PL246282B1

PL246282B1 - Sposób wytwarzania materiału kompozytowego z odpadów tekstylnych i odpadowej folii polietylenowej

Info

Publication number: PL246282B1
Application number: PL429361A
Authority: PL
Inventors: Bertus Jan Servaas
Original assignee: Vive Textile Recycling Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2024-12-30

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania materiału kompozytowego z odpadów tekstylnych i odpadowej folii polietylenowej. Wynalazek dotyczy dziedziny wytwarzania materiałów kompozytowych z odpadów.

Konsumenckie odpady tekstylne obejmują w głównej mierze odpady odzieżowe, a także pościel, ręczniki, zasłony i inne tekstylia stosowane w gospodarstwach domowych. Odpady te charakteryzują się dużym zróżnicowaniem pod względem składu, kompozycji oraz jakości. Mogą składać się z włókien naturalnych (np. wełna, bawełna, jedwab, len), z włókien syntetycznych (np. poliester, polipropylen, nylon, elastan, akryl), a także z kombinacji tych włókien. Odpady tekstylne mogą zawierać również inne materiały, takie jak metale, guma, szkło i tworzywa sztuczne, a także mogą być zabrudzone i wilgotne.

Znane są różne sposoby pozwalające zagospodarować odpady tekstylne. Jednym z nich jest przetwarzanie odpadów tekstylnych w obecności spoiwa termoplastycznego do materiałów kompozytowych o pożądanych właściwościach użytkowych.

W publikacji WO2009/148302A1 ujawniono sposób wytwarzania wyrobów z odpadów tekstylnych. Sposób ten charakteryzuje się tym, że obejmuje wstępne sprawdzanie i sortowanie dostarczonych odpadów tekstylnych, a następnie dalszy podział odpadów na odpady korzystne i niekorzystne z ekonomicznego punktu widzenia. Z wybranych tekstyliów usuwa się materiały niepożądane, zmniejsza się rozmiar tekstyliów do frakcji o wielkości 0,2 mm lub mniej, a następnie rozdrobnione tekstylia miesza się z żywicą. Otrzymaną masę tłoczy się do pożądanego kształtu i pozostawia do utwardzenia.

W publikacji PL208532B1 ujawniono sposób wytwarzania kompozytu polimeru termoplastycznego z włóknami naturalnymi. Kompozyt otrzymuje się przez mieszanie odcinków włókien naturalnych z termoplastycznym polimerem, podgrzewanie mieszaniny i wytłaczanie. W procesie tym, włókna naturalne tnie się na fragmenty o długości 0,3-10 mm, następnie dodaje się je do polimeru termoplastycznego w ilości od 25 do 80 jednostek wagowych, po czym składniki miesza się, a otrzymaną mieszaninę wytłacza się w temperaturze przetwórstwa polimeru będącego matrycą kompozytu, uzyskując granulat.

W publikacji WO200132405A1 ujawniono sposób wytwarzania wyrobów kompozytowych, w którym odpady tekstylne rozdrabnia się na włókna o długości około 1-75 mm. Następnie włókna miesza się w ilości 10-70% z materiałem termoplastycznym, np. odpadowym polietylenem, a mieszaninę podgrzewa się do stopienia materiału termoplastycznego.

W publikacji WO2015044894A1 ujawniono sposób wytwarzania produktu kompozytowego. Odpady tekstylne rozdrabnia się do włókien o długości wynoszącej 0-15 mm. Następnie włókna miesza się w stosunku co najmniej 70% ze spoiwem termoplastycznym o granulacji 1-15 mm. Spoiwo w 50-90% może stanowić odpadowy polietylen. Mieszaninę ogrzewa się, a następnie poddaje się formowaniu do produktu w postaci włókninowej maty.

Sposoby wytwarzania materiałów kompozytowych z odpadów tekstylnych i spoiwa termoplastycznego znane ze stanu techniki nie uwzględniają dużego poziomu zmienności w strumieniu surowca tekstylnego w zakresie składu, kompozycji i jakości. Poza nielicznymi wyjątkami w tekstyliach stosowanych w gospodarstwach domowych praktycznie nigdy nie występuje jeden rodzaj włókien. Twórcy niniejszego wynalazku zaobserwowali, że rodzaj włókien wchodzących w skład tekstyliów ma istotny wpływ na właściwości fizykochemiczne wytwarzanego z nich kompozytu. Różne rodzaje włókien mają odmienne zachowania podczas procesu homogenizacji i mieszania mieszanki włókien, w tym odmienną skłonność do zbrylania, odmienne zachowania w zakresie generowania potencjałów elektrostatycznych (w tym zwiększania poziomu ryzyka wybuchu) oraz odmienne zachowania w zakresie tworzenia cząsteczek kompozytu w fazie ekstruzji pierwotnej (tj. tworzenia osłony polimerowej na rdzeniu z danego rodzaju włókna). Różnice w wytwarzanych materiałach kompozytowych przejawiały się m.in.: zmiennym poziomem homogenizacji, zmiennym poziomem pokrycia osnowy, zmiennym poziomem współczynników płynięcia materiału, zmiennymi parametrami przenoszenia obciążeń i dyspersji sił dynamicznych w materiałach o różnych rodzajach rdzenia (różnych rodzajach zastosowanych włókien). W związku z tym, odpowiednio dobierając skład surowca tekstylnego, można otrzymać kompozyt o pożądanych i przewidywalnych właściwościach fizykochemicznych. Jednakże, biorąc pod uwagę wspomnianą zmienność w strumieniu surowca, przetwarzane tekstylia muszą być wcześniej poddawane drobiazgowemu sortowaniu i przygotowywaniu. Utrudnia to fakt, że normy oznaczania na metkach rodzaju wykorzystanych włókien nie wymagają podawania precyzyjnie całego składu, a jedynie główne grupy włókien. Ponadto, szczególnie w przypadku importu tekstyliów spoza terenu Unii Europejskiej, normy te nie zawsze są w pełni przestrzegane. Jednocześnie brak jest publicznie dostępnych wyników badań nad faktyczną morfologią składu tekstyliów wprowadzanych do obrotu na terenie Unii Europejskiej.

Celem wynalazku jest sposób wytwarzania materiału kompozytowego z odpadów tekstylnych i odpadowej folii polietylenowej, który, pomimo niestabilności strumienia surowca tekstylnego, nie wymaga drobiazgowej formy sortowania i przygotowywania odpadów, a jednocześnie zapewnia materiał kompozytowy o pożądanych właściwościach fizykochemicznych i jest przyjazny dla środowiska.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania materiału kompozytowego z odpadów tekstylnych i odpadowej folii polietylenowej, charakteryzujący się tym, że obejmuje następujące etapy:

a) rozdrabnianie włókien tekstylnych pochodzących z odpadów tekstylnych na frakcję o wielkości do 15 mm,

b) rozdrabnianie folii polietylenowej na frakcję o wielkości do 15 mm,

c) oddzielanie części metalowych od rozdrobnionych włókien tekstylnych,

d) oddzielanie części metalowych i tworzyw sztucznych niestanowiących rozdrobnionej folii polietylenowej, od rozdrobnionej folii polietylenowej,

e) dalsze rozdrabnianie włókien tekstylnych na frakcję o wielkości do 5 mm,

f) mieszanie rozdrobnionych włókien tekstylnych z rozdrobnioną folią polietylenową, przy czym włókna tekstylne stanowią 10-50% mieszaniny,

g) uplastycznianie, homogenizacja i wytłaczanie otrzymanej mieszaniny w wytłaczarce w temperaturze 170-240°C i pod ciśnieniem 8-15 MPa.

W korzystnym wariancie wynalazku, włókna tekstylne stanowią włókna syntetyczne w ilości co najmniej 30%.

W innym korzystnym wariancie włókna tekstylne stanowią 28% mieszaniny.

Korzystnie, w etapie e) włókna tekstylne są rozdrabniane na frakcję o wielkości do 2 mm.

Korzystnie, w etapie b) folia polietylenowa jest rozdrabniana na frakcję o wielkości do 10 mm.

W innej odmianie sposobu według wynalazku, w etapie g) do mieszaniny dodaje się substancje dodatkowe w ilości do 4%, wybrane z grupy obejmującej kompatybilizatory, środki smarujące i środki barwiące.

W korzystnym wariancie, sposób według wynalazku obejmuje dodatkowo granulowanie materiału kompozytowego otrzymanego w etapie g).

Zmniejszenie wpływu rodzaju włókien przetwarzanych odpadów tekstylnych na właściwości fizykochemiczne wytwarzanego kompozytu zostało osiągnięte przez odpowiedni dobór parametrów procesu, takich jak stosunek ilości składnika tekstylnego do składnika polietylenowego, stopień rozdrobnienia składnika tekstylnego i składnika polietylenowego oraz temperatura i ciśnienie procesu. Dzięki temu możliwe jest wytworzenie materiału kompozytowego z odpadów tekstylnych i odpadowej folii polietylenowej o pożądanych właściwościach fizykochemicznych, bez drobiazgowego sortowania i przygotowywania odpadów. Ponadto, sposób według wynalazku jest przyjazny dla środowiska ponieważ redukuje emisję CO2. Zgodnie z raportem CO2-kantallen afvelscheiding, SenterNovem, September 2007, wytworzony materiał kompozytowy pozwala zredukować około 3 kg CO2 na każdy niespalony kilogram odpadów odzieżowych.

Wynalazek został uwidoczniony za pomocą poniższego przykładu wykonania.

Odpady tekstylne dostarczono w postaci całych ubrań, spakowanych w formie belek o masie nieprzekraczającej 25 kg. Tekstylia poddano ocenie wizualnej pod kątem poziomu zabrudzenia, zawilgocenia i jednorodności rodzajów tekstyliów w belce oraz weryfikacji statystycznej pod kątem występowania w dostawie surowców innych niż tekstylia (np. buty, zabawki, torebki itp.). Następnie, tekstylia poddano sortowaniu na tekstylia o przeważającej zawartości włókien naturalnych, tekstylia o przeważającej zawartości włókien syntetycznych i tekstylia nienadające się do procesu (mocno wilgotne, bardzo zabrudzone oraz zawierające znaczny odsetek domieszek materiałów niepożądanych).

Odpadową folię polietylenową dostarczono spakowaną w formie belek o masie nieprzekraczającej 25 kg. Folię poddano ocenie wizualnej pod kątem poziomu zabrudzenia, zawilgocenia i jednorodności rodzajów folii w belce oraz weryfikacji statystycznej belek pod kątem występowania w dostawie surowców innych niż folia (np. resztki tekstyliów, dodatki itp.).

Tekstylia transportowano podajnikiem taśmowym do rozdrabniacza wyposażonego w sita o średnicy otworów 15 mm, w którym tekstylia zostały rozdrobione na frakcję o wielkości do 15 mm. Następnie rozdrobnione tekstylia transportowano podajnikiem taśmowym do zestawu separacyjnego (seperatory), w którym oddzielono części niepożądane (niepożądane oznacza nie będące tekstyliami, w tym części metalowe, wykonane z tworzyw sztucznych) od pozostałej rozdrobnionej części tekstyliów. Tekstylia bez zawartości części niepożądanych transportowano podajnikiem ślimakowym do rozdrabniacza końcowego,

PL 246282 Β1 w którym tekstylia zostały rozdrobnione na frakcję o wielkości przedstawionej w Tabeli 1. Rozdrobnione tekstylia były przechowywane w zbiorniku buforowym tekstyliów.

Folię transportowano podajnikiem taśmowym do rozdrabniacza wyposażonego w sita o średnicy otworów 15 mm, w którym folia została rozdrobiona na płatki o wielkości do 15 mm. Następnie rozdrobnioną folię transportowano podajnikiem taśmowym do separatora, w którym oddzielono części niepożądane (niepożądane oznacza nie będące płatkami folii, w tym części metalowe, wykonane z tworzyw sztucznych nie odpowiadających zadanej gramaturze płatka po rozdrobnieniu, papieru). Separator wykrywał i oddzielał części niepożądane od pozostałej rozdrobnionej części folii. Rozdrobniona folia bez zawartości części niepożądanych była przechowywana w zbiorniku buforowym folii.

Ze zbiorników buforowych rozdrobnione tekstylia i folię dozowano do mieszalnika za pomocą podajnika ślimakowego w kontrolowanych i ściśle określonych ilościach przedstawionych w Tabeli 1. Ilości dozowanych składników regulowano przez zmianę prędkości obrotowej ślimaka. Mieszanie składników odbywało się w sposób ciągły. Łopaty w mieszalniku były ustawione pod kątem 45 stopni w stosunku do osi mieszalnika, co zapewniało przepływ składników przez mieszalnik. Regulacja przepływu odbywała się przez zmianę wielkości otworu wylotowego z mieszalnika. W mieszalniku nastąpiło wymieszanie materiałów. Otrzymaną mieszaninę transportowano przenośnikiem do zbiornika buforowego mieszaniny.

Mieszaninę ze zbiornika buforowego dozowano do wytłaczarki dwuślimakowej o stożkowej geometrii śrub, z szybkością dozowania wynoszącą 400 kg/godz. Temperatura w poszczególnych sekcjach wytłaczarki wynosiła S1: 180°C, S2: 180°C, S3: 190°C, S4: 190°C i S5: 200°C, a ciśnienie topnienia 9 MPa. Prędkość obrotowa wytłaczarki wynosiła 90 obr./min. Do mieszaniny dodano substancje dodatkowe, tj. żywice na bazie kopolimeru etylenu z octanem winylu (produkt handlowy Elvax) i żywice szczepione bezwodnikiem maleinowym (produkt handlowy Fusabond), w ilościach przedstawionych w Tabeli 1. W wytłaczarce nastąpiło uplastycznienie, odgazowanie, homogenizacja i granulowanie mieszaniny. Materiał kompozytowy wytworzono w postaci granulek o średnicy 4 mm.

W Tabeli 1 przedstawiono skład i parametry próbek różnych materiałów kompozytowych wytworzonych według wyżej opisanego procesu. Każda próbka dotyczy materiału kompozytowego wytworzonego z oddzielnej dostawy odpadów tekstylnych.

Tabela 1

Nazwa próbki	#2	#3	#4	ΜΙΧ 1	ΜΙΧ 2	ΜΙΧ3	ΜΙΧ 4
Wielkość frakcji tekstyliów (mm)	do 2	do 2	do 2	do 5	do 5	proszek	do 2
Wielkość frakcji folii (mm)	do 15	do 15	do 15	do 15	do 15	do 15	do 15
Zawartość tekstyliów (%)	10	28	48	36	50	50	48
Zawartość folii (%)	89	68	48	60	46	46	48
Fusabond (%)	0.5	2	2	2	2	2	2
Elvax(%)	0,5	2	2	2	2	2	2
Masowy wskaźnik płynięcia (g/10 min)
190°C;2,l6kg	0	0	0	0	0	0	0
190°C; 5,00 kg	0,071	0,067	0,218	0,061	0	0,055	0,218
190°C; 10,00 kg	0,345	0,312	1,158	0,5	0,046	0,426	1,158
Gęstość (g/cm³)	0.986	0,998	1,15	1,107	1.193	1,162	1,15
Gęstość nasypowa (g/cm³)	0,267	0,319	0,317	0,315	0,295	0,316	0,317
Wytrzymałość na rozciąganie (Mpa)	17,2	11,4	11,14	12,23	16,7	11,96	11,14
Naprężenie przy zrywaniu (Mpa)	10,37	8,1	9,66	1,64	16,68	8,87	9,66
Wydłużenie przy maksymalnym naprężeniu (%)	4,28	3,43	1,38	3,17	1,81	1,96	1,38
Wydłużenie przy zerwaniu (%)	4,83	1,64	1,59	1,08	1,83	2,7	1,59
Absorpcja wody (%)	0,46	0,94	1,24	0,95	1,48	1,14	1,24

Jak wynika z danych zamieszczonych w Tabeli 1, materiały kompozytowe wytworzone sposobem według wynalazku z odpadów tekstylnych pochodzących z różnych dostaw wykazują podobne właściwości fizykochemiczne dla próbek o zbliżonym składzie surowca tekstylnego i folii.

Materiał kompozytowy wytworzony sposobem według wynalazku ma zastosowanie do formowania (np. metodą wtrysku) różnych wyrobów gotowych, takich jak na przykład: słupki, profile, deski (w tym deski na piórowpust), wieszaki odzieżowe, stoły i ławki piknikowe, korpusy latarni ulicznych.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania materiału kompozytowego z odpadów tekstylnych i odpadowej folii polietylenowej, znamienny tym, że obejmuje następujące etapy:

a) rozdrabnianie włókien tekstylnych pochodzących z odpadów tekstylnych na frakcję o wielkości do 15 mm,

b) rozdrabnianie folii polietylenowej na frakcję o wielkości do 15 mm,

c) oddzielanie części metalowych od rozdrobnionych włókien tekstylnych,

d) oddzielanie części metalowych i tworzyw sztucznych niestanowiących rozdrobnionej folii polietylenowej, od rozdrobnionej folii polietylenowej,

e) dalsze rozdrabnianie włókien tekstylnych na frakcję o wielkości do 5 mm,

f) mieszanie rozdrobnionych włókien tekstylnych z rozdrobnioną folią polietylenową, przy czym włókna tekstylne stanowią 10-50% mieszaniny,

g) uplastycznianie, homogenizacja i wytłaczanie otrzymanej mieszaniny w wytłaczarce w temperaturze 170-240°C i pod ciśnieniem 8-15 MPa.
2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że włókna tekstylne stanowią włókna syntetyczne w ilości co najmniej 30%.
3. Sposób według zastrzeżeń 1-2, znamienny tym, że włókna tekstylne stanowią 28% mieszaniny.
4. Sposób według zastrzeżeń 1-3, znamienny tym, że w etapie e) włókna tekstylne są rozdrabniane na frakcję o wielkości do 2 mm.
5. Sposób według zastrzeżeń 1-4, znamienny tym, że w etapie b) folia polietylenowa jest rozdrabniana na frakcję o wielkości do 10 mm.
6. Sposób według zastrzeżeń 1-5, znamienny tym, że w etapie g) do mieszaniny dodaje się substancje dodatkowe w ilości do 4%, wybrane z grupy obejmującej kompatybilizatory, środki smarujące i środki barwiące.
7. Sposób według zastrzeżeń 1-6, znamienny tym, że obejmuje dodatkowo granulowanie materiału kompozytowego otrzymanego w etapie g).