ES2556830T3 - Procedimiento para el reciclaje de residuos de material termoplástico y el uso del termoplástico reciclado en la producción de material compuesto - Google Patents

Procedimiento para el reciclaje de residuos de material termoplástico y el uso del termoplástico reciclado en la producción de material compuesto Download PDF

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Abstract

Procedimiento para reciclar residuos de material plástico y el uso de este plástico reciclado en la producción de material compuesto, caracterizado porque comprende las etapas de: - Liberar una pluralidad de tipos de materiales embalados termoplásticos de desecho, mediante su introducción en una máquina para la apertura de balas o fardos (110), - Introducir los residuos de material plástico en una unidad de separación y allí separarlos de las piedras, tierra, arena y otros materiales extraños gruesos (120), - Introducir los residuos de material plástico en la máquina de corte, trocear el material plástico de desecho en pedazos pequeños por medio de cuchillas de alta velocidad y al mismo tiempo lavarlo por medio de la inyección de agua en la máquina (130), - Introducir el residuo de material plástico cortado en trozos pequeños en una máquina de separación de agua lodosa y separar el material enfangado del agua lodosa mediante fuerza centrífuga (140), - Transferir el residuo de material plástico a un tanque lleno con agua, aclararlo y al mismo tiempo precipitar la arena y otros materiales pesados que se puedan haber dejado allí (150), - Transferir el residuo de material plástico a la máquina de separación de contaminación orgánica y allí limpiar el material de aceite y otros materiales orgánicos extraños que no se pudieron eliminar en los procesos previos mediante fuerzas centrífugas (160), - Transferir el residuo de material plástico a la máquina de separación de agua y allí separar al material del agua y la humedad mediante fuerzas centrífugas (170), - Almacenar el residuo de material plástico mediante la transferencia a los silos de almacenamiento (180), - Transferir el residuo de material plástico a la máquina de secado y al secar el material por medio de calor y al mismo tiempo pulverizarlo por medio de presión para facilitar su alimentación en las máquinas en los procesos futuros (190), - Almacenar el residuo de material plástico seco y pulverizado mediante su transferencia a los silos de almacenamiento (200), - Transferir el residuo de material plástico al reactor horizontal (210), - Calentar el residuo de material plástico en el reactor horizontal hasta que se funde bajo presión hasta los 350°C de temperatura (220), procedimiento caracterizado porque también comprende las etapas de; - Agregar el colorante y los materiales químicos compatibilizadores al residuo de material plástico fundido en el reactor horizontal por medio de una unidad de alimentación lateral (230), - Añadir materiales minerales, por medio de otra unidad de alimentación lateral, al residuo de material plástico fundido al que se le ha agregado el colorante y los materiales químicos compatibilizantes (240), - Adicionalmente calentar y mezclar el residuo de material plástico fundido con los aditivos (250), - Inmediatamente verter el material compuesto fundido que fluye libre del reactor horizontal en los moldes desprendibles independientes antes de que se enfríe y enfriarlo bajo presión por medio de compresión en el interior de los moldes por medio de prensas hidráulicas individuales (260).

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento para el reciclaje de residuos de material termoplastico y el uso del termoplastico reciclado en la produccion de material compuesto
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un procedimiento para la produccion de materiales compuestos termoplasticos de bajo costo y alta resistencia, mediante procesamiento y tratamiento de materiales de residuos plasticos con algunos minerales.
Antecedentes de la invencion
Hoy en dfa, debido a que el coste de materiales tales como madera, metal, hierro, yeso, etc., es alto, se producen materiales compuestos que pueden ser sustitutos para los materiales anteriormente mencionados.
Los materiales compuestos termoplasticos se producen principalmente mediante el procesamiento de materiales plasticos y la adicion de varios productos qmmicos y otros aditivos en los plasticos. El objetivo de estas adiciones es mejorar las propiedades mecanicas y qmmicas de los materiales termoplasticos sin incrementar costes. Sin embargo, los termoplasticos fabricados no tienen el coste deseado. Esta situacion tambien hace que sea mas diffcil utilizar estos materiales en las industrias de la construccion y la edificacion.
En la actualidad los procedimientos de reciclaje tambien se utilizan para la obtencion de materiales compuestos termoplasticos. Es mas preferible obtener materiales plasticos que se utilizaran en los materiales compuestos termoplasticos a partir de residuos plasticos recolectados de la basura, tanto desde un punto de vista economico como medioambiental. No obstante, cuando los materiales sobre los residuos plasticos como suciedad, aceite, productos qmmicos, etc., no se pueden eliminar completamente, la calidad del material compuesto termoplastico obtenido disminuye.
Los procedimientos de reciclaje de los materiales de residuos plasticos consisten principalmente de las siguientes etapas: separacion de los residuos plasticos a partir de los materiales extranos, cortar de los materiales plasticos en trozos pequenos, fusion, y colado en moldes deseados, enfriamiento y obtencion del producto deseado. Ademas, se producen diversos materiales compuestos termoplasticos al anadir aditivos a los materiales plasticos durante este proceso de fusion anteriormente mencionado.
En el documento de patente Japonesa N° JP 2007130885 del estado de la tecnica conocido, se da a conocer un sistema de produccion del material compuesto de una alta resistencia, buena duracion y larga vida. En este metodo, el procedimiento senalado es principalmente para determinar la cantidad y el tamano del aditivo que se anadira al plastico. En segundo lugar se determina la cantidad y tipo de aditivo. El tercer paso se trata de la fusion de la mezcla y el control de la cantidad predeterminada y el tipo del aditivo de la mezcla formada en el molde.
En el documento de patente Japonesa N° JP 2009132939 del estado de la tecnica conocido, se describe una tecnica de produccion de material compuesto duradero, en el que se usaron materiales de residuos plasticos como materia prima y se les mezclaron aditivos. El plastico reciclable primero contiene polnriero y de segundo polfmeros y aditivos residuales.
En el documento de patente Japonesa N° JP 2010234812 del estado de la tecnica conocido, se da a conocer un procedimiento de produccion por moldeo de plastico de alta resistencia, de buena duracion y larga vida, mediante el empleo de varias tecnicas y procedimientos. Para el reciclaje de materiales de residuos plasticos que contengan dos o mas aditivos, se separa el material de desecho de los materiales extranos, a continuacion se funde y moldea respectivamente. El metal se separa del plastico por el procedimiento de filtracion de la mezcla y despues, determinacion del tipo y cantidad del aditivo, se anade el metal separado y los aditivos al plastico reciclable.
En el documento de patente Japonesa N° JP 2004042461 del estado de la tecnica conocido, la gestion de los procesos de lavado de la suciedad, aceite, tierra, desechos alimenticios y productos qmmicos no deseados y los desechos alimenticios sobre los residuos plasticos que contienen materiales extranos, se describe la separacion y el secado. El material plastico reciclable es pulverizado en un lfquido mediante el corte en trozos pequenos. A continuacion el material plastico se adhiere o los materiales contenidos en este se separan del plastico. Los materiales que indican sus posiciones son separados mediante separacion liquida, plastica o fusion del plastico.
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[0010] En el documento de patente Britanica N° GB2076728 se describe un dispositivo de extrusion para trabajar plasticos de desecho que comprenden un cuerpo cilmdrico que aloja un tomillo principal. Una region de alta presion seguida de una region de baja presion se define dentro del cuerpo cilmdrico y un orificio de ventilacion y un conducto de entrada de llenado abierto hacia la region de baja presion. El paso de entrada esta en un angulo tal que carga la alimentacion desde un dispositivo de alimentacion auxiliar que cae por gravedad hacia abajo en el cuerpo cilmdrico. Si se desea, el flujo de la carga por el pasaje puede ser asistido mecanicamente. El trabajo sobre los desechos y la incorporacion de la carga se efectua en una sola maquina.
Sin embargo, la cantidad de aditivos que se mezclan en los materiales plasticos es muy importante para que se obtenga resistencia en los productos. Cuando se pueden anadir mas aditivos (qmmicos o minerales), la resistencia del material obtenido se vuelve proporcionalmente mayor. Pero, cuando se mezclan altas cantidades de aditivos con los plasticos de desecho, la fusion de esta mezcla se hace mas problematica Por lo general, estos procedimientos se efectuan en maquinas de extrusion. En las extrusoras, los materiales de residuos plasticos y los aditivos se alimentan y se obtiene el material compuesto en forma de masa. En esta situacion, cuando una alta cantidad de aditivo se incorpora en la mezcla, ocurren desgastes y avenas en las maquinas, cuando se utilizan los aditivos en cantidades bajas los materiales no pueden lograr las propiedades de resistencia deseadas.
En las maquinas de procesamiento de plasticos que se utilizan en el estado conocido de la tecnica que ejecutan sistemas tales como inyeccion y extrusion, el principio de funcionamiento es forzar al material fundido bajo presion a salir a traves de un orificio. En el sistema, hay una zona de alimentacion (un cono o un tornillo de alimentacion lateral), un engrane helicoidal (tambien llamado tornillo de Arqmmedes, que tiene funciones de compresion y empuje) y un cuerpo cilmdrico (envolvente) donde el engranaje se mueve hacia el interior y puede resistir altas presiones y temperaturas de hasta 500°C. Esta situacion incrementa los costes de produccion y operacion de la maquina.
Ademas, en las maquinas de procesamiento de plastico que se utilizan en el estado de la tecnica conocido y que ejecutan los sistemas como inyeccion y extrusion, presentan mayor desgaste en las maquinas ya que los materiales de relleno que tienen propiedades abrasivas y duras, se introducen desde el arranque, desde la zona de alimentacion de termoplasticos. Esta situacion incrementa los costes de reparacion y mantenimiento de la maquina.
Ademas, en las maquinas de procesamiento de plasticos que se utilizan en el estado de la tecnica conocido y que usan sistemas como inyeccion y extrusion, cuando la mezcla fundida alcanza la zona de compresion, no se puede comprimir ya que los minerales no son compresibles y ocasionan que el engranaje se atasque o se rompa al generar fuerzas de torsion antagonicas muy altas. Por consiguiente, no se utilizan altas cantidades de minerales en mezclas de termoplasticos fundidos y la mezcla no puede alcanzar el valor de resistencia deseado.
Ademas, en las maquinas procesadoras de plastico que se utilizan en el estado de la tecnica conocido que ejecutan los sistemas como inyeccion y extrusion, necesitan usar moldes muy especiales. El precio de estos moldes es muy alto.
Ademas, en las maquinas de procesamiento de plasticos que se utilizan en el estado de la tecnica conocido y que usan los sistemas de inyeccion y extrusion, el material se inyecta en el molde por medio de la misma maquina y tambien la presion requerida es generada por la misma maquina. Por tanto, estas maquinas son muy complicadas y caras.
Ademas, en las maquinas procesadoras de plasticos que se utilizan en el estado de la tecnica arte conocido, y que usan sistemas de inyeccion y extrusion, debido a que los moldes estan unidos a la maquina, las maquinas no deben funcionar mientras el material se esta enfriando en el molde. Como resultado, estos sistemas funcionan mediante un principio de arranque y parada y su capacidad de produccion es baja.
Otro problema es la espera del tiempo de enfriamiento despues de comprimir el material plastico en forma de masa en un molde. En esta situacion, las maquinas no pueden funcionar hasta que el material compuesto en el molde se enfna.
Breve descripcion de la invencion
El objeto de la presente invencion es realizar un procedimiento de reciclaje para los residuos plasticos de desecho, reduciendo sus costes de produccion.
Otro objeto de la invencion es incorporar un procedimiento de reciclaje, en donde los residuos plasticos se limpian de materiales, tales como la suciedad, el aceite, los productos qmmicos, etc.
Aun otro objeto de la invencion es realizar un procedimiento de reciclaje que contiene altas cantidades de aditivos y por consiguiente se obtienen materiales compuestos con propiedades de alta resistencia.
Aun otro objeto de la invencion es realizar un procedimiento de reciclaje, en el que se utilizan altas cantidades de aditivos en la produccion y las maquinas utilizadas en este procedimiento no se danan.
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Aun otro objeto de la invencion es realizar un procedimiento de reciclaje que proporcione un bajo consumo de energfa.
El procedimiento de reciclaje de materiales de residuos plasticos y el uso de estos plasticos reciclados en la produccion de material compuesto, que se realiza con el fin de alcanzar los objetos de la invencion comprende las etapas de:
- Liberacion de una pluralidad de tipos de materiales embalados termoplasticos de desecho, por alimentacion en una maquina para la apertura de balas o fardos (110),
- Alimentacion de los residuos de material plastico en una unidad de separacion y de ah la separacion de piedras, tierra, arena y otros materiales extranos gruesos (120),
- Alimentacion de los residuos de material plastico en la maquina de corte, troceando el material plastico de desecho en pedazos pequenos por medio de cuchillas de alta velocidad y al mismo tiempo el lavado por inyeccion de agua en la maquina (130),
- Alimentacion de los residuos de material plastico cortados en trozos pequenos en una maquina de separacion de agua lodosa y la separacion de material enfangado del agua lodosa mediante fuerza centnfuga (140),
- Transferencia del material a un tanque lleno con agua, aclarando allf y al mismo tiempo la precipitacion de arena y otros materiales pesados que se puedan haber dejado allf (150),
- Transferencia del material a la maquina de separacion de contaminacion organica y aqrn la limpieza de aceite y otros materiales organicos extranos del material que no se pudo eliminar en los procesos anteriores mediante fuerzas centnfugas (160),
- Transferencia del material a la maquina de separacion de agua y ah, la separacion del agua y la humedad del material mediante fuerzas centnfugas (170),
- Almacenamiento del material mediante la transferencia a silos de almacenamiento (180),
- Transferencia del material a la maquina de secado y aqrn, el secado del material por calentamiento y al mismo tiempo su pulverizacion por presion para facilitar su alimentacion en las maquinas en los procesos futuros (190),
- Almacenamiento del material seco y pulverizado mediante su transferencia a silos de almacenamiento (200), -Transferencia del material al reactor horizontal (210)',
- Calentamiento del material en el reactor horizontal bajo presion hasta 350°C de temperatura (220),
- Adicion del colorante y de los materiales qmmicos de compatibilidad, al material calentado en el reactor horizontal a traves de una unidad de alimentacion lateral (230),
- Adicion de materiales minerales, a traves de otra unidad de alimentacion lateral, al material al que se le ha anadido el colorante y los materiales qmmicos compatibilizantes y que esta siendo calentado en el reactor horizontal (240),
- Calentamiento del material plastico hasta que se rompan los enlaces lineales, se establezcan los enlaces transversales y los materiales se vuelvan a unir entre sf a nivel molecular (250),
- Inmediatamente verter el material compuesto fundido que sale del reactor horizontal en los moldes antes de que se enfne y enfriarlo bajo presion por medio de compresion en el interior del molde (260).
Descripcion detallada de la invencion
El metodo de reciclaje de materiales de residuos plasticos y el uso de estos materiales plasticos reciclados en la produccion de material compuesto, realizado con el fin de lograr el objeto de la invencion se ilustra en la figura adjunta, en la que;
La FIGURA -1 es un diagrama de flujo del procedimiento.
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En primer lugar, una serie de tipos de materiales de residuos plasticos termoplasticos se introducen en una maquina para la apertura de balas o fardos y los residuos de material plastico comprimido son liberados (110).
El material de residuos plasticos es alimentado en una unidad de separacion y ah se separa de las piedras, tierra y otros materiales extranos gruesos (120).
El material de residuos plasticos, se introduce en la maquina de corte, el material de residuos plasticos se corta en pequenos trozos por medio de cuchillas de alta velocidad y al mismo tiempo se lava mediante la inyeccion de agua en la maquina (130).
El material de residuos plasticos cortado en trozos pequenos se introduce en una maquina para la separacion de agua lodosa y el material enfangado se separa del agua lodosa mediante fuerza centnfuga (140).
A continuacion, el material es transferido a un tanque lleno con agua, se aclara y al mismo tiempo se precipitan la arena y otros materiales pesados que se pueden haber dejado allf (150).
El material se transfiere a la maquina de separacion de la contaminacion organica y aqrn se limpia del aceite y otros materiales organicos extranos sobre el material, que no pudieron ser removidos en los procesos previos, mediante fuerzas centnfugas (160).
El material se transfiere a la maquina de separacion de agua y allf el agua y la humedad que quedan sobre el material son separadas mediante fuerzas centnfugas (170).
A continuacion el material se almacena mediante transferencia a los silos de almacenamiento (180).
El material se transferir a la maquina de secado y aqrn es donde el material se seca mediante calentamiento y al mismo tiempo se pulveriza por presion para facilitar su la alimentacion en maquinas en los procesos futuros (190).
El material seco y pulverizado se almacena por transferencia a los silos de almacenamiento (200).
El material se transfer al reactor horizontal (210).
El material se calienta en el reactor horizontal bajo presion hasta los 350°C de temperatura (220).
El colorante y los materiales qmmicos de compatibilidad se inyectan al material calentado en el reactor horizontal por medio de una unidad de alimentacion lateral (230).
Los materiales minerales se inyectan al sistema a traves de otra unidad de alimentacion lateral (240).
La mezcla se revuelve continuamente y se calienta hasta que los enlaces lineales del material plastico se rompen y ramifican, se forman uniones transversales y los materiales se vuelven a unir entre sf al nivel molecular y se espera a que la reaccion finalice (250).
El material compuesto fundido que sale del reactor horizontal se vierte inmediatamente en los moldes antes de que se enfne y luego se enfna mediante presion por compresion en el interior de los moldes (260).
En el procedimiento de acuerdo con la invencion, se pueden anadir una alta cantidad de aditivos a los termoplasticos ya que no hay compresion, despues se anade el material de relleno y no se generan grandes pares de torsion antagonicos.
En el sistema de acuerdo con la invencion, la perdida de energfa para el calentamiento se evita mediante la adicion del material de relleno en la etapa de reaccion despues de que los materiales plasticos se funden y evitandose asf el consumo innecesario de energfa para los materiales de relleno.
En el sistema de acuerdo con la invencion, el desgaste por el uso de las maquinas se reduce al mmimo ya que los materiales de relleno y los minerales se introducen en el reactor despues de que los materiales plasticos se funden.
El procedimiento de conformidad con la invencion proporciona una enorme cantidad de ahorro en energfa. En las maquinas de procesamiento de plastico que actualmente estan en uso, que funcionan con los sistemas tales como de inyeccion y extrusion, el material de relleno se introduce inicialmente en las maquinas con los materiales termoplasticos y la mezcla necesita ser calentada hasta la temperatura de fusion de los termoplasticos. En esta fase se debe consumir energfa para calentar tanto a los termoplasticos como a los materiales de relleno. En el sistema de acuerdo con la invencion, no se debe consumir energfa para calentar los materiales de relleno, ya que estos son alimentados en el sistema en una etapa posterior.
En el procedimiento de acuerdo con la invencion, el material compuesto fundido que sale del reactor horizontal se vierte inmediatamente en los moldes y se enfna mediante presion por compresion. Se emplea un sistema de multiples moldes que depende de la capacidad del reactor horizontal y del tiempo de enfriamiento del material compuesto fundido en el molde. Los moldes se colocan de forma secuencial, se llena un molde y se deja enfriar y se procesan los siguientes 5 moldes. La compresion en los moldes se realiza mediante prensas hidraulicas. En el sistema se utiliza, el procedimiento de moldeo por compresion sin inundacion. Por medio de este procedimiento, el material plastico que tiene un gran volumen con un cierto peso, se comprime en el molde por presion en la cavidad de moldeo con un volumen menor. En los moldes por compresion sin inundacion, el punzon de accionamiento esta adaptado a la cavidad del molde como en un sistema de cilindro-piston.
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En el procedimiento de acuerdo con la invencion, los moldes son simples y se fabrican muy economicamente ya que se usa el procedimiento de moldeo por compresion sin inundacion.
En el procedimiento de acuerdo con la invencion, puesto que la presion requerida para la compresion de los moldes es 15 proporcionada por las prensas hidraulicas que son partes separadas del sistema, no se requiere que las maquinas en el sistema sean muy complicadas y por lo consiguiente los costes de inversion son bajos.
En el procedimiento de acuerdo con la invencion, puesto que los moldes que se utilizan no estan unidos a la maquina y se emplea un sistema de moldes multiples, las demas maquinas continuan funcionando mientras que el material se 20 esta enfriando en el molde. Como resultado, el procedimiento segun la invencion funciona con el principio de funcionamiento continuo y la capacidad de produccion es alta.

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para reciclar residuos de material plastico y el uso de este plastico reciclado en la produccion de material compuesto, caracterizado porque comprende las etapas de:
    - Liberar una pluralidad de tipos de materiales embalados termoplasticos de desecho, mediante su introduccion en una maquina para la apertura de balas o fardos (110),
    - Introducir los residuos de material plastico en una unidad de separacion y allf separarlos de las piedras, tierra, arena y otros materiales extranos gruesos (120),
    - Introducir los residuos de material plastico en la maquina de corte, trocear el material plastico de desecho en pedazos pequenos por medio de cuchillas de alta velocidad y al mismo tiempo lavarlo por medio de la inyeccion de agua en la maquina (130),
    - Introducir el residuo de material plastico cortado en trozos pequenos en una maquina de separacion de agua lodosa y separar el material enfangado del agua lodosa mediante fuerza centnfuga (140),
    - Transferir el residuo de material plastico a un tanque lleno con agua, aclararlo y al mismo tiempo precipitar la arena y otros materiales pesados que se puedan haber dejado allf (150),
    - Transferir el residuo de material plastico a la maquina de separacion de contaminacion organica y allf limpiar el material de aceite y otros materiales organicos extranos que no se pudieron eliminar en los procesos previos mediante fuerzas centnfugas (160),
    - Transferir el residuo de material plastico a la maquina de separacion de agua y allf separar al material del agua y la humedad mediante fuerzas centnfugas (170),
    - Almacenar el residuo de material plastico mediante la transferencia a los silos de almacenamiento (180),
    - Transferir el residuo de material plastico a la maquina de secado y al secar el material por medio de calor y al mismo tiempo pulverizarlo por medio de presion para facilitar su alimentacion en las maquinas en los procesos futuros (190),
    - Almacenar el residuo de material plastico seco y pulverizado mediante su transferencia a los silos de almacenamiento (200),
    -Transferir el residuo de material plastico al reactor horizontal (210),
    - Calentar el residuo de material plastico en el reactor horizontal hasta que se funde bajo presion hasta los 350°C de temperatura (220),
    procedimiento caracterizado porque tambien comprende las etapas de;
    - Agregar el colorante y los materiales qmmicos compatibilizadores al residuo de material plastico fundido en el reactor horizontal por medio de una unidad de alimentacion lateral (230),
    - Anadir materiales minerales, por medio de otra unidad de alimentacion lateral, al residuo de material plastico fundido al que se le ha agregado el colorante y los materiales qmmicos compatibilizantes (240),
    - Adicionalmente calentar y mezclar el residuo de material plastico fundido con los aditivos (250),
    - Inmediatamente verter el material compuesto fundido que fluye libre del reactor horizontal en los moldes desprendibles independientes antes de que se enfne y enfriarlo bajo presion por medio de compresion en el interior de los moldes por medio de prensas hidraulicas individuales (260).
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