MX2008000998A - Procedimiento para el reciclado de poliestireno expandido. - Google Patents
Procedimiento para el reciclado de poliestireno expandido.Info
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Abstract
La invencion se relaciona con un procedimiento mejorado para el reciclado de poliestireno expandido. Dicho procedimiento comprende esencialmente la reduccion en volumen del poliestireno expandido por medio de disolucion en un solvente, separacion de los componentes insolubles, precipitacion selectiva del poliestireno con un antisolvente, separacion, secado y extrusion del poliestireno precipitado, recuperacion por destilacion y reciclado del solvente. El procedimiento esta caracterizado porque el antisolvente es un butanol que se selecciona de n-butanol, isobutanol o sec-butanol y el solvente es carbonato de dimetilo, solo o en una mezcla que contiene hasta 25% en peso de butanol.
Description
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PROCEDIMIENTO PARA EL RECIC ADO DE POLIESTIRENO EXPANDIDO
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un procedimiento mejorado para el reciclado de poliestireno expandido. De manera más particular, se relaciona con un procedimiento que comprende la reducción en volumen de poliestireno expandido por medio de disolución en un solvente, separación de los componentes insolubles, precipitación selectiva de poliestireno con un antisolvente, separación, secado y extrusión del poliestireno precipitado, recuperación por destilación y reciclado del solvente. El poliestireno expandido se utiliza en grandes cantidades, debido a su baja conductividad térmica y buena resistencia al choque, como material de empaque para diversos productos y como material aislante del calor para edificios y refrigeradores. Los productos de desperdicio derivados de estos materiales y el desperdicio de producción del poliestireno expandido, dado que su peso específico es muy bajo, son extremadamente voluminosos y en consecuencia su transporte y desechado subsecuente . en tiraderos son un problema. El desechado por incineración de estos materiales - - de desperdicio, por otra parte, también es un problema dado que puede interferir en el proceso de combustión del incinerador y también provocar la producción de gases tóxicos . De hecho, algunos tipos de poliestireno expandido los cuales contienen aditivos cromados pirorretardantes, cuando se incineran, pueden generar la formación de dioxinas polibromadas extremadamente tóxicas. Por estas razones, los productos de desperdicio de poliestireno expandido deben ser reciclados, en una primera fase reduciendo el volumen y posteriormente generando el poliestireno . Los métodos convencionales para reducción de volumen y el reciclado de poliestireno, los cuales incluyen tratamiento de compactación termomecánico no permiten que el poliestireno se separe de otros productos presentes en el poliestireno expandido y también tiene la desventaja considerable de provocar la degradación parcial oxidativa del polímero y de esta manera se reduce su calidad (Kano, Suzuki, J. Jpn. Pack. Inst., 31, 33, 1993; Sasao, Harade et Al., Kagaku-Kogyo, 66, 395, 1992). Otro método para reducir el volumen y reciclar poliestireno expandido descrito en la técnica anterior, el cual resuelve los inconvenientes anteriores, incluye la disolución del polímero en un solvente orgánico.
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La recuperación del poliestireno de la solución después se lleva a cabo por evaporación de solvente o por precipitación mediante la adición de agua o un antisolvente . Este tipo de procedimientos descritos en la técnica anterior, no obstante, también tienen varios inconvenientes, los cuales perjudican su aplicación industrial entre los cuales están: • el uso de solventes tóxicos y peligrosos para los seres humanos y el ambiente, como en el caso del uso de compuestos aromáticos u organohalogenados; • inestabilidad y variabilidad de las características, calidad, disponibilidad del mercado y precio; características organolépticas inaceptables como en el caso del uso de limoneno como solvente; • remoción insuficiente o nula de los aditivos contenidos en el material que se va a tratar, seguido por una baja calidad del poliestireno recuperado como en el caso de recuperación por evaporación a partir de la solución o la precipitación que se obtiene por la adición de agua o de antisolventes orgánicos escasamente selectivos tales como hidrocarburo saturados. Los ejemplos de aditivos los cuales se deben separar del poliestireno son aditivos pirorretardantes bromados tales como, por ejemplo, exabromociclododecano (HBCD) y coadyuvantes o aditivos - pirorretardantes tales como, por ejemplo, peróxido de dicumilo (DCP) . Estos aditivos se deben separar del poliestireno con el fin de evitar la formación de gases tóxicos, la degradación y coloración del polímero durante la fase de extrusión subsecuente; • dificultad en recuperación y secado, seguido por una calidad pobre del poliestireno recuperado, como en el caso de recuperación por evaporación a partir de solventes con un punto de ebullición altos o precipitación a partir de solventes con una baja volatilidad tal como alquilenglicoles; • dificultad en la solubilización (velocidad de disolución baja y baja concentración o alta viscosidad de la solución) , como en el caso del uso de solventes con una volatilidad baja tal como esteres dibásicos, éteres y esteres de glicol; • dificultad en el fraccionamiento de la mezcla solvente/antisolvente después de la recuperación del poliestireno y dificultad en reciclar el solvente en la etapa de disolución de poliestireno. En particular, dado que el antisolvente normalmente se utiliza en gran exceso
(hasta 10-15 veces el peso con respecto al solvente) los procedimientos son perjudicados particularmente los cuales, mediante el uso de solventes con un punto de ebullición alto y antisolventes más volátiles requiere, durante la - - etapa de separación por destilación de la mezcla solvente/antisolvente, la destilación de la totalidad del antisolvente contenido en la mezcla de manera que permite que el solvente sea reciclado a la etapa de disolución de estireno con un enorme consumo de energía y carga económica para el proceso, lo que vuelve indeseable su aplicación industrial . Con el fin de resolver estos inconvenientes y desarrollar procedimientos los cuales se pueden aplicar a escala industrial, se han estudiado sistemas de solvente/antisolvente que tienen características mejoradas con respecto a los descritos en la técnica conocida. Las solicitudes de patentes japonesas JP 11-005 865, JP 11-080 418 y la solicitud de patente internacional WO 2005/023922, por ejemplo, describen excelentes propiedades, como solventes, con respecto al poliestireno expandido, de carbonatos de alquilo en general. Las solicitudes de patente JP 11-080 418, DE 10207336, US 5,232,954 y WO 2005/023922 describen las propiedades óptimas como antisolventes de alcoholes con punto de ebullición bajo, en general. Estos alcoholes están caracterizados por ser no solventes para poliestireno y buenos solventes de los aditivos contenidos en el poliestireno mismo de manera que permiten la precipitación selectiva del poliestireno puro y su separación de los - - aditivos los cuales permanecen en solución. Ahora se ha encontrado un procedimiento basado en el uso de una combinación particular de un solvente y un antisolvente, lo cual permite que se recupere un poliestireno expandido de buena calidad, sin dificultad en el fraccionamiento de la mezcla solvente/antisolvente y sin dificultad alguna en el reciclado del solvente a la etapa de disolución de poliestireno. De acuerdo con esto, un objetivo de la presente invención se relaciona con un procedimiento para la recuperación de poliestireno a partir de desperdicio que contiene poliestireno expandido, que esencialmente comprende : i. reducción en volumen del poliestireno expandido por medio de disolución en un solvente; ii. separación de los componentes insolubles; iii. precipitación de la solución de poliestireno por medio de un antisolvente; iv. separación, lavado y secado de poliestireno precipitado; v. fraccionamiento por destilación de los componentes de las aguas madres utilizadas para la precipitación y lavado, recuperación del solvente de la cabeza de la columna de destilación y su reciclado a la etapa i) , recuperación del antisolvente desde el fondo de - - la columna de destilación, caracterizado porque el antisolvente es un butanol que se selecciona de n-butanol, isobutanol o sec-butanol y el solvente es carbonato de dimetilo, solo o en una mezcla que contiene hasta 25% en peso de butanol. La utilidad particular del uso de carbonato de dimetilo como solvente, en combinación con butanol como antisolvente, se debe considerar muy sorprendente. De hecho, se sabe que el carbonato de dimetilo forma con alcoholes de punto de ebullición bajo que contiene de 1 a 4 átomos de carbono mezclas azeotrópicas con un punto de ebullición mínimo, de resolución difícil, como se describe, por ejemplo, en Rodríguez et al . , FLUID PHASE EQUILIBRIA 201, 187-201, 2002. También es legítimo esperar que estas mezclas no sean buenos solventes para poliestireno debido a la presencia de alcohol que tiene características antisolventes conocidas. De hecho, esto sucede y se ha demostrado por los inventores en el caso de las mezclas azeotrópicas de carbonato de dimetilo con alcoholes: metílico, etílico, n-propílico, isopropílico y terbutílico. También es sorprendente que una mezcla que contiene .carbonato de dimetilo y hasta 25% en peso de butanol, también permite la reducción en volumen y disolución del poliestireno expandido a temperatura ambiente en tiempos muy cortos y la producción fácil de soluciones con una alta concentración de polímero, bajo condiciones y con resultados prácticamente comparables con aquellos que se obtienen mediante el uso de carbonato de dimetilo sólo y mejores que aquellos obtenidos con el uso de otros carbonatos de alquilo. Debe resaltarse que el uso de carbonato de dimetilo (o la mezcla que contiene carbonato de dimetilo y butanol en las proporciones antes mencionadas) como solvente y butanol como antisolvente, de acuerdo con la invención, es esencial para una recuperación fácil del solvente por destilación a partir de las aguas madres utilizadas para la precipitación y lavado de poliestireno, después de la separación de este último, sin la necesidad de tener que llevar a cabo la destilación del antisolvente agregado en gran exceso para obtener la precipitación del poliestireno . El uso de carbonato de dimetilo como solvente y alcoholes con un punto de ebullición bajo que no se conforman a la invención, tales como metanol, etanol, propanol, isopropanol o terbutanol como antisolventes, puede requerir operaciones de separación costosas y poco económicas de los componentes de la mezcla azeotrópica para recuperar el carbonato de dimetilo. El uso de carbonatos superiores tales como - - carbonato de dietilo, carbonato de dipropilo o carbonato de dibutilo a su vez no sólo perjudica significativamente la velocidad de disolución del poliestireno la cual puede ser más lenta, sino que también necesita, en la fase de separación por destilación de la mezcla de solvente-antisolvente, la destilación de la totalidad del antisolvente contenido en la mezcla para permitir que el solvente sea reciclado a la etapa de disolución de poliestireno, con un enorme consumo de energía y una gran carga económica para el procedimiento, lo que lo vuelve indeseable para ser utilizado a escala industrial. El procedimiento objeto de la invención tiene numerosas ventajas con respecto a los procedimientos de la técnica conocida, en todas las etapas en las cuales se articula. • El carbonato de dimetilo y el butanol son compuestos estables, no son caros, están disponibles ampliamente en la práctica industrial, tienen una inflamabilidad moderada y tienen propiedades toxicológicas y ecotoxicológicas favorables. • La reducción en el volumen y disolución de poliestireno expandido en el solvente se lleva a cabo a temperatura ambiente en tiempos extremadamente rápidos y se. obtienen soluciones con una alta concentración del polímero y con una viscosidad moderada, lo que facilita la operación - de separación de la fracción insoluble, por ejemplo mediante filtración. • El solvente utilizado en la reducción en volumen y la disolución del poliestireno expandido se puede recuperar con facilidad por destilación de las aguas madres utilizadas para la precipitación y lavado de poliestireno, después de separación de este último sin la necesidad de tener que destilar el antisolvente agregado en gran exceso para obtener la precipitación del poliestireno, con un ahorro consecuente considerable tanto en energía como en costo . • El uso de butanol como antisolvente para la precipitación del poliestireno a partir del solvente garantiza una alta selectividad de separación de los aditivos y una separación y secado fáciles bajo condiciones moderadas de vacío y temperatura de poliestireno, con una alta calidad consecuente del polímero recuperado, el cual se puede someter a extrusión subsecuente sin coloración y sin una disminución en el peso molecular. Al operar de acuerdo con una modalidad de la invención, el solvente en el cual se lleva a cabo la reducción en volumen y la disolución del poliestireno expandido, contiene adicionalmente • un - hidrocarburo alifático o cíclico saturado que tiene un número de átomos de carbono iqual a o menos de 7, o una mezcla de dichos hidrocarburos, en una concentración que varía desde 0.1 hasta 35% en peso en la mezcla. Este hidrocarburo normalmente contiene 5 átomos de carbono y se introduce en el procedimiento por el material de desperdicio que contiene poliestireno expandido, objeto del tratamiento, que representa el residuo del agente de expansión utilizado a un contenido en el mismo. El residuo del agente de expansión normalmente está contenido en el material de desperdicio que contiene poliestireno expandido, objeto del tratamiento, en una concentración que varía de 0.1 a 1.5% en peso. Es sorprendente que, cuando se opera de acuerdo con la modalidad anterior de la invención, la mezcla de solvente que contiene carbonato de dimetilo (o carbonato de dimetilo y butanol en las proporciones indicadas en lo anterior) y adicionalmente un hidrocarburo alifático o cíclico saturado, permite la reducción en volumen y la disolución del poliestireno expandido a temperatura ambiente en tiempos extremadamente rápidos y en la facilidad de producción de soluciones con una alta concentración de polímero, bajo condiciones y con resultados completamente comparables e incluso mejores que aquellos obtenidos en ausencia de dichos hidrocarburos. Es un hecho conocido que, de manera similar y adicional a los alcoholes, dichos hidrocarburos alifáticos o cíclicos - saturados también son antisolventes los cuales precipitan el poliestireno de sus soluciones, como se describe, por ejemplo, en la solicitud de patente internacional WO 2003/35729. Debe resaltarse una vez más que, cuando el poliestireno expandido que va a ser reciclado contiene un hidrocarburo alifático o cíclico saturado tal como pentano, un residuo del agente de expansión utilizado, normalmente en una concentración que varía de 0.1 a 1.5% en peso, el cual se acumula en las corrientes de procedimiento después de su reciclado, el uso de la mezcla de solvente que contiene carbonato de dimetilo (o carbonato de dimetilo y butanol en las proporciones indicadas antes) y adicionalmente el hidrocarburo alifático o cíclico saturado en una concentración que varía de 0.1 a 35% en peso en la mezcla, permite que la entidad de las corrientes de purga del procedimiento se minimice con un beneficio considerable con respecto a su manejo y costo en base en su uso a escala industrial . El material que va a ser tratado puede ser cualquier material de desperdicio que contenga poliestireno expandido tal como, por ejemplo, desperdicio de producción industrial antes de su uso, raspados de....cortadoras -y transformadores, desperdicio de empacado que se obtiene de una recolección de desperdicios separados de una ciudad, - - poliestireno expandido de aplicaciones agrícolas (bandejas-semillas, etc.). El material que va a ser tratado, también contiene y normalmente contiene uno o más de los aditivos habituales, tales como plastificantes, antioxidantes, estabilizantes, colorantes y, en particular aditivos pirorretardantes tales como pirorretardantes bromados, por ejemplo exabromociclododecano (HBCD) y coadyuvantes de aditivos pirorretardantes, por ejemplo peróxido de dicumilo (DCP) . El material que va a ser tratado, también se ha sometido a una operación de compresión mecánica previa hasta que se alcanza una densidad, por lo tanto, de aproximadamente 0.1 kg/1. Al operar de acuerdo con la invención, la disolución del poliestireno expandido se lleva a cabo a presión atmosférica, en un aparato preferiblemente equipado con un agitador, a una temperatura que normalmente varía de 20°C a 70°C. La concentración de poliestireno en la solución varía de 5% a 50% en peso, preferiblemente dentro del intervalo de 15% a 40% en peso. De acuerdo con una modalidad de la invención, la disolución es precedida, si es necesario, por el corte del material que va a ser tratado, que contiene poliestireno expandido, de acuerdo con técnicas convencionales, por ejemplo, por medio de cuchillas giratorias, en piezas de - bloques que tienen dimensiones máximas que normalmente varían de 0.1 a 100 cm, preferiblemente de 1 a 50 cm. Los componentes insolubles posiblemente presentes se separan de la solución de poliestireno por medios de métodos de separación sólido/líquido convencionales tales como, por ejemplo, decantación, filtración y centrifugación. La precipitación de poliestireno se lleva a cabo a una temperatura que varía de 10°C a 70°C, preferiblemente, dentro del intervalo de 15°C a 50°C. La cantidad de antisolvente utilizada está en la proporción en peso con el solvente que varía de 2:1 a 20:1, preferiblemente dentro del intervalo de 5:1 a 15:1. La precipitación de poliestireno preferiblemente se lleva a cabo al alimentar la solución de poliestireno respecto al antisolvente mantenido bajo agitación turbulenta. La alimentación de la solución de poliestireno preferiblemente se lleva a cabo en el fondo del reactor de precipitación, por debajo del sistema de agitación con un caudal el cual no tiene influencia relevante sobre el procedimiento y el cual está dentro del intervalo de 50 a 8,000, expresado como g/ (hora*litro de no solvente). La agitación turbulenta durante la fase de precipitación . de poliestireno permite que se obtenga un precipitado sólido, evitando la formación de gel y minimizando la inclusión de - - solvente y aditivos en el precipitado. Al operar de esta manera, se obtiene un precipitado gue tiene un tamaño de partícula promedio de 30 µm (micrómetros) . El precipitado de poliestireno se separa por medio de métodos convencionales tales como decantación, centrifugación o filtración, preferiblemente filtración. Esta operación se lleva a cabo a una temperatura que varía de 10 a 70°C, preferiblemente de 15 a 50°C. El sólido separado se lava utilizando un antisolvente adoptado para la precipitación. El lavado se lleva a cabo a una temperatura que varía de 10 a 80°C, preferiblemente de 15 a 70°C mediante vertido del líquido de lavado sobre el filtro que contiene el material sólido; o al suspender el sólido en el líquido de lavado, dejando la suspensión bajo aqitación durante un período de 1 a 24 horas y después al separar el sólido por decantación, centrifugación o filtración; o por una extracción de manera continua utilizando un extractor, por ejemplo, de tipo Soxhiet . La cantidad de fluido de lavado utilizado varía de 3 a 20 litros por kg de producto sólido, preferiblemente de 5 a 10 litros por kg de producto sólido. El polímero se seca a una temperatura que varía de 50 a 180°C, de manera preferible de 80 a 150°C y a una presión de 760 a 10 mm Hg, preferiblemente de 50 a 500 mm Hg.
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El polímero secado se extruye con extrusores de uso común. Para la separación del solvente del antisolvente, el líquido que proviene de separación de poliestireno y el líquido de lavado se unen mezclándose y experimentan destilación de acuerdo con métodos tradicionales, normalmente a presión atmosférica, recuperando carbonato de dimetilo (o una mezcla de carbonato de dimetilo y butanol en las proporciones mencionadas antes) lo cual representa el solvente, desde la cabeza de la columna de destilación y la cual es reciclada a la etapa de disolución de poliestireno y el antisolvente (butanol) desde el fondo de la columna, el cual es reciclado a la etapa de precipitación de poliestireno. La corriente superior extraída de la columna de destilación además del carbonato de dimetilo (o una mezcla de carbonato de dimetilo y butanol en las proporciones mencionadas antes adicionalmente puede contener un hidrocarburo alifático o cíclico saturado que tiene un número de átomos de carbono igual o menor de 7 o una mezcla de dichos hidrocarburos. Este hidrocarburo normalmente contiene 5 átomos de carbono en el mismo y está introducido en el procedimiento por el material de desperdicio que contiene poliestireno expandido, objeto del tratamiento, que representa el residuo del agente de expansión utilizado - - que aún está contenido en el mismo. El residuo del agente de expansión normalmente está contenido en el material de desperdicio que contiene poliestireno expandido objeto del tratamiento, en una concentración que varía de 0.1 a 1.5% en peso. En este caso, se separa una corriente de purgado de la corriente superior, antes del reciclado a la etapa de disolución de poliestireno, en una cantidad adecuada para mantener en la corriente reciclada una concentración de hidrocarburo o una mezcla de hidrocarburos que varían de 0.1 a 35% en peso. La corriente de purgado puede ser tratada adecuadamente utilizando técnicas convencionales, por ejemplo por medio de destilación adicional, para la recuperación del hidrocarburo, el cual se desecha, mientras que el carbonato de dimetilo (y posible butanol) contenido en el mismo se recupera y recicla al procedimiento. La corriente inferior recuperada del fondo de la columna de destilación se trata para la separación de posibles aditivos los cuales se pueden recuperar o desechar. El método descrito permite la recuperación de poliestireno sin alterar sus propiedades y habilita que se separen del polímero aditivos no deseados. Los ejemplos proporcionados en lo siguiente son con propósitos ilustrativos y no limitantes de la presente invención. El poliestireno expandido utilizado en los ejemplos es del tipo pirorretardante, caracterizado por un peso promedio de peso molecular de 200,000, por un contenido de bromo de 0.545% y un contenido de peróxido de dicumilo de 0.19%.
Ejemplo 1 En este ejemplo, se evalúa la capacidad de solubilización del poliestireno expandido por carbonato de dimetilo . Se sumerge un cubo de poliestireno expandido que tiene un volumen de 125 cm3 (5 cm de larqo, 5 cm de ancho y 5 cm de profundidad) en un vaso de precipitados que contiene 20 ml de solvente, a temperatura ambiente y se mide el tiempo necesario para que el poliestireno se disuelva completamente. El poliestireno se demuestra que se disuelve completamente en aproximadamente 45 segundos.
Ejemplo 2 Se repite el ejemplo 1 utilizando una mezcla que contiene carbonato de dimetilo y n-butanol en una proporción en peso 90:10. Se demuestra que el poliestireno se disuelve - - completamente en aproximadamente 75 segundos. Ejemplo 3 Se repite el Ejemplo 1 utilizando una mezcla azeotrópica que contiene carbonato de dimetilo e isobutanol (proporción en peso, 92:8). Se demuestra que el poliestireno se ha disuelto completamente en aproximadamente 68 segundos.
Ejemplo 4 Se repite el Ejemplo 1 utilizando una mezcla azeotrópica que contiene carbonato de dimetilo y sec-butanol (proporción en peso, 85:15). Se demuestra que el poliestireno se ha disuelto completamente en aproximadamente 103 segundos.
Ejemplo 5 Se repite el Ejemplo 1 utilizando una mezcla que contiene carbonato de dimetilo y n-pentano en una proporción en peso de 95:5. Se demuestra que el poliestireno se disuelve completamente en aproximadamente 40 segundos.
Ejemplo 6 - Se repite el Ejemplo 1 utilizando una mezcla que contiene carbonato de dimetilo y n-pentano en una - - proporción en peso de 90:10. Se demuestra que el poliestireno se disuelve completamente en aproximadamente 46 segundos.
Ejemplo 7 Se repite el Ejemplo 1 utilizando una mezcla que contiene carbonato de dimetilo, n-butanol y n-pentano en una proporción en peso de 80:10:10. Se demuestra que el poliestireno se disuelve completamente en aproximadamente 75 segundos.
Ejemplos 8-14 (comparativos) Se repite el Ejemplo 1 utilizando mezclas diferentes de la técnica conocida, Los resultados se muestran en la Tabla 1. Tabla 1
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Ejemplos 15-19 (comparativos) Se repite el Ejemplo 1 utilizando las siguientes mezclas azeotrópicas:
Ejemplo 15, carbonato de dimetilo/etanol (55/45 en peso) Ejemplo 16, carbonato de dimetilo/n-propanol (75/25 en peso) Ejemplo 17, carbonato de dimetilo/isopropanol (44/56 en peso) Ejemplo 18, carbonato de dimetilo/metanol (30/70 en peso) Ejemplo 19, carbonato de dimetilo/terbutanol (33/67 en peso) . En los Ejemplos 15, 16 y 17, se demuestra que el poliestireno expandido se reduce en volumen (se colapsa) , pero no se disuelve después de 30 minutos. En los Ejemplos 18 y 19 el poliestireno expandido no se reduce en volumen ni se disuelve después de 30 minutos.
Ejemplo 20 Se introducen 210 g de carbonato de dimetilo en un recipiente de vidrio que tiene un volumen de 0.5 litros, equipado con un agitador de aspa, termómetro, descarga inferior y una entrada para la adición de material. Se - - agregan en alícuotas 90 g de poliestireno expandido triturado a la mezcla de solvente, se mantiene bajo agitación a temperatura ambiente y la totalidad de la mezcla se deja bajo agitación hasta disolución completa. La solución que se obtiene, que contiene 30% en peso de poliestireno, se filtra para eliminar sustancias extrañas insolubles. El equipo utilizado para la precipitación de poliestireno consiste de un reactor de vidrio con chaqueta, que tiene un volumen de 1 litro, equipado con un condensador de agua, termómetro, descarga inferior, agitador-homogeneizador Ultra-Turrax y tubo con émbolos de alimentación, cuya forma y dimensiones son tales que la solución de poliestireno puede ser suministrada por debajo del sistema de agitación. Se cargan en el reactor descrito antes 300 g de n-butanol y se mantiene a una temperatura de aproximadamente 25°C mediante circulación de agua corriente en la chaqueta del reactor. Se inicia la agitación (4,000 revoluciones/minuto) y se suministran 50 g de solución de poliestireno a través del tubo con émbolo, por medio de una bomba de engranaje, a un caudal de 100 g/hora. Durante esta fase, el poliestireno precipita en. forma de un sólido escamoso. Una vez que se ha completado la alimentación de la solución de polímero, el sólido - - formado se filtra. El líquido filtrado, que tiene un peso de 290 g, tiene la siguiente composición: 11.8% en peso de carbonato de dimetilo, 88.17% en peso de butanol, 139 mg/kg de bromo y 57 mg/kg de peróxido de dicumilo. El sólido en el filtro se lava a temperatura ambiente con 200 g de n-butanol. El líquido de lavado tiene un peso de 221.6 g y tiene la siguiente composición: 0.32% en peso de carbonato de dimetilo, 99.68% en peso de butanol, 39 mg/kg de bromo y 27.5 mg/kg de peróxido de dicumilo. El sólido en el filtro, que tiene un peso de 38.4 g, tiene la siguiente composición. 38.8% en peso de poliestireno, 61.2% en peso de butanol, 857 mg/kg de bromo y 148 mg/kg de peróxido de dicumilo. El producto sólido, después de secar en un horno durante 4 horas a una temperatura de 120°C y una presión de aproximadamente 40 mbar tiene un peso de 14.94 g y la siguiente composición: 99.76% en peso de poliestireno, 2,200 mg/kg de bromo y 380 mg-/kg de peróxido de dicumilo. El contenido de bromo y peróxido de dicumilo en el poliestireno recuperado se reduce en 59.7% y 80%, respectivamente, con respecto al poliestireno expandido inicial . El poliestireno recuperado es blanco y tiene un peso promedio de peso molecular, a través de GPC, igual al del poliestireno inicial. El líquido de filtración y el líquido de lavado se unen y destilan. El líquido que se va a destilar, que tiene un peso de 511.7 g tiene la siguiente composición: 6.84% en peso de carbonato de dimetilo, 93.14% en peso de butanol, 160 mg/kg de bromo y 56 mg/kg de peróxido de dicumilo. El equipo utilizado para la destilación consiste de las siguientes partes: • Matraz de vidrio con chaqueta que tiene un volumen de 1 litro, equipado con un alojamiento para un termopar y calentado por un baño termostático de aceite circulante. • Columna de destilación de vidrio, con una chaqueta y con un trazo eléctrico con el fin de minimizar las dispersiones de calor, un medidor grande y con un diámetro interno de 20 mm, equipado con un rellenador Sulzer DX. Se determina experimentalmente que, a presión atmosférica, esta columna tiene aproximadamente 20 etapas teóricas . • Cabeza de destilación de vidrio, equipada con un condensador y un alojamiento para un termopar, en donde la totalidad del vapor se condensa y se extrae una alícuota del líquido en una relación de reflujo establecida por la intervención de una válvula electromagnética. El líquido separado se recolecta en un recipiente en la chaqueta de 100 mililitros. La mezcla que se va a destilar se carga en el matraz y se calienta con aceite hasta la temperatura de ebullición. Después de aproximadamente 1 hora desde el inicio del calentamiento, la temperatura del vapor y la cabeza de la columna se estabiliza en un valor de 90.1°C, mientras que el fondo de la columna se estabiliza en 117.5°C. El condensado superior se separa con una relación de reflujo de 10:2 hasta que la temperatura en la parte superior permanece constante. Se recolectan 17 g de producto destilado que tiene un contenido DMC superior de 99.9% durante un período de aproximadamente 40 minutos. Subsecuentemente, operando bajo las mismas condiciones y en aproximadamente 10 minutos, se recolectan 11.4 g de destilado (temperatura en la parte superior de la columna = 90.3°C), que tiene la siguiente composición: 99.4% en peso de carbonato de dimetilo y 0.6% en peso de butanol. Se incrementa la relación de reflujo a 10:1 conforme la temperatura en la parte superior de la columna - se incrementa rápidamente y se recolecta el destilado hasta que la temperatura en la parte superior alcance un valor de 117.6°C. La fracción del destilado recolectado, con un peso de 19 g, tiene la siguiente composición: 34% en peso de carbonato de dimetilo y 66% en peso de butanol. La temperatura en la parte superior posteriormente se estabiliza en un valor de 117.8°C y, manteniendo el caudal a 10:1, se recolectan 27 g de destilado que tiene la siguiente composición: 99.2% en peso de butanol y 0.8% en peso de carbonato de dimetilo. El producto en el fondo de la columna, que tiene un peso de 437.3 g, tiene un contenido de butanol superior a 99.9%.
Ejemplo 21 Se vierten 350 g de n-butanol en el reactor descrito en el Ejemplo 20 y se mantienen a una temperatura de aproximadamente 50°C por circulación de etilenglicol en la chaqueta del reactor, calentado por un baño termostático . Se inicia la agitación
(4,000 revoluciones/minuto) y se alimentan desde el tubo con émbolo 50g de solución de poliestireno (30% en peso en carbonato de dimetilo) por medio de una bomba de engranaje, - - con un caudal de 3,000 g/hora. El poliestireno precipita durante esta fase. Una vez que se ha completado la alimentación de la solución del polímero, el sólido que se forma se filtra. El líquido filtrado, que tiene un peso de 364 g, tiene la siguiente composición: 9.15% en peso de carbonato de dimetilo, 90.8% en peso de butanol, 165 mg/kg de bromo y 59 mg/kg de peróxido de dicumilo. El sólido en el filtro se lava a temperatura ambiente con 100 g de n-butanol. El líquido de lavado, que tiene un peso de 117 g, tiene la siguiente composición: 1.47% en peso de carbonato de dimetilo, 98.53% en peso de butanol, 35 mg/kg de bromo y 45 mg/kg de peróxido de dicumilo. El sólido en el filtro, que tiene un peso de
19 g, tiene la siguiente composición: 78.4% en peso de poliestireno, 21.,4% en peso de butanol, 0.17% en peso de carbonato de dimetilo, 925 mg/kg de bromo y 78.5 mg/kg de peróxido de dicumilo. El sólido, después de secar en un horno durante un período de 4 horas, a una temperatura de 120°C y una presión de aproximadamente 50 mbar, tiene un peso de 14.92 g y la siguiente composición: 99.87% en peso de poliestireno, 0.0067% en peso de butanol, 1,180 mg/kg de bromo y 99.8 mg/kg de peróxido - - de dicumilo. El contenido de bromo y peróxido de dicumilo en el poliestireno recuperado se reduce en 79% y 94.8%, respectivamente, con respecto al poliestireno expandido inicial. El poliestireno recuperado es blanco y tiene un peso promedio de peso molecular, determinado por GPC, igual al del poliestireno inicial. El líquido de filtración y el líquido de lavado se unen y destilan como se describen en el Ejemplo 20.
Ejemplo 22 Se cargan 210 g de una mezcla que contiene 189 g de carbonato de dimetilo (90% en peso) y 21 g de n-butanol (10% en peso) en un recipiente de vidrio que tiene un volumen de 0.5 litros, equipado con un agitador de aspas, termómetro, descarga inferior y entrada para la adición del material. Se agregan en alícuotas 90 g de poliestireno expandido triturado a la mezcla de solvente, se mantiene bajo agitación a temperatura ambiente y la totalidad de la mezcla se deja bajo agitación hasta disolución completa. La solución que se obtiene, que contiene 30% en peso de poliestireno, se filtra para eliminar sustancias extrañas insolubles. Se vierten 350 g de n-butanol en el reactor - descrito en el Ejemplo 20 y se mantienen a una temperatura de aproximadamente 25°C por la circulación de agua corriente en la chaqueta del reactor. Se inicia la agitación (4,000 revoluciones/minuto) y se alimentan 50 g de solución de poliestireno desde el tubo de émbolo, por medio de una bomba de engranaje, a un caudal de 3,000 g/hora. El poliestireno precipita durante esta fase, en forma de un sólido escamoso. Una vez -que se ha completado la alimentación de la solución de polímero, se filtra el sólido que se forma. El líquido filtrado, que tiene un peso de 310 g, tiene la siguiente composición: 8.95% en peso de carbonato de dimetilo, 91% en peso de butanol, 145 mg/kg de bromo y 52 mg/kg de peróxido de dicumilo. El sólido en el filtro se lava a temperatura ambiente con 100 g de n-butanol. El líquido de lavado que tiene un peso de 166.95 g tiene la siguiente composición: 2.04% en peso de carbonato de dimetilo, 97.95% en peso de butanol, 42 mg/kg de bromo y 37.4 mg/kg de peróxido de dicumilo. El sólido en el filtro, que tiene un peso de 23 g tiene la siguiente composición: 64.8% en peso de poliestireno, 33.7% en peso de butanol, 1.49% en peso de carbonato de dimetilo, - -
1,300 mg/kg de bromo y 250 mg/kg de peróxido de dicumilo. El producto sólido, después de secar en un horno durante 4 horas a una temperatura de 120°C y una presión de aproximadamente 50 mbar, tiene un peso de 14.92 g y la siguiente composición: 99.86% en peso de poliestireno, 2000 mg/kg de bromo y 385 mg/kg de peróxido de dicumilo. Los contenidos de bromo y de peróxido de dicumilo en el poliestireno recuperado se reducen en 63.1% y 79.6%, respectivamente, con respecto al poliestireno expandido inicial . El poliestireno recuperado es blanco y tiene un peso promedio de peso molecular, determinado por GPC, igual al del poliestireno inicial. El líquido de filtración y el líquido de lavado se unen y destilan, como se describen en el Ejemplo 20.
Ejemplo 23 Se vierten 350 g de n-butanol en el reactor descrito en el Ejemplo 20 y se mantienen a una temperatura de aproximadamente 50°C por la circulación del etilenglicol en la chaqueta del reactor. Se inicia la agitación (4,000 revoluciones/minuto) y se alimentan desde el tubo con émbolo 50 g de la solución de poliestireno preparada en el Ejemplo 22 (30% en peso en la mezcla de carbonato de - - dimetilo/n-butanol, 90-10 en peso) , por medio de una bomba de engranaje, a un caudal de 3,000 g/hora. El poliestireno precipita durante esta fase. Una vez que la alimentación de la solución de polímero se ha completado, el sólido que se forma se filtra. El líquido filtrado, que tiene un peso de 360 g, tiene la siguiente composición: 8.36% en peso de carbonato de dimetilo, 91.63% en peso de butanol, 184 mg/kg de bromo y 66 mg/kg de peróxido de dicumilo. El sólido en el filtro se lava, a temperatura ambiente, con 100 g de n-butanol. El líquido de lavado, que tiene un peso de 119.3 g, tiene la siguiente composición: 1.13% en peso de carbonato de dimetilo, 98.86% en peso de butanol, 17 mg/kg de bromo y 27 mg/kg de peróxido de dicumilo. El sólido en el filtro, que tiene un peso de 20.7 g, tiene la siguiente composición: 72% en peso de poliestireno, 27.75% en peso de butanol, 0.18% en peso de carbonato de dimetilo, 637 mg/kg de bromo y 75.5 mg/kg de peróxido de dicumilo. El producto sólido, después de secar en un horno durante 4 horas a una temperatura de 120°C y una presión de aproximadamente 50 mbar, tiene un peso de 14.92 g y la siguiente composición: -
99.86% en peso de poliestireno, 0.007% en peso de butanol, 884 mg/kg de bromo y 105 mg/kg de peróxido de dicumilo. El contenido de bromo y peróxido de dicumilo en el poliestireno recuperado se reduce en 83.8% y 94.5% respectivamente, con respecto al poliestireno expandido inicial. El poliestireno recuperado es blanco y tiene un peso promedio de peso molecular, determinado por GPC, igual al del poliestireno inicial. El líguido de filtración y el líquido de lavado se unen y destilan, como se describen en el Ejemplo 20.
Claims (19)
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- REIVINDICACIONES 1. Un procedimiento para la recuperación de poliestireno a partir de material de desperdicio que contiene poliestireno expandido que comprende esencialmente: i. reducción en volumen de poliestireno expandido por medio de disolución en un solvente; ii. separación de los componentes insolubles; iii. precipitación de la solución de poliestireno por medio de un antisolvente; iv. separación, lavado y secado del poliestireno precipitado; v. fraccionamiento, _______ por destilación, de los componentes de las aguas madres utilizadas para la precipitación y lavado, recuperación del a-olvente a partir de la parte superior de la columna de destilación y su reciclado a la etapa i) , y recuperación del antisolvente del fondo de la columna de destilación; caracterizado porque el antisolvente es un butanol que se selecciona de n-butanol, iso-butanol o sec-butanol, y el solvente es carbonato de dimetilo, sólo o en una mezcla que contiene hasta 25% en peso de butanol. 2. Procedimiento como se describe en la reivindicación 1, en "donde el solvente en el cual se lleva a cabo la reducción del volumen y disolución del poliestireno expandido, contiene adicionalmente un v1- hidrocarburo saturado alifático o cíclico, con un número de átomos de carbono igual a o menor que 7, o una mezcla de - - dichos hidrocarburos, en una concentración que varía de 0.1 a 35% en peso en la mezcla.
- 3. Procedimiento como se describe en la reivindicación 2, en donde el hidrocarburo saturado, r alifático o cíclico proviene de poliestireno expandido que se va a reciclar, en el cual está contenido en una concentración que varía de 0.1 a 1.5% en peso.
- 4. Procedimiento como se describe en la reivindicación 3, en donde el .hidrocarburo saturado alifático o cíclico contiene 5 átomos de carbono.
- 5. Procedimiento como se describe en la reivindicación 4, en donde el hidrocarburo saturado alifático o cíclico es n-pentano.
- 6. Procedimiento como se describe en la reivindicación 1, en donde el material de desperdicio que contiene poliestireno también contiene uno o más aditivos.
- 7. Procedimiento como se describe en la reivindicación 6, en donde los aditivos son hexabromociclododecano (HBCD) y/o peróxido de dicumilo (DCP) .
- 8. Procedimiento como se describe en la reivindicación 1, en donde el material de desperdicio que contiene poliestireno se somete a una operación de compactación mecánica preventiva.
- 9. Procedimiento como se describe en la - - reivindicación 8, en donde la compactación mecánica se lleva a cabo hasta que se alcanza una densidad del orden de 0.1 kg/1.
- 10. Procedimiento como se describe en la reivindicación 1, en donde la disolución del poliestireno expandido se lleva a cabo a presión atmosférica, en un aparato equipado con agitador, a una temperatura gue normalmente varía de 20°C a 70°C.
- 11. Procedimiento como se describe en la reivindicación 1, en donde la concentración de poliestireno en la solución varía de 5% en peso a 50% en peso.
- 12. Procedimiento como se describe en la reivindicación 11, en donde la concentración de poliestireno en la solución varía de 15% en peso a 40% en peso.
- 13. Procedimiento como se describe en la reivindicación 1, en donde la precipitación de poliestireno se lleva a cabo a una temperatura que varía de 10°C a 70°C.
- 14. Procedimiento como se describe en la reivindicación 13, en donde la precipitación de poliestireno se lleva a cabo a una temperatura que varía de 15°C a 50°C.
- 15. Procedimiento como se describe en la reivindicación 1, en donde la precipitación de la solución de poliestireno se lleva a cabo con una cantidad de - antisolvente que varía de 2:1 a 20:1 en la proporción en peso con el solvente.
- 16. Procedimiento como se describe en la reivindicación 15, en donde la precipitación se lleva a cabo con una cantidad de antisolvente que varía de 5:1 a 15:1 en la proporción en peso con el solvente.
- 17. Procedimiento como se describe en la reivindicación 1, en donde la precipitación de poliestireno se lleva a cabo al alimentar la solución de poliestireno al antisolvente, mantener bajo agitación turbulenta, por debajo del sistema de agitación.
- 18. Procedimiento como se describe en la reivindicación 1, en donde la separación del poliestireno precipitado se lleva a cabo a una temperatura que varía de 10°C y 70°C.
- 19. Procedimiento como se describe en la reivindicación 1, en donde la separación del poliestireno precipitado se lleva a cabo a una temperatura que varía de 15°C y 50°C.
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