ES2124254T5 - Procedimiento para transformar una materia prima que contiene al menos dos materiales termoplasticos diferentes en un nuevo material termoplastico homogeneo. - Google Patents
Procedimiento para transformar una materia prima que contiene al menos dos materiales termoplasticos diferentes en un nuevo material termoplastico homogeneo.Info
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Abstract
PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA TRANSFORMAR UNA MATERIA PRIMA QUE CONTIENE POR LO MENOS DOS MATERIALES TERMOPLASTICOS DIFERENTES, EN UN NUEVO MATERIAL TERMOPLASTICO HOMOGENEO. AL MENOS DOS POLIMEROS TERMOPLASTICOS, EN UN ESTADO DIVIDIDO, SE AGITAN PARA PRODUCIR UN MATERIAL TERMOPLASTICO HOMOGENEO. LOS POLIMEROS SE INTRODUCEN EN EL RECINTO (2) Y SE AGITAN POR PARTE DE LAS CUCHILLAS DEL ROTOR (6), TRAS LO CUAL EL MATERIAL HOMOGENEO RESULTANTE SE DESCARGA A TRAVES DE LA SALIDA (5). UN BRUSCO AUMENTO DEL CONSUMO DE LA POTENCIA DEL MOTOR (7) INDICA QUE EL MATERIAL SE HA VUELTO HOMOGENEO.
Description
Procedimiento para transformar una materia prima
que contiene al menos dos materiales termoplásticos diferentes en un
nuevo material termoplástico homogéneo.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para el tratamiento de de desechos de materiales
plásticos que contienen por lo menos dos polímeros o copolímeros
termoplásticos diferentes, según el cual se someten dichos polímeros
o copolímeros, en estado dividido, a una agitación y un
mezclamiento.
La invención tiene principalmente por objeto
permitir la obtención de un nuevo material termoplástico apto para
utilizarse de la misma manera y en los mismos campos de aplicación
industrial que los polímeros termoplásticos conocidos, a partir de
por lo menos dos materiales termoplásticos de naturalezas químicas
diferentes.
La invención se refiere más particularmente al
reciclado de polímeros o copolímeros termoplásticos, sin separación
previa de dichos polímeros o copolímeros según su naturaleza
química.
Como se sabe, es deseable volver a utilizar los
desechos de materiales plásticos, tales como los que provienen del
desecho de artículos o materiales de envasado, mezclados con
residuos alimentarios, en los desperdicios domésticos, con el fin de
evitar, o al menos reducir, la acumulación de estos desechos en la
naturaleza, y también para hacer más lento el agotamiento de las
fuentes de materias primas no renovables, principalmente petróleo,
que entran en la fabricación de los materiales plásticos.
De conformidad con las técnicas actuales, el
reciclado de los polímeros termoplásticos necesita la recuperación y
la reutilización separadas de materiales plásticos de naturalezas
químicas diferentes, dado que éstos generalmente no son miscibles
entre sí y que, cuando se trata de reutilizar las mezclas de
partículas sólidas de polímeros termoplásticos diferentes empleando
las mismas máquinas y los mismos modos de operación que estos
utilizan en el caso de un sólo polímero termoplástico, se obtienen
artículos constituidos por un material heterogéneo, cuyas
características mecánicas, físicas y químicas, tales como el módulo
de elasticidad, los valores de resistencia a la tracción a la
flexión, a la presión, la resistencia al ataque químico por diversas
sustancias líquidas o gaseosas, etc., no están bien
determinadas.
En la práctica, la necesidad de recuperar y
reutilizar separadamente los diferentes polímeros termoplásticos
constituye una limitación de orden económico que reduce
considerablemente las posibilidades de reciclado de residuos de
materiales plásticos, particularmente los que están contenidos en
las basuras domésticas.
La solicitud de Patente
EP-A-0140846 propone un
procedimiento en el cual los materiales plásticos procedentes de
residuos se someten a un tratamiento en cuatro etapas consecutivas,
a saber: (1) trituración; (2) mezcla en frío; (3) calentamiento en
una primera fase; y (4) calentamiento en una segunda fase. Las
etapas (3) y (4) se efectúan por intermedio de medios de
calentamiento externos, tales como elementos de calentamiento
eléctricos. Por otra parte, se precisa en esta solicitud de Patente
que se evita someter los residuos a tensiones mecánicas
significativas.
La solicitud de Patente
EP-A-0244121 describe un
procedimiento para mezclar una composición de polímeros, que emplea
la determinación de varias variables de mezclamiento, tales como la
temperatura, la duración y la energía para controlar la etapa de
mezclamiento. Sin embargo, no propone y no permite la obtención de
un nuevo material plástico a partir de materiales plásticos de
naturaleza química diferente.
El procedimiento según la presente invención se
caracteriza porque se efectúa esta agitación y este mezclamiento sin
aporte de energía térmica exterior con una energía y durante un
tiempo tales que aparece un aumento brusco en la energía consumida
por dichos medios de agitación y de mezclamiento, y porque se
detiene esta agitación y este mezclamiento después de la aparición
de este aumento brusco.
El procedimiento se basa por tanto en la
absorción de energía mecánica por los polímeros o copolímeros en
presencia, sin necesitar un aporte de energía térmica exterior y en
una sola etapa de tratamiento. Hace intervenir fenómenos
físico-químicos que conducen, de una manera
inesperada, a la formación de un material plástico nuevo con
relación a las materias de partida y que tienen propiedades
deseables y predeterminables.
El tratamiento según la invención se efectúa
ventajosamente en un recinto cerrado provisto de medios mecánicos de
agitación. Ventajosamente, estos medios de agitación cooperan con
los medios de medición de la energía absorbida por el material
sometido a dicho tratamiento, y comprenden por lo menos un órgano de
agitación que como por ejemplo, está constituido por un rotor
provisto de una pluralidad de paletas.
El o los procedimientos químicos o
físico-químicos que se producen durante el
procedimiento que conducen a la transformación de la mezcla inicial
de polímeros termoplásticos diferentes en un material homogéneo, no
están todavía totalmente elucidados y la invención no está limitada
por la naturaleza de estos procesos, ni por el orden en el cual se
realiza, ni por su duración.
Sin embargo parece que durante el curso del
tratamiento de agitación y de mezclamiento de la mezcla de polímeros
o copolímeros termoplásticos, las partículas sólidas experimentan
simultáneamente un calentamiento rápido individual, bajo el efecto
de su frotamiento mutuo y/o de su frotamiento contra los órganos de
agitación y las paredes del recinto de tratamiento, de modo que
dichas partículas se encuentren prácticamente al mismo tiempo todas
llevadas a una temperatura comprendida dentro de cada una de sus
regiones de reblandecimiento respectivas. Parece ser también que se
produce una disminución del tamaño medio de las partículas, en una
cierta etapa del tratamiento, en la cual por lo menos una parte de
las partículas se encuentra todavía en el estado sólido, o bien en
el cual por lo menos una parte de las partículas está por lo menos
parcialmente líquida o en el estado pastoso.
En cualquier caso, se aprecia un paso
relativamente brusco entre un estado en el cual las diferentes
partículas individuales de los polímeros o copolímeros
termoplásticos de la mezcla de partida se separan unas de otras y
pueden observarse individualmente en un estado final en el cual no
es posible distinguir interfases de separación entre esas partículas
y en donde toda la masa ha tomado un aspecto homogéneo, con la
reserva de la presencia eventual de partículas de material no
miscible con los polímeros termoplásticos.
Estos fenómenos son completamente sorprendentes,
dado que puede estarse en presencia de partículas de polímeros de
punto de fusión relativamente bajo, por ejemplo de poliolefinas y de
partículas de polímeros de punto de fusión relativamente elevados,
tales como poliamidas.
Las temperaturas alcanzadas en el seno de la
mezcla de los polímeros o copolímeros termoplásticos sometidos al
tratamiento de conformidad con este procedimiento, están
comprendidas generalmente en el intervalo de 150 a 300ºC.
La masa homogénea que resulta del tratamiento de
agitación y de mezclamiento se obtiene generalmente bajo la forma de
una pasta que tiene características reológicas que corresponden al
estado denominado "pseudoplástico".
Ventajosamente, esta masa homogénea pastosa se
somete inmediatamente a un tratamiento de granulación destinado a
darle forma de gránulos de tipo normal, apropiados para la
utilización en máquinas de fabricación de piezas moldeadas o
inyectadas, según las técnicas industriales conocidas.
Con este fin, se pueden utilizar todas las
máquinas de granulación, por ejemplo por extrusión bajo presión, del
tipo conocido. Ventajosamente y también de manera ya conocida, se
efectúa durante la operación de granulación, un filtrado de la
pasta, por ejemplo por medio de un tamiz de mallas de hilos
metálicos, con el fin de separar las partículas de material sólido
contenidas eventualmente en esta pasta. Dichas partículas de
material sólido pueden estar constituidas por polímeros
termoendurecibles, por metales, por materiales minerales, tales como
residuos de rocas, de vidrio, etc., y de manera general, por
cualquier material inmiscible con los polímeros termoplásticos.
La invención se aplica principalmente al
tratamiento de una materia prima que consta de por lo menos dos
polímeros o copolímeros termoplásticos diferentes, en estado
dividido, y por lo menos un material sólido no miscible con dichos
polímeros o copolímeros termoplásticos. Se efectúa por lo tanto por
lo menos una operación de filtración de producto obtenido con el
fin de separar las partículas de material diferente de las del
material termoplástico homogéneo, dispersadas en este último.
Se puede llevar a cabo el procedimiento de la
invención en forma continua o de manera discontinua, ya sea tratando
la mezcla de polímeros o copolímeros termoplásticos de partida, por
lotes sucesivos.
Un dispositivo para llevar a cabo el
procedimiento se caracteriza porque comprende un recinto provisto de
medios de agitación y de mezclamiento; medios para introducir una
materia prima que se va a tratar en este recinto; y medios para
descargar, fuera de este recinto el producto obtenido por el
tratamiento de esta materia prima, en ese recinto.
Ventajosamente, los medios de agitación
comprenden por lo menos una hélice o un rotor provisto de paletas,
que gira a gran velocidad, por ejemplo que tiene una velocidad de
rotación comprendida entre 1000 y 2800 revoluciones/minuto.
Sin embargo se puede utilizar otro medio
apropiado de agitación y/o mezclamiento mecánico o no mecánico.
De conformidad con una forma de realización
particularmente ventajosa de ese dispositivo, dicho recinto es de
forma cilíndrica con un eje horizontal y dichos medios de agitación
y de mezclamiento están constituidos por un rotor provisto de una
pluralidad de paletas, estando el rotor montado coaxialmente en el
eje del recinto y atravesando éste, y estando unido a medios de
arrastre del rotor o en rotación, colocados en el exterior del
recinto.
La invención tiene también por objeto la
aplicación del procedimiento mencionado para la obtención de piezas
de material plástico, caracterizado porque se da al producto la
forma de piezas conformadas, por medio de moldeo por inyección.
La invención se comprenderá mejor gracias a la
descripción detallada que sigue de los ejemplos no limitativos de la
puesta en práctica del procedimiento según la invención, y de un
ejemplo también no limitativo de un dispositivo para la puesta en
práctica de este procedimiento, que se refiere a los dibujos anexos
en donde:
La Figura 1 es una vista esquemática, en alzado,
del dispositivo;
La Figura 2 es una vista esquemática, en alzado,
de una parte del dispositivo representada en la Figura 1;
La Figura 3 es una vista esquemática de la misma
parte del dispositivo de la Figura 2, pero con ciertos elementos y
órganos representados en corte;
La Figura 4 es una vista esquemática en corte,
del dispositivo;
La Figura 5 es una vista parcial esquemática de
un rotor que forma parte del dispositivo.
El dispositivo representado en las Figuras 1 y 5
comprende un recinto cilíndrico 2, de eje horizontal, provisto de
una tolva de carga 4 colocada en posición superior y un pozo de
descarga 5. Un rotor 6, montado coaxialmente en el interior del
recinto 2, es accionado por medio de un motor eléctrico 7. Las
paredes del recinto 2 están constituidas por un conjunto 10 formado
de la unión de dos moldes semicilíndricos 11 y 12, ensamblados por
medio de una bisagra, a lo largo de un borde lateral 13, y un
dispositivo de cierre de seguridad 14 está colocado a lo largo del
borde 15 opuesto al borde 14.
El molde superior 12 está unido a un dispositivo
neumático 16 del tipo conocido, que permite su abertura por
pivotamiento alrededor de la bisagra 13. El movimiento de arrastre
del rotor 6 por el motor 7 se transmite por medio de un embrague 18
de mando neumático. La rotación del rotor 6 puede interrumpirse a
voluntad por medio de un dispositivo de frenado 21, igualmente de
mando neumático.
El rotor 6 está sostenido, en cada una de sus
dos extremidades, por un cojinete 22, fijo sobre un pilar 23. Una
junta roscada 24 permite el paso hermético de cada una de las
extremidades de largo del rotor 6 a través de la pared del recinto
2.
Una tapa de protección 26 (Figura 1) rodea la
parte del dispositivo que comprende el recinto 2 y los cojinetes 22
de rotor.
Como se observa mejor en la Figura 5, el rotor 6
está constituido por un árbol cilíndrico 30 provisto de una
pluralidad de paletas radiales 31, 32, cuyas formas son de dos tipos
diferentes. Más precisamente, la orientación de las paletas 32, que
están montadas en las proximidades de cada una de las extremidades
del árbol 30, es tal que tiene por efecto conferir a una carga de
material que está en tratamiento en el recinto 2, un movimiento
tendente a separar este material de la pared del recinto próxima a
las extremidades del árbol 30, para llevarlo hacia el interior del
recinto, pasando a través de la región sometida al efecto de
agitación y de mezclamiento por las paletas 31.
Ventajosamente, el diámetro del recinto 2 y la
longitud de las paletas 31 y 32 son tales que, cuando el rotor 2
está en la temperatura ambiente o en la proximidad de esta
temperatura, el juego entre la extremidad de las paletas 31, 32 y la
pared interior 40 del recinto 2 es del orden de 0,5 a 1 mm.
Resulta ventajoso que el dimensionamiento del
rotor 6 y de su motor de arrastre 7, en relación al volumen interior
del recinto 2, sea tal que la potencia mecánica máxima transmitible
a la materia que está en tratamiento en el recinto 2 por el rotor 6,
sea del orden de 1 a 2 KW por cada litro de este material. Por
ejemplo, para un volumen interior total de 85 litros del recinto 2
(caso de un prototipo experimental), se observa que la potencia
máxima suministrada por el motor 7 está ventajosamente en orden de
128 Kw.
Se utiliza como materia prima una mezcla de
polímeros termoplásticos, bajo la forma de fragmentos de forma
irregular, pero que tienen todas las dimensiones inferiores a 5 mm,
provenientes de la recuperación de los desechos de materiales
plásticos en las basuras domésticas, y que simplemente han
experimentado un lavado con agua, después un secado y después su
separación de otros constituyentes de las basuras. La composición
media de la mezcla es la siguiente (en porcentaje ponderal):
| Resina ABS: | 50 |
| Poli(cloruro de vinilo) | 20 |
| Polipropileno | 15 |
| Polietileno | 5 |
| Poliamida | 5 |
| Poli(metacrilato de metilo) (PMMA) | 5 |
Se utiliza, para el tratamiento de esta mezcla,
un dispositivo del género descrito anteriormente, en el cual el
recinto de agitación y de mezclamiento tiene un volumen interior de
85 litros, siendo el motor utilizado para el arrastre del rotor un
motor eléctrico trifásico de conmutación de polos de una potencia
máxima de 140 KW, alimentado con corriente con 380 Voltios, 50
Herzios, con un valor de coseno phi de 0,85. Al final de una
duración de rotación del rotor del orden de tres minutos, se observa
un aumento brusco, seguido inmediatamente por una estabilización de
la potencia absorbida por la masa sometida a la agitación y al
mezclamiento, que se traduce en un pico o máximo de intensidad de
corriente de alimentación del motor, que alcanza un valor máximo
del orden de 270 a 280 A, en el cima del pico. La duración de la
subida en intensidad de corriente entre el valor inicial y la cima
del pico, así como la de la caída de la intensidad subsiguiente
(justo a un valor estabilizado que es superior al valor inicial) son
los dos de aproximadamente 5 segundos. Se prolonga la duración de
la rotación del rotor durante aproximadamente 10 a 20 segundos
después de la estabilización de la intensidad de corriente de la
alimentación del motor y de arrastre del rotor, y después se detiene
el rotor y se saca inmediatamente la masa homogénea pastosa, de
aspecto gelificado, resultante del tratamiento de mezcla de
polímeros.
Esta masa se somete ya sea inmediatamente
después a su salida del recinto de tratamiento, o ya sea después de
su solidificación por enfriamiento, a un tratamiento de granulación
por extrusión, en una máquina de tipo conocido, con filtración por
medio de tamices de mallas de hilos metálicos. Se obtienen de esta
manera gránulos de material termoplástico de aspecto perfectamente
homogéneo, incluso cuando se efectúan observaciones con lupa, que
tienen dimensiones de aproximadamente 3 mm. Estos gránulos se
prestan perfectamente a su utilización en una máquina de moldeo por
inyección industrial, del mismo material que los gránulos de resina
termoplástica ABS puros, permitiendo la obtención de piezas
moldeadas de excelente calidad que presentan una perfecta isotropía
de propiedades mecánicas y físicas.
Se procede de la misma forma que en el Ejemplo
1, pero utilizando como materia prima, una mezcla de polímeros
termoplásticos de composición media siguiente (en porcentaje
ponderal):
| Polietileno (mezcla en partes iguales de polietileno de alta densidad y de baja densidad) | 45 |
| Poliestireno | 20 |
| Poli(cloruro de vinilo) | 20 |
| Mezcla en partes iguales de poliéster y de poliamida | 12 |
| Poli(metacrilato de metilo) (PMMA): | 3 |
Se observa, al final de la duración de la
rotación del rotor de aproximadamente 90 segundos, un máximo de
intensidad de corriente de alimentación del motor, que alcanza un
valor máximo del orden de 230 A. Se prolonga como en el ejemplo 1,
la duración de rotación del rotor durante aproximadamente 10 a 20
segundos después de este máximo antes de sacar la masa homogénea
pastosa, que tiene el aspecto de un gel consistente pseudoplástico,
resultante del tratamiento.
Se procede enseguida a la granulación por
extrusión, con filtración de la pasta como en el ejemplo 1.
Se obtienen de esta manera gránulos homogéneos
de material termoplástico que son convenientes para utilizarse en
una máquina de moldeo industrial por inyección, de manera similar a
la utilización de los gránulos de resina de polietileno pura de alta
densidad.
Se debe observar que el procedimiento que se
acaba de describir se presta perfectamente a la obtención de un
material termoplástico que tiene propiedades predeterminadas,
intermedias entre las proporcionadas por polímeros y copolímeros de
partida, y que es posible mantener constantes las propiedades de
producto final aún en caso de fluctuación de la composición media de
las mezclas que sirven de materia prima.
En efecto, como será claramente evidente para el
experto en la técnica, basta proceder al análisis de las materias
primas y del producto final para determinar las cantidades de
polímeros o copolímeros termoplásticos de uno o varios tipos que se
deben añadir a las mezclas de partida para obtener las correcciones
necesarias en la obtención de un producto final que tenga las
propiedades deseadas, y para mantener estas propiedades en caso de
variación de la composición de las materias primas.
Por supuesto, de manera conocida, se pueden
añadir a las mezclas de polímeros y copolímeros termoplásticos todas
las otras sustancias o mezclas de sustancias que permitan mejorar
las propiedades del material termoplástico final, por ejemplo,
plastificantes, agentes estabilizantes, colorantes, cargas, etc., y
debe quedar claro que gracias a la naturaleza misma de las
operaciones del procedimiento, que comprende un mezclamiento y una
agitación particularmente eficaces, se obtiene un reparto
perfectamente homogéneo de estas sustancias en el producto
final.
Claims (5)
1. Procedimiento para el tratamiento de
desechos de materiales plásticos que contienen al menos dos
polímeros o copolímeros termoplásticos diferentes, según el cual se
someten dichos polímeros o copolímeros, en estado dividido, a una
agitación y un mezclamiento por medios de agitación y de
mezclamiento, caracterizado porque se efectúa esta agitación
y este mezclamiento sin aporte de energía térmica exterior con una
energía y una durante un tiempo tales que aparece un aumento brusco
en la energía consumida por dichos medios de agitación y de
mezclamiento, y porque se detiene esta agitación y este mezclamiento
después de la aparición de este aumento brusco.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el tratamiento de agitación y de
mezclamiento se detiene cuando se alcanza un valor sensiblemente
constante de la energía consumida, después de dicho aumento de la
energía consumida.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, para el tratamiento de un material
plástico que contiene al menos dos polímeros o copolímeros
termoplásticos diferentes, en estado dividido, y al menos un
material sólido no miscible con dichos polímeros o copolímeros
termoplásticos, caracterizado porque se efectúa al menos una
operación de filtración del producto obtenido, de modo que se
separen las partículas de materia diferente de dicha materia
termoplástica homogénea, dispersadas en esta última.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se somete
el producto a un tratamiento de granulación.
5. Aplicación del procedimiento según la
reivindicación 1, para la obtención de piezas de material plástico,
caracterizada porque el producto se conforma en piezas
conformadas mediante moldeo por inyección.
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