TWI225000B - Process for preparing recycled synthetic plastic material and apparatus for performing the process - Google Patents

Description

1225000 五、發明說明（l) 《發明所屬 本發明 特別是回收 本質上至少 膠材料係於 (circulati (condensat 是不含污染 存在可藉由 此外， 之技術領域》 係有關於一種調配回收合成塑膠材料的製程， ，乙烯對笨二曱酸酯（pET)塑膠材料，該材 疋不含無毒性污染物的。其中，全部的合\ 一加工室（例如，切碎機）中，藉由至少一猶^ ng)加工工具進行加熱，假如需要進行凝結嶮 1〇n)及/或結晶處理。於此製程中揮發的&所 物假如’當這些污染物存在時，這些物質、 至 > 個對這些物質敏感的感測器來表示。、、 本毛月亦有關於^一用以執行此製程之設備。 《先前技術》 回收合成塑膠材料再利用情形的增加，使得 ~ 亦被使用於食品包裝的e + ^ ]Λ_ 材料 接與食品接觸時，必須 i /材枓直 人丄门， 貝確涊沒有不想要的污染物自包梦、隹 人食品中:因此，為了可回收使用已有許多製程已 出。由於文 >可染的合成塑膠材料通常含有對食品 ^主 的污染物，所以為使回收的合成塑膠材料可再：次被： 於食品包裝上’而沒有任何問題。為此， 製程已經知道。因此，已右摇屮 斤有的化予 .t ^(P^olys.s) ^ ^ ^ # ^ Λ Λ 下分解。另一種化學回收製程可藉由塑膠材的…氧狀况 (hydr〇genatl〇n)來執行。其中，該化學反庵俜於^古 mi進仃反應然而，不以經濟應用的方向來思考能

第7頁 1225000 五、發明說明（2) =及機械設備特別的花費，這些化學製程確實具有可獲得 、乎不含毒性部分之合成塑膠材料的優點。 本質上’物理性的製程係藉由實質上較低的溫度來操 作’因此回收合成材料的結構（特別是分子鏈的長度）可以 破保持。一種類似第W0 0 1 /21 372號專利的製程主要在 於’ PET材料可於預加工程序中第一次加熱時被回收，並 於一較高的溫度下乾燥且同時結晶。之後，此材料在其分 別進行塑化（plasticize)或熔化前，先於真空環境下進行 主要製程，其會於一較預加工時更高之溫度下進行再一次 的乾燥及結晶。自第AT 4 0 7 2 3 5 B號專利中可得知一種可 =以執行此製程之設備。此製程或此設備於適當處理下， 皆可充分的進行操作。然而，當此製程或此設備的不適當 處理發生時，此時會有不想要的有毒殘留物被包含在回收 原料中的危險性，因此這些回收原料便不適用於食品。為 確保回收原料中不含毒性成分，因此每一個回收原料必須 方也以叩貝且費日f的控管。此種的控管，即已知所謂的”挑 戰測。式（challenge-test)’’（參閱Verpackungs-Rundschau 1/98，第37頁），其係基於人工的污染。通常使用的典型 π染物係為家務或汽車化學產生，或其他易於檢測分析 者。但進行此測試的費用支出是相當大且結果並不完全 靠。 於第US 5，7 3 3，7 8 3 Α號專利中亦可得知另一種製程， 其係於數個加工步驟（研磨、清洗等）之前或在其之3，藉 由將空氣喷入回收的塑膠瓶中，藉此產生一來自' 含有微^

第8頁 1225000 五、發明說明（3) 污染物的受測塑膠材料中之空氣回流，以藉由感測器來測 得。此亦需·很大的花費且此一製程有一先決條件，亦即受 測的塑膠瓶需以適合的方式噴入空氣。 從第A T E 2 0 4 4 2 9 T1號專利中亦可得知一相似的製 程0 最後，最初描述種類的製程已被提出，其係藉由複數 個對揮發物質有不同靈敏度的化學感測器裝置來對聚對苯 二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，PET)進行

仏查’该揮發物貝係於合成塑膠材料於切碎機（s h r e d d e r) 中加工時所產生。雖然，此種製程並無法測定出污染物的 種類，但其已足以實施，因為當製備回收材料時，其僅係 為材料，而不而決疋加工的塑膠材料是否適合於與食品原 料直接接觸。 《發明内容》 夺發明之目的係改善先前描述的製程，以減少費用支 μ二=及藉由使用易於購得的設備元件使回收合成塑膠材 ?:後得良好的測定結果，不論加工的合成塑膠材料是否 =〇人食品原料直接接觸。藉由本發明 ㈡中其係藉由讓於加工室中及/或與其連接達二 物是否亡5的"^查‘入加工室中的全部材料，不論污染 氣；：”。假如感測器測得有污染物位於加工室及/或 孔脰V官中，此感測器會產生一分支排放 kanch i ng-0f f)，將受污染的材料自流過加工室的材料

第9頁 1225000 五、發明說明（4) 中去除。因此，如前所述，感測器會致使由加工合 材料所形成的材料流動發生轉撤變換。假如，二/ =料中沒有測得毒性污染物的存在，則材料=;:: 式，仃加工，例如，自切碎機進入擠壓機，或類似的方 式。幻而，只要至少有一感測器測得毒性污 料被提供至另一條路徑以分別離開加工室，或/ ，要可與其連接之腔室的路徑上，例如離開另一個加二 室。因此，有毒性污染的材料部分會以一旁 回收的循環。 s乃式離開 根據本發明所指出的製程之另一好處在於，可 製備回收材料的加工步驟中（例如，磨粉及/或塑化）同一日士、 產生的毒性污染物，其意為可節省時間及機械設備。因才 此，根據本發明製程的另一實施例，材料可在直处 工室及/或氣體導管中，藉由至少一旋轉加工工具 ； (revolving processing t〇〇1)加工及加熱，假^ 進行凝結及/或結晶。藉此，位於加工室中的空氣可藉由 至少一感測器來檢查衍生自毒性污染物的物質， 曰 據污染值來決定是否開啟排放口（discharge 〇pe^n以給χ

料或出口(exit 〇pening)給本質上無污染的。的 材料。在此，該材料可於藉由至少一繞著垂直軸旋轉的工 具形成加工室的槽體中混合，假如需要可被研磨，並加 熱，假如需要並進行凝結及/或結晶。或者是，根據本發 明精神，於一螺旋座（screw h〇using)中（例如一擠壓機X

第10頁 1225000 五、發明說明（5) 中）將材料塑化，該螺旋座係為一藉由一螺桿於此螺旋座 中旋轉所構成的加工室。其中，感測器檢查游離自材料及 排放至氣體導管的氣體。兩種實施例的變化態樣，皆可使 用常被用於回收技術的機械設備元件。 用以執行本發明製程的設備，包含一可供合成塑膠材 料進行加熱或分別進行凝結及/或結晶之加工室，該加工 至具有至少一供加工原料用的出口（exit opening)。用於 加工時，其至少有一加工工具設置於一環繞該加工室的機 座（housing)中，該加工工具係藉由一馬達驅動而旋轉。 其中，至少設置一對游離自該加工室中毒性污染物的物質 敏感的感測器於該加工室中。本發明在於該加工室或另一 與其連接的加工室，除包含供本質上無污染之材料用的出 口外’還包含至少一供含有毒性污染物之材料用的排放 口 ’以及至少一感測器，用以分別檢測游離自位於加工室 中或位於與其連接的氣體導管中之材料的氣體。該感測器 ，接一轉轍裝置（switching device)，其可根據藉由感測 器檢測出加工材料中毒性污染物的存在，而開啟出口或排 放口。因此，反之習知的加工室（切碎機）中，僅設置單一 2出口，加工後的材料離開加工室將與其污染程度無關。 口位於本發明的結構中，除了此出口外至少還設置一排放 加工上:開口分別交替開啟或關閉，係依據感測器是否於 —較ΐIΐ測到游離的毒性污染物。根據本發明加工室又 之^ ^工貝&例，其係藉由一内部設置有一供加工材料用 /、的槽體所構成。其中，一藉由轉轍裝置來致動

ιζζ^υυυ 五、發明說明（6) 及排放2件I例如，閘門或可旋轉的擋板）被設置用於出口 料Si空？I:為使此槽體可於真空下調配合成 空緊贫二I t ’因此用於排放口的閉合元件必須為真 的影i。vacuum—tight)，以避免對槽體中的真空有不好 加工康你本，明的。精神’可藉由-由螺桿的機座所組成之 亦可為-、查：？1壓機）替代先前描述的設備，假如需要其 包含至小ί裝置的加工室。其巾，該螺桿的機座， 離自接至氣體導管供氣體用之開口，該氣體係游 9 2螺扣加工的材料中，且該氣體導管至少連接一感 二f。"中，轉轍裝置（switching device)係控制一雙!1 於該螺桿尾端或該造粒裝置上的轉幸致器叫吏#撤 ^ 由螺桿運送的材料進入出口或進入排放口中。 、對前述兩種實施例，其中閉合元件及/或轉轍器較佳 為馬達驅動（m〇t〇r-driven)的，例如藉由液壓 土 再 (hydraulically)或氣控（pneumaticaHy)致動汽缸 (actuated cylinder)，或藉由電磁閥（solen〇id) t 者，在這兩種變型中，感測器可以是一氣相層析儀 (gas-chromatographic)的設備 〇 以進 當然’前述兩種不同結構可被結合在一起使用 行特別可靠且多種毒性污染物的檢查。 }中 式式 方圖 施於 實 第1圖為根據本發明所指出之設備的具

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貫例，其係顯示該設備的垂直剖面中由污染物產 揮發物質係於切碎機（shredder)中檢查。第2圖係顯示該 :J的水平剖®，游離自加工材料的氣體係於其内部進； 檢—，該氣體係產生於連接造粒裝置之擠壓機的螺旋座 根據第1圖所指出的設備，其具有一用以加工合 =材料的槽體（receptacle) (1)，其係由一包圍加工室 的^座（housing) (2)所構成。合成塑膠材料可送入此 口至）中加工。該合成塑膠材料（特別是PET)通常是由 ，子〕預成形瓶、羯（foils)、薄片（nakes)、纖維等構 成，係自上方通過入口（4)送入，其大部份已先預粉碎。 連接一閘門(SlUiCe) (5) ’其閘室(6)藉由兩滑 ::: 及8)所限制。此兩滑動門元件(7及8)分別藉由 =二二广缸（d〇uble-acting cylinder) (9或1〇)所致動。 4(12) 連接一進料漏斗（1丨），被加工的材料依箭 祝、/的方向¥入。例如，藉由一輸送帶裝置。 為使加工室（3)内的空氣可被抽空，可於機 覆蓋元件⑽上連接一具有泵(15)的抽氣線路(14) 加工工具（1 6)於加工室（3)中繞著垂直軸旋轉，加工工里 σ又於圓盤狀工具載體（17)上。圓盤狀工具載㉟ (17)係糟由一馬達（2〇)並經由一緊密穿過機座（2)底部_ (1 8 )的軸（1 9 )所驅動。加工工具（丨6 )會造成位於加工室 (3 )中的材料移動而形成一錐形混合流（2丨），致使彈離工 具載體（17)的材料會沿著機座（2)的側壁上升，並於到達 1225000 五、發明說明（8) 一頂點（2 9 )後’再落回槽體（1 )中央。 實質上加工工具（16)係於槽體π)中水平旋轉。一設 置於機座（2)側壁的出口（22)通向内部具有—螺g(24)的 螺旋座（23)(例如’擠壓機）。螺旋座（23)係為— 座，用以將經材料經出口（22)運離並供給至螺 為使出口（22)可藉由一可依雙箭號（26^向 閉合，滑動門元件⑵)係連接至雙動汽二27)的 機座（2)的側壁上至少架設一對揮發性物質敏感的感 測器(28)，此揮發性物質由加工室(3)中之加工材料的； 性污染物所發出。為此，感測器（2 8 )係伸入加工室（3 ) 中，較佳係位於比錐形混合流（2丨）的頂點（2 9 )還高之水平 面上，以避免其受到材料環流的磨損或損害。不同構造或 與不同污染物質種類有關之不同靈敏度的複數個感測器 8 )，可被设置於加工室（3 )中，並適當的分布圍繞在槽 體（1)的周圍。每一感測器（28)係經由一線路（3〇)連接至 一轉轍裝置（31)。該轉轍裝置（31) 一方面經由一線路（32) 抆制雙動汽缸（2 7 )，另一方面則經由線路（3 3 )致動另一個 雙動汽缸（34)。此雙動汽缸（34)的活塞桿連接至一與排放 口（36)結合之可旋轉的檔板（35)，以使其可真空緊密的關 閉排放口（ 3 6 )。排放口（ 3 6 )連接一套管（3 7 )。 因轉轍裝置（3 1)致動兩雙動汽缸（2 7與3 4 )，以使滑動 門凡件（25)可關閉出口（22)，並且使依雙箭號（38)方向旋 轉的檔板（3 5 )可開啟排放口（ 3 6 )，或是滑動門元件（2 5 )開 第14頁 1225000

五、發明說明（9) 啟出口（22)，並且檔板（35)關閉排玫口（36)。此係依據感 測器（2 8 )是否於加工室中測得來自加工材料的毒性污染物 來控制的。假如，此污染物被測得，則立即自加工室（3 ) 抽掉加工材料，通過排放口（ 3 6 )進入套管（3 7 )。假如，於 加工材料中沒有測得污染物，則經由出口（ 2 2 )將加工材料 抽離進入螺旋座（2 3 )中。受污染的材料可自可被轉向下方 的套管（37)依箭號（39)方向運離。 該設備可進行連續操作或批次操作。 田在真空下於加工室（3 )中進行加工時，檔板（3 & )必 須緊密的關閉排放口（36) ’ X用以關閉出口（22 =?上—樣緊閉1"口(22)。此外，亦可適用於可使問 至（6)中的二亂排空，例如經由線路（4〇)連接至泵（15)。 於第2圖的設備中，係提供一可與第】圖中的實施例連 ，之相同結構的槽體⑴。加工工具（16)亦位於此槽體的 與第1圖相同的其係以箭號⑷）的方向繞著 扣體的軸心（42)旋轉。如第2圖中所示，這些加工工具可 件(43)，其係以相反於移動方一向（箭號4;)之 考曲或成一角度。以使材料於槽體⑴中除獲得離心 勺作用外，另提供一抹刀似的（spatuU_Uk =過出:(22)進入螺旋座(23)的入口⑼。根據第2 Π施例中’加工室(45)係藉由内部有一可用於旋轉的 〜2支座之螺桿（24)的螺旋座（23)所構成，在其内部可進 毒ΪΪ純物之加工材料的檢查。螺桿⑺)係藉由-馬達（46)自其一端所驅動。螺桿（24)依箭號（47)的方向運

1225000 五、發明說明（10) 料通過入口（44)朝擠屋頭（4δ)供給。此 二連接一藉由一馬達(67)驅動之任何想要的造置 (49)。造粒裝置（49)構成一在加工室（45)之 1 = (:°)。套管，形成-導管，用以排出經造粒的i料自 =室(5〇)導向供經造粒無污染材料使用的出口(m =¥向供經造粒有毒性污染材料使用的排放口 此二出口總是一個開另—個閉，設置一可旋轉(的3播)板為使 (5 4 )。檔板（5 4 )可藉由一雙動气虹^ — 一桿狀裝置（55)來調整。此雔動、★ r j的基桿（56)經由 實施例中對雙動汽缸(34)描述一l其經由線：⑶二圖由 Ϊ:!裝f(31?致動：轉轍裝置(31)經由線路(3。)接收自1 :需：：^ t ::則器(28j的訊號。此感測器(28)(假 ώ 〇Χ禝個感測器）係檢測位於氣體排放口 (58)的風^L。氣體排放口（58)係經 =此開口(59) ’游離自合成塑膠材料的氣體可經由氣體 = (58)而離開加工室(45)，該合成塑膠材料係依箭號 (47j 2方向藉由螺桿（24)運送且不久之後被塑化，盆較‘ 為错由連接至氣體排放口（58)的泵（6〇)來執行。藉由螺 (24)運送的合成塑膠材料中的氣體可藉由一特色以促使^ 排出。此特色為螺桿（24)的軸心直徑，以運送的方向年、 號4 7)自入口（ 4 4 )處先增加，藉以擠壓材料由螺桿運送， 之後軸心直徑逐漸減小並形成一放寬區域（66)，在此;^ 開口（59)。隨著此放寬區域（66)後’螺桿（24)的轴心=徑 1225000 五、發明說明（11) 再度增加。 二供無毒性污染經造粒之材料使用的管路（61)連接於 ΐ Γ丄其材料可依箭號(62)的方向流出。相似的方 二有毒Γ π ί物的合成塑膠可經由連接至排放口（ 53) ^ ^ ，正常的材料流動分支出來，依箭號（64)的方 向流出。 在此可以看到，雨屮σ「山, 板⑼㈣這此開口，二成[出=2)及排放口(53)]及檔 ^ ^ 形成一供於螺旋座（23)及與其連接 的泣粒装置中〜動之材料用的轉轍點（65)。 (27 'll置(二)被以一適當的方式建造，以使雙動汽缸 ^ 17精由馬達[例如，液壓（hydraulically)或 = 致動。此外，分別用於轉轍點⑻) 2 :()或檔板（35)之構成汽缸的機械元件可以 ::氣致動裝置(例如，藉由電磁閱所構成的致動裝置）來 替代。 · ^ ^ ^感，則态（2 8 )僅檢測受測的合成塑膠材料是 否不含毒性雜質即已足夠。假如要更精確的控管：:： 哭。 裡頦的，可木物者，例如氣相層析感測 第1圖及第2圖中所指出的實施例，亦可結合起來使 用。假如將兩者結合時’第2圖中顯示的 圖座⑵）及螺桿（24)。藉此可獲得 Υ成第 工合成塑膠材料的測定。 寸N J罪的加 於位於槽體⑴中的加工室(3)中，及位於螺旋座⑵）

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中的加工室（45)中，加工合成塑膠材合 而，於槽體（1)中藉由旋轉的加工呈白曰仃加熱。教 ^3) t n, #(24),, Γ, 〇 ^, ,Γ,Ι 疋、,，此材料可能被壓縮，然而厚壁的薄片（例如，來自磨 =瓿=的材料）並無實際發生壓縮，然而當加工纖維， V白及溥壁的薄片時，則必須壓縮。當合成塑膠材料被加工 並非於一合適的預粉碎狀況下供給至槽體（i)中時，加工 工具（16)被形成一具有刀刃的刀。然而，假如加工工具禮 作為混合用，其就不需形成一刀刃。

—”本質上沒有π 一詞，可被了解為污染物的成分低於法 疋可容忍的基準，被允許且可以正常的方式與食品直接接 觸，亦即由出口（ 2 2或5 2 )所運送出的。

第18頁 1225000 圖式簡單說明 第1圖為根據本發明所指出之設備的具體實例之垂直剖 面示意圖。 第2圖為根據本發明所指出之設備的另一具體實例之水 平剖面示意圖。 元件代表符號簡單說明 1 槽 體 2 機 座 3 加 工 室 4 入 V 5 閘 門 6 閘 室 7 滑 動 門 元 件 8 滑 動 門 元 9 雙 動 汽 缸 10 雙 動 汽 缸 11 進 料 漏 斗 12 .‘箭 號 13 覆 蓋 元 件 14 抽 氣 線 路 15 泵 16 加 工 工 具 17 工 具 載 體 18 底 部 19 軸 20 馬 達 21 錐 形 混 合 流 22 出 Π 23 螺 旋 座 24 螺 桿 25 滑 動 門 元 件 26 雙 箭 號 27 雙 動 汽 缸 28 感 測 器 29 頂 點 30 線 路 31 轉 轍 裝 置 32 線 路 33 線 路 34 雙 動 汽 缸 35 檔 板 36 排 放 Π

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第20頁 圖式簡單說明 37 套管 38 雙箭號 39 箭號 40 線路 41 箭號 42 轴心 43 外端部件 44 入口 45 力口工室 46 馬達 47 箭號 48 擠壓頭 49 造粒裝置 50 力口工室 51 套管 52 出口 53 排放口 54 檔板 55 桿狀裝置 56 活塞桿 57 雙動汽缸 58 氣體排放 59 開口 60 泵 61 管路 62 箭號 63 管路 64 箭號 65 轉轍點 66 放寬區域 67 馬達

Claims (1)

1225000 利範圍案號92顧1——~^ 被凝結’該槽體藉由繞著至少一垂直軸旋轉的工具構成該 加工室。 j如申清專利範園第2項所述之製程，其特徵在於該材料 糸=一螺旋座（例如，擠壓機）中塑化，其係為藉由位於該 螺旋座中旋轉之螺桿所構成的加工室，藉此該感測器檢測 游離自該材料的氣體並將其導出該螺旋座。

5· —種用以完成如申請專利範圍第丨、2、3或4項所述之製 程的裝置，包含至少一分別用以加熱或凝結該合成塑膠材 料的加工室（3，45)，該加工室具有至少一供加工材料用 的出口（22，52)，用於加工時，於一圍繞該加工室的機座 [例如，機座（2)或螺旋座（23)]中至少設置一加工工具[例 如’加工工具（1 6 )或螺桿（24 )]，該加工工具係藉由一馬 達（20，46)驅動以旋轉，其中至少設置一對於由該加工室 (3，45)中毒性污染物發出之揮發物質敏感的感測器 (28) ’其特徵在於該加工室（3，45)或另一與之連接的加 工至（50) ’除具有供本質上無污染材料用的該出口（22， 52)外’還包含至少一供含有毒性污染物之材料用的排放 口（ 3 6，5 3 ) ’以及至少一感測器（2 8 )，該感測器（2 8 )係分 別檢測位於該加工室（3或4 5 )，或與其連接之氣體導管中 游離自該材料的氣體’該感測器連接至一轉轍裝置（31) 該轉轍裝置會依據由該感測器（28)檢測出加工材料中毒性 污染物的存在，而打開出口（22, 52)或排放口（36，537。 1225〇〇〇 ~~ --tlfe 92114911月 日 铬不_ 六、申請專利範圍 6三如申/請專利範圍第5項所述之裝置，其特徵在於該加工 至（3)係藉由於其内部設置有一供加工該材料之循環加工 工具（16)之槽體（1)所構成，其中於該出口（22)及該排放 口（36)設置一藉由一轉轍裝置（31)致動的閉合元件，例如 一滑動門元件（25)或一可旋轉的檔板（35)。 如申凊專利範圍第6項所述之裝置，其特徵在於該槽體 (1)可被抽真空’且用於該排放口（36)的該閉合元件，例 如檔板（35)，係為真空密閉的。 8三如申請專利範圍第5項所述之裝置，其特徵在於該加工 室（45)係藉由一螺桿（24)的螺旋座（23)所構成，例如一擠 壓機’如需要可連接一造粒裝置（49)的加工室（5〇)，其中 該螺桿（24)的該螺旋座（23)至少包含一可供散發自蕻由續 螺桿（24)加工之該材料的氣體用，並與氣體排放口（958)流 動連接（flow-connection)之開口（59)，以及至少一連接 至該氣體排放口（58)的感測器（28)，且該轉轍裝置（3n禆 控制-設置於該螺桿m)的下游尾端，或係 (49)上的轉轍點（65)，該轉轍點可引導由該螺桿（24)運送 的該材料進入該出口（52)或該排放口（53)。 9.如申請專利範圍第6、7或8項所述之裝置，其特徵在於 例如藉由液壓（hydraulically)或氣控（pneumatically)制 1225000 修正 __案號 92114911 六、申請專利範圍 動的雙動汽缸（27，34，57)或鞋山+ a叫,, 、， X错由電磁閥（solenoids)制 動之該閉合元件，例如該滑動門元件（25)或該檔板（35)， 及/或該轉轍點（65)係為馬達驅動（111〇1：〇1_(11^”11)的。 10.如申請專利範圍第5、6、7或8項所述之裝置，其特徵 在於至少使用一氣相層析（gas-chromatographic)的感測 器（28)。 11 ·如申請專利範圍第9項所述之裝置，其特徵在於至少使 用一氣相層析（gas一chr〇matographic)的感測器（28)。

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