RO110133B1 - Procedeu de obtinere a unui material termoplastic, omogen, din materiale termoplastice heterogene - Google Patents

Description

Invenția se referă la un procedeu de obținere a unui material termoplastic, omogen, pornind de la cel puțin doi polimeri sau copolimeri termoplastici, diferiți.

In prezent, se dorește refolosirea 5 deșeurilor de materiale plastice, cum sunt cele rezultate din despachetarea diverselor articole sau materiale amestecate cu reziduuri alimentare, în gunoiul menajer, sau cel puțin să se reducă acumulările acestor deșeuri în 10 natură, reducându-se astfel consumul unor materii prime, care se refac foarte greu, cum ar fi țițeiul, utilizat în obținerea materialelor plastice.

Tehnicile pentru reciclarea polimerilor 15 termoplastici presupun recuperarea separată și refolosirea materialelor plastice, de natură chimică diferită, datorită, în general, faptului că, acestea nu sunt miscibile unele cu altele și când se încearcă reutilizarea amestecurilor de 20 particule solide, de diverși polimeri termoplastici, utilizând aceleași mașini și operații, ca pentru un singur polimer termoplastic, se obțin articole din materiale eterogene, ale căror caracteristici chimice, 25 fizice și mecanice, cum sunt modulul de elasticitate, valorile rezistenței la tracțiune, la încovoiere, la comprimare, rezistența la atac chimic, cu substanțe lichide sau gazoase, diverse, etc., sunt insuficient determinate. 30

In practică, necesitatea recuperării și reutilizării separate a diverșilor polimeri termoplastici introduce o limitare de ordin economic, care reduce considerabil posibilitățile de reciclare a materialelor 35 plastice, în particular ale celor conținute în gunoiul menajer.

Este cunoscut (ΕΡ-Α-Ό140846), un procedeu de prelucrare a deșeurilor de materiale plastice heterogene, în vederea 40 recuperării acestora, în care amestecul inițial de deșeuri de materiale plastice este supus etapelor succesive de triturare, amestecare la rece, o primă fază de încălzire, pentru obținerea unui prim stadiu de plastificare, 45 urmată de o a doua treaptă de încălzire, până la obținerea unei mase topite de material plastic.

Acest procedeu este condus în patru faze succesive, în care acțiunea de amestecare 50 are loc într-o incintă încălzită cu mijloace externe corespunzătoare, cum ar fi surse electrice de căldură și nu implică aplicarea unor forțe mecanice.

Problema tehnică, pe care o rezolvă prezenta invenție, constă în realizarea unui procedeu de obținere, într-o singură etapă și fără folosirea unei surse externe de căldură, a unui material plastic omogen, capabil de a fi utilizat în aceeași manieră și cu aceleași aplicații industriale ca materialele termoplastice cunoscute, pornind de la polimeri sau copolimeri termoplastici, heterogeni neseparați, în prealabil, după natura lor chimică.

Procedeul, care face obiectul invenției, elimină dezavantajele procedeului cunoscut din stadiul tehnicii, prin aceea că cel puțin doi polimeri sau copolimeri termoplastici diferiți, în stare divizată, sunt supuși unui tratament de agitare și amestecare, prin intermediul unor mijloace de agitare și amestecare, acționate de către o sursă de energie, tratamentul menținându-se cel puțin până la detectarea unei creșteri bruște a valorii consumului de energie, de la numita sursă.

Invenția prezintă următoarele avantaje:

- realizează un procedeu simplu, condus într-o singură etapă, care permite recuperarea unor deșeuri de materiale plastice, foarte diferite;

- procedeul poate fi condus continuu sau discontinuu prin tratarea amestecului inițial de polimeri sau copolimeri termoplastici, în șarje succesive;

- permite obținerea unui material plastic, foarte omogen, eventual sub formă de granule, care pot fi prelucrate, în continuare, pe utilaje uzuale și prin procedeele cunoscute;

- procedeul este perfect adaptabil obținerii unui material termoplastic omogen, având proprietăți predeterminate, intermediare între cele ale diverșilor polimeri inițiali, fiind astfel posibilă păstrarea constantă a proprietăților produsului final, chiar și în cazul fluctuațiilor compoziției medii a amestecurilor utilizate ca materii prime.

Se dau, în continuare, două exemple concrete de realizare a invenției, în legătură și cu fig. 1 ... 5, care reprezintă:

-fig.l, vedere schematică frontală a unui utilaj în sine cunoscut, pentru realizarea procedeului conform invenției;

- fig.2, vedere frontală a unei părți a utilajului din fig.l;

- fig.3, vedere frontală a aceleiași porțiuni a utilajului ca în fig.2, cu o serie de elemente și subansamble în secțiune;

- fig.4, vedere în secțiune a utilajului pentru realizarea procedeului conform invenției;

- fig.5, vedere schematică parțială a rotorului, parte din utilaj.

Exemplul 1. Materia primă utilizată este un amestec de polimeri termoplastici, având forme neregulate (fragmente), cu dimensiuni mai mici de 5 mm, rezultate din recuperarea materialelor plastice, deșeuri din gunoiul menajer și care după separarea de alte componente ale gunoiului, sunt supuse spălării cu apă, urmată de uscare.

Compoziția medie a acestui amestec este următoarea (în procente de greutate): rășină A.B.S. - 50; clorură de polivinil - 20; polipropilenă -15; polietilenă - 5; poliamidă - 5; polimetacrilat de metil (PMMA) - 5.

Pentru tratamentul acestui amestec se utilizează utilajul prezentat în fig.l ... 5.

Dispozitivul prezentat în fig.l ... 5 cuprinde o cameră cilindrică 2, având axul orizontal, prevăzut cu o sită de alimentare 4, plasată în poziție superioară, precum și cu gura de descărcare 5. Rotorul 6, montat coaxial în interiorul camerei 2, este acționat de motorul electric 7. Rotorul are o viteză de rotație de 1000 ... 2800 rpm.

Subansamblul agitator este în legătură cu dispozitive pentru măsurarea energiei absorbite de materialul supus tratamentului.

Subansamblele de agitare și amestecare pot fi atât mecanice cât și nemecanice.

Pereții camerei 2 constau din subansamblul 10, format prin reunirea a două semicarcase, semicilindrice 11 și 12, asamblate prin intermediul unei articulații de-a lungul muchiei laterale 13 și un dispozitiv de închidere, de siguranță 14, dispus de-a lungul muchiei 15, opuse muchiei 13.

Carcasa superioară 12 este legată la dispozitivul pneumatic 16, în sine cunoscut, care permite deschiderea prin pivotare în jurul articulației.

Mișcarea de rotație a rotorului 6 este transmisă de la un motor 7, prin intermediul cuplajului 18 comandat pneumatic. Această mișcare de rotație, a rotorului 6, poate fi întreruptă cu un dispozitiv de frânare 21, de asemenea comandat pneumatic.

Rotorul 6 este susținut la fiecare capăt de către un lagăr 22, fixat pe o coloană 23. O legătură 24, cu filet, face posibilă trecerea fiecărui capăt al axului rotorului, în condiții de etanșare totală, prin peretele camerei 2.

Carcasa de protecție 26 (fig.l) protejează porțiunea de dispozitiv care cuprinde camera 2 și lagărele 22 ale rotorului.

După cum se vede în fig.5, rotorul 6 cuprinde un ax cilindric 30, prevăzut cu o serie de palete radiale 31, 32, ale căror forme sunt de două feluri. Mai precis, orientarea paletelor 32, montate în apropierea fiecărui capăt al axului 30, face ca acestea să acționeze, imprimând unei părți din materialul tratat în camera 2 o mișcare de împingere a acestuia dinspre pereții de capăt ai camerei spre interiorul acesteia, în regiunea supusă acțiunii de agitare și amestecare produsă de paletele 31.

Diametrul camerei 2 și lungimea paletelor 31 și 32 sunt astfel dimensionate încât, atunci când rotorul 6 este la temperatura camerei sau în apropierea acestei temperaturi, interstițiul, format între vârfurile paletelor 31 și 32 și peretele interior 40 al camerei 2 este de ordinul 0,5 ... 1 mm.

S-a constatat, că rotorul 6 și motorul 7, de acționare a acestuia, sunt dimensionate în funcție de volumul interior al camerei 2, astfel încât puterea maximă, tranferabilă materialului de către rotorul 6, este de ordinul 1 ... 2 kw pentru fiecare litru de material. De exemplu, pentru un volum interior al camerei 2 de 85 1 (cazul unui prototip experimetal), s-a constatat că puterea maximă asigurată de motor este în jurul a 128 kw.

In acest utilaj, camera de agitare și amestec are un volum de 85 1 și motorul pentru antrenarea rotorului de tip electric trifazic cu inversori de poli are putere maximă de 140 kw, fiind alimentat la o tensiune de 380 v/50 Hz cu o valoare a lui cos. = 0,85. După un timp de rotație de circa 3 min, se observă o creștere abruptă, urmată imediat de o stabilizare a consumului de energie de către masa supusă agitației și amestecului, care arată un vârf în intesitatea curentului absorbit de motor, atingând o valoare maximă de ordinul 270 ... 280 A la punctul maxim al vârfului.

Durata creșterii intensității curentului între valoarea inițială și punctul maxim al vârfului ca și căderea de intensitate (către o valoare stabilizată deasupra valorii inițiale) sunt ambele de circa 5 s. Timpul de rotire al rotorului este prelungit la 10 ... 20 s, după stabilizarea intensității curentului absorbit de motorul de acționare a rotorului, după care rotorul este oprit, iar masa păstoasă omogenă, de tipul gelului, rezultată din tratamentul amestecului de polimeri, este imediat recuperată.

Această masă este supusă, imediat după recuperarea din camera de tratament sau după solidificarea prin răcire, unui tratament de granulare prin extruziune, într-o mașină de tip cunoscut, având subansamble de filtrare, de tip sită sau rețea de fire metalice.

Granulele de material termoplastic, cu dimensiuni de circa 3 mm, sunt astfel obținute, având un aspect perfect omogen, chiar și când examinarea se face cu lentile de mărire. Aceste granule sunt perfect adaptate utilizării într-o mașină de injecție, în același mod cu granulele de rășină termoplastică pură A.B.S., făcând posibilă obținerea pieselor presate de excelentă calitate, care prezintă o izotropie perfectă a proprietăților mecanice și fizice.

Masa omogenă, rezultată din agitarea și tratamentul de amestec, este obținută sub forma unei paste, având caracteristici reologice, corespunzătoare stării pseudoplastice. Pasta omogenă este imediat supusă unui tratament de granulare, proiectat pentru a o transforma în granule de tip obișnuit, utilizabile în mașinile de obținere a pieselor injectate sau presate, conform tehnicilor industriale prin care se poate utiliza orice mașină de granulare de tip cunoscut, de exemplu mașina de extrudare sub presiune.

In mod cunoscut în sine, filtrarea pastei este realizată în timpul operației de granulare, de exemplu cu ajutorul unei site sau țesăturii metalice, astfel încât să se obțină separarea particulelor solide ce ar putea fi conținute în pastă. Astfel de particule de material solid pot fi constituite din metale, materiale anorganice, cum ar fi spărturi de piatră, sticlă etc., precum și polimeri termorigizi (termostabili) și orice alt material nemiscibil cu polimerii termoplastici.

Exemplul 2. Procedura este aceeași ca la exemplul 1, exceptând compoziția medie a polimerilor termoplastici utilizați ca materie primă, care este următoarea (în procente de greutate): polietilena (amestec în părți egale de înaltă densitate și de joasă densitate) - 45; polistiren - 20; clorură de polivinil - 20; amestecul a două părți egale de poliester și poliamide - 12; polimetacrilat de metil - 3.

Se observă, după un timp de rotație a rotorului de circa 90 s, apariția unui vârf în intensitatea curentului absorbit de motor, atingând valoarea maximă de 230 A. Timpul rotației se prelungește, ca și în exemplul 1, pe durata a 10 ... 20 s, după acest vârf, înainte de recuperarea masei păstoase, omogene, cu aspect de gel, având o consistență pseudoplastică, rezultată în urma tratamentului.

Granulația este obținută prin extrudare, cu filtrarea pastei, ca în exemplul 1.

Granulele omogene de material termoplastic, astfel obținute, sunt destinate a fi utilizate într-o mașină de injecție presare industrială, în același mod în care se utilizează granulele de rășină polietilenică, de înaltă puritate și densitate.

In timpul tratamentului de agitare și amestec a fragmentelor de polimeri sau copolimeri termoplastici, particulele solide sunt supuse simultan unei încălziri individuale, rapide, datorită fricțiunilor reciproce și/sau fricțiunii lor, componentele agitatorului mecanic și cu pereții camerei de tratament, astfel încât ele se încălzesc simultan la o temperatură cuprinsă în interiorul domeniului de înmuiere a fiecăreia. Se pare, de asemenea, că apare o descreștere a dimensiunii medii a particulelor la un anumit stadiu al tratamentului, la care, o parte din particule rămân încă în stare solidă sau la care o parte din acestea sunt cel puțin parțial lichide sau în stare de pastă.

Oricare ar fi motivul, se poate observa o trecere, relativ abruptă, de la stadiul în care particulele individuale de polimeri și copolimeri termoplastici sunt separate unele de altele, la un stadiu în care nu se mai pot observa distinct interfețele de separare între acestea și în care întreaga masă are un aspect omogen, exceptând posibila apariție a particulelor de material nemiscibil cu polimerii termoplastici.

Aceste fenomene sunt total surprinzătoare, având în vedere că se utilizează parti110133 cule de polimeri, cu un punct de topire relativ coborât, de exemplu poliolefmele și cu particule de polimeri cu un punct de topire relativ ridicat, cum ar fi poliamidele.

Temperatura atinsă în interiorul amestecului de polimeri și copolimeri termoplastici, supuși tratamentului conform procedeului, este cuprinsă în intervalul 150 ... 300°C.

Invenția este aplicabilă în particular tratamentului unei materii prime conținând cel puțin doi polimeri sau copolimeri termoplastici, în stare divizată și cel puțin un material solid, nemiscibil cu aceștia. Urmează, apoi, cel puțin o fază de filtrare a produsului obținut, având drept scop separarea particulelor diferite de materialul termoplastic omogen în care sunt dispersate.

Procedeul conform invenției poate fi realizat continuu sau discontinuu, prin tratarea amestecului inițial de polimeri sau copolimeri termoplastici în șarje succesive din prezenta descriere, este evident pentru un specialist că este nevoie numai de analiza materiilor prime și a produsului final pentru a determina cantitățile de polimeri termoplastici sau copolimeri, din unul sau mai multe tipuri, ce trebuie adăugate, amestecului inițial, pentru a obține corecțiile necesare, pentru obținerea produsului final, având proprietățile dorite și menținerea acestor proprietăți în cazul variației compoziției materiilor prime.

Evident că se poate adăuga amestecului de polimeri sau copolimeri termoplastici, întrun mod în sine cunoscut, orice substanțe sau amestecuri de substanțe capabile de a îmbunătăți proprietățile materialului termoplastic final, de exemplu plastificator, agenți stabilizatori, coloranți, materiale de umplere etc., și este clar că, datorită naturii operațiilor procesului, care cuprinde o amestecare și o agitare, care sunt eficiente, se realizează o distribuție perfect omogenă a acestora în produsul final.

Claims (1)

1. Revendicare

   Procedeu de obținere a unui material termoplastic, omogen, din materiale termoplastice heterogene, caracterizat prin aceea că, cel puțin doi polimeri sau copolimeri termoplastici diferiți, în stare divizată, sunt supuși unui tratament de agitare și amestecare, prin intermediul unor mijloace de agitare și amestecare, acționate de către o sursă de energie, tratamentul menținându-se cel puțin până la detectarea unei creșteri bruște a valorii consumului de energie de la numita sursă.

   Președintele comisiei de examinare: ing. Petrescu Ioan Cristea Examinator: ing. Ionescu Bucura (si) Int.Cl.⁶ Β 29 Β 7/28;

   Β 29 Β 17/00