WO2017200368A1 - Proceso de extrusión para la fabricación de productos a partir de material plástico y metálico de desecho - Google Patents

Proceso de extrusión para la fabricación de productos a partir de material plástico y metálico de desecho Download PDF

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WO2017200368A1
WO2017200368A1 PCT/MX2017/000053 MX2017000053W WO2017200368A1 WO 2017200368 A1 WO2017200368 A1 WO 2017200368A1 MX 2017000053 W MX2017000053 W MX 2017000053W WO 2017200368 A1 WO2017200368 A1 WO 2017200368A1
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preferably less
extruder
plastic
granules
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PCT/MX2017/000053
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Inventor
Arturo IBARRA MONFÓN
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Mexalit Industrial, S.A. De C.V.
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00—Making preforms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling

Definitions

  • the present invention relates to processes for the recycling of plastic and metallic waste material for obtaining articles, such as those destined for the construction industry. Background
  • PET wastes are the highest volume material and the generator of the largest fraction of urban solid waste, followed by polyethylene and polypropylene, in the case of electrical cables where the roof is mainly polypropylene with granules or dust. copper, they are not taken advantage of, or they are extremely cheap because they have not been found a competitive commercial advantage for their reuse.
  • Plastics, paper and cardboard in their different classes and types are the main source of waste or non-recyclable materials that can be reusable; local and international organizations, as well as the packaging industry itself, have sought ways to develop techniques and / or methods to incorporate them into products that benefit society.
  • Multilayer containers which include paper or cardboard, a plastic such as Polyethylene and a thin sheet of a metal, usually aluminum, are another of the most sought-after materials for post-consumer use.
  • the methods for reusing multilayer containers range from simple techniques in the public domain, such as cutting the containers or crushing them, washing them, drying them and spreading them in a layer of a determined thickness, to subsequently place them in a press and heat them to approximately 170 ° C. In this way, heat melts the polyethylene (PE) that binds to densely compressed paper fiber together with the aluminum fragments in an elastic matrix. The resulting matrix is then cooled rapidly forming a hard agglomerate with a glossy and water impermeable surface.
  • PE polyethylene
  • EP246071 patent is related to the manufacture of plastic parts from Tetra Pak ⁇ D type waste containers, where the composition of the waste obtained is approximately 4% cellulose, 78% low density polyethylene (LDPE) and 18% aluminum, which are mixed to form granules or pellets with some additive.
  • the pellets are placed and heated in a plastic injection machine, once the pellets are melted, the material is introduced into a mold to obtain a molded product.
  • Publication WO 005/003216 describes the process of manufacturing composites and agglomerates to obtain products by pressing with hot plates and / or heating in the oven the fragmented and / or ground waste materials, with or without the addition of particles of cork.
  • Application US 2007/0266904 discloses the manufacturing by molding of construction elements containing non-recyclable waste comprising a combination of aluminum, paper, polyamide, polyester, polypropylene, cork, paper and others.
  • US Patent No. 7,648,561 Bl refers to a process and equipment for recycling composite materials such as: cardboard, plastic, paper / plastic, paper / plastic / aluminum sheets and plastic / aluminum sheets.
  • the process is mainly based on the separation of paper / plastic / aluminum sheets and plastic / aluminum sheets, which are fed to a first reactor, heating the composite material in a non-oxidizing environment at a temperature sufficient to volatilize at least one polymer and form a byproduct of hydrocarbon and aluminum in a first reactor; feed the polymer-free aluminum into the second reactor; and heating the aluminum to a non-oxidizing temperature sufficient to melt the aluminum in a second reactor.
  • the reactor generally comprises an external heating element or a plasma heating element.
  • the PT 2760924 patent refers to a method for the production of thermoplastic composites of low cost and high strength, by processing and treating plastic waste materials with some minerals. This material is used for the manufacture of composite material (called composite) where large amounts of additives are used without damaging the machines. Subsequently a compression molding method without flooding is used. Where the activating punch is matched with the mold cavity as in a cylinder-piston system. By this method, the plastic material is compressed in the mold by pressure in the molding cavity.
  • Patent DE 199 03 796 describes a method for manufacturing products by molding or compression with heat to shape the desired geometry through resins or binding agents.
  • the main raw materials to be used are: wood shavings, polyethylene, polypropylene, vegetable fibers, herbs, leaves, coal dust, glass fibers, mineral wool, sand, building materials, paper products, textiles, binder resins, materials Metallic and other compounds.
  • the material obtained can be used in the manufacture of bricks, prefabricated elements, wall fixing elements, thermal insulation, packaging material, filling material (foamed) furniture cladding elements, heating means for furnaces of houses or industry, etc.
  • Mexican patent application MX / a / 2010/003583 discloses a procedure for obtaining boards from recycled material produced by the disposal of tetra pack cardboard. This process generally considers cutting the recycled material to form flakes, it is also characterized by using a polyurethane pre-polymer as a binder material and requires mechanical equipment for homogeneous mixing, a press that is particular to maintain a temperature controlled system, as well as a normal press and a mold system.
  • the formation of the boards also includes a release agent of various materials, but more common than a perforated raffia mesh and placed along and board width, which is going to be compacted, which gives it greater resistance to impact and cohesion of the final product.
  • Using the tetra pack package in its entirety without making any separation of its components, as well as the use of a binder pre-polymer and a support mesh, can be considered as a described process disadvantage.
  • the Mexican patent application MX / a / 2011/013990 describes a formulation for the preparation of the raw material using a large part of polyethylene and aluminum (90 to 92%), polyethylene in general from 2% to 4% and other additives and Coloring pigments, with this raw material is produced by the extrusion process flat sheets for stationery and related items, but without necessary features to be applied in housing, as well as for schools, gardens, industry, commerce, etc., since by their composition they are more of the decorative type.
  • Mexican patent application MX / a / 2014/004294 refers to a process for obtaining recycled sheets of polyalurninium and resulting product.
  • the described process is a process for obtaining polyalurninium (polyethylene laminated to an aluminum film) and the process of obtaining the sheets by means of a thermopress where under pressure and at a temperature of 100 ° C and 350 ° C in a pre-established time The product is obtained. It uses a release agent of various materials that do not melt in the melting temperature ranges of the process, as indicated in patent application MX / a / 2010/003583. It is also mentioned that the thermoforming process can be replaced by the compression and / or extrusion process, without further information on how they would be. Finally, a formulation with 20% to 95% of low or medium density polyethylene and from 80% to 5% of aluminum is described, similar to that described in application MX / a / 2011/013990.
  • a second objective of the invention is to develop new formulations for the manufacture of a product from waste or non-recyclable materials of quality, low cost and with characteristics suitable for the market.
  • Another objective is to provide recyclable and ecological products from waste or non-recyclable materials, which are economical, lightweight, easy to install and transport for housing applications, as well as for offices, schools, gardens, industry, commerce, etc. .
  • the present invention relates to the use of granules, also known as pellets, of plastic and metal materials, mainly aluminum and copper, alone or in combination, obtained from waste or non-recyclable material, which are mixed with other materials and / or additives to replace, combine or create new products through an extrusion process, which improves performance characteristics with respect to known products that also use waste or non-recyclable materials obtained by injection, molding or injection baking methods pressing
  • the methods or processes for the use of plastic and metallic waste materials are mainly limited to reprocessing these products without granting them any special characteristics, so that only waste, whether in powder, granule or fiber, is heated and subsequently placed in a mold or support with low or no quality control, heat the material until it melts, the molten material can be subjected to pressure for a certain time or not until the desired product is achieved, these processes being semi-continuous and with low productivity .
  • Figure 1 shows a schematic of the process object of the present invention.
  • Figure 2 shows the test results in individual resins, Table 1.
  • Figure 3A shows the test results in resin mixtures in different proportions, Tables 2, 3 and 4.
  • Figure 3B shows the results of the tests in resin mixtures in different proportions, Tables 5, 6 and 7.
  • Figure 4 shows the results of the tests of the influence of calcium carbonate on resins A, B, C and D, tables 8, 9, 10 and 11 respectively.
  • Figure 5 shows the results of the tests of the influence of Wollastonite on resins A, B, C and D, tables 12, 13, 14 and 15 respectively.
  • Figure 6 shows the results of the tests of the influence of Alumina on resins A, B, C and D, tables 16, 17, 18 and 19 respectively.
  • the raw material to be processed according to the present invention comprises pellets of plastic material, which may come from polypropylene, low and medium density polyethylene, polyethylene tere ⁇ alate (PET) wastes or combinations thereof and particles, dust or strips of plastic with aluminum, polyaluminium, of waste obtained from the separation of the many layers of containers or any other source,
  • the granules of plastic materials and copper obtained from the waste of electrical cables is another source of raw materials.
  • recycled material pellets may be present between 20% w / w at 100% w / w of the material to be processed, preferably in a proportion greater than 50% w / w.
  • These raw materials may or may not be mixed with virgin polymer resins. When mixtures of 2 different plastics are made, the material present in less quantity should not be greater than 50% w / w, preferably less than 20% to avoid modifying the fluidity of the mixture too much.
  • the addition of other materials such as calcium carbonate (CaC03) in proportions of 1% to 50%, preferably less than 30%, helps to give greater rigidity to the products, preventing plastic products from combining too much when they are supported at their ends or exposed to sunlight.
  • the addition of calcium metasilicate (wollastonite) in proportions of 1% to 10% preferably less than 5% allows to give dimensional stability to the products.
  • plasticizers in amounts ranging from 1% to 20%, preferably less than 5%, is recommended to achieve greater fluidity and fluid handling.
  • the process object of the present invention is a dry, hot continuous extrusion process, which comprises the following steps:
  • the mixture is homogenized, it is passed to the gravity thyme extruder, said extruder is modified to be used in solids of mesh particle size greater than 32S together with resin granules with metal.
  • the material As the material progresses it warms, mixes and compresses at temperatures between 120 ° C and 500 ° C, preferably below 300 ° C, to prevent granules with metal from adhering to the screw; Once the molding consistency is achieved, it is passed through the nozzles or forming hole.
  • the nozzles or forming hole are different for each type of article or product that is manufactured.
  • Said product can be plates with cavities, flat plates, tubes, coating of wires and electrical cables, structural profiles such as window and door moldings.
  • extrusion allows a continuous process, the product is extruded and cut immediately in certain lengths.
  • a profiling machine also called a corrugator
  • a die cutting machine can be placed in line to cut the silhouette of the desired product.
  • Table 1 shows the results in the individual resins
  • tables 2 to 7 show the results in the mixture of resins and recycled materials in different proportions.
  • Calcium carbonate increases the flexural strength and stiffness but limits the impact properties, so it is important to determine the proportions of carbonate included in the product manufacturing formulation.
  • the Heat-Rain test was carried out in 50 cycles that included 2H 50 min of water spray at a flow of 2.5 1 / min and 2h 50 min of solar radiation (heating) at 70 ° C ⁇ 5 ° C . With which the appearance of cracks, cracking or deformation in the product was determined The effect of calcium carbonate on raw materials is shown in tables 8 to 11. As can be seen calcium carbonate increases the resistance to bending, decreases elongation and impact resistance.
  • Calcium Metasilicate or Wollastonite has the property of improving dimensional stability at high temperatures, up to 95 ° C, in plastics, so elongation tests were carried out, measuring the length of the product in environmental conditions, heating the product at 60 ° C for one hour, at the end of which the product is measured again. Contractions or shrinks were determined according to the equation:
  • the alumina has the property of being fire retardant, consequently the product was evaluated at a direct flame located at a distance of 20 cm, taking the time when the first flame appears on the product.
  • the delaying effect of alumina on products is clearly shown in tables 16 to 19.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)

Abstract

Se describe un proceso de extrusión de materiales plásticos y de metal de desecho para la obtención de artículos tales como placas con cavidades, placas planas, tubos, recubrimiento de alambres y cables eléctricos, perfiles estructurales como molduras de ventanas y puertas.

Description

PROCESO PE EXTRUSIÓN PARA LA FABRICACIÓN DE PRODUCTOS A PARTIR DE MATERIAL PLASTICO Y METÁLICO DE DESECHO
Campo Técnico
La presente invención se relaciona con procesos para el reciclado de material plástico y metálico de desecho para la obtención de artículos, tales como aquellos destinados a la industria de la construcción. Antecedentes
En la actualidad el manejo de la disposición y manejo de los desechos de plástico, papel, cartón, madera, etc. se ha convertido en un verdadero dolor de cabeza para las grandes urbes. Diferentes organismos, asociaciones, particulares, etc. han trabajado en el desarrollo de métodos, procedimientos, procesos y hasta equipos para el aprovechamiento de estos materiales de post-consumo y desecho.
El reciclaje de papel y cartón, seguido de algunos plásticos como el polipropileno y el PET, van a la cabeza de su reutilización aunque en el caso de los plásticos el mayor desarrollo logrado es de forma casi artesanal, de baja productividad y de poca calidad, ya que la inversión para optimizar y mejorar la tecnología del re-uso de los plásticos es costosa.
Los desechos de polietilen tereftalato (PET) son el material de mayor volumen y el generador de la mayor fracción de residuos sólidds urbanos, seguido del polietileno y polipropileno, En el caso de los cables eléctricos donde la cubierta es principalmente polipropileno con granulos o polvo de cobre, no son aprovechados o lo son rníriimamente debido a que no se les ha encontrado una ventaja comercial competitiva para su reuso.
El reciclaje de los materiales usados para protección, envasado y empacado de productos cada día es mayor y el manejo de estos es un problema mundial. Los plásticos, papeles y cartones en sus diferentes clases y tipos son la principal fuente de materiales de desecho o no reciclables que pueden ser reutilizables; los organismos locales e internacionales, asi como la misma industria productora de envases han buscado la forma de desarrollar técnicas y/o métodos para incorporarlos en productos que beneficien a la sociedad.
Los envases multicapa, los cuales comprenden papel o cartón, un plástico como polietileno y una delgada lámina de un metal, normalmente aluminio, son otro de los materiales más cotizados para su aprovechamiento post-consumo. Los métodos para reutilizar envases multicapa van desde técnicas sencillas del dominio público, tales como cortar los envase o triturarlos, lavarlos, secarlos y extenderlos en una capa de espesor determinado, para posteriormente colocarlos en una prensa y calentar a aproximadamente 170°C. De esta manera, el calor funde el polietileno (PE) que se une a fibra del papel densamente comprimida junto con los fragmentos de aluminio en una matriz elástica. La matriz resultante se enfría después rápidamente formando un aglomerado duro con una superficie brillante e impermeable al agua.
También, en el estado de la técnica se mencionan diversos proceso para la separación de los componentes de los desechos multicapa, por ejemplo: en la patente EP2123418 se hace referencia a un método para el reciclaje de compositas de material multicapa por el proceso de pulpeo, el cual consiste en separar la celulosa del material plástico, polietileno principalmente, y aluminio, para posteriormente aprovechar la celulosa para otros procesos y por lo medio de extrusión fabricar granulos de material plástico y aluminio, polialuminio. No incluye la fabricación de artículos a partir de dicho material plástico.
La patente EP246071 es relativa a la fabricación de piezas plásticas a partir de contenedores de desecho tipo Tetra Pak <D, en donde la composición de los desechos obtenidos es de aproximadamente 4% de celulosa, 78% de polietileno de baja densidad (LDPE) y 18% de aluminio, los cuales son mezclados para formar granulos o pellets con algún aditivo. Los pellets son colocados y calentados en una máquina de inyección de plásticos, una vez que los pellets se funden, el material es introducido en un molde para obtener un producto moldeado. En la publicación WO 005/003216 se describe el proceso de fabricación de compositas y aglomerados para obtener productos a través del prensado con placas calientes y/o calentando en horno los materiales de desecho fragmentados y/o molidos, con o sin adición de partículas de corcho. La solicitud US 2007/0266904 divulga la fabricación por moldeo de elementos de construcción que contienen residuos no reciclables que comprenden una combinación de aluminio, papel, poliamida, poliéster, polipropileno, corcho, papel y otros.
La patente estadounidense número 7,648,561 Bl refiere un proceso y equipo para el reciclaje de materiales compuestos tales como: cartón, plástico, papel/plástico, láminas de papel/plástico/ aluminio y láminas de plástico/aluminio. El proceso se basa principalmente en la separación de láminas de papel/plástico/ aluminio y láminas de plástico/aluminio, las cuales son alimentados a un primer reactor, calentando el material compuesto en un entorno no oxidante a una temperatura suficiente para volatilizar al menos un polímero y formar un subproducto de hidrocarburo y aluminio en un primer reactor; alimentar el aluminio libre de polímero en el segundo reactor; y calentar el aluminio a temperatura no oxidante suficiente para fundir el aluminio en un segundo reactor. El reactor comprende en general un elemento de calentamiento externo o un elemento de calentamiento de plasma.
La patente PT 2760924, hace referencia a un método para la producción de materiales compuestos termoplásticos de bajo costo y alta resistencia, mediante el procesamiento y tratamiento de materiales plásticos de desecho con algunos minerales. Este material es usado para la fabricación de material compuesto (llamado composita) donde se usan grandes cantidades de aditivos sin que las maquinas se dañen. Posteriormente se emplea un método de moldeo por compresión sin inundación. En donde el punzón activador es emparejado con la cavidad del molde como en un sistema de cilindro-pistón. Por este método, el material plástico es comprimido en el molde por presión en la cavidad de moldeo.
La patente DE 199 03 796 describe un método para fabricar productos por moldeo o compresión con calor para dar forma con la geometría deseada a través de resinas o agentes aglutinantes. Las principales materias primas a utilizar son: virutas de maderas, polietileno, polipropileno, fibras vegetales, hierbas, hojas, polvo de carbón, fibras de vidrio, lana mineral, arenas, materiales de construcción, productos de papel, textiles, resinas aglutinantes, materiales metálicos y otros compuestos. El material obtenido puede ser utilizado en la fabricación de ladrillos, elementos prefabricados, elementos de fijación de pared, aislamiento térmico, material de empaquetado, material de relleno (espumado) elementos de revestimiento de muebles, medio de calentamiento para hornos de casas o industria, etc.
La Solicitud de patente mexicana MX/a/2010/003583, divulga un procedimiento para la obtención de tableros a partir de material reciclado producido por el desecho del cartón tetra pack. Este proceso considera en forma general cortar el material reciclado hasta formar hojuelas, se caracteriza por emplear además un pre-polímero de poliuretano como material aglutinante y requiere de equipo mecánico para mezclado homogéneo, una prensa que es particular para mantener un sistema de temperatura controlada, así como de una prensa normal y un sistema de moldes. La formación de los tableros comprende además de un desmoldante de diversos materiales, pero más común de una malla de rafia perforada y colocada a lo largo y ancho del tablero, el cual va a ser compactado, lo que le aporta mayor resistencia al impacto y a la cohesión del producto final. Utilizar el empaque de tetra pack en su totalidad sin realizar ninguna separación de sus componentes, así como el uso de un pre-polímero aglutinante y una malla soporte, se puede considera como una desventaja de proceso descrito.
La solicitud de patente Mexicana MX/a/2011/013990 describe una formulación para la preparación de la materia prima utilizando una gran parte de polietileno y aluminio (90 a 92%), polietileno en general del 2% al 4% y otros aditivos y pigmentos para colorear, con este materia prima se produce por el proceso de extrusión láminas planas para artículos de papelería y relacionados, pero sin características necesarias para ser aplicadas en vivienda, así como para escuelas, jardines, industria, comercio, etc., ya que por su composición son más del tipo decorativo.
La solicitud de patente Mexicana MX/a/2014/004294 refiere un proceso para obtener láminas recicladas de polialurninio y producto resultante. El proceso descrito es un proceso para la obtención de polialurninio (polietileno laminado a una película de aluminio) y el proceso de obtención de las láminas por medio de una termoprensa donde bajo presión y a temperatura de 100°C y 350°C en un tiempo preestablecido se obtiene el producto. Utiliza un desmoldante de diversos materiales que no fundan en los rangos de temperatura de fusión del proceso, tal como se indica en la solicitud de patente MX/a/2010/003583. Se menciona además que el proceso de termoformado puede ser sustituido por el proceso de compresión y/o extrusión, sin mayor información de cómo serían los mismos. Finalmente se describe una formulación con 20% a 95% de polietileno de baja o media densidad y desde 80% a 5% de aluminio, semejante a lo descrito en la solicitud MX/a/2011/013990.
En el mercado de la construcción han aparecido diferentes productos de material reciclado, siendo el envase multicapa y las botellas de PET las principales fuentes de materia prima para la fabricación de materiales para techado, muros, decorativos, etc., pero presentando muchas deficiencias al ser aplicados. Consecuentemente se considera una oportunidad en el segmento de mercado de estos productos, siempre y cuando se logren productos de calidad y bajo costo que puedan comercializarse en diferentes extractos de la población. Esto conlleva a desarrollar productos del tipo ecológico y sustentable que puede ser bien acogido por el público consumidor.
Especificación de la Invención Es un objetivo de la presente invención proveer productos elaborados de material de desecho o no reciclables para la fabricación de materiales para techado, muros, decorativos, etc., para el mercado de techado y muros
Un segundo objetivo de la invención es desarrollar nuevas formulaciones para la fabricación de un producto partir de materiales de desecho o no reciclables de calidad, bajo costo y con características adecuadas para el mercado.
Otro objetivo es proveer de productos reciclables y ecológicos a partir de materiales de desecho o no reciclables, los cuales son económicos, ligeros, fáciles de instalar y transportar para aplicaciones de vivienda, asi como para oficinas, escuelas, jardines, industria, comercio, etcétera.
Estimular la recolección de desechos de empaque con el fin de ayudar a la preservación de los recursos naturales y aprovechar los materiales de desecho o no reciclables que se generan
Proporcionar un producto de valor agregado con características de dureza, rigidez, para retardar el fuego, entre otras, y que sea compacto en una sola capa para evitar desprendimiento del material que lo forma.
La presente invención se refiere al empleo de granulos, también conocidos como pellets, de materiales plásticos y metálicos, aluminio y cobre principalmente, solos o combinados, obtenidos a partir de material de desecho o no reciclable, los cuales son mezclados con otros materiales y/o aditivos para sustituir, combinar o crear nuevos productos mediante un proceso de extrusión, con el cual se mejoran las características de desempeño con respecto a los productos conocidos que también utilizan materiales de desecho o no reciclables obtenidos por los métodos de horneado inyección, moldeo o prensado
Los métodos o procesos para el aprovechamiento de los materiales plásticos y metálicos de desecho se limitan principalmente a reprocesar estos productos sin concederles ninguna característica especial por lo que únicamente se calientan los residuos ya sea en polvo, granulo o fibra, para posteriormente colocarlos en un molde o soporte con bajo o sin ningún control de calidad, calentar el material hasta fundirlo, el material fundido puede ser sometido o no a presión durante un tiempo determinado hasta lograr el producto deseado, siendo estos procesos de tipo semi -continuo y con una baja productividad. Breve descripción de las Fipuras
La figura 1 muestra un esquema del proceso objeto de la presente invención.
La figura 2 muestra los resultados de las pruebas en resinas individuales, Tabla 1. La figura 3A muestra los resultados de las pruebas en mezclas de resinas en diferentes proporciones, Tablas 2, 3 y 4.
La figura 3B muestra los resultados de las pruebas en mezclas de resinas en diferentes proporciones, Tablas 5, 6 y 7.
La figura 4 muestra los resultados de las pruebas de la influencia del carbonato de calcio en las resinas A, B, C y D, tablas 8, 9, 10 y 11 respectivamente.
La figura 5 muestra los resultados de las pruebas de la influencia de Wollastonita en las resinas A, B, C y D, tablas 12, 13, 14 y 15 respectivamente.
La figura 6 muestra los resultados de las pruebas de la influencia de Alumina en las resinas A, B, C y D, tablas 16, 17, 18 y 19 respectivamente.
Descripción de la Invención
La materia prima a procesar de acuerdo a la presente invención, comprende pellets de material plástico, el cual puede provenir de desechos de polipropileno, polietileno de baja y media densidad, polietilen tereñalato (PET) o combinaciones de los mismos y partículas, polvo o tiras de plástico con aluminio, polialuminio, de desecho obtenido de la separación de las muí ti capas de envases o cualquier otra fuente, Los granulos de materiales plásticos y cobre obtenidos de los desechos de cables eléctricos es otra fuente de materias primas. En general los pellets de material reciclado pueden estar presentes entre el 20% p/p a 100% p/p del material a procesar, preferentemente en una proporción mayor al 50% p/p. Estas materias primas pueden o no ser mezcladas con resinas de polímeros vírgenes. Cuando se realizan mezclas de 2 diferentes plásticos, el material presente en menor cantidad no debe ser mayor al 50% p/p, preferentemente menor a 20% para evitar modificar demasiado la fluidez de la mezcla.
La adición de otros materiales tales como carbonato de calcio (CaC03) en proporciones del 1% al 50%, preferentemente menos del 30%, ayuda a dar mayor rigidez a los productos, evitando que los productos plásticos se comben demasiado cuando están apoyados en sus extremos o están expuestos a los rayos solares. La adición de óxido de alurninio (A1203) en cantidades entre el 1% y el 20%, preferentemente menos del 10%, ayuda a retardar el fuego en este tipo de materiales. La adición de metasilicato de calcio (wollastonita) en proporciones del 1% al 10% preferentemente menos del 5% permite dar estabilidad dimensional a los productos. Asimismo, el uso de plastifícantes en cantidades comprendidas entre el 1% al 20% preferentemente menos del 5%, es recomendable para lograr mayor fluidez y manejabilidad al fluido. Proceso
El proceso objeto de la presente invención es un proceso de extrusión en seco, continuo en caliente, el cual comprende las siguientes etapas:
Eliminar por vía húmeda los residuos de papel o celulosa de la materia prima, con el fin de evitar se queme u ocasione explosiones dentro de la extrusora.
En el tanque de mezcla tipo doble sigma o de paletas del extrusor se agregan los diferentes tipos de materia prima seca en forma de granulos, polvo o fibras o la combinación de las mismas hasta lograr la homogenización de dicha materia prima. Junto con la materia prima se adicionan los aditivos.
Una vez homogenizada la mezcla se pasa al extrusor de tomillo por gravedad, dicho extrusor se modifica para ser utilizado en sólidos de tamaño de partícula de malla mayor de 32S conjuntamente con granulos de resina con metal.
En un proceso de gran volumen se requieren de extrusoras de varios husillos, por lo cual es importante que los tornillos de las extrusoras se encuentren mutuamente engranados, entrando las espiras de uno de los tornillos en el canal del otro tornillo con lo cual se logra la consistencia el movimiento obligado del material y la autolimpieza de los husillos.
A medida que avanza el material se calienta, mezcla y comprime a temperaturas entre 120°C y 500°C, preferentemente menores a 300°C, para evitar que los granulos con metal se adhieran al tornillo; una vez que se logra la consistencia de moldeo, se pasa a través de las boquillas u orificio formador.
Las boquillas u orificio formador son diferentes para cada tipo de articulo o producto que se fabrica. Dicho producto puede ser placas con cavidades, placas planas, tubos, recubrimiento de alambres y cables eléctricos, perfiles estructurales como molduras de ventanas y puertas.
Las ventajas de la extrusión es que permite una proceso continuo, el producto se extruye y se corta inmediatamente en longitudes determinadas.
Los productos perfilados u ondulados para techos o muros no son cortados a la salida del extrusor, y se coloca una máquina perfiladora, llamada también onduladora, para darle el perfil ondulado, posteriormente el producto se corta a la longitud determinada. En el caso de productos con forma especial se puede colocar una máquina troqueladora en línea para cortar la silueta del producto deseado.
Mezclas de materiales de desecho o no reciclables y aditivos fueron elaboradas según el proceso de mezclado y extrusión descrito. Los productos resultantes fueron sometidos a las siguientes pruebas:
Prueba de Flexión-deformación según la norma ASTM C 1185:
Pruebas de comportamiento en techos, empleando equipo de Calor- Lluvia según la norma ASTM C 1185;
Prueba de estabilidad dimensional (encogimiento) a una temperatura de 60°C; y
Prueba de retardancia al fuego, utilizando un mechero de laboratorio, a flama directa por el tiempo en que el producto produce flama.
Las pruebas fueron llevadas a cabo con los siguientes materiales:
(A) Resina de polipropileno Valtec HS 012 de Indelpro grado extrusión.
(B) Reciclado de polialuminio (poliuretano+aluminio) proveedor Recopak de México.
(C) Granulos (pellets) de botellas de PET de Transforma S.A. de C.V.
(D) Reciclado de cubierta de alambre eléctrico (polipropileno+cobre) proveedor Condumex.
(E) Concentrado de Carbonato de Calcio para extrusión marca PolyCal de Herítage Plástic. (F) Wollastatonita (Silicato de Calcio) tipo Ultrafíbe M-30 de Nyco
Minerals
(G) Alúmina Hidratada tipo C-30 de ALCOA World Alumina, LLCC.
(H) Plastificante Walocel 30000 de Dow Corning.
Resultados de las Pruebas
Una vez procesado el material se cortaron plaquetas de 30.5 cm de longitud, 15.25 cm de ancho y 3 mm de espesor. Se evaluaron primeramente las resinas vírgenes individualmente y después en mezclas de diferentes proporciones. Para las pruebas de resistencia a la flexión se aplicó un claro entre los apoyos de 25.4 cm. La prueba de resistencia al impacto fue realizada con un dardo de 500 gr de peso y diámetro de punta de 12.7 mm y con caída libre a 500 mm de altura.
En la tabla 1 se muestra los resultados en las resinas individuales, las tablas 2 a 7 muestran los resultados en la mezcla de resinas y materiales reciclados a diferentes proporciones.
El carbonato de Calcio incrementa la resistencia a la flexión y la rigidez pero limita las propiedades al impacto, por lo que es importante determinar las proporciones de carbonato incluida en la formulación de la fabricación de productos. En esta serie se llevó a cabo la prueba de Calor-Lluvia en 50 ciclos que comprendieron 2H 50 min de aspersión de agua a un flujo de 2.5 1/min y 2h 50 min de radiación solar (calentamiento) a 70°C ± 5°C . Con lo cual se determinó la aparición de fisuras, craquelado o deformación en el producto El efecto del carbonato de calcio en las materias primas se muestra en las tablas 8 a 11. Como puede apreciarse el carbonato de calcio incrementa la resistencia a la flexión, disminuye la elongación y la resistencia al impacto.
El Metasilicato de Calcio o Wollastonita, tiene como propiedad mejorar la estabilidad dimensional a altas temperaturas, hasta 95°C, en plásticos, por lo cual se llevaron a cabo las pruebas de elongación, midiendo la longitud del producto en condiciones de medio ambiente, calentar el producto a 60°C por una hora, al final del cual se mide de nuevo el producto. Las contracciones o encogimientos se determinaron según la ecuación:
Encogimiento (mm) = Longitud inicial - Longitud final (después de calentar). Los resultados se muestran en las tablas 12 a 15, donde puede apreciarse un incremento en la resistencia a la flexión y una buena resistencia al impacto.
La alúmina tiene la propiedad de ser retardante al fuego, consecuentemente el producto fue evaluado a flama directa situada a una distancia de 20 cm, tomando el tiempo en que aparece la primera flama en el producto. Claramente se muestra en las tablas 16 a 19 el efecto retardante de la Alumina en los productos.
Por lo anterior, un experto en la materia podrá reconocer que las cantidades expresadas para las materias primas utilizadas y el procedimiento descrito para la elaboración de los productos pueden ser objeto de modificaciones sin que se altere el resultado en los productos obtenidos, así como el hecho de que los artículos fabricados a partir de los productos resultantes del proceso aquí descrito tendrán las propiedades del producto de origen.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un producto extraído caracterizado porque comprende pellets de material plástico, proveniente de desechos de polipropileno, polietileno de baja y media densidad, polietilen tereftalato (PET) o combinaciones de los mismos; partículas, polvo o tiras de plástico con metal y uno o más aditivos.
2. El producto según la reivindicación 1, caracterizado porque los aditivos comprenden carbonato de calcio (CaC03) en proporciones del 1% al 50%, preferentemente menos del 30%; óxido de aluminio (A1203) en cantidades entre el 1% y el 20%, preferentemente menos del 10%; metasilicato de calcio (wollastonita) en proporciones del 1% al 10% preferentemente menos del 5% y plastifícantes en cantidades comprendidas entre el 1% al 20% preferentemente menos del 5%.
3. El producto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se elabora en forma de granulos o pellets.
4. El producto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los pellets comprenden pueden estar presentes entre el 20% p/p a 100% p/p de material reciclado, preferentemente en una proporción mayor al 50% p/p.
5. El producto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque puede o no estar mezclados con resinas de polímeros vírgenes.
6. Un proceso para la preparación del producto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: a) eliminar por vía húmeda los residuos de papel o celulosa de la materia prima, b) mezclar en un tanque de mezcla tipo doble sigma o de paletas del extrusor los diferentes tipos de materia prima seca en forma de granulos, polvo o fibras o la combinación de las mismas c) adicionar los aditivos y homogenizar la mezcla. d) pasar al extrusor de tornillo por gravedad, e) calentar, mezclar y comprimir el material a temperaturas entre 120°C y 500°C, preferentemente menores a 300°C, f) una vez que se logra la consistencia de moldeo, se pasa a través de las boquillas u orificio formador para obtener el producto extruido.
7. El proceso según la reivindicación 6, caracterizado porque el extrusor es un extrusor para ser utilizado en sólidos de tamaño de partícula de malla mayor de 325 conjuntamente con granulos de resina con metal.
8. El proceso según la reivindicación 6, caracterizado porque en un proceso de gran volumen se requieren de extrusoras de varios husillos, y los tornillos de las extrusoras se encuentren mutuamente engranados.
9. El proceso según la reivindicación 6, caracterizado porque las boquillas u orificio formador son diferentes para cada tipo de artículo o producto que se fabrica.
10. El proceso según la reivindicación 9, caracterizado porque dicho artículo o producto puede ser placas con cavidades, placas planas, tubos, recubrimiento de alambres y cables eléctricos, perfiles estructurales como molduras de ventanas y puertas.
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