FI95794B - Kuumatäytemateriaalimenetelmä sekalaisille jäte- ja keräysmuoveille täytemateriaalimassan valmistamiseksi - Google Patents

Description

95794

KUUMATÄYTEMATERIAALIMENETELMÄ SEKALAISILLE JÄTE- JA KERÄYSMUOVEILLE TÄYTEMATERIAALIMASSAN VALMISTAMISEKSI

Keksintö kohdistuu menetelmään ja materiaaliin, jolla voidaan teollisesti käyttää,, hyväksi erilaisia lajittelemattomia jäte-ja keräysmuoveja siten, että saadusta massasta puristetaan 5 joko muoteilla tai suoraan suuttimista tai valssataan tuotteita, esimerkiksi levyjä, parruja, lankkuja, paneelia, vesikouruja, putkia tai muita rakennusmateriaaleja ja erilaisia esineitä, esimerkiksi istutusastioita, liikennemerkkien tukia yms.

Sekalaisilla muovijätteillä ymmärretään teollisuuden-, kaupan- ja kotitalouden toimintojen yhteydessä syntyvää ns. jätemuovia, joka normaalisti viedään kaatopaikoille. Toistaiseksi 10 näille ei ole keksitty taloudellisesti merkittävää uusiokäyttöä. Niitä on sekoitettu mm.

asfalttimassaan. Myös polttamista on tutkittu laajoissa tutkimusprojekteissa, mutta heikoin tuloksin. Edellä mainittujen käyttötarkoituksien esteenä on ollut useimmiten hintakysymys: pelkkä kuljetus ja rouhinta on maksanut enemmän kuin polttoöljy.

Entuudestaan tunnetaan, että kivimineraaleja eri muodoissa voidaan käyttää muovien 15 täyteaineina. De-patentti 3932743 sisältää periaatteen, jossa seoksessa on 50 % 0,063-0,25 mm:n kvartsihiekkaa ja 50 % 1,25-2 mm:n hiekkaa sekoitettuna polymeereihin. Seosta käytetään lattiapintoihin.

Brittiläinen patentti 1300221 perustuu keinokiven valmistukseen. Siinä muottiin laitetaan :· erilaisia ja erikokoisia kiviä muovien kera. Seos plastisoidaan joko muotissa lämmittämällä 20 tai uunissa ja näin saadaan aikaan mm. ornamentteja ja elementtejä, jotka on helppo kiinnitttää rakenteisiin.

Hollantilainen patentti 8200730 käyttää hiekkaa ja esim. ns. styroks-jätettä, josta - ·. valmistetaan rakennusharkkoja, elementtejä yms. Seoksessa käytetään jätemuoveja (polypropyleeni, polystyreeni tai muita polymeerejä), joiden osuus on 1-5 % valmiin 25 materiaalin painosta. Mineeraaliaineena mainitaan merihiekka, joka lämmitetään 150 asteen lämpötilaan. Kuumasta hiekasta ja polystyreenivaahdosta sekoitetaan taikina, joka on muovailtavissa. Muokattu kappale jäähdytetään ja siitä saadaan kevyt rakennusmateriaali.

2 95794

Suomalainen patentti 91249 sisältää periaatteen, että kuumia kiviaineksia sekoitetaan muovipartikkeleiden kanssa. Muovijätteet on ensiksi pesty, samoin kivet. Sekä mineraalit että muovit on lämmitetty kosteassa, vesipitoisessa ympäristössä, jossa vielä syntynyttä massaa lämmitetään ja johon vielä lisätään mahdollisesti täytemateriaalia, hiekkaa, jonka 5 suositeltavin raekoko on 3-4 mm.

Edelleen menetelmässä alle 3 mm.n (menetelmälle edullisin koko) hiekka-aines kuumennetaan 160-220 asteen lämpötilaan, siihen lisätään kestomuoveja, jotka sekoitetaan kiviaineksen sekaan suhteessa 10-40 % kiviaineksen kuivapainosta. Saatuun massaan sirotellaan lisää alle 3 mm:n tai sitä pienempiä kiviaineksia kunnes saadaan aikaan massa, 10 joka puristetaan tai kalenteroidaan tuotteiksi.

Kaikissa tunnetuissa menetelmissä on vikana se, että ne eivät ole taloudellisesti ja teknisesti riittävän edullisia, jotta voitaisiin valmistaa sekalaisista keräysmuoveista teknisesti ja kaupallisesti kelvollisia tuotteita.

Suomalaisen patentin heikkous on monimutkaisuus. Peseminen on kallista ja kosteus ja 15 liian pienien kivien käyttö heikentää materiaalia. Kokeissa on todettu, että patentin 91249 \ mukaisella menetelmällä, jossa kiviaineksen pääasiallinen koko on alle 3 mm, ei saada muoveja sulamaan. Toiseksi massan valmistus saattaa vaatia prosessin ulkopuolista lämmitystä, muottien täyttö-ja sirotteluvaiheet monimutkaistavat prosessia ja aiheuttavat helposti muovien palamista, mistä aiheutuu niiden sitomiskyvyn alentuminen. Myös : · 20 täyteaineiden lämpötila on virheellinen mikä jatkossa selostetaan. Samoin kivien ja muovipartikkeleiden pesu on katsottava tarpeettomaksi ja kalliiksi toimenpiteeksi.

Kuumatäytemateriaalin valmistus ja materiaalin rakenne poikkeaa edellisistä. Siinä ei käytetä uunia, muoteissa tai säiliöissä lämmittämistä. Muovit ovat täysin lajittelemattomia .. ja saattavat sisältää mitä tahansa valmistettavia muovilaatuja. Menetelmä on 25 muovilaatuihin nähden yleispätevä.

De-patentissa käytetään kvartsihiekkaa, NL-patentissa merihiekkaa, GB-patentissa erilaisia kiviaineksia. Hakemuksen kohteena oleva materiaali voi sisältää mitä tahansa kiveä, mutta ei hiekkaa. Hiekka on prosessissa pelkästään haitta-aine, joka poistetaan jo kiviä tai muuta il ,· - M-» MM I M ·· · 3 95794 materiaalia kuumennettaessa. Erittäin suuri haitta-aine on myös vesi, jota yleensä käytetään enemmänkin irroitusaineena ja ylikuumenemisen estoaineena muovituotannossa.

Keksinnölle on tunnusomaista vaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa esitetyt seikat. Täyteaineena voidaan käyttää mitä tahansa ainetta, jonka ominaislämpö on suurempi kuin 5 muovin. Periaatteessa materiaalin ominaislämpö on suoraan verrannollinen sen tehokkuuteen. Esimerkiksi teräs- ja keraamiset jätteet sopivat hyvin, samoin lasi.

Kiviainekset ovat kuitenkin helpoimpia ja halvimpia täyte-ja kuumennusmateriaaleja.

Kuumatäytemateriaalimenetelmä soveltuu parhaiten raekoolle yli 5 mm. Ylimmän soveliaan raekoon määrittely ei ole sikäli tarpeen, että se vain parantaa menetelmää.

10 Raekoon on oltava riittävän suuri, jotta niihin voidaan ladata tarpeeksi lämpöä.

Käytettäessä hiekkamaista, alle 5 mm:n raetta, hiekasta muodostuu haitta-aine, joka heikentää materiaalia. Jos raekoko on alle 3 mm, tarttuvuus heikkenee ja siirryttäessä pölymäisiin aineisiin, kuten kipsiin, sekalaiset jätemuovit eivät liimaa tai sido materiaalia tarpeeksi.

15 Hollantilaisesta patentista poiketen täyteaineiden lämpötilarajat ovat 300-500 astetta kun ne mainitussa patentissa ovat 125-250 astetta. Ylärajan määrittelyn rajana voidaan parhaiten pitää materiaalien lämmönkestävyyttä. Suomalaisessa patentissa vaatimus 10 esittää kivien lämpötilaksi 160-220 astetta, mikä ei suoraan riitä plastisoimaan keskimääräistä keräysmuovia.

20 Kokeissa ja koetuotannossa on ilmennyt, että mainitun suomalaisen patentin esittämillä lämpötiloilla joudutaan massaa kuumentamaan erikseen, mikä aiheuttaa lähes ylipääsemättömiä ongelmia tuotteen muotituksessa ja laitteiden käsittelyssä materiaalin takertumisen ja heikkojen siirto-ominaisuuksien takia.

Kuumatäytemenetelmässä sekalaiset keräys-ja jätemuovit silputaan rouheeksi, jonka koko 25 normaalisti on välillä 1--3 cm, paksuus riippuu käytetyistä muoveista. Muovipartikkeleiden koko ei ole prosessin kannalta ratkaisevaa. Se voi vaihdella saatavan raaka-aineen mukaan.

4 95794

Yhdyskuntajätemuovien paksuus on erittäin pieni. Esimerkiksi kalvo- ja tölkkijätteen ohuus on suuri etu tälle menetelmälle.

Täytemateriaalit, esim. kivet lämmitetään niin kuumiksi, että niiden sisältämä lämpömäärä pystyy plastisoimaan suoraan muovit, jolloin saadaan aikaan plastinen, taikinamainen 5 massa. Esimerkiksi soralla tai sepelillä, muovin osuuden ollessa 5-30 % massan painosta, kivilämpötilat vaihtelevat välillä 300-500 astetta, mikä riippuu jätemateriaalien ominaislämmöstä sekä käytetyn muovin määrästä, mutta joka tapauksessa mainittu lämpötilaväli soveltuu kaikille edullisille seostyypeille. Kivien ominaispainolla ja muilla mekaanisilla ominaisuuksilla taas vaikutetaan massan muihin tarpeellisiin ominaisuuksiin.

10 Valmiin materiaalin ominaispaino säädetään luonnollisesti sekä täyteaineen että muovin määrillä.

Plastisointiprosessi perustuu laskentakaavaan, jossa massan loppulämpömäärä = täyteaineiden sisältämä lämpömäärä - muovien plastisointiin tarvittava lämpömäärä.

Mainitun periaatteen takia massanvalmistuksessa ei tarvita lainkaan sekoituksen aikaista tai 15 jälkeistä lisälämmitystä. Massa valmistuu suoraan täyteaineiden sesältämällä lämmöllä mainituilla lämpötilarajoilla.

Valmistusprosessi tapahtuu siten, että kuumennetut täyteaineet syötetään ruuvilla tai muulla mekanismilla sekoittimeen, johon samanaikaisesti syötetään muovirouhetta. Kun kuuma täyteaine ja muovirouhe kohtaavat, alkaa sulaminen välittömästi.

• · . . · 20 Riittävän kuumat täyteaineet (välillä 300-500 astetta) tarttuvat muovirouheisiin, jotka ympäröivät täyteaineen välittömästi. Pienellä sekoituksella saadaan homogeeninen massa, johon voidaan lisätä muovia sekoittimessa. Annostelussa voidaan käyttää kahta menetelmää: joko yksi sekoitusvaihe, jolloin saadaan heti sopiva seos tai lisäämismenetelmä, jossa syötetään hienojakoista muovia sekoittimeen. Mainituissa 25 lämpötiloissa olevia kuumia kiviä ei ole tarpeen lisätä, muoveja vain siinä tarkoituksessa, että perusraaka-aineen sulamislämpötila on liian korkea. Esimerkiksi 200 asteessa plastisoituviin teollisuuden jätemuoveihin on syytä lisätä alemmissa lämpötiloissa sulavia muoveja. Lisäys voidaan tehdä joko ennen sekoitusta tai suoraan sekoittimeen.

il . lil i. n li i i 4 M . .

5 95794

Koska jäte- ja keräysmuovien koostumus vaihtelee, on määriteltävä aina, milloin prosessi toimii ja milloin ei. Varma tulos saavutetaan silloin, kun yli 50 % muoveista plastisoituu alle 180 asteen lämmössä. Tästä seuraa, että muoviseokseen joudutaan joskus lisäämään muovia.

5 Kuumat täyteaineet ja sulava muovi pidetään lähes hapettomassa tilassa tai typpitilassa, jolloin muovit eivät pala piloille eikä esim. PVC voi palaaja synnyttää myrkyllisiä kaasuja. Tavallisesti riittää, että sekoitin on koko ajan täynnä muovia ja täyteainetta jolloin hapen määrä on vähäinen. Vielä sulamaton muovi estää ilman pääsyn sekoittimeen ja taas toisaalta valmis, taikinamainen massa ei ota sisäänsä happea. Sekoittimen rakenne on liki 10 umpinainen, joten miten palamista ei tapahdu.

Sekoittimen rakenne on joko ruuvisekoitin tai tasosekoitin. Nämä prosessin osat eivät suoranaisesti sisällä sellaista, joka ei olisi entuudestaan tunnettua.

Täytemateriaalien kuumennus tapahtuu tavallisesti esim. kivirummuissa, joita asfalttiteollisuus käyttää. Tekniseltä kannalta tärkeää on, että täyteaineiden sisältämä 15 lämpömäärä on oikeassa suhteessa käytettävien muovien kanssa. Mikäli kivirummun tarkkuus ei riitä, voidaan käyttää välisäiliötä, jossa aikatekijällä tasataan lämpömäärä oikeaksi. Nämä seikat voidaan määritellä siten, että kullakin muoviseoksella ajetaan koemassat. Laskennallisia perusteita sekalaisille massoille ei voi määritellä.

:* Kuumatäytemateriaalimenetelmän etu on, että saadaan aikaan suora teollinen prosessi ja 20 siinä voidaan käyttää joustavasti erilaisia muovi-ja täyteainemateriaaleja. Plastista massaa tuottavan laitteiston jatkeeksi on helppo rakentaa erilaisia muotti-ja valssauslinjoja.

Kuumatäytemateriaalimenetelmän suuri etu on, että seoksia on helppo kontrolloida ja - ' · automatisoida. Kivien ja muovien sekoittaminen ei-plastisessa tilassa on hankalaa suurien ominaispainoerojen vuoksi. Uuneista tai lämmitettävistä säiliösekoittimista massan 25 siirtäminen muotteihin tai valssaukseen on kallista. Kuumatäytemenetelmässä valmis massa voidaan siirtää suoraan esim. liukuvaluun. Massasta on jo sekoittimesta ulostulovaiheessa puristettu ilma pois, joten valssaaminen tai muottiin ajo voi tapahtua välittömästi.

95794

Eräs tärkeä etu on, että täyteaineiden lämpötilalla ja mahdollisella muovien esilämmittämisellä voidaan määrittää massan plastisuusaste. Ohuet, kalvomaiset hiutaleet sulavat kivien vaikutuksessa muutamassa sekunnissa. Sulaminen hidastuu sen jälkeen kun muovit ympäröivät täyteainetta. Plastisuus saadaan säilymään ilman eristystä n. 10-15 min, 5 minä aikana tuotteen lopullinen muotoilu on tehtävä.

Joissakin tapauksissa pyritään massan plastisuus pitämään alhaisena, jotta sitovien muovien lämpötila ei nouse liian korkeaksi. Esimerkiksi normaalin yhdyskuntajätemuovien kohdalla kannattaa pyrkiä vain 70-prosenttiseen plastisuusasteeseen siksi, että ne sisältävät , runsaasti, yli 70 prosenttia, jo 150 asteessa plastisoituvia polyeteenimuoveja.

10 Mikäli jätemuoveissa pyrittäisiin täydelliseen plastisoitumiseen, olisi alemmissa lämpötiloissa plastisoituville muoveille haitaksi niiden ylikuumeneminen.

Esimerkkinä menetelmällä valmistetusta tuotteesta on 5x5 cm:n kivimuoviparru.

Raaka-aineena yhdyskuntajätemuovi, jossa 70 % alle 180 asteen lämmössä plastisoituvia muoveja.

15 Normaali, pyöreä sekalainen sora, ominaispaino n. 2,5 kg/dm3, lämmitetään 400 asteeseen.

Kiviaines ja muovirouhe, 60 astetta, syötetään tasaisesti sekoittimeen joka on ruuvi-, tappi-tai siipisekoitin. Muoveja ja kiviä pyöritetään 30 s suppilomaisessa sekoittimessa, massa painetaan hydraulisesti tai ruuvilla suuttimesta ulos liukuvaan muottiin, jota valssataan I’ samalla. Tuote on valmis, voidaan paloitella ja ajaa jäähtymään.

20 Samalla tavalla suoraan paineisesta sekoittimesta voidaan täyttää suulakkeella laattamuotteja tai annostella puristukseen meneviä muotteja tuotteesta riippuen.

Claims (5)

95794

1. Menetelmä täyteainemuovimassan valmistamiseksi lajittelemattomasta ja pesemättömästä, sekalaisista keräys- ja jätemuoveista tunnettu siitä, että ominaispainoltaan yli yhden ja karkeampaa kuin hiekka olevien täyteaineiden kuten kivien, metallien ja keramiikan seokset, ja esilämmitetyt tai esilämmittämättömät, pesemättömät, sekalaiset kuivat muovit sekoitetaan suoraan oikeasuhteiseksi täyteaineiden ja muovien massaksi sekoittimessa, jolloin täyteaineet on lämmitetty erillisellä lämmittimellä lämpötilaan 300-500 astetta, minkä jälkeen täyteaineet ja muovit viedään välittömään kontaktiin sekoittimessa, joka valmistaa plastista massaa ilman, että sekoitusvaiheessa tarvitaan täyteaineen sisältämän lämmön lisäksi mitään muuta lämmitystä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sekalaisista jätemuoveiksi luokitelluista muoveista tehdään sekoitus, jossa alle 180 asteen lämmössä plastisoituvien muovien osuus on vähintään 50 %.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ettei muovipartikkeleita eikä täyteaineita ole pesty ennen sekoitusta.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaineiden raekoko on yli 5 mm ylärajan ollessa määrittelemätön.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaineden sisältämällä lämpömäärällä ja muovien esilämmityksellä säädetään kulloisenkin seoksen plastisointiastetta. Λ *· 95794 PAT ENT KR AV