соэкструзию и экструзионное покрытие.

Однако применение продукта из ПЭТ/ПЭ имеет неблагоприятные последствия для окружающей среды. При изготовлении ПЭТ/ПЭ контейнеров путем термоформования множество контейнеров формуют из больших и часто непрерывных листов ПЭТ/ПЭ материала, и отдельные контейнеры вырезают из этих больших листов. Части больших листов, не использованные для отдельных контейнеров, образуют отходы материала. Эти отходы, называемые отходами вырубки, содержат смесь ПЭТ и ПЭ, которая при переплавке и гомогенизации в процессе переработки образует дымчатый продукт, который нельзя применять для изготовления прозрачных пластмассовых контейнеров. Присутствие ПЭ разрушает оптические свойства ПЭТ, и, следовательно, ПЭТ/ПЭ продукт обладает пониженной прозрачностью, по сравнению с продуктом из чистого ПЭТ полимера. Поскольку прозрачные пластмассовые контейнеры пользуются большим спросом, чем непрозрачные, перерабатывать такие отходы является менее экономичным.

Альтернативным способом изготовления описанных контейнеров для пищевых продуктов является литьевое формование. При таком изготовлении отсутствуют отходы вырубки, как при термоформовании, но также не существует простого и экономичного способа нанесения на контейнер слоя ПЭ, который упростил бы запечатывание покрывной пленкой.

Кроме того, на применение переработанного ПЭТ в пищевой промышленности действуют строгие стандарты качества. Например, Регламент Комиссии ЕС 282/2008 от 27 марта 2008 г. регулирует качество переработанных пластмассовых материалов и изделий, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами, и удаление нежелательных веществ из ПЭТ требует так называемой суперчистой технологии переработки вторсырья. Все доступные в настоящее время суперчистые технологии требуют обработки ПЭТ хлопьев при температурах, значительно превышающих температуру плавления ПЭ, и следовательно непригодны для обработки ПЭТ/ПЭ хлопьев, поскольку приводит к масштабному комкообразованию и агломерации вследствие слипания ПЭ. Хотя Регламент ЕС 282/2008 касается в основном обработки использованных ПЭТ материалов и явным образом не относится к промышленным отходам производства (отходы от вырубки, обрезки и т.п.), он содержит применяемые протоколы работы систем суперочистки, которые повышают гарантию пищевой безопасности при применении переработанных полимеров, вне зависимости от их происхождения (потребительские или промышленные отходы). Примечательно, что существует возрастающая тенденция сбора использованных ПЭТ/ПЭ контейнеров путем сбора бытового вторсырья.

Кроме того, присутствие ПЭ на ПЭТ хлопьях затрудняет обычную обработку ПЭТ, при которой хлопья предварительно кристаллизуют и сушат при повышенных температурах перед экструзией листа или других формованных изделий. Это происходит потому, что при присутствии ПЭ температуры, обычно применяемые для кристаллизации и сушки ПЭТ, приводят к образованию мягкого и липкого материала, склонного к комкованию и агломерации. Удаление ПЭ значительно упрощает эти процессы.

- 1 024864

Сущность изобретения

Возрастающее применение переработанной (регенерированной) пластмассы в качестве материала, контактирующего с пищевыми продуктами, требует экономичного и эффективного способа переработки загрязненных пластмассовых материалов, и задачей настоящего изобретения является решение описанных выше проблем.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложен способ переработки многослойного изделия, содержащего по меньшей мере один слой первого пластмассового материала и по меньшей мере один слой второго пластмассового материала, в котором первый материал отличается от второго материала, включающий стадии (а) физического разделения первого материала от второго материала посредством усилия сдвига и нагрева и (Ь) отделения первого материала от второго материала.

Предпочтительно ПЭТ/ПЭ изделия (и их предшественники, отходы и побочные продукты) сначала измельчают до критических размеров от 2 до 20 мм. Это может быть осуществлено путем рубки или резки.

Этот способ был первоначально разработан для изделий (и их предшественников, отходов и субпродуктов), содержащих ПЭТ лист, ламинированный слоем ПЭ. Слой ПЭ успешно удаляли и получали высокочистый ПЭТ (>99%). Однако преимущество настоящего способа состоит в том, что его можно применять к широкому ряду многослойных структур.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения многослойное изделие содержит по меньшей мере один слой третьего материала между слоем первого материала и слоем пластмассового материала. Третий слой может являться, например, слоем адгезива, применяемого для склеивания слоев первого и второго материалов. Предпочтительно температура размягчения третьего материала ниже температур размягчения первого и/или второго материалов.

Предпочтительно первый материал является аморфным полиэтилентерефталатом (ПЭТ). Возможно применение других пластмассовых материалов, например полимолочной кислоты (ПМК). Предпочтительно второй материал является полиэтиленом (ПЭ). Предпочтительно третий материал является этиленвинилацетатом (ЭВА).

Если температура размягчения третьего материала ниже температуры размягчения первого и/или второго материала, стадия разделения может включать нагревание при температуре, превышающей температуру размягчения третьего материала, для улучшения разделения первого слоя от второго. Например, в случае многослойной структуры ПЭТ/ЭВА/ПЭ слой ЭВА прочно связан со слоем ПЭ, но прочность на раздир между слоями ЭВА и ПЭТ снижается при нагревании.

Стадия разделения может включать нагревание при температуре, превышающей температуру размягчения третьего пластмассового материала. Предпочтительная температура нагрева составляет от 80 до 100°С, например, для многослойных материалов, таких как ПЭТ/ЭВА/ПЭ.

Стадия разделения может включать стадию помещения продукта в разделительный сосуд и механического трения одних частей изделия относительно других его частей. Альтернативно или дополнительно, внутри разделительного сосуда может быть установлена одна или более неподвижных лопастей. Изделие может быть предварительно порублено и/или порезано на элементы меньшего размера. Элементы трутся друг о друга таким образом, что слой второго материала отделяется от слоя первого материала в результате сдвигающего действия, приложенного к границе раздела между первым и вторым слоями. После стадии разделения получают смесь хлопьев первого материала и хлопьев второго материала.

По мере повышения температуры в разделительном сосуде первый материал и/или второй материал (в особенности в случае применения пластмассовых материалов) могут образовывать комки и прилипать к стенкам разделительного сосуда. Предпочтительно разделительный сосуд содержит один или более перемешивающих элементов для улучшения усилия сдвига и предотвращения образования комков и агломератов.

Предпочтительно первый материал имеет первую плотность, а второй материал имеет вторую плотность, и первая плотность отличается от второй плотности. Это особенно предпочтительно в том случае, когда первая стадия разделения сочетается со стадией разделения по плотности. Первым примером стадии разделения по плотности является способ статического разделения, при котором продукт, полученный после стадии разделения, помещают в соответствующую среду, например воду, так что первый материал и второй материал либо всплывает, либо тонет, в зависимости от их соответствующих плотностей. В соответствии со вторым примером стадии разделения по плотности прикладывают центробежную силу, инициирующую и ускоряющую разделение хлопьев второго материала и хлопьев первого материала. Таким образом, осуществляется быстрое и эффективное отделение.

Данный способ может включать дополнительную стадию (с) сушки отделенного первого материала. Сушку можно осуществлять в процессе стадии отделения и/или в качестве последующей стадии сушки. Например, при ее осуществлении на стадии отделения смесь может быть разделена путем применения центробежной силы, которая отделяет первый материал не только от второго материала, но и от жидкой среды, таким образом высушивая первый материал. Для дополнительной сушки первого материала нагрев может быть произведен внутри сортировочного контейнера. Альтернативно, первый материал может быть дополнительно высушен на последующей стадии, например, при помощи сушильного бункера.

- 2 024864

Таким образом, можно получить материал высокой чистоты.

Таким образом, настоящее изобретение предлагает простой и эффективный способ переработки загрязненных продуктов из пластмассы для получения высокочистой пластмассы, пригодной для вторичного использования в прозрачных продуктах, который также подходит для регенерации использованного материала в исходное состояние, удовлетворяющее стандартам безопасности пищевых материалов, при помощи соответствующей суперчистой технологии.

Краткое описание графических материалов

Ниже настоящее изобретение будет описано со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 представлена блок-схема способа в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 схематически представлен ПЭТ лист, ламинированный ПЭ.

На фиг. 3 схематически представлено центробежное устройство разделения по плотности для применения в способе в соответствии с настоящим изобретением.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

В контексте настоящего изобретения под многослойным продуктом подразумевается любое изделие, содержащее структуру, включающую два или более слоев пластмассы. Второй и последующие слои могут быть получены при помощи любых известных технологий, таких как покрытие, ламинирование, соэкструзия и экструзионное покрытие. Ясно, что изобретение может также применяться к многослойным структурам из разнородных материалов, таким как пластмасса/алюминий или пластмасса/бумага.

На фиг. 1 представлен способ в соответствии с настоящим изобретением, примененный для обработки ПЭТ листа, ламинированного слоем ПЭ в качестве второго материала, подлежащего удалению.

Полиэтилентерефталат (ПЭТ) является термопластичным полимером, который существует в аморфном прозрачном состоянии или в (полу)кристаллическом непрозрачном или белом состоянии. Тогда как не бывший в употреблении ПЭТ часто поставляют в виде полукристаллического гранулята, продукт размола, хлопья, переработанные отходы или отходы вырубки обычно состоят из аморфного ПЭТ.

ПЭТ является гигроскопичным, и его необходимо высушить, например, в сушильном бункере, чтобы предотвратить ухудшение качества материала из-за присутствия абсорбированной влаги. Если ПЭТ не высушен, в процессе экструзии осуществляется гидролиз, который влияет на механические свойства и качество готового продукта. Кроме того, аморфные пластмассовые материалы, такие как ПЭТ, делаются липкими и труднообрабатываемыми в процессе сушки, поскольку их температура превышает соответствующие температуры их стеклования (приблизительно от 65 до 70°С в случае с ПЭТ). Материал размягчается и агломерируется, образуя комки, пристающие к стенкам сушильного бункера. Это можно предотвратить путем кристаллизации пластмассового материала перед сушкой. Кристаллизованный материал не размягчается до достижения температуры плавления, составляющей приблизительно 240°С в случае с ПЭТ. Во избежание комкования часто необходимо перемешивание.

Ниже описан вариант осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением.

Обеспечивают подлежащие переработке продукты из пластмассы, изготовленные, например, из ПЭТ листа, ламинированного слоем ПЭ, или контейнеры из потока отходов или из возвратного потока в производстве, или нарезанные хлопья из производственных отходов вырубки. Слой ПЭ в ламинированном полиэтиленом ПЭТ, применяемом для упаковки в пищевой промышленности, обычно составляет менее 10% от общей толщины. Например, толщина слоя ПЭТ может составлять приблизительно 400 мкм, а слой ПЭ может составлять от 20 до 50 мкм. Если ПЭТ лист ламинирован, например, путем роликового ламинирования, многослойная структура может содержать слой адгезивного материала, такого как ЭВА.

Перед стадией разделения продукты режут или гранулируют на хлопья размером 6х 16 мм. ПЭТ/ПЭ хлопья помещают в разделительный сосуд для осуществления первой стадии, в процессе которой ПЭ физически отделяют от хлопьев ПЭТ. Это требует некоторого механического сдвигающего действия, возникающего, например, при механическом трении одних частей продукта о другие его части и/или об одну или более неподвижных лопастей. Усилие сдвига прикладывают к поверхности раздела между слоями ПЭТ и ПЭ. Когда аморфный ПЭТ нагревается, материал размягчается и начинает агломерироваться в сосуде, поэтому предпочтительным является применение перемешивающего элемента, например одной или более перемешивающих лопастей, для предотвращения образования комков.

В то же время осуществляют нагрев, например, подавая горячий воздух. Температуру повышают предпочтительно до значений от 80 до 100°С на период от 60 до 180 мин. Наиболее предпочтительно стадию разделения осуществляют при температуре, составляющей приблизительно 90°С, в течение приблизительно 120 мин. Сочетание температуры и усилия сдвига, возникающего вследствие трения одних частей продукта относительно других его частей и особого расположения лопастей в разделительном сосуде, отделяет слой ПЭ от ПЭТ листа. Полученная смесь ПЭ пленки и ПЭТ листа образует промежуточный продукт для стадии отделения. Средний размер частиц полученного материала предпочтительно составляет приблизительно от 2 до 16 мм.

На стадии отделения разницу плотностей между ПЭ ламинирующей пленкой (приблизительно 0,94 г/см³) и ПЭТ листа (приблизительно 1,3 г/см³) используют для отделения этих двух материалов друг от друга.

- 3 024864

Предпочтительным является принудительное разделение по плотности, при котором центробежную силу прикладывают для отделения более легкого материала от более тяжелого. Предпочтительной разделительной средой для стадии отделения ПЭ от ПЭТ является вода благодаря ее плотности, но также благодаря ее экологической безопасности и доступности.

ПЭТ лист перерабатывают как тяжелую фазу твердого выпуска, а ПЭ ламинирующую пленку перерабатывают как легкую фазу твердого выпуска. ПЭТ, содержащийся в тяжелой фазе твердого выпуска, может быть высушен в системе принудительного разделения по плотности и/или при необходимости может быть дополнительно высушен, например, в сушильном бункере, и полученный ПЭТ представляет собой сухие высокочистые ПЭТ хлопья (чистота >99%). ПЭ, содержащийся в легкой фазе твердого выпуска, может быть также дополнительно высушен при необходимости, если требуется получить сухие ПЭ хлопья для переработки, или, если он присутствует в недостаточном количестве, он может быть просто удален.

Альтернативно, отделение может быть осуществлено способом статического разделения, при котором смесь ПЭ/ПЭТ помещают в резервуар, содержащий разделительную жидкость. Разделительную среду выбирают таким образом, что более легкий материал, т.е. ПЭ, плавает у поверхности жидкости, а более тяжелый материал, т.е. ПЭТ, погружается на дно резервуара. Другой способ отделения включает применение воздушных разделительных систем, которые используют разные баллистические характеристики более плотных, более толстых ПЭТ хлопьев по сравнению с более легкими, более тонкими ПЭ хлопьями. В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения отделение можно осуществлять при помощи электростатических систем, используя тот факт, что ПЭ и ПЭТ по-разному заряжаются, а также, что их заряды по-разному ослабляются.

Таким образом, любые комбинации двух материалов с разными плотностями (или электростатическими свойствами, если для разделения материалов применяют электростатические системы) можно разделять способом в соответствии с настоящим изобретением. Первые пластмассовые материалы, которые могут быть переработаны настоящим способом, включают, например, ПВХ и полимолочную кислоту (ПМК). Вторые пластмассовые материалы, которые могут быть удалены при помощи настоящего способа, включают этиленвинилацетат (ЭВА) и полипропилен (ПП). Способ может быть также применен к продуктам, содержащим более двух пластмассовых материалов разной плотности, например продукта, содержащего многослойный лист из ПЭТ/ЭВА/ПЭ.

Второй материал может присутствовать в подлежащем переработке продукте в виде слоя, полученного путем ламинирования, соэкструзии, экструзионного покрытия и других методов, хотя было обнаружено, что наибольшая чистота достигается при использовании в качестве исходного материала ламинированных продуктов. Например, чистота ПЭТ более 99% наблюдалась при разделении изделия, содержащего ламинированный ПЭ слой ПЭТ, путем трения и нагрева, при этом для последующего отделения использовали способ принудительного разделения по плотности (с применением центробежной силы) и последующей сушки в сушильном бункере.

Таким образом, приведенное описание показывает, что настоящее изобретение предлагает простой и эффективный способ переработки загрязненных пластмассовых материалов для получения высокочистого пластмассового материала с возможностью его дальнейшего улучшения путем суперочистки, который при необходимости может быть применен для непосредственного контакта с пищевым продуктом.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ переработки многослойного изделия, содержащего по меньшей мере один слой первого пластмассового материала и по меньшей мере один слой второго пластмассового материала, в котором первый материал отличается от второго материала, включающий следующие стадии:

(a) физическое разделение первого материала от второго материала посредством усилия сдвига и нагрева;

(b) отделение первого материала от второго материала.
2. Способ по п.1, в котором многослойное изделие содержит по меньшей мере один слой третьего материала между слоем первого материала и слоем пластмассового материала.
3. Способ по любому из пп. 1 или 2, в котором третий материал является адгезивом.
4. Способ по любому из пп.2 или 3, в котором температура размягчения третьего материала ниже температур размягчения первого и/или второго материала.
5. Способ по любому из пп.2-4, в котором третий материал является этиленвинилацетатом (ЭВА).
6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором первый пластмассовый материал является аморфным полиэтилентерефталатом (ПЭТ).
7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором второй пластмассовый материал является полиэтиленом (ПЭ).
8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором стадия разделения включает нагревание при температуре от 80 до 100°С.
9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором стадия разделения включает поме- 4 024864 щение продукта в разделительный сосуд и механическое трение одних частей изделия относительно других его частей и/или об одну или более неподвижных лопастей.
10. Способ по п.9, в котором разделительный сосуд содержит один или более перемешивающих элементов.
11. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором усилие сдвига прикладывают между первым слоем и вторым слоем.
12. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором первый материал имеет первую плотность, второй материал имеет вторую плотность, и первая плотность отличается от второй плотности.
13. Способ по п.12, в котором стадия отделения включает приложение центробежной силы для отделения первого материала от второго материала.
14. Способ по п. 13, в котором стадию отделения осуществляют в жидкой среде, такой как вода.
15. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающий стадию (с) сушки отделенного первого материала.
16. Способ по п.15, в котором сушку осуществляют на стадии отделения и/или в качестве последующей стадии сушки.
17. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающий стадию рубки и/или резки изделия перед стадией (а) разделения.