PL234858B1 - Sposób wytwarzania kompozytu poliolefinowego z recyklingu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania kompozytu poliolefinowego z recyklingu, o poprawionych właściwościach użytkowych.

Tworzywa sztuczne są materiałami wykorzystywanymi w przemyśle opakowaniowym, motoryzacyjnym, budownictwie, transporcie, przemyśle elektrycznym i elektronicznym, rolnictwie, medycynie czy sporcie. Do szczególnych zalet tworzyw sztucznych należą: relatywnie niska cena, a także niska gęstość w porównaniu do innych materiałów konstrukcyjnych dzięki czemu elementy z nich wykonane charakteryzują się niewielką masą.

Do znanych metod recyklingu tworzyw sztucznych zalicza się: recykling energetyczny, materiałowy oraz chemiczny.

Recykling energetyczny polega na spalaniu odpadów z tworzyw sztucznych, w wyniku czego uzyskuje się energię cieplną. Uwarunkowaniem ekonomicznym recyklingu energetycznego jest wysoka wartość opałowa tych materiałów, dzięki czemu odzyskuje się część energii wykorzystanej do ich produkcji czy przetwórstwa. Dzięki zastosowaniu tej metody możliwa jest utylizacja odpadów z tworzyw nie dających się przetworzyć takich jak tworzywa termoutwardzalne. Niemniej jednak niektóre tworzywa w celu poddania tej metodzie recyklingu muszą być odpowiednio przygotowane - w związku ze szkodliwymi produktami ich bezpośredniego spalania, przykładowo podczas spalania poli(chlorku winylu) (PCW) następuje emisja chlorowodoru (HCI) do atmosfery, co może mieć niekorzystny wpływ na środowisko naturalne oraz generuje dodatkowe koszty procesowe.

Odmienną metodą recyklingu jest recykling chemiczny, który polega na depolimeryzacji materiału polimerowego w wyniku reakcji chemicznej z innymi związkami chemicznymi. Główne znaczenie w tej metodzie odgrywają procesy hydrolizy, glikolizy i fenolizy. W wyniku recyklingu chemicznego powstają związki małocząsteczkowe, wykorzystywane do ponownego otrzymania czystych polimerów, monomerów czy oligomerów, lub też do innych celów, przykładowo wytwarzania olejów opałowych. Recykling chemiczny jest jednak stosunkowo skomplikowaną, wieloetapową metodą, w której zużywa się duże ilości różnych odczynników chemicznych, co może wpływać na zanieczyszczenie środowiska odpadami poprocesowymi oraz zwiększać koszty recyklingu.

W przypadku tworzyw termoplastycznych, takich jak tworzywa poliolefinowe, stosuje się natomiast recykling materiałowy obejmujący segregację odpadów z tworzyw sztucznych, uplastycznienie, wytłaczanie i regranulację. Uzyskany tą metodą regranulat jest recyklatem, czyli tworzywem sztucznym ponownie przetworzonym, które wykorzystuje się w procesach przetwórczych do wytwarzania nowych wyrobów.

Zaletami recyklingu materiałowego jest stosunkowo niski koszt oraz brak stosowania odczynników chemicznych oraz generacji szkodliwych dla środowiska odpadów. Niemniej jednak w procesie ponownego - wysokotemperaturowego przetwarzania tworzyw termoplastycznych, w masie tworzywa zachodzą procesy powodujące częściową degradację łańcuchów polimerowych, a w konsekwencji otrzymanie tworzywa o gorszych właściwościach fizykochemicznych, w tym w szczególności gorszej wytrzymałości mechanicznej a także gorszych właściwościach użytkowych wytwarzanych z recyklatu wyrobów. W celu ograniczenia tego zjawiska, pozyskiwany recyklat czyli tworzywo z recyklingu typowo miesza się z tworzywami nieprzetworzonymi - nie będącymi odpadem, i uzyskuje się tym sposobem granulaty zawierające jedynie niewielki udział tworzywa z recyklingu. Tego typu tworzywa charakteryzują się zadowalającymi właściwościami użytkowymi.

Celowym zatem byłoby opracowanie kompozytu poliolefinowego z recyklingu, który charakteryzowałby się poprawionymi właściwościami wytrzymałościowymi oraz użytkowymi, a jednocześni e nie zawierał dodatku tworzyw sztucznych nieprzetworzonych, co wpłynęłoby na większe zużycie tworzyw z recyklingu i jednoczesne ograniczenie wykorzystywania tworzyw nieprzetworzonych, przyczyniając się do ochrony środowiska naturalnego oraz ograniczenia zużycia surowców naturalnych, w tym ropy naftowej, z której w głównej mierze wytwarza się tworzywa sztuczne.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozytu poliolefinowego z recyklingu, w którym to sposobie miesza się i rozdrabnia odpady z tworzyw sztucznych, następnie z uzyskanej mieszanki usuwa się zanieczyszczenia stałe oraz poddaje się mieszankę myciu wstępnemu z rozdrabnianiem, a następnie myciu właściwemu, przy czym umytą mieszankę poddaje się flotacji, usuwa się z mieszanki wodę i suszy się mieszankę strumieniem gorącego powietrza, a następnie mieszankę miesza się z wypełniaczem, wytłacza i regranuluje, a uzyskany regranulat pakuje się w opakowania zbiorcze, charakteryzujący się tym, że miesza się i rozdrabnia odpady z tworzyw sztucznych zawie raPL 234 858 B1 jące w składzie: polietylen małej gęstości z recyklingu (rLDPE) w ilości od 50 do 75 części wagowych oraz liniowy polietylen małej gęstości z recyklingu (rLLDPE) w ilości od 25 do 50 części wagowych; przy czym jako wypełniacz stosuje się co najmniej jeden materiał nieorganiczny wybrany z grupy składającej się z: talku, kredy, miki oraz zeolitu w łącznej ilości w zakresie od 30 do 60 części wagowych.

Wynalazek przedstawiono w przykładach wykonania na rysunku na którym:

Fig. 1 przedstawia schemat blokowy procesu wytwarzania kompozytu poliolefinowego z recyklingu.

Fig. 2 przedstawia tabelaryczne zestawienie parametrów przetwórczych kompozytu poliolefinowego z recyklingu.

Kompozyt poliolefinowy z recyklingu wytworzony sposobem według wynalazku zawiera:

- polietylen małej gęstości z recyklingu (rLDPE - ang. recycled Low-density polyethylene) w ilości od 50 do 75 części wagowych,

- liniowy polietylen małej gęstości z recyklingu (rLLDPE - ang. recycled Linear low-density polyethylene) w ilości od 25 do 50 części wagowych, oraz

- co najmniej jeden wypełniacz nieorganiczny wybrany z grupy składającej się z: talku, kredy, miki oraz zeolitu w łącznej ilości w zakresie od 30 do 60 części wagowych.

Korzystnie, źródłem rLDPE może być odpadowa folia pochodzenia opakowaniowego, n atomiast jako źródło rLLDPE, korzystnie wykorzystuje się odpadową folię pochodzenia rolniczego. Opracowany kompozyt nie zawiera natomiast tworzyw nieprzetworzonych, to jest nie pochodzących z recyklingu.

Jak przedstawiono na Fig. 1, sposób wytwarzania kompozytu poliolefinowego z recyklingu obejmuje: rozdrobnienie rLDPE oraz rLLDPE w kroku 111, usuwanie zanieczyszczeń stałych w kroku 112, mycie wstępne z rozdrabnianiem w kroku 113, mycie właściwe w kroku 114, flotację w kroku 115, usuwanie wody w kroku 116, suszenie w kroku 117, mieszanie i uśrednianie w kroku 118, wprowadzanie wypełniacza oraz ewentualnych składników dodatkowych w kroku 119, wytłaczanie w kroku 120, regranulację w kroku 121, sortowanie w kroku 122, suszenie w kroku 123 oraz ewentualne pakowanie w opakowania zbiorcze w kroku 124.

W celu wytworzenia kompozytu poliolefinowego z recyklingu, odpady wykonane z LLDPE w tym przykładowo, odpadową folię LLDPE pochodzenia rolniczego, będąca źródłem rLLDPE oraz odpady wykonane LDPE, przykładowo odpadową folię LDPE pochodzenia opakowaniowego; będącą źródłem rLDPE rozdrabnia się w kroku 111, w którym przenosi się wymieszane odpady: rLDPE oraz rLLDPE na część czołową (poziomą) transportera taśmowego i transportuje się materiał do rozdrabniacza jednowałowego z dociskiem hydraulicznym, gdzie odpady rozdrabnia się. Proporcje rLLDPE do rLDPE, w procesie rozdrabniania określa się na podstawie wymagań co do właściwości kompozytu końcowego, z zachowaniem udziałów rLDPE i rLLDPE w zakresie jak podano powyżej.

Następnie z rozdrobnionego materiału w kroku 112 usuwa się zanieczyszczenia stałe, który mogą być między innymi: metal, w tym przykładowo: żelazo, nikiel, kobalt, aluminium, miedź czy cynk. Usuwanie metali może być realizowane przykładowo za pomocą transportera taśmowo-wyładowczego wyposażonego w magnes permanentny - do usuwania materiałów metalowych.

Wstępnie oczyszczony materiał w kroku 113 poddaje się myciu wstępnemu z rozdrabnianiem, który może być przykładowo realizowany za pomocą śruby transportowej z funkcją mycia, połączonej wylotem z młynem, w którym materiał poddaje się wstępnemu myciu oraz rozdrobnieniu. Korzystnie materiał rozdrabnia się do uzyskania drobnych płatków o średniej średnicy wynoszącej około 50 mm.

Następnie w kroku 114 materiał w postaci drobnych płatków poddaje się myciu właściwemu. Korzystnie mycie właściwe może być realizowane za pomocą maszyny myjącej wodą z dodatkiem odpowiednich detergentów.

Następnie wymyte płatki poddaje się flotacji w kroku 115, w którym mieszaninę materiałów: rLDPE i rLLDPE płucze się wodą, przykładowo za pomocą śruby transportującej z funkcją mycia. Prowadzona w kroku 115 flotacja jest rozdziałem grawitacyjnym, podczas którego rozdziela się zanieczyszczenia niemetaliczne od płatków rLDPE i rLLDPE wykorzystując różnicę w gęstości tych materiałów oraz ewentualnych zanieczyszczeń - w procesie flotacji ciała o większej gęstości niż woda opadają na dno, a ciała o mniejszej gęstości utrzymują się na jej powierzchni.

Następnie, w kroku 116 z materiału w postaci płatków: rLDPE i rLLDPE usuwa się wodę, przykładowo za pomocą prasy ślimakowej, oraz płatki odwirowuje się, przykładowo w wirówce. W procesie odwirowania, z materiału w postaci płatków usuwa się także zanieczyszczenia, w tym przykładowo włókna celulozowe, które ewentualnie mogły nie zostać odseparowane na wcześniejszych etapach oczyszczania, na przykład flotacji.

PL 234 858 B1

Po usunięciu wody, w kroku 117 płatki suszy się gorącym powietrzem, przykładowo za pomocą tunelu suszącego.

Oczyszczony i wysuszony materiał w postaci mieszaniny płatków odpowiednio: rLDPE i rLLDPE można magazynować w silosach buforowych, korzystnie wyposażonych w transporter wyładowczy w celu zapewnienia ciągłości produkcyjnej procesu, lub też - jak przedstawiono na Fig. 1 oczyszczony i wysuszony materiał rLDPE i rLLDPE można bezpośrednio w kroku 118 mieszać i uśredniać, przykładowo za pomocą mikserów. Po odpowiednim uśrednieniu mieszankę rLDPE i rLLDPE w kroku 119 transportuje się za pomocą transportera wyładowczego do aglomeratora, gdzie miesza się tworzywa z co najmniej jednym wypełniaczem wybranym z grupy składającej się z: talku, kredy, miki oraz zeolitu w łącznej ilości w zakresie od 30 do 60 części wagowych. W kroku 119 tworzywo można ponadto mieszać z innymi odpowiednimi dodatkami, w tym także dodatkami znanymi fachowcom takimi jak na przykład plastyfikatory, barwniki czy pigmenty - w zależności od docelowych właściwości przetwórczych: wtrysk bądź wytłaczanie, czy koloru kompozytowego tworzywa.

Następnie, w kroku 120 uzyskaną mieszankę tworzywową wytłacza się, przy czym mieszankę można transportować do wytłaczarki ślimakowej przykładowo za pomocą systemu „auto power change. W wytłaczarce mieszaninę uplastycznia się, homogenizuje i wytłacza. Korzystnie proces wytłaczania tworzywa może być realizowany za pomocą wytłaczarki kaskadowej wyposażonej w układ dwóch połączonych szeregowo ślimaków. Ponadto, w procesie wytłaczania 120 uplastyczniony materiał podwójnie odgazowuje się za pomocą pomp próżniowych oraz filtruje na zmieniaczach samoczyszczących, co wpływa na dodatkową poprawę homogenizacji tworzywa w procesie oraz zapewnia uzyskanie tworzywa homogenicznego. Za pomocą wytłaczania uzyskuje się zestalone, odpowiednio zhomogenizowane tworzywo w formie niewielkich filmentów, które w kroku 121 poddaje się regranulacji, przykładowo za pomocą granulatora z pierścieniem wodnym.

Uzyskany regranulat w kroku 122 sortuje się, przykładowo za pomocą stołu wibracyjnego. Posortowany regranulat dosusza się w kroku 123, przykładowo w silosie miksującym. Uzyskany reganulat można następnie składować, lub też bezpośrednio, w kroku 124 pakować w opakowania zbiorcze, takie jak na przykład opakowania typu „big-bag”. Po spakowaniu wyrób w postaci kompozytu poliolefinowego z recyklingu można magazynować lub też wysyłać do odbiorców końcowych.

Proces wytwarzania kompozytu poliolefinowego może być zatem całkowicie zautomatyzowany.

Wytworzony kompozyt poliolefinowy jest tworzywem z recyklingu, to znaczy został wytworzony z wcześniej przetworzonych tworzyw sztucznych. Niemniej jednak ze względu na opracowaną recepturę tworzywa, kompozyt wytworzony sposobem według wynalazku charakteryzuje się poprawionymi właściwościami wytrzymałościowymi, a zatem także użytkowymi, w porównaniu do znanych tego typu kompozytów poliolefinowych z recyklingu.

Na Fig. 2 przedstawiono skład chemiczny kompozytu poliolefinowego w sześciu korzystnych przykładach wykonania wraz z podaniem ważniejszych parametrów przetwórczych: wtryskowych, dla każdego z podanych przykładów. W ostatnim wierszu tabeli, podano natomiast w celu porównania te same parametry przetwórcze dla czystego LDPE.

Jak wynika z tabeli (Fig. 2) parametry wtryskowe kompozytu poliolefinowego z recyklingu o opracowanym składzie, nie odbiegają znacząco od parametrów czystego LDPE. Zarówno temperatura wtryskiwania (Tw) jak i temperatura formy wtryskowej (Tf) są podobne do temperatur: Tw oraz Tf czystego LDPE.

Wytworzony kompozyt poliolefinowy jest materiałem pochodzącym w 100% z recyklingu oraz zawiera napełniacz nieorganiczny. Kompozyt, jest tworzywem termoplastycznym oraz jako wyrób gotowy ma postać granulatu, który może być bezpośrednio przetwarzany za pomocą różnych technik przetwórczych, w tym między innymi: wtryskiwania, wtryskiwania z rozdmuchem, wytłaczania, wytłaczania z rozdmuchem.

Z kompozytu można wytwarzać różnego rodzaju przedmioty, w tym przedmioty codziennego użytku, takie jak na przykład folie.

Należy zauważyć, że kompozyt poliolefinowy jest materiałem ekologicznym ponieważ zawiera w całości - jako osnowę tworzywa z recyklingu oraz, jako napełniacz - materiał naturalny pochodzenia nieorganicznego, taki jak talk czy kreda.

Uzyskany kompozyt poliolefinowy w całym zakresie składowym - jak podany powyżej charakteryzuje się poprawionymi właściwościami mechanicznymi, między innymi w porównani u do 100%-owego rLDPE.

PL 234 858 B1

Ponadto opracowany kompozyt poliolefinowy charakteryzuje się dodatkowo zmniejszoną palnością, wysoką gładkością powierzchni, dobrymi parametrami wytrzymałościowymi, odpornością na starzenie UV (fotostarzenie) oraz wysokim wydłużeniem: nawet do 500% według normy PN-EN ISO 527-2:2012.

Kompozyt poliolefinowy o opracowanym składzie może z powodzeniem zastępować różne tworzywa - przykładowo zawierające tylko niewielki udział tworzyw z recyklingu, lub też tworzywa nie pochodzące z recyklingu, co świadczy o proekologicznym wpływie kompozytu poliolefinowego na środowisko naturalne.

Ponadto fole wytworzone z kompozytu poliolefinowego z recyklingu charakteryzują się dobrym odwzorowaniem kształtu, natomiast wytworzone z kompozytu wypraski wtryskowe charakteryzują się stabilną twardością powierzchni.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Sposób wytwarzania kompozytu poliolefinowego z recyklingu, w którym to sposobie miesza się i rozdrabnia odpady z tworzyw sztucznych, następnie z uzyskanej mieszanki usuwa się zanieczyszczenia stałe oraz poddaje się mieszankę myciu wstępnemu z rozdrabnianiem, a następnie myciu właściwemu, przy czym umytą mieszankę poddaje się flotacji, usuwa się z mieszanki wodę i suszy się mieszankę strumieniem gorącego powietrza, a następnie mieszankę miesza się z wypełniaczem, wytłacza i regranuluje, a uzyskany regranulat pakuje się w opakowania zbiorcze, znamienny tym, że

   - miesza się i rozdrabnia odpady z tworzyw sztucznych zawierające w składzie: polietylen małej gęstości z recyklingu (rLDPE) w ilości od 50 do 75 części wagowych oraz liniowy polietylen małej gęstości z recyklingu (rLLDPE) w ilości od 25 do 50 części wagowych;

   - przy czym jako wypełniacz stosuje się co najmniej jeden materiał nieorganiczny wybrany z grupy składającej się z: talku, kredy, miki oraz zeolitu w łącznej ilości w zakre sie od 30 do 60 części wagowych.