PL244391B1 - Sposób zagospodarowania odpadów kopolimeru octanu winylu z etylenem - Google Patents

Abstract

Wynalazek rozwiązuje zagadnienie sposobu zagospodarowania odpadów kopolimeru octanu winylu z etylenem, znajdującego zastosowanie głównie w przemyśle obuwniczym. Sposób polega na tym, że na wstępie odpady kopolimeru poddaje się segregacji, po czym kieruje się do trzystopniowej fragmentacji na młynach wolno i szybkoobrotowych. Rozdrobnione w trzech etapach frakcje odpadu kopolimeru octanu winylu z etylenem o wymiarach drobin 2-3 mm kieruje się do pulweryzatora i poddaje kriopulweryzacji, schładzając ciekłym azotem do temperatury -170°C : -200°C, po czym spulweryzowany proszek kopolimeru o wielkości drobin mniejszych niż 500 mikronów jako napełniacz dozuje się do mieszanki kopolimerowej octanu winylu z etylenem.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób zagospodarowania odpadów kopolimeru octanu winylu z etylenem, znajdujący zastosowanie między innymi w przemyśle obuwniczym, głównie do wytwarzania spodów obuwniczych i innych części obuwia.

Surowiec, o którym mowa jest przydatny także w produkcji obuwia całotworzywowego, szczególnie kaloszy i obuwia dla rybaków, jak również obuwia letniego, zwłaszcza obuwia typu klapki.

Do czasu pojawienia się na rynku kopolimerów octanu etylenu, co miało miejsce pod koniec lat 90-tych XX wieku, podeszwy oraz inne elementy składowe obuwia wykonywano z gumy, polipropylenu i polietylenu wysokiej gęstości. Wadą używanych wcześniej surowców był ich wysoki ciężar właściwy i niewystarczająca odporność mechaniczna. Dlatego po pojawieniu się kopolimerów octanu winylu z etylenem, dotychczasowe surowce w znacznej mierze zostały przez nie zastąpione.

Kopolimery octanu winylu z etylenem, znane pod powszechnie używaną, skróconą nazwą kopolimery EVA, wyróżniają się wyjątkowo niskim ciężarem właściwym z uwagi na mikrokomórkową i regularną strukturę. Wykazują one wysoką odporność mechaniczną, w tym na ścieranie, wynikającą z powtarzalnej gęstości wewnętrznej i litej warstwy zewnętrznej. Charakteryzują się także niskim współczynnikiem śliskości. Ważnym argumentem za ich powszechnym stosowaniem jest, że kopolimery octanu etylenu dają się łatwo barwić co umożliwia nadanie wytwarzanemu z nich obuwiu lub jego elementom takim jak: podeszwa, cholewka, wkładki, elementy zdobnicze, intensywnych i wyrazistych kolorów. A to korzystnie wpływa na atrakcyjność i estetykę obuwia.

Opracowanie metody wytwarzania opisanych kopolimerów octanu winylu z etylenem, o skrótowej nazwie kopolimer EVA, pozwoliło zastąpić tym materiałem dotychczas stosowane surowce do przemysłowego wytwarzania obuwia. Głównie był to polipropylen i polietylen.

Badania laboratoryjne surowca, o którym mowa, przeprowadzone w ośrodkach naukowych wykazały liczne zalety co zostało potwierdzone w procesach produkcji przemysłowej. Stwierdzono, że kopolimer octanu winylu z etylenem jest materiałem polimerycznym, wyróżniającym się wyjątkową elastycznością, niską gęstością i odpornością na działanie warunków atmosferycznych.

W procesie wytwarzania produktów z kopolimeru EVA, na ogół stosuje się także ekspandowanie i chemiczne sieciowanie co pozwala uzyskać wyroby o bardzo niskiej gęstości (około 0,3 g/m³) i lekkości, a to w przypadku obuwia, a zwłaszcza kaloszy, obuwia dla rybaków, klapek tworzywowych jest niezmiernie istotne. Wynika to ze struktury materiałowej, ekspandowanego kopolimeru EVA, charakteryzującej się regularnymi mikrokomórkami wewnątrz i litą warstwą zewnętrzną.

Lekkość, dobre właściwości mechaniczne tego materiału są porównywalne z właściwościami poli(chlorku winylu) zmiękczonego.

Zastosowanie surowca kopolimeru EVA o gęstości 0,2-0,3 g/cm³ oznaczało 3-4 krotne obniżenie masy wyrobu w stosunku do masy wyrobu o tym samym przeznaczeniu z wcześniej stosowanego poliuretanu, nawet 5-6 krotne obniżenie masy wyrobu w stosunku do wyrobów tego samego rodzaju wykonywanych z litej gumy lub z zmiękczonego polichlorku winylu).

Badania laboratoryjne dowiodły ponadto, że kopolimer octanu winylu z etylenem, jest odporny na procesy starzenia, na wibracje, na działanie drobnoustrojów, na działanie niekorzystnych warunków atmosferycznych oraz na działanie olejów napędowych i kwasów co jest szczególnie istotną cechą dla obuwia technicznego. Należy dodać jako bardzo istotne, że podeszwy obuwia z tego surowca absorbują energię w części piętowej co stanowi bardzo ważną cechę ergonomiczną obuwia.

W toku badan stwierdzono także, że kopolimer octanu winylu z etylenem jako surowiec jest szczególnie, przydatny do wytwarzania nie tylko obuwia ale również innych artykułów technicznych, od których wymagane jest aby wyróżniały się niską masą, wysoką odpornością na ścieranie, antypoślizgowością i elastycznością.

Wytwarzanie artykułów konsumpcyjnych na skalę przemysłową dowiodło, że mimo wymienionych zalet, stosowanie metody wtryskowego wytwarzania obuwia i jego elementów składowych oraz innych artykułów użytkowych z kopolimerów octanu winylu, wiąże się z powstawaniem dużej ilości odpadów produkcyjnych. Odpady te jak wyliczono stanowią około 13% użytego surowca.

Odpadami produkcyjnymi w procesie wytwarzania obuwia są wlewki, przetłoki z kanałów doprowadzających tworzywo do form, niepełnowartościowe wyroby powstałe w procesie wytwarzania i różne inne półprodukty odrzucane w procesie formowania lub po tym procesie.

Magazynowanie odpadów kopolimeru octanu winylu z etylenem jest ekonomicznie nieuzasadnione, szczególnie, że ze względu na swą strukturę odpady te zajmują dużą kubaturę. Ponadto nie ulegają bio-degradacji ani foto-degradacji przez co stanowią zbędny balast produkcyjny o bardzo dużej objętości.

Rozważano różne sposoby zmierzające do zagospodarowania wymienionych odpadów. Jednym z nich było zgrubne rozdrabnianie i wykorzystywanie jako materiał opalowy. Jednak rozważane rozwiązania okazały się nieuzasadnione ekonomicznie, a ponadto niekorzystne dla środowiska naturalnego.

Dotychczas recykling materiałów termoplastycznych z poliolefin, poliuretanów, z poli(chlorku winylu) i innych polimerów przeprowadzano poprzez mieszanie polimeru z odpadowym napełniaczem polimerycznym, dodawanym w temperaturze powyżej temperatury mięknienia polimeru.

Z opisu japońskiego wynalazku nr JP2003236832(A), znana jest metoda recyklingu materiału odpadowego z elastycznych pojemników na uformowany produkt i na granulowany materiał. Metoda ta przewiduje między innymi homogenizowanie odpadowego kopolimeru octanu winylu z etylenem.

Celem wynalazku, jest wyeliminowanie dotychczasowych niedogodności, poprzez opracowanie sposobu zagospodarowania odpadowego kopolimeru octanu winylu z etylenem, pozostającego po procesie formowania z tego surowca artykułów konsumpcyjnych, głównie produktów obuwniczych.

Sposób zagospodarowania odpadów z kopolimeru octanu winylu z etylenem, zgodnie z wynalazkiem polega na tym, że odpady kopolimeru, o skróconej nazwie EVA poddaje się segregacji pod kątem właściwości fizyko-chemicznych, w szczególności gęstości i twardości z uwzględnieniem wszelkich zanieczyszczeń, głównie metalowych. Oczyszczone opady wtórne kieruje się do trzystopniowej fragmentacji na młynach wolno i szybkoobrotowych w trzech kolejnych etapach, przy czym na I-szym etapie następuje rozdrobnienie surowca na frakcje wielkości 50-100 mm, na drugim frakcje 10-15 mm i na lII-cim etapie rzędu 2-3 mm.

Z uwagi na fakt, że podczas fragmentacji zachodzą intensywne procesy ścinania, powodujące nagrzewanie elementów tnących oraz rozdrabnianych fragmentów odpadów - proces fragmentacji prowadzi się w temperaturze nie przekraczającej 35°C na wlocie do młyna. Międzyetapowe przemieszczanie rozdrobnionego tworzywa przeprowadza się w temperaturze nie wyższej niż 10°C.

Istota wynalazku polega na tym, że rozdrobnione 2-3 mm frakcje odpadu, zwłaszcza kopolimeru octanu winylu z etylenem poddaje się kriopulweryzacji w pulweryzatorze, frakcję chłodzi się ciekłym azotem do temperatury -170°C : -200°C i mieli na proszek o wielkości drobin 500 mikrometrów i mniej. Chłodzenie zapobiega problemom zlepiania się cząsteczek tworzywa.

Spulweryzowany odpad w postaci proszku o 500 mikronowej lub mniejszej wielkości drobin stosuje się jako napełniacz mieszanki kopolimerowej EVA, stosowanej do wytwarzania nowych wyrobów. Do wykonania mieszanki stosuje się surowiec pełnowartościowy z dodatkiem środka sieciującego, korzystnie w postaci nadtlenku di-kumylu lub jego 0,1-20% roztworu oraz spulweryzowanego kopolimeru EVA. Ilość dozowanego nadtlenku wynosi 0,1-1,0% wagowych w stosunku do masy przetwarzanego surowca natomiast spulweryzowanego kopolimeru wynosi 10-15% wagowych. Taki skład gwarantuje uzyskanie surowca o identycznych lub ulepszonych właściwościach fizyko-chemicznych jak surowiec pierwotny, tyle, że o zwiększonych możliwościach homogenizacji niż surowiec pierwotny pozbawiony mieszanki wtórnej.

Opisany sposób pozwala na wykorzystanie w recyklingu zużytych surowców kopolimeru octanu winylu z etylenem, dając wymierne efekty ekonomiczne i pozaekonomiczne, dotyczące ochrony środowiska naturalnego.

Przedmiot wynalazku został objaśniony w przykładzie wykonania.

Przykład

W celu zagospodarowania odpadów kopolimeru octanu winylu z etylenem, według wynalazku, odpad poprodukcyjny kopolimeru EVA segreguje się pod względem twardości i gęstości, oddzielając z odpadu wszelkie zanieczyszczenia, głównie metalowe. Posegregowane, pozbawione zanieczyszczeń odpady umieszcza się w wolnoobrotowym młynie z dociskiem hydraulicznym i sitami umożliwiającymi otrzymanie frakcji 50-100 mm, po czym poddaje wstępnemu procesowi fragmentacji na frakcje wielkości 50-100 mm. Kolejny etap fragmentacji polega na rozdrobieniu surowca w młynie szybkoobrotowym na frakcje 10-15 mm, a następnie etapowi fragmentacji końcowej w młynie szybkoobrotowym z sitami o otworach 3 mm, oddzielając frakcje 2-3 mm.

Poszczególne etapy fragmentacji przeprowadza się w temperaturze nie wyższej niż 35°C co wyklucza możliwość sklejenia i aglomeracji cząstek rozdrobnionego tworzywa. Aby powyższy wymóg zachowania prawidłowej temperatury spełnić podczas międzyetapowego transportu, surowiec jest schładzany powietrzem o temperaturze 10°C. Aby krawędzie frakcjonowanego polimeru były ostre i nieposzarpane, noże młynów ostrzy się co 24 godziny eksploatacji.

Rozdrobnione na cząstki o wymiarach 2-3 mm frakcje odpadu w postaci kopolimeru, octanu winylu z etylenem EVA poddaje się kriopulweryzacji w pulweryzatorze, gdzie frakcję mieli na proszek o wielkości drobin 500 mikronów i mniejsze, chłodząc jednocześnie ciekłym azotem do temperatury -170°C. Chłodzenie zapobiega problemom zlepiania się cząsteczek tworzywa.

Spulweryzowany odpad w postaci proszku o 500 mikronowej lub mniejszej wielkości drobin dodaje się jako napełniacz do mieszanki kopolimerowej EVA, stosowanej do wytwarzania nowych wyrobów. Do wykonania mieszanki stosuje się surowiec pełnowartościowy z dodatkiem środka sieciującego. Jest to nadtlenek di-kumylu oraz spulweryzowany kopolimer EVA. Nadtlenek di-kumylu dozuje się w ilości 1,0% wagowych w stosunku do masy przetwarzanego surowca. Spulweryzowanego kopolimeru dodaje się w ilości 10% wagowych. Taki skład gwarantuje uzyskanie surowca o identycznych lub ulepszonych właściwościach fizyko-chemicznych jak surowiec pierwotny, tyle, że o zwiększonych możliwościach homogenizacji w stosunku do surowca pierwotnego, pozbawionego mieszanki wtórnej.

Opisany sposób pozwala na wykorzystanie w recyklingu zużytych surowców kopolimeru EVA co daje wymierne efekty ekonomiczne i pozaekonomiczne, dotyczące ochrony środowiska naturalnego.

Claims (4)

1. Sposób zagospodarowania odpadów kopolimeru octanu winylu z etylenem, polegający na tym, że odpady kopolimeru poddaje się segregacji, po czym kieruje się do trzystopniowej fragmentacji na młynach wolno i szybkoobrotowych, w temperaturze nie przekraczającej 35°C, przemieszczanych między etapami w temperaturze nie wyższej niż 10°C, znamienny tym, że rozdrobnione w trzech etapach frakcje odpadu kopolimeru octanu winylu z etylenem o wymiarach, drobin 2-3 mm kieruje się do, pulweryzatora i poddaje kriopulweryzacji schładzając ciekłym azotem do temperatury -170°C : -200°C, po czym spulweryzowany proszek kopolimeru octanu winylu z etylenem, o wielkości drobin mniejszych niż 500 mikronów dodaje się jako napełniacz do mieszanki kopolimerowej octanu winylu z etylenem.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako środek sieciujący mieszanki kopolimerowej stosuje się nadtlenek di-kumylu lub jego 0,1-20% roztwór, dozowany w ilości 0,1-1,0% wagowych w stosunku do masy przetwarzanego surowca.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że udział spulweryzowanego kopolimeru octanu winylu z etylenem w mieszance wynosi 10-15% wagowych w stosunku do całkowitej masy surowca.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na I-szym etapie fragmentacji odpadów kopolimeru octanu winylu z etylenem rozdrabnia się surowiec na frakcje wielkości 50-100 mm, na II-gim etapie na frakcje 10-15 mm i na Ill-cim etapie na frakcje rzędu 2-3 mm.