NO323692B1 - Fremgangsmater for behandling av polyester, fremgangsmate for gjenvinning av polyestere, og fremgangsmate for faststoffdannelse av polyesterpartikler. - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører fremgangsmåter for behandling av polyester, en fremgangsmåte for gjenvinning av polyestere inneholdende kontaminerende stoffer og/eller urenheter, og en fremgangsmåte for faststoffdannelse av polyesterpartikler.

Oppfinnelsen vedrører fremgangsmåter for behandling av polyestere. Spesielt vedrører oppfinnelsen teknikker som kan benyttes effektivt ved rensing, dekontaminering og til og med forbedring av den intrinsike viskositet av polyestere. Som sådan kan teknikken være nyttig i en rekke prosesser som inkluderer separering av materialer slik som avfallsmaterialer inneholdende urenheter og/eller kontaminerende stoffer fra polyestere og faststoffdannelse av polyestere.

Bakgrunn for oppfinnelsen

En polyester er et polymert material som kan fremstilles fra forestringen av flerbasiske organiske syrer med flerverdige syrer. Den kanskje mest alminnelig fremstilte og anvendte polyester er polyetylentereftalat (PET), som kan produseres ved å reagere tereftalsyre med etylenglykol.

Polyestere anvendes for tiden i økte mengder innen ulike anvendelser. For eksempel er polyestere alminnelig anvendt til å fremstille alle typer beholdere slik som beholdere for drikkevarer og næringsmidler, fotografiske filmer, røntgen-filmer, bånd for magnetisk registrering, elektrisk isolasjon, kirurgiske hjelpemidler slik som syntetiske arterier, stoffer og andre tekstilprodukter, og andre tallrike gjenstander.

Dannelsen av polyestere slik som PET involverer typisk polymerisering ved høye temperaturer og under høyvakuumsbeting-elser. Polymerisering involverer typisk en totrinns prosess, dvs. polymerisering til å danne PET etterfulgt åv "faststoffdannelse" av PET.

Polymerisering av monomere materialer for å danne PET tilveiebringer også visse biprodukter inkluderende DEG og acetaldehyder. Faststoffdannelsen av PET kan tilveiebringe en reduksjon av disse biproduktene, f.eks. acetaldehyder. Fast-stof fdannelse øker også molekylvekten til polymermaterialet.

I tillegg til utfordringene med polymerisering, involverer et annet betydelig tema innen området polyesterteknologi gjenvinning og resirkulering av polyester. Fordi polyestere på økonomisk måte kan smeltes om og dannes på ny er det mange forsøk i gang for å resirkulere så mye polyester som mulig etter bruk. Før polyestere kan resirkuleres er det imidlertid nødvendig å separere "etter-konsument" polyestere fra andre produkter og materialer som kan finnes blandet med eller festet til polyesteren. Beklageligvis er det blitt påtruffet mange problemer ved forsøk på å separere polyester fra andre avfallsmaterialer. Spesielt er mange prosesser i den kjente teknikk ikke i stand til effektivt eller på økonomisk måte å gjenvinne polyester når en betydelig mengde av annet material, urenheter og kontaminerende stoffer er tilstede .

Mange prosesser i den kjente teknikk for å separere polyestere fra andre materialer har fokusert på "fIotasjons-" sepa-rasjons teknikker og mekaniske gjenvinningsprosesser. Ved flotasjonsseparasjon separeres polyestere fra andre materialer basert på densitetsforskjeller. For eksempel kan materialer inneholdende polyester kombineres med vann. De mindre tette materialer som flyter i vannet kan således enkelt separeres fra den neddykkede polyester. Denne prosedyren er relativt enkel og kan være effektiv ved separering av polyestere fra mange urenheter med lav densitet. Flotasjonssepa-rasjonsteknikker kan imidlertid ikke anvendes hvis polyesteren finnes i kombinasjon med materialer som synker i vann eller som har densiteter tilsvarende den til polyester.

Eksempler på sistnevnte inkluderer polyvinylklorid (PVC) og aluminium, som ikke er flytedyktige i vann. PVC har faktisk en densitet som er svært lik densiteten til PET og feil-identifiseres ofte som PET. Både aluminium og PVC må separeres fra polyester før den kan brukes om igjen. Særlig hvis PET og PVC smeltes om sammen, produseres saltsyregasser som ødelegger egenskapene til det resulterende plastmaterial.

Foruten å svikte med hensyn til å separere polyestere fra urenheter som er tyngre enn vann, svikter fIotasjonsepara-sjonsteknikker og konvensjonell vasking også med hensyn til å fjerne belegg eller andre kontaminerende stoffer som alminnelig er adhert til polyester. For eksempel er polyester-beholdere alminnelig belagt med dampbarrierebelegg, saranbe-legg og/eller trykkfarger.

Mekaniske gjenvinningsprosesser involverer typisk vaskepro-sesser som benyttes til å strippe overflatebelegg og kontaminerende stoffer fra polyester uten at det forekommer noen betydelig reaksjon mellom polyesteren og vaskeoppløsningen. For eksempel omhandler US patenter nr. 5.286.463 og 5.366.998 en blanding og en prosess for fjerning av adhesjonsmidier, spesielt polyvinylidenhalogenid- og polyvinylhalogenid-baserte harpikser, fra polyesterfilmer slik som fotografiske filmer. I en utføreIsesform blandes polyesterfiImene med et reduserende sukker og en base for å fjerne den adhesive poly-mere harpiks fra filmen. En syre tilsettes deretter for å presipitere harpiksen som så kan separeres fra polyester-fiImen.

I den senere tid har fokuset på gjenvinning av polyester fra avfallsstrømmen vendt seg mot kjemisk omdanning av polyesteren til anvendelige kjemiske komponenter. Alkaliske materialer er blitt benyttet i slike prosesser. For eksempel om-handles det i US patent nr. 5.395.858 og i US patent nr. 5.580.905 prosesser for resirkulering av polyestere hvori polyesterne reduseres til sine opprinnelige kjemiske reak-tanter. Prosessen inkluderer trinnene med kombinering av polyestermaterialene med en alkalisk sammensetning til å danne en blanding. Blandingen oppvarmes til en temperatur som er tilstrekkelig til å omdanne polyesteren til et alkali-salt av en flerbasisk organisk syre og en polyol. I løpet av prosessen tilsettes den alkaliske sammensetning i en mengde som er tilstrekkelig til å reagere med all polyester som er tilstede i blandingen.

Den foregående prosess tilveiebringer fullstendig kjemisk omdanning/ f orsåpning av polyestermaterialet. Dette kan imidlertid tilføre en betydelig kostnad til den totale prosess siden polyesteren til sist må dannes på ny.

Til tross for denne gjenvinningsprosessens evne overfor urenheter og kontaminerende stoffer fra polyester, fortsetter teknikken å søke etter måter for å gjøre gjenvinningsprosessen mer kostnadseffektiv og tilveiebringe et utmerket resirkulert produkt.

Oppsummering av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for behandling av polyester, kjennetegnet ved at den omfatter: (a) å kombinere polyester med en effektiv mengde av en alkalisk sammensetning for å belegge minst en del av polyesteren, og (b) å oppvarme blandingen ved en temperatur på 200 til 245°C men ikke høyere enn smeltepunktet til polyesteren hvori trinn (b) utføres i et miljø som inneholder ikke mer enn 80 ppm vann.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også en fremgangsmåte for gjenvinning av polyestere inneholdende kontaminerende stoffer og/eller urenheter, kjennetegnet ved at den omfatter: (a) å blande polyesterholdige materialer med en alkalisk sammensetning, hvilken alkalisk sammensetning benyttes i en mengde som er effektiv til å reagere med en del av polyesteren i det polyesterholdige material, (b) å oppvarme blandingen til en temperatur på 200 til 245°C som er effektiv til å forsåpe en del av polyesteren men utilstrekkelig til å smelte polyesteren, og (c) å separere minst en del av polyesteren fra de gjenværende materialer, hvori trinn (b) utføres i et miljø som inneholder ikke mer enn 80 ppm vann.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører videre en fremgangsmåte for behandling av polyester, kjennetegnet ved at den omfatter: (a) å belegge polyesteren med en effektiv mengde av en alkalisk sammensetning for å dekke minst en del av polyesteren, og (b) å oppvarme blandingen ved en temperatur på 200 til 245°C men ikke høyere enn smeltepunktet til polyesteren for å øke den intrinsike viskositet til polyesteren, hvori trinn tb) utføres i et miljø som inneholder ikke mer enn 80 ppm vann.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører videre en fremgangsmåte for faststoffdannelse av polyesterpartikler, kjennetegnet ved at den omfatter: (a) å tilveiebringe adskilte partikler omfattende minst en polyester, (b) å belegge polyesterpartiklene med en alkalisk sammensetning , og

{c) å oppvarme de belagte partikler til en effektiv fast-stof f dannende temperatur på 200 til 245°C og i en effektiv faststoffdannende tidsperiode, idet oppvarmingstrinnet ut-føres i et miljø som inneholder ikke mer enn 80 ppm vann.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører videre en fremgangsmåte for behandling av polyester, kjennetegnet ved at den omfatter:

å tilveiebringe et polyesterholdig material,

å blande det polyesterholdige material med en alkalisk sammensetning,

å innføre blandingen i et reaksjonskammer,

å oppvarme blandingen til en temperatur på 200 til 245°C som er tilstrekkelig til å forsåpe en del av polyesteren, og å innføre en strøm av tørr luft eller inert atmosfære i reaksjonskammeret under oppvarmingstrinnet slik at reaksjonskammeret inneholder ikke mer enn 80 ppm vann under oppvarmingstrinnet .

Den foreliggende oppfinnelse vedrører videre en fremgangsmåte for behandling av polyester, kjennetegnet ved at den omfatter: (a) å kombinere polyester med en effektiv mengde av en alkalisk sammensetning for å belegge<*> minst en del av polyesteren, og (b) å oppvarme blandingen ved en temperatur på 200 til 245°C hvori trinn (b) utføres i et miljø som inneholder ikke mer enn 80 ppm vann.

Andre utførelsesformer av fremgangsmåtene i henhold til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Den foreliggende oppfinnelse er basert i det minste delvis på det overraskende funn at behandling av polyestere slik som PET med alkaliske sammensetninger i reaksjonsomgivelser som er minst hovedsakelig fri for vann kan tillate rensing, dekontaminering og til og med forbedring av den intrinsike viskositet av polyestere. Dette funnet er i direkte motsetning til en langvarig oppfatning på området om at polyestere nødvendigvis må nedbrytes i nærvær av kaustiske materialer.

I ett aspekt vedrører den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for behandling av en polyester som omfatter å kombinere en polyester med en alkalisk sammensetning i en mengde som er effektiv til å belegge minst en del av polyesteren. Polyesteren kan deretter oppvarmes til en temperatur ikke høyere enn smeltepunktet til polyesteren. Det foregående oppvarmingstrinn utføres i et miljø som er minst hovedsakelig fritt for vann.

Denne teknikken kan anvendes til å forbedre egenskapene til polyesterprodukter som er oppnådd fra prosesser for gjenvinning eller resirkulering av polyesterholdige materialer inneholdende kontaminerende stoffer og/eller urenheter. I dette henseende inkluderer en gjenvinningsmetode å blande de polyesterholdige materialer med en alkalisk sammensetning hvor den alkaliske sammensetning benyttes i en mengde som er effektiv til å reagere med en del av polyesteren og de polyesterholdige materialer etterfulgt av oppvarming av blandingen til en temperatur som er effektiv til å forsåpe en del av polyesteren men utilstrekkelig til å smelte polyesteren. Polyesteren kan deretter fysisk renses og dekontamineres. Et nøkkelaspekt ved denne prosessen er at oppvarmingstrinnet ut-føres i et miljø som er minst hovedsakelig fritt for vann. Avhengig av f.eks. tiden av prosessen kan den resulterende polyester erfare en forbedret i.v. og farge. Før gjenbruk kan polyesteren behandles ved hjelp av teknikker som er anerkjent på området, f.eks. vasking.

Fordi teknikken kan anvendes til å forbedre den intrinsike viskositet til polyesteren, kan den faktisk også anvendes i en metode for dannelse, f.eks. faststoffdannelse (solid-stating), av polyestere.

Disse og andre aspekter ved oppfinnelsen vil gå klart frem fra beskrivelsen og kravene som følger.

Kort beskrivelse av tegningene

Figuren illustrerer et flytskjema for en resirkuleringspro-sess for PET i samsvar med oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse av den foretrukne utførelsesform

Som diskutert i det foregående vedrører den foreliggende oppfinnelsen en teknikk for behandling av polyestere som kan

lette rensing, dekontaminering og resirkulering av polyestere som PET ved å utsette polyesteren for alkaliske materialer og forhøyede temperaturer. Dessuten kan teknikken tilveiebringe en forbedring i den intrinsike viskositet til den resulterende polyester.

Et første aspekt av oppfinnelsen involverer behandling av polyestere ved en fremgangsmåte som inkluderer å blande en polyester med en alkalisk sammensetning slik som natriumhydroksyd, etterfulgt av oppvarming av materialet. Et nøk-ke lkrav er at oppvarmingsmiljøet er minst hovedsakelig fritt for vann. Således kan prosessen også inkludere fjerning av enhver fuktighet som er tilstede ved f.eks. tørking forut for oppvarming av blandingen.

Med "minst hovedsakelig fritt" menes det at den mengde vann som er tilstede i miljøet er mindre enn den som resulterer i nedbryting av polyesteren under oppvarming. Denne mengden er ikke mer enn 80 ppm {-40°C (-40°F) duggpunkt), foretrukket ikke mer enn 10 ppm, enda mer foretrukket ikke mer enn omtrent 5 ppm (-62°C (-80°F) duggpunkt). Der er intet teoretisk minimum etter som mengden av vann kan være som lav som 1 ppm av miljøet eller enda lavere.

En polyester vedrører f.eks. et forestrings- eller reaksjons-produkt mellom en flerbasisk organisk syre og en polyol. Det menes et enhver kjent polyester eller kopolyester kan anvendes i oppfinnelsen. Den oppfinneriske prosessen er spesielt rettet mot en klasse polyestere som refereres til heri som polyolpolytereftalater, hvori tereftalsyre tjener som den flerbasiske organiske syre.

Som anvendt heri refererer en flerbasisk organisk syre til enhver organisk syre som har 2 eller flere karboksylgrupper (-C00H). De fleste polyestere er avledet fra tobasiske syrer, eller med andre ord fra dikarboksylsyrer. Flerbasiske syrer kan ha en lineær eller cyklisk konformasjon. Eksempler på lineære flerbasiske syrer som kan anvendes til å fremstille polyestere inkluderer de alifatiske dikarboksylsyrer, og spesielt de alifatiske dikarboksylsyrer som har opp til 10 karbonatomer i sine kjeder. Disse syrene inkluderer adipin-syre, glutarsyre, ravsyre, malonsyre, oksalsyre, pimelinsyre, suberinsyre, azelansyre, sebacinsyre, lameinsyre og fumar-syre.

Cykliske flerbasiske organiske syrer inkluderer på den annen side de karbocykliske dikarboksylsyrer. Syrene er kjent som ftalsyre, isoftalsyre, tereftalsyre og naftalendikarboksyl-syre, og spesielt tereftalsyre anvendes til å fremstille polyetylentereftalat som kanskje er den mest kommersielt tilgjengelige polyester.

Som beskrevet ovenfor kombineres en flerbasisk organisk syre med en polyol til å fremstille en polyester. Polyoler er forbindelser som inneholder minst 2 hydroksylgrupper. Mange polyestere syntetiseres ved anvendelse av en polyol som inneholder 2 hydroksylgrupper, som refereres til som dioler. Dioler fremstilles normalt fra et alken ved netto addisjon av 2 hydroksygrupper til den doble karbonbinding ved en metode kjent som hydroksylering. Polyoler refereres alminnelig til som glykoler og flerverdige alkoholer. Eksempler på polyoler som anvendes til å fremstille polyestere inkluderer etylenglykol, propylenglykol, butylenglykol og cykloheksandi-metanol.

For eksempelformål inneholder den følgende tabell en ikke-ut-tømmende liste over kommersielt tilgjengelige polyestere i forbindelse med oppfinnelsen. For hver polyester er den tilsvarende flerbasiske organiske syre og polyol gitt.

Polyesteren er typisk i en adskilt form, f.eks. finfordelt eller pelletisert. Eksempler på egnede partikler inkluderer pelleter som har en størrelse på 1 til 15 mm og flak som har en størrelse på 3,175 til 19,05 mm (0,125 til 0,75 tomme). Den nøyaktige form er imidlertidig ikke kritisk for den foreliggende oppfinnelse forsåvidt som polyesteren er i stand til å belegges med den alkaliske sammensetning.

Den alkaliske sammensetning som benyttes i oppfinnelsen kan være enhver alkalisk sammensetning som er anerkjent på området. Spesifikke eksempler på alkaliske sammensetninger inkluderer natriumhydroksyd, kalsiumhydroksyd, magnesiumhydroksyd, kaliumhydroksyd, litiumhydroksyd og blandinger derav.

Den mengde alkalisk sammensetning som benyttes er den mengde som behøves for å belegge minst en del av polyesteren. Foretrukket innføres den alkaliske sammensetning i en mengde som er tilstrekkelig til å belegge all polyesteren. Den nøyak-tige mengde av alkalisk sammensetning avhenger av nivået av urenheter som er tilstede og den rensing som er påkrevet for effektivt å fjerne en spesiell mengde urenheter.

Som diskutert ovenfor, når fuktighet innføres i materialet med f.eks. den alkaliske sammensetning, kan materialet tørkes før oppvarming. Tørkingen utføres foretrukket ved en temperatur ikke høyere enn 1€0°C, mer foretrukket 130 til 160°C.

Miljøet som oppvarmingstrinnet utføres i er ikke kritisk så lenge som det er minst hovedsakelig fritt for vann. På grunn av kostnadsbetraktninger er et miljø med tørr luft foretrukket, men imidlertid kan også en inert atmosfære slik som nitrogen, argon eller lignende også benyttes effektivt.

Til sist avhenger temperaturen som materialet oppvarmes til av naturen av den totale prosess. Det vil si at behandlingen kan utføres ved temperaturer opp til nesten smeltepunktet til polyesteren. Temperaturen er 200 til 245°C.

Behandlingsmetoden i henhold til oppfinnelsen er i stand til å gi et antall betydelige fordeler. For eksempel er den i stand til å rense og/eller dekontaminere polyester. Faktisk kan polyesteren renses og/eller dekontamineres til et nivå som er tilstrekkelig til å tilfredsstille ulike lovbestemte, f.eks. FDA, retningslinjer. Det bør naturligvis erkjennes at det ønskede nivå for rensing eller dekontaminering er avhengig av den endelige sluttbruk til polyesteren. Teknikken kan også anvendes til å øke den intrinsike viskositet til polyesteren. I dette henseende blir oppvarmingstrinnet i nærvær av en tørr atmosfære utført i en tidsperiode som er tilstrekkelig til å forbedre den intrinsike viskositet til polyesteren. En minimumstid er avhengig av f.eks. vanninn-holdet i miljøet og kan være så lav som 5 til 10 minutter. Typisk er behandling minst omtrent 1 time, foretrukket minst omtrent 2 timer.

I lys av de foregående fordeler kan den oppfinner!ske teknikk benyttes i et antall miljøer inkluderende både dannelse, f.eks. faststoffdannelse, og resirkulering av polyestere.

Ett spesielt miljø hvori den oppfinneriske behandling kan gi betydelige fordeler involverer gjenvinningen av polyestermaterialer. Den nøyaktige gjenvinningsmetode er ikke kritisk så lenge som den inkluderer både anvendelsen av et alkalisk material og et miljø som er minst hovedsakelig fritt for vann.

Gjenvinningsprosessen i henhold til den foreliggende oppfinnelse involverer tre trinn, hvorav det første er innføring av en mengde alkalisk material som er effektiv til å reagere med en del av polyesteren. Spesielt tilsettes det alkaliske material foretrukket i en mengde som er tilstrekkelig til å reagere med opp til 20% av polyesteren, foretrukket opp til omtrent 10% av polyesteren og enda mer foretrukket opp til omtrent 3% av polyesteren på vektbasis.

Som en minimumsmengde er det dessuten foretrukket, men ikke påkrevet, at minst omtrent 0,25% av polyesteren reageres, idet et minimum på 0,5% eller til og med 1% er akseptabelt avhengig av naturen/mengden av kontaminerende stoffer.

Det andre trinn involverer oppvarming av blandingen til en temperatur som er effektiv til å forsåpe en del av polyesteren men utilstrekkelig til å smelte polyesteren. Denne opp-varmingen kan inkludere mer enn ett oppvarmingstrinn. En foretrukket oppvarmingssekvens i dette henseende inkluderer oppvarming til en temperatur på 150 til 160°C for således å tørket polyesteren, etterfulgt av oppvarming, etter tørking, til en temperatur på 200 til 245°C i et miljø som inneholder ikke mer enn 80 ppm vann, foretrukket et miljø med tørr luft.

Det tredje trinn er separering av minst en del av polyesteren fra de gjenværende materialer.

Gjenvinningsprosessen kan inkludere forbehandlingstrinn før tilsetning av den alkaliske sammensetning så vel som ytter-ligere etterbehandlingstrinn for å separere og for å forbedre fjerning av urenheter og/eller kontaminerende stoffer fra polyesterproduktet.

I de fleste anvendelser er polyesteren som gjenvinnes polyetylentereftalat. En del av polyetylentereftalatet vil for-såpes og omdannes til et metalltereftalat og etylenglykol. Metalltereftalatet som produseres kan oppløses i vann og vannet kan surgjøres, hvilket forårsaker at tereftalsyre pre-sipiterer. Tereftalsyren kan filtreres og brukes om igjen.

En gjenvinningsprosess i samsvar med oppfinnelsen vil nå beskrives som et foretrukket eksempel derav som er angitt i figuren på tegningen. Som illustrert i figuren, involverer resirkuleringsprosessen typisk tre faser, dvs. forbehandling av polyesteren, som generelt er indikert som A, reaksjon av PET som er generelt indikert som B, og separasjon og etter-behandling av reaksjonsproduktene som er indikert som C.

Den første av disse fasene involverer forbehandling av PET. Før den bringes i kontakt med en alkalisk sammensetning kan polyesteren, 1, i dette henseende om ønsket hugges opp eller males til en spesiell størrelse. Sortering av flaket gjøres utelukkende for det formål å lette håndtering.

Også før de kombineres med den alkaliske sammensetning kan materialene inneholdende polyesteren neddykkes i vann eller et annet fluid for å separere de mindre tette eller lettere materialer fra de tyngre materialer inkluderende polyesteren. Slike teknikker er vel anerkjente på området. Mer spesielt er det kjent at polyester synker i vann mens andre polymerer, slik som polyolefiner, og papirprodukter er flytedyktige i vann. Således kan de lettere materialer enkelt separeres fra de tyngre materialer når de bringes i kontakt med et fluid.

Å underkaste materialene for et synke/flyte-separasjonstrinn før materialene bringes i kontakt med den alkaliske sammensetning ikke bare reduserer den mengde materialer som behandles men fjerner også materialene fra polyesteren før videre bearbeiding.

Når den underkastes et trinn inkluderende vann, f.eks. et separat synke/flyte-trinn, kan polyesteren tørkes før den kombineres med det alkaliske material. Denne tørkingen som foregår ved temperaturer ikke høyere enn 160°C, foretrukket 130 til 160°C, kan utføres ved hjelp av enhver metode som er anerkjent på området.

Den neste fasen av prosessen, B, involverer blanding av polyesteren med den alkaliske sammensetning og etterfølgende tørke- og oppvarmingstrinn, og inkluderer oppvarming i et miljø med tørr luft. Dette aspektet av metoden involverer foretrukket blanding av det tørkede polyestermaterial med en alkalisk sammensetning, 2, etterfulgt av oppvarming/tørking og deretter innføring av blandingen i et reaksjonskammer. En varm tørr luftstrøm, 3, kan også innføres under oppvarmings-trinnene for å tilveiebringe det passende vannfrie miljø. Under oppvarmings/reaksjonstrinnet kan en strøm 6 inneholdende flyktig komponent fjernes fra reaksjonskammeret.

Den faktiske temperatur som blandingen oppvarmes til avhenger av et antall faktorer inkluderende de spesielle urenheter og/eller kontaminerende stoffer som er tilstede i blandingen. Generelt bør imidlertid blandingen oppvarmes til så høyt som mulig uten å smelte polyesteren. For eksempel har PET et smeltepunkt typisk mellom 249°C (480°F) og omtrent 271°C (520°F).

Utstyret og apparaturen som anvendes under fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan også variere. Hittil er gode resultater blitt oppnådd når polyesteren oppvarmes i en roterovn. Roterovnen kan være indirekte oppvarmet med varme gasser, ved hjelp av et elektrisk element, ved hjelp av oppvarmet olje eller ved hjelp av brennere for fossilt brenn-stoff. Ett eksempel på en egnet indirekte oppvarmet ovn for anvendelse i fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse er Rotary Calciner markedsført av Renneburg Division av Heyl & Patterson, Inc. Det menes imidlertid at en termisk flerskive-prosessor, dobbeltkonus-tørker eller en ovn også vil virke like bra. Det er naturligvis tilgjengelig mange andre lignende innretninger som kan anvendes i fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelsen.

Sluttrinnet av prosessen, C, involverer separasjonen av de ulike reaksjonsprodukter. I denne gjenvinningsprosessen omdannes den del av polyesteren som er forsåpet til en polyol og et syresalt. Ved for eksempel forsåpning av PET med natriumhydroksyd omdannes PET til etylenglykol og dinatrium-tereftalat. Den polyol som dannes under prosessen forblir enten som en væske i blandingen eller fordampes ut av reak-sjonen hvis blandingen oppvarmes over kokepunktet til poly-olen.

Det første trinnet av separasjonstrinnet involverer separasjon av henholdsvis polyesteren, 4, syresalt, 5, og alle fin-stoffer, 7. Disse komponentene håndteres deretter individu-elt.

Det dannede syresalt eller metallsalt, slik som dinatrium-tereftalat, oppløses i vannet når de oppvarmede materialer vaskes. Om ønsket kan metallsaltet senere utvinnes fra vaskevannet. Hvis for eksempel syresaltet er et tereftalat, kan vaskevannet først filtreres for å fjerne alle uoppløste urenheter og kontaminerende stoffer som er indikert ved strøm 10. Deretter kan vaskevannet surgjøres, idet tereftalsyre bevirkes til å presipitere. For å surgjøre oppløsningen kan en mineralsyre slik som saltsyre, fosforsyre eller svovelsyre eller en organisk syre slik som eddiksyre eller karbonsyre tilsettes til oppløsningen. Så snart tereftalsyren presipi-terer kan tereftalsyren filtreres, vaskes og tørkes, og etterlater et relativt rent produkt 11.

Polyesteren behandles også før gjenbruk. Et primærtrinn i separasjonstrinnet av gjenvinningsprosessen involverer vasking av polyestermaterialet.

Vasketrinnet som er egnet for anvendelse i forbindelse med det resulterende PET kan inkludere ethvert vasketrinn eller apparatur som er anerkjent på området. Det er imidlertid foretrukket at det benyttes et vasketrinn med høy skjærkraft for å lette fjerningen av materialer slik som oligomerer, og andre organiske og uorganiske sammensetninger fra overflaten av PET. Slike vaskere med høy skjærkraft er kommersielt tilgjengelige på området fra produsenter slik som Reg-Mac eller Sorema.

Dessuten inkluderer vasketrinnene videre nøytralisering av ethvert gjenværende alkalisk material gjennom tilsetningen av en passende syre slik som fosforsyre.

Andre trinn i behandlingen etter separasjon av polyesteren avhenger av de spesielle kontaminerende stoffer og/eller urenheter i utgangssammensetningene. I dette henseende kan oppfinnelsen effektivt gjenvinne polyester fra en rekke kontaminerende stoffer og/eller urenheter.

Metoden kan for eksempel anvendes til å separere polyestere fra polyvinylklorid. Dette aspektet av prosessen involverer oppvarming av blandingen av alkalisk sammensetning og polyestermaterialene til en temperatur som er tilstrekkelig til å deklorere minst en del av polyvinylkloridet idet polyvinylkloridet derved omdannes til en form som kan separeres fra polyesteren. Blandingen oppvarmes imidlertid til en temperatur som er utilstrekkelig til å smelte polyesteren.

For å separere det deklorerte polyvinylklorid fra polyesteren kan blandingen, etter at den oppvarmet, kombineres med et fluid slik som vann. Ved anbringelse i vann vil polyesteren synke mens det deklorerte polyvinylklorid vil flyte. En strøm, 9, inneholdende f.eks. det deklorerte polyvinylklorid kan således enkelt separeres fra polyesteren. Eventuelt kan gassbobler, som vil adhere til det deklorerte polyvinylklorid, føres gjennom vannet for å lette separasjon.

I tillegg kan misfarget PVC separeres ved hjelp av fargesort-eringsteknikker som er anerkjent på området. Eksempler på kommersielt tilgjengelig utstyr inkluderer slike som produseres av produsenter slik som SRC, Satake og MSS.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan også effektivt separere polyestere fra små partikler, dvs. av størrelses-orden mikron, av aluminium og lignende. Dette aspektet inkluderer oppvarming av blandingen avfallsmaterial/alkalisk sammensetning til en temperatur som er tilstrekkelig til at den alkaliske sammensetning reagerer med minst en del av metallet uten å smelte polyesteren. Biproduktet av reak-sjonen mellom alkali og aluminiumet kan fjernes i etterfølg-ende vasketrinn.

Et annet aspekt av gjennvinningsprosessen involverer fjerning av belegg og/eller medførte organiske og uorganiske forbindelser fra polyestere. I dette henseende oppvarmes blandingen polyester/alkalisk sammensetning til en temperatur som er tilstrekkelig til å forsåpe den ytre overflaten av polyesteren, idet beleggene derved fjernes fra polyesteren. Blandingen oppvarmes til en temperatur som er utilstrekkelig til å smelte polyesteren.

Gjenvinningsprosessen i henhold til oppfinnelsen kan løpe kontinuerlig eller kan oppstilles som et batchsystem. Prak-tisk talt ethvert polyestermaterial kan behandles. Foretrukket gjenvinnes polyestermaterialene fra strømmen av fast avfall, og demper således mange miljømessige anliggender og avhendingsproblemer. Den foreliggende oppfinnelse er spesielt rettet mot resirkulering av beholdere for næringsmidler og beholdere for drikkevarer som er fremstilt av PET. Gjennom fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse kan polyestere gjenvinnes og brukes på ny fra post-konsument avfall, selv når polyesterne finnes blandet med polyvinylklorid eller aluminium, adhert til ulike belegg, eller med-ført med ulike organiske og uorganiske forbindelser. Slike materialer avhendes for tiden på fyllplasser eller forbrennes etter en gangs bruk på grunn av mangel på en økonomisk prosess som vil gjenvinne polyesteren.

Gjenvinningsprosessen er i stand til å tilveiebringe betydelige fordeler i forhold til de mer tradisjonelle prosesser som benyttes innen området. Spesielt er prosessen i stand til å tilveiebringe et resirkulert PET-produkt som har for-bedrede egenskaper, f.eks. en høy grad av renhet, god farge og muligens til og med en forbedret intrinsik viskositet. Dessuten er den i stand til å tilveiebringe disse produktene ved et akseptabelt utbytte og ved en lavere bearbeidings-kostnad siden den f.eks. ikke krever "re-polymerisering" av monomerene i motsetning til typiske depolymeriseringsproses-ser.

I tillegg til gjenvinning kan prosesser for dannelse av polyestere inkluderende f.eks. kjente faststoffdannende prosesser forbedres gjennom anvendelsen av behandlingsmetoden i henhold til oppfinnelsen. I dette henseende er faststoffdannende prosesser vel anerkjent på området og vil som sådan ikke dis-kuteres i detalj her.

For fullstendighetens skyld anføres det at faststoffdannende prosesser typisk involverer behandlingen av polyestere slik som PET i partikkelform. De foretrukne partikler inkluderer pelleter som har en størrelse på 1 til 15 mm. Uten hensyn til størrelsen av partiklene eller den anvendte faststoffdannende prosess, involverer imidlertid metoden i henhold til oppfinnelsen belegning av polyesterpartiklene med et alkalisk material.

Dessuten inkluderer faststoffdannende prosesser i samsvar med oppfinnelsen oppvarming av belagte partikler i en tidsperiode som er effektiv til å fremme faststoffdannelse av polyesteren. I dette henseende er egnede temperaturer, f.eks. 200 til 230°C, og tidsperioder, av størrelsesorden flere timer, vel anerkjent på området. Som diskutert ovenfor, anføres det imidlertid at en totrinns oppvarmingsprosess inkluderende oppvarming for å fjerne vann, f .eks. ved en temperatur på omtrent 160°C, etterfulgt av oppvarming til omtrent 190 til 240°C, foretrukket 200 til 230°C i et minst hovedsakelig vann-fritt miljø, kan utføres.

Oppfinnelsen vil nå illustreres ved hjelp av det etterfølg-ende eksempel.

Eksempel

13 62 kg (300 0 pund) post-konsument PET-flasker forurenset med PVC ble malt til en nominell flakstørrelse på 0,95 cm (3/8

tommer) og tilført til en synke-flyte-tank for å fjerne papir og polyolefiner. Tungfraksjonen inneholdende malt PET og PVC ble blandet med 10 vekt% av en 50% natriumhydroksydoppløsning og deretter tilført til en elektrisk oppvarmet batch-roterovn som har en diameter på 137 cm (54 tommer) og en oppvarmet lengde på 9,75 m (32 fot). Materialet ble oppvarmet til 121°C (250°P) under opprettholdelse av en spyling på 16,98 m<3 >(600 fot<3>) pr. minutt av varm tørr luft gjennom ovnen -62°C (-80°F) duggpunkt, og temperatur 121°C (250°F)).

Etter 3 timer var fuktighetsnivået til flaket 0,2% og ved dette tidspunktet ble flaket og lufttemperaturen økt til 204°C (400°F), og holdt ved denne temperaturen i 9 timer.

Materialet ble deretter avkjølt og tilført til en synke-flyte-tank for å fjerne nedbrutt PVC. Etter synke-flyting ble tungfraksjonen vasket i 2 minutter i en REG MAC vasker med høy skjærkraft, etterfulgt av en rensing med en fosfor-syreoppløsning som har en pH på omtrent 4. Etter syrerensing ble materialet renset med kaldt vann, tørket i en rotasjons-tørker ved 121°C (250°F) til et fuktighetsnivå på mindre enn 1%, og fargesortert for å fjerne ethvert gjenværende misfarget PVC.

En oppsummering av resultatene er vist i den følgende tabell:

Fremgangsmåten i henhold til. oppfinnelsen er blitt beskrevet gjennom visse foretrukne utførelsesformer derav. Som illustrert ovenfor er fordelene assosiert med både produktegen-skaper, f.eks. farge og renhet, og prosessbetingelser, f.eks. luft mot en inert atmosfære, uavhengig av den spesielle poly-esterdannelse eller gjenvinningsprosess som benyttes.

Claims (41)

1. Fremgangsmåte for behandling av polyester, karakterisert ved at den omfatter: (a) å kombinere polyester med en effektiv mengde av en alkalisk sammensetning for å belegge minst en del av polyesteren, og (b) å oppvarme blandingen ved en temperatur på 200 til 245°C men ikke høyere enn smeltepunktet til polyesteren hvori trinn (b) utføres i et miljø som inneholder ikke mer enn 80 ppm vann.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvori polyesteren er i en form valgt fra gruppen bestående av partikler, pelleter og flak.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvori den alkaliske sammensetning innføres i en mengde som er effektiv til å belegge hovedsakelig all polyesteren.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav l, hvori polyesteren er valgt fra gruppen bestående av polyetylentereftalat og poly-etylennaftalat.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvori den alkaliske sammensetning er valgt fra en gruppe bestående av natriumhydroksyd, kalsiumhydroksyd, magnesiumhydroksyd, kaliumhydroksyd, litiumhydroksyd og blandinger derav.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, som videre omfatter trinnet med å tørke partiklene mellom trinnene (a) og (b).

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, hvori tørketrinnet utføres ved en temperatur på 130 til 160°C.

8 . Fremgangsmåte for gj envinning av polyestere inneholdende kontaminerende stoffer og/eller urenheter, karakterisert ved at den omfatter: (a) å blande polyesterholdige materialer med en alkalisk sammensetning, hvilken alkalisk sammensetning benyttes i en mengde som er effektiv til å reagere med en del av polyesteren i det polyesterholdige material, (b) å oppvarme blandingen til en temperatur på 200 til 245°C som er effektiv til å forsåpe en del av polyesteren men utilstrekkelig til å smelte polyesteren, og (c) å separere minst en del av polyesteren fra de gjenværende materialer, hvori trinn (b) utføres i et miljø som inneholder ikke mer enn 80 ppm vann.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, hvori atmosfæren i trinn (b) inneholder ikke mer enn 5 ppm vann.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, hvori mengden av til-satt alkalisk sammensetning er tilstrekkelig til å reagere med opp til 20 vekt% av en polyester.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, hvori den alkaliske sammensetning er tilstede i en mengde som er effektiv til å reagere med opp til 10 vekt% av polyesteren.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, hvori den alkaliske sammensetning er tilstede i en mengde som er effektiv til å reagere med minst 3% av polyesteren.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, hvori den alkaliske sammensetning er valgt fra en gruppe bestående av natriumhydroksyd, kalsiumhydroksyd, magnesiumhydroksyd, kaliumhydroksyd, litiumhydroksyd og blandinger derav.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, hvori den alkaliske sammensetning omfatter natriumhydroksyd.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, som videre omfatter trinnet med å tørke blandingen mellom trinnene (a) og (b).

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 15, hvori tørking ut-føres ved 130 til 160°C.

17. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, hvori polyesteren er polyetylentereftalat.

18. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, som videre omfatter, forut for trinn (a): (i) å nedsenke de polyesterholdige materialer i vann, (ii) å separere alle materialer som flyter i vannet fra de polyesterholdige materialer som er neddykket i vannet, og (iii) å tørke de gjenværende polyesterholdige materialer.

19. Fremgangsmåte som angitt i krav 18, hvori tørketrinnet omfatter rotasjonstørking av de polyesterholdige materialer.

20. Fremgangsmåte som angitt i krav 18, hvori tørketrinnet utføres ved en temperatur ikke høyere enn 160°C.

21. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, som videre omfatter: (d) å vaske polyesteren.

22. Fremgangsmåte som angitt i krav 21, hvori trinn (d) omfatter vasking med høy skjærkraft av polyesteren.

23. Fremgangsmåte som angitt i krav 21, som videre omfatter: (e) å innføre en effektiv mengde av minst en syre i polyesteren for å nøytralisere enhver gjenværende alkalisk sammensetning.

24. Fremgangsmåte for behandling av polyester, karakterisert ved at den omfatter: (a) å belegge polyesteren med en effektiv mengde av en alkalisk sammensetning for å dekke minst en del av polyesteren, og (b) å oppvarme blandingen ved en temperatur på 200 til 245°C men ikke høyere enn smeltepunktet til polyesteren for å øke den intrinsike viskositet til polyesteren, hvori trinn (b) utføres i et miljø som inneholder ikke mer enn 80 ppm vann.

25. Fremgangsmåte som angitt i krav 24, som videre omfatter trinnet med å tørke blandingen mellom trinnene (a) og (b).

26. Fremgangsmåte som angitt i krav 24, hvori den effektive mengde av en alkalisk sammensetning er en mengde som er tilstrekkelig til å reagere med kun en del av polyesteren.

27. Fremgangsmåte for faststoffdannelse av polyesterpartikler, karakterisert ved at den omfatter: (a) å tilveiebringe adskilte partikler omfattende minst en polyester, (b) å belegge polyesterpartiklene med en alkalisk sammensetning, og (c) å oppvarme de belagte partikler til en effektiv fast-stof fdannende temperatur på 200 til 245°C og i en effektiv faststoffdannende tidsperiode, idet oppvarmingstrinnet ut-føres i et miljø som inneholder ikke mer enn 80 ppm vann.

28. Fremgangsmåte som angitt i krav 27, som videre omfatter trinnet med å tørke de belagte partikler mellom trinnene (b) og (c).

29. Fremgangsmåte som angitt i krav 28, hvori tørketrinnet utføres ved 130 til 160°C.

30. Fremgangsmåte som angitt i krav 27, hvori polyesteren er polyetylentereftalat.

31. Fremgangsmåte som angitt i krav 27, hvori den alkaliske sammensetning er valgt fra en gruppe bestående av natriumhydroksyd, kalsiumhydroksyd, magnesiumhydroksyd, kaliumhydroksyd, litiumhydroksyd og blandinger derav.

32. Fremgangsmåte for behandling av polyester, karakterisert ved at den omfatter: å tilveiebringe et polyesterholdig material, å blande det polyesterholdige material med en alkalisk sammensetning, å innføre blandingen i et reaksjonskammer, å oppvarme blandingen til en temperatur på 200 til 245°C som er tilstrekkelig til å forsåpe en del av polyesteren, og å innføre en strøm av tørr luft eller inert atmosfære i reaksjonskammeret under oppvarmingstrinnet slik at reaksjonskammeret inneholder ikke mer enn 80 ppm vann under oppvarmingstrinnet .

33. Fremgangsmåte som angitt i krav 32, hvori strømmen av tørr luft eller inert atmosfære er en strøm av tørr luft.

34. Fremgangsmåte som angitt i krav 33, hvori strømmen av tørr luft inneholder ikke mer enn 80 ppm vann.

35. Fremgangsmåte som angitt i krav 32, hvori den alkaliske sammensetning er tilstede i en mengde som er tilstrekkelig til å reagere med kun en del av polyesteren.

36. Fremgangsmåte som angitt i krav 32, hvori blandetrinnet omfatter å blande det polyesterholdige material med den alkaliske sammensetning.

37. Fremgangsmåte som angitt i krav 36, som videre omfatter å tørke blandingen etter blandetrinnet.

38. Fremgangsmåte som angitt i krav 37, hvori tørketrinnet omfatter å bringe blandingen i kontakt med en strøm av tørr luft eller inert atmosfære.

39. Fremgangsmåte for behandling av polyester, karakterisert ved at den omfatter: (a) å kombinere polyester med en effektiv mengde av en alkalisk sammensetning for å belegge minst en del av polyesteren, og (b) å oppvarme blandingen ved en temperatur på 200 til 245°C hvori trinn (b) utføres i et miljø som inneholder ikke mer enn 80 ppm vann.

40. Fremgangsmåte som angitt i krav 39, hvori den alkaliske sammensetning er tilstede i en mengde som er tilstrekkelig til å reagere med kun en del av polyesteren.

41. Fremgangsmåte som angitt i krav 39, som videre omfatter trinnet med å tørke den belagte polyester mellom trinnene (a) og (b>.