CN116457109A - 用于塑料预处理和基于溶剂的塑料回收的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种将塑料材料减小尺寸、尤其是切碎,并从所述减小尺寸的塑料材料中除去粉尘的方法。本发明还涉及一种利用将功能性固体助剂添加到包含热塑性目标聚合物的溶液中的一体化步骤对塑料材料进行基于溶剂的回收的方法。本发明还涉及一种利用一体化提取步骤进行塑料回收的方法。本发明还涉及一种从包含溶解的热塑性目标聚合物的悬浮液或溶液中除去溶剂的方法。本发明还涉及一种在挤出机中进行加工的同时从包含热塑性目标聚合物的流化形式中除去添加剂和/或杂质的方法,其中所述包含热塑性目标聚合物的流化形式经受至少一种提取剂的逆流。它还涉及一种回收目标聚合物的塑料废物回收系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种将包含至少一种目标聚合物的塑料材料减小尺寸、尤其是切碎,并从所述减小尺寸的包含至少一种目标聚合物的塑料材料除去粉尘的方法。本发明还涉及一种利用将功能性固体或液体助剂添加到包含热塑性目标聚合物的溶液中的一体化步骤对包含至少一种热塑性目标聚合物的塑料材料进行基于溶剂的回收的方法。本发明还涉及一种利用一体化提取步骤进行塑料回收的方法。本发明还涉及一种从包含溶解的热塑性目标聚合物的悬浮液或溶液中除去溶剂的方法。本发明还涉及一种在挤出机中进行加工的同时从包含热塑性目标聚合物的流化形式中除去添加剂和/或杂质的方法,其中所述包含热塑性目标聚合物的流化形式经受至少一种提取剂的逆流。它还涉及一种回收目标聚合物的塑料废物回收系统。此外,本发明还涉及一种通过本发明的方法得到的聚合物材料。
背景技术
众所周知,塑料对环境的影响很大,主要是因为它通常不可生物降解。每年有数百万吨的塑料物体,如塑料袋、小球和塑料瓶,最终进入海洋并随着时间的推移而积累。所述塑料物体分解非常缓慢并最终形成代表严重环境问题的微塑料。已发现诸如DDT和BPA的毒素会粘附在微塑料上并加剧所述问题。即使在偏远区域也能够找到陆上塑料废物。塑料废物、尤其是微塑料对动物生命构成威胁并且在食用肉类或鱼类时可能对人类构成威胁。
塑料回收提供了一种减少高效制造并释放到环境中的塑料废物的量的可持续方式。为此,随着时间的推移,已经开发出多种回收塑料废物的机制。
EP 0 359 106 A2公开了一种清洁并回收受污染塑料的方法。在封闭系统中,将塑料碎片在洗涤液中洗涤并将不同类型的塑料分开。然后,将待回收的碎片在下游阶段干燥。避免了有害烟雾的排放,并且溶剂经过处理后返回循环。
DE 44 14 750 A1涉及一种用于清洁可能被纸污染的粘胶聚合物熔体的方法和设备,所述杂质通过离心从聚合物熔体中分离出来。
DE 198 18 183C2涉及一种用于分离包含至少两种塑料物质或塑料物质和金属物质的产品的组分的方法。将产品加热到塑料物质的软化温度,在该温度下在离心机的转子中离心,然后塑料物质被单独处理。
EP 0 894 818 A公开了一种从废料中回收可溶性聚合物或聚合物混合物的方法,其中(i)聚合物或聚合物混合物选择性地从聚合材料中溶解;(ii)任选地从所得溶液中除去不需要的不溶性组分;(iii)任选地从溶液中除去不需要的可溶性组分;(iv)在气体或气体混合物的存在下,通过与沉淀剂的湍流混合,选择性地沉淀出聚合物或聚合物混合物;(v)将沉淀的聚合物或聚合物混合物与液相分离;和(vi)任选地对聚合物或聚合物混合物进行干燥。优选地,在从所得悬浮液中分离之后将另外的可溶性聚合物或混合物从分离的不溶性组分中溶解和/或使不溶性组分经受最后的水洗步骤。聚合物溶液经受色谱,优选凝胶渗透色谱和/或固相提取,优选用碳和/或液液提取步骤。
DE 40 33 604 A1涉及从废物中回收可溶性塑料,其中待回收的塑料通过合适的溶剂选择性地从含塑料的废物中溶解出来。将如此得到的溶液注入装有介质的容器中,所述介质是塑料的非溶剂。在这种情况下,该介质的温度必须高于溶解塑料的溶剂的沸点。结果,溶剂蒸发并释放出要回收的塑料。回收蒸发的溶剂。塑料的沉淀应该是定量的,因为注入的塑料溶液中含有对该塑料非常过量的非溶剂。
WO 2018/114046 A1公开了一种用于从废料悬浮液中分离至少一种固体的离心机,所述悬浮液包含固体和具有至少一种溶剂和溶解在其中的至少一种塑料的聚合物溶液。
US 5,728,741 A公开了一种对包含废聚合材料混合物的废聚合材料进行回收的方法,并且包括如下步骤:将切碎的混合物造粒成比废聚合材料的尺寸小至少约100倍的片段;和在低于最低熔化废脂族聚酰胺聚合材料的约Tg的温度下挤出经研磨的混合物。
US 2007/0265361 A1涉及一种从含聚酯的废物中回收聚酯或聚酯混合物的方法,其中将聚酯或聚酯混合物溶解在溶剂中,随后用沉淀剂从中沉淀出自由流动的粒子。选择沉淀剂,使得以简单的方式进行沉淀剂和溶剂的后续分离成为可能。
US 2008/0281002 A1涉及一种回收塑料材料的方法,所述塑料材料包含基于聚苯乙烯的至少两种聚合物、共聚物或其共混物。塑料材料由此与用于聚合物、共聚物或共混物的溶剂混合。随后,通过添加相应的沉淀剂进行沉淀,从而凝胶状沉淀产物能够与塑料材料的其他组分分离。所述方法用于回收任何塑料材料,特别是从电子废料处理和切碎机轻级分中回收塑料材料。
US 4,968,463 A公开了一种由含有塑料材料的废物制造成型或挤出的物体的方法,所述方法包括:对所述废物进行初步物理处理;干燥所述废物;预热至从80℃至160℃的温度;在120℃至250℃的温度下进行捏合;和注射成型或挤出。
WO 2011/082802 A1涉及一种回收包含至少一种聚合物和待分离的至少一种材料的废料的方法,其中a)添加至少一种溶胀剂以形成聚合物凝胶;和b)通过过滤或沉降将不可溶的至少一种杂质从所述聚合物凝胶中分离出来。
WO 2017/013457 A1公开了一种对包含热塑性材料的废料进行处理,特别是对压碎的废料进行处理的的处理设备,所述处理设备包含:干燥设备—适用于通过气流来干燥废料;熔化设备,适用于熔化通过干燥设备干燥的废料;灭菌设备,适用于对通过熔化设备熔化的废料进行灭菌热处理;在干燥设备与熔化设备之间延伸的热回收通道;以及排液通道,适用于排出在干燥过程中在干燥设备中产生的流体并且与干燥设备和熔化设备的烟道相连。
WO 1993/001036 A1公开了一种处理聚烯烃废料的方法,其中使用提取以在不溶解塑料材料的条件下除去箔成分和聚乙烯蜡。
WO 2017/003804 A1公开了一种纯化聚乙烯的方法,其中在不溶解塑料材料的条件下通过提取来从聚合物基质中除去杂质。
上面描述的一些回收技术切碎粒子并立即将它们熔化以进行挤出。然而,这需要高纯度的废料或导致聚合物小球和低质量的聚合物产物。
其他回收技术是基于溶剂的方法,其中将目标聚合物转移到溶液中。这种方法的一个优点是,如果将塑料废物转移到溶液或悬浮液中,则目标聚合物的分离会更容易。然而,除了目标聚合物之外,许多不需要的杂质也被转移到溶液中。当例如通过蒸发和/或挤出来浓缩聚合物溶液并除去溶剂时,杂质仍然与目标聚合物一起保留在混合物中。因此,例如以小球或微粒形式得到的所得回收聚合物材料会含有这些杂质。与原始聚合物相比,这种受污染材料的品质因此更低,这限制了它的进一步应用。例如,含有有毒杂质的回收聚合物材料不能用于包装食品。
现有技术的一些方法试图通过用液体或固液提取洗涤塑料材料以在溶解步骤之前降低杂质含量来解决所述问题。然而,用这些方法很难得到基本上不含不需要的杂质的聚合物。用于除去不需要的组分的提取剂需要渗透到聚合物基质中,这对于表面区域很容易实现,但对于内部区域则相当复杂。结果,主要除去了表面区域的杂质,而聚合物基质的内部仍然含有大量杂质。
其他回收技术溶解聚合物,但从溶液中回收聚合物是一项挑战。如果将塑料废物转移到溶液或悬浮液中,这有助于分离溶解的聚合物。一些聚合物漂浮在水中,并且能够分离非漂浮物。其他聚合物溶解在合适的溶液中。在后一种情况下,可以通过蒸发或沉淀来除去溶剂。然而,所述方法需要大量能源,并且考虑到全球每年生产数亿吨塑料,从而即使在回收过程中减少少量能源也可能产生巨大影响。此外,如果小分子具有高沸点,则所述小分子杂质通常也不会被除去。此外,当通过聚合反应来制造新聚合物时,鉴于与现有技术相关的上述问题,溶剂的去除也成为挑战。
纯聚合物在其加工或最终用途的应用过程中通常对外部因素(例如极端温度或机械应力)表现出较差的抵抗力。为了提高聚合物的稳定性、加工性能,提高聚合物产品的使用寿命,通常在聚合物基质中加入特定的添加剂。
聚合物添加剂可分为聚合物稳定剂或功能剂。聚合物稳定剂在实际应用中必不可少,因为它们通过抑制在使用过程中因高温和紫外线照射而促进的氧化降解,从而有助于保持塑料材料的固有性质和其他特性。添加功能性添加剂以增强塑料的机械强度或赋予新的功能特性如柔韧性或阻燃性,从而扩大塑料的应用范围并增加其商业价值。其他类别的添加剂包括润滑剂、抗静电剂、杀生物剂。
消费后塑料通常无法以其产生或收集的形式使用。消费后塑料回收的主要问题之一是聚合物在其使用寿命期间的降解。为了确保回收材料可能具有必要的品质以保证预期应用的长期稳定性,通常需要添加特定的化学品。有多种添加剂可用于此目的,例如抗氧化剂、光稳定剂、保色剂、热稳定剂等。
现有技术的回收技术试图通过添加稳定剂来减少聚合物降解的负面影响。然而,这些再稳定技术无法实现添加剂、特别是固体添加剂在聚合物基质中的完美分布。
因此,最终的回收产物包含具有不同浓度添加剂的区域。存在稳定剂过度饱和的一些区域,而特定区域含有不足量的添加剂。因此,回收塑料材料的一些部分更容易暴露于因高温和紫外线照射而促进的氧化降解。所述问题可以通过添加更多量的添加剂,使得回收产物的每个区域都含有足够的量,以确保预期应用的长期稳定性来解决。然而,这种方法不可避免地增加了回收工艺的成本。此外,一方面,聚合物基质中更多量稳定剂的存在提高了回收产物的稳定性,但另一方面,如果添加剂对聚合物基质的干扰太大,以至于在一定程度上阻碍了分子链排列以构建规则结构,则它可能对聚合物的机械性能产生负面影响。此外,一些添加剂是有害化合物,并且添加更多的添加剂可能根本不可能。目前,现有技术的方法无法提供允许固体功能助剂的最佳剂量和分布的塑料废物回收技术。
由于在聚合物的基于溶液的回收工艺之前的切割或切碎工艺而导致得自塑料废物的塑料材料的尺寸减小,会产生大量不溶解的细粉尘,由此不仅不包括在基于溶剂的回收工艺中,而且也会损害回收最终产物的品质。因此,本发明的另一个目的是提高将塑料废物并入基于溶剂的回收工艺中的效率以及提高回收最终产物的品质,其中包括提供给下游回收工艺的基本上所有的聚合物,所述工艺包括将聚合物溶解在溶剂中,并且其中回收最终产物的品质得到改善。
塑料切碎和分类领域的现有技术如下。
DE3932366(A1)公开了一种通过空气分级从切碎的包括塑料材料的固体废料中除去粉尘的方法。
DE19651571A1公开了一种包含塑料材料的废物的回收方法,其中通过空气分级或空气分级和筛分的组合对废物进行分级以提供更均质的塑料材料,用于后续用水湿法处理和提取。CN108359130A公开了一种塑料回收方法,包括:对塑料进行分级并除去塑料中所含的杂质;将塑料通过压碎机压碎以得到塑料微粒,然后进行碱化处理、酸化处理和水漂洗,其中漂洗造粒后的塑料微粒是在高温下进行的。
WO2019024950A1公开了一种对构成用过的饮料纸盒的组分进行废物处理的方法,所述纸盒包含塑料组分和非塑料组分,其中在多个步骤中使用切碎机和空气分离器以提供用于下游目的的塑料材料的富集。
发明内容
本发明的主题涉及一种对塑料材料进行预处理和基于溶剂的回收的方法,所述塑料材料包含至少一种热塑性目标聚合物,其中所述方法包括如下阶段:
i)任选地对所述塑料材料进行分类;
ii)任选地对所述塑料材料进行预处理;
iii)将所述塑料材料流化,其中所述流化优选包括如下步骤:
a.溶解所述塑料材料以得到溶液,
b.任选地通过固液或液液纯化来纯化所述溶液,
c.任选地从步骤b中得到的溶液中分离所述热塑性目标聚合物;
iv)任选地对步骤iii)中得到的塑料材料进行后处理。
将所述方法示意性地描绘于图1中。
在一个实施方案中,本发明的主题涉及一种用于减小尺寸,特别是切碎包含至少一种目标聚合物的塑料材料,以及从所述减小尺寸的包含至少一种目标聚合物的塑料材料中除去粉尘或除尘的方法,其中所述塑料材料,一经减小尺寸和除尘,随后立即溶解在有机溶剂或包含至少一种有机溶剂的溶剂组中以形成包含至少一种溶解的目标聚合物的悬浮液或溶液,从而使得更有效地回收目标聚合物,特别是热塑性目标聚合物。本发明还涉及所述减小尺寸的和除尘的包含至少一种目标聚合物的塑料材料在有机溶剂或包含至少一种有机溶剂的溶剂组中的溶解,其中将减小尺寸或切碎步骤、除尘步骤和所述除尘的包含至少一种目标聚合物的塑料材料的溶解步骤一体化在塑料回收工艺中,所述塑料回收工艺包含塑料废物回收系统以用于回收包含至少一种目标聚合物、特别是热塑性目标聚合物的塑料材料,还包含溶剂去除系统,所述溶剂去除系统包括(但不限于)将错流过滤系统用于从目标聚合物、特别是热塑性目标聚合物中除去溶剂。
本发明的另一个目的是提供一种用于提供塑料材料的改进方法,所述塑料材料包含呈适合高效的塑料回收、特别是基于溶剂的塑料回收形式的至少一种目标聚合物,特别是热塑性目标聚合物。
本发明的另一个目的是提供一种用于回收包含至少一种目标聚合物、特别是热塑性目标聚合物的塑料材料、特别是塑料废物的改进方法,其中提供所述包含至少一种目标聚合物的塑料材料适用于包括基于溶剂的回收工艺、特别是固液分离(SLS)工艺的回收工艺,包括制造溶解的热塑性目标聚合物,所述溶解的热塑性目标聚合物基本上不含不溶性粉尘,从而克服与所述回收方法中的不溶性粉尘相关的问题和/或比现有技术中已知的基于溶剂的回收技术需要更少的能量。
因为每种SLS方法都对一系列粒度有选择性,所以并非所有尺寸的切割塑料材料都适合后续回收工艺,尤其是基于溶剂的回收工艺。典型的粒度选择性,例如当应用离心时,在水溶液中使用倾析器时为约4~10μm(Zogg等人)。在聚合物悬浮液或溶液中,粒子选择性转向更大的粒度,这取决于溶剂的粘度,其中粘度越高,SLS工艺所选择的粒度越大(Zogg等人)。因此,在塑料材料减小尺寸工艺的过程中,特别是如果在切割或切碎工艺过程中形成粉尘,所述粉尘可能具有阻碍其在溶剂中的溶解的物理性质,例如粉尘可能漂浮在溶剂的表面,这意味着在在基于溶剂的回收工艺中,粉尘不易受下游基于溶剂的回收步骤的影响,因此会影响回收工艺的效率和回收产物的品质。
如果在向基于溶剂的回收工艺提供减小尺寸的或切碎的塑料材料之前没有实施除尘步骤,则提供给基于溶剂的回收工艺的后续步骤的塑料悬浮液或溶液也会包含塑料粒子,所述塑料粒子完全不受基于溶剂的回收工艺的影响,这可能会导致通过使用诸如薄膜应用的特定基于溶剂的回收方法进行塑料回收的结果会受到损害或根本不可行。
因此,为了提高回收产物和/或工艺的可行性、效率和/或品质,有必要在将塑料废物以悬浮液或溶液形式用于基于溶剂的回收工艺之前减少或理想地消除粉尘。
因此,本发明的一个目的是使用一种提供尺寸分布有限的减小尺寸的塑料材料的方法,所述尺寸分布适用于下游回收工艺,包括基于溶剂的回收工艺,其中通过切割或切碎工艺进行减小尺寸,包括使用将塑料材料切割或切碎成小块的切割或切碎装置,其中切割或切碎的塑料材料块覆盖一定范围的尺寸,并且其中不容易溶解在溶剂和随后的回收步骤中的粉尘部分基本上是通过实施包括无尘尺寸减小系统和粉尘去除系统的除尘工艺来消除的。
本发明的另一个目的是提供一种塑料废物回收系统,以用于回收包含热塑性目标聚合物的塑料废物,其中塑料材料通过本文要求保护的无尘减小尺寸工艺来提供。
因此,本发明的目的是提供一种多步方法,包括减小尺寸和/或尺寸分级,其提供尺寸分布有限的减小尺寸的塑料材料,所述尺寸分布适用于下游回收工艺,包括在多于1中组分的回收系统中的基于溶剂的回收工艺。
令人惊奇地发现,通过本文中所述的减小尺寸和尺寸分级的步骤的组合,能够以受控、可调节且特别节能的方式从塑料废物中除去具有特定尺寸范围的粒子,从而使得将本文中所述的减小尺寸的工艺一体化到包含基于溶剂的回收工艺的特别有效的塑料回收工艺中。
本文中具体提供了一种回收包含至少一种目标聚合物的塑料材料的方法,其中所述方法包括如下除尘步骤:
i-1)提供所述塑料材料,特别是塑料废物;
ii-1)将所述塑料材料减小尺寸;
iii-1)通过粒度和/或粒子重量,特别是通过筛分或使所述减小尺寸的塑料材料与气流接触,优选通过使所述减小尺寸的塑料材料通过空气逆流或其组合对步骤ii-1)之后得到的减小尺寸的材料进行分级;
其中在步骤iii-1)之后得到的减小尺寸的塑料材料基本上不含颗粒物质,并且其中基本上不含颗粒物质是指,至少99重量%的<300μm、特别是<100μm的粒子已经从减小尺寸的塑料材料中除去。
在一个实施方案中,成功的除尘能够通过应用如德国DIN标准66165中描述的筛分分析来检查。
在一个实施方案中,后续步骤是塑料回收工艺。在另一个实施方案中,所述后续步骤是塑料回收工艺,特别是基于溶剂的回收工艺。
上述步骤i-1)至iii-1)并不一定表示步骤的特定的顺序或数量。然而,优选地,所述方法的步骤以递增的数字,即以如上所示的顺序来实施,并且条件是,在步骤ii-1)的减小尺寸的工艺之前提供需要减小尺寸以进一步加工的塑料材料或废料,并且提供给包括溶解减小尺寸的塑料废物的下游步骤的塑料材料是无尘的。
在一个实施方案中,通过要求保护的方法得到的材料具有1mm至25mm、优选100μm至25mm的粒度分布。在另一个实施方案中,通过要求保护的方法得到的材料具有≥100μm的粒度。
在一个实施方案中,对包含至少一种目标聚合物的塑料材料进行回收的方法包括如下附加步骤:
iv-1)向在步骤iii-1)之后得到的材料中加入溶剂或溶剂混合物以得到包含所述目标聚合物的溶液或悬浮液,优选使用加热系统,其中所述目标聚合物基本上可溶于所述溶剂或溶剂混合物。
在一个实施方案中,对包含至少一种目标聚合物的塑料材料进行回收的方法包括如下附加步骤:
v-1)优选对在步骤iv-1)之后得到的所述溶液或悬浮液进行纯化,特别是通过机械固液分离来进行纯化;
vi-1)任选地,如果溶液包含源自消费后的塑料废物的至少一种聚合物,则添加用于脱色的溶液清洁步骤和附加的气味处理步骤;
vii-1)从所述溶液或悬浮液中分离所述目标聚合物;
viii-1)优选对所述目标聚合物进行脱气和/或挤出。
在一个实施方案中,对包含至少一种目标聚合物的塑料材料进行回收的方法包括如下步骤:
i-1)提供所述塑料材料,特别是塑料废物;
ii-1)将所述塑料材料减小尺寸;
iii-1)通过粒度和/或粒子重量,特别是通过筛分或使所述减小尺寸的塑料材料与气流接触,优选通过使所述减小尺寸的塑料材料通过空气逆流或其组合对步骤ii-1)之后得到的减小尺寸的材料进行分级;
其中在步骤iii-1)之后得到的减小尺寸的塑料材料基本上不含颗粒物质,并且其中基本上不含颗粒物质是指,至少99重量%的<300μm、特别是<100μm的粒子已经从减小尺寸的塑料材料中除去;
iv-1)向在步骤iii-1)中得到的材料中加入溶剂或溶剂混合物以得到包含所述目标聚合物的溶液或悬浮液,优选使用搅拌器和/或加热系统,其中所述目标聚合物基本上可溶,其中基本上可溶是指,目标聚合物至少99%可溶于所述溶剂或所述溶剂混合物中,并且其中所述聚合物溶液在所述溶剂或溶剂混合物中的饱和度达到大于1重量%,更优选大于2重量%,还更优选大于5重量%,最优选等于或大于10重量%;
v-1)优选对所述溶液或悬浮液进行纯化,特别是通过机械固液分离来进行纯化;
vi-1)任选地,如果溶液包含源自消费后的塑料废物的至少一种聚合物,则添加用于脱色的溶液清洁步骤和附加的气味处理步骤;
vii-1)从所述溶液或悬浮液中分离所述目标聚合物;
viii-1)优选对所述目标聚合物进行脱气和/或挤出。
在一个实施方案中,目标聚合物是热塑性目标聚合物。
在一个实施方案中,目标聚合物选自包含聚烯烃、聚酰胺及其组合的组。在一个实施方案中,目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)。在一个实施方案中,塑料废物包含超过一种的目标聚合物。在一个实施方案中,塑料废物包含至少一种目标聚合物。
在一个实施方案中,至少一种目标聚合物是聚烯烃。在一个实施方案中,所述至少一种聚合物选自包含多层薄膜的多层塑料,其中所述多层塑料包含聚乙烯(PE),特别是聚乙烯和聚酰胺(PE和PA),更特别是聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PE和PET),或更特别是聚乙烯和聚丙烯(PE和PP)。在一个实施方案中,所述多层塑料包含聚烯烃并且选自工业后废料。
塑料废物优选包含选自如下中的一种或多种热塑性目标聚合物:聚苯乙烯(PS)、特别是发泡聚苯乙烯(EPS);聚乙烯(PE);聚丙烯(PP);聚氯乙烯(PVC);聚酰胺(PA);苯乙烯-丙烯腈树脂(SAN);丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯(ASA);聚甲醛(POM);聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT);聚碳酸酯(PC);丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。聚乙烯(PE)优选选自高密度聚乙烯(HDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)或包含两者。发现所述方法特别适用于回收聚乙烯(PE),特别是低密度聚乙烯(LDPE)。
在一个实施方案中,聚酰胺是PA6、PA66或PA6.66。在一个实施方案中,聚烯烃是LDPE、HDPE或PP。
塑料废物可以是二维或三维塑料废物,其中二维塑料废物包括诸如塑料箔的软质包装,所述塑料箔可以是单层塑料箔或者多层塑料箔。三维塑料废物包括硬质包装,其中所述硬质包装以壁厚来区分。在一个实施方案中,硬质包装的壁厚>300μm,并且非硬质或软质包装的壁厚≤300μm。
在一个实施方案中,塑料废物仅为包含PS、PET、HDPE和/或PP产物或可能是纤维增强的聚酰胺或其组合的硬质包装,特别是包含用于储存食物和非食物制品如果汁、牛奶、洗发水、肥皂或清洁剂的塑料瓶。
在另一个实施方案中,塑料废物仅为软质包装,包括PE/PA复合包装,特别是PE/PA多层包装。所述仅软质包装可能已经用于非食物或食物包装,例如奶酪、肉、鱼或烘焙产品包装。
在一个实施方案中,塑料废物是硬质塑料包装和软质塑料包装两者。
在一个实施方案中,所述硬质或软质塑料废物是工业后废物。在另一个实施方案中,所述硬质或软质塑料废物是消费后废物。
在一个实施方案中,将所述塑料材料减小尺寸包括所述塑料材料的切碎、切割、切片、扯裂、剃削、撕裂、斜砍、雕刻、劈开、割裂、砍断、切开、切断、剪切、碎裂、磨损、划破和研磨中的至少一种。
在一个实施方案中,步骤ii-1)通过选自切碎机、研磨机、削片机、制粒机、锤磨机、剪切切碎机和通用切碎机中的减小尺寸装置来进行。
在另一个实施方案中,步骤ii-1)在切碎机中、特别是单轴切碎机、更特别是在冷却的单轴切碎机中进行。单轴切碎机或冷却的单轴切碎机、特别是作为单波切碎机的单轴切碎机或冷却的单轴切碎机在现有技术中是已知的。在另一个实施方案中,单轴切碎机是无尘尺寸减小系统。
尺寸分级是指根据材料物体的尺寸对其进行的分类,其中尺寸由规格参数来定义,所述规格参数包括:平均或非平均物体直径或半径、长度和/或宽度和/或深度或其组合;或通过物理外观来定义物体的任何其他几何度量。尺寸也可以由包括密度和/或形状或其组合的参数来表述。
在本发明的上下文中,尺寸可以由包括形状、密度和/或物体直径或半径和/或长度和/或宽度和/或深度或其组合的参数来定义。此外,在本发明的上下文中,塑料材料的尺寸可以通过尺寸分级单元对减小尺寸或切碎的塑料材料的操作来定义,其中尺寸分级单元将减小尺寸或切碎的塑料材料分级成不同尺寸的组。在本发明的一个实施方案中,尺寸分级单元产生至少两个尺寸组,即包含<300μm、优选<100μm的塑料材料的一个组和包含>100μm、优选>300μm的塑料材料的一个组,其中前一种由进一步处理来除去并且后一种提供至本发明的步骤iv-1)。
在一个实施方案中,减小尺寸的塑料材料可以按重量来分级。在另一个实施方案中,减小尺寸的塑料材料可以按重量分级,其中较高的重量与较大的尺寸相关。在又一个实施方案中,减小尺寸的塑料材料可以按重量分级,其中较高的重量与较高的密度相关,但与较大的尺寸无关。在又一个实施方案中,减小尺寸的塑料材料可以按重量分级,其中较高的重量与较高的密度相关,但不一定与较大的尺寸相关,其中由于高密度和重量而导致减小尺寸的塑料材料可能不会通过分级单元来除去。例如,塑料材料可能<300μm或<100μm,但由于其尺寸对重量之比降低而可能无法通过空气分级来除去。在一个实施方案中,可以调节尺寸分级单元,包括如果分级单元是空气分级单元则增加气流速度,或者如果分级单元是筛子则减小筛子的尺寸截止值。在另一个实施方案中,可以组合尺寸分级单元,包括将空气分级单元与筛子组合。
作为本发明主题的尺寸分级是指使用任何尺寸分级单元或现有技术中已知的尺寸分级器,包括空气分级单元或空气分级器、筛子。
用于减小尺寸的塑料材料的尺寸分级的筛子可以选自现有技术中已知的适合于得到作为本发明主题的无尘切碎塑料材料的任何筛子。用于减小尺寸的塑料材料的尺寸分级的筛子可以选自如下筛子或其组合:弓形筛、摇动筛、振动筛、滚筒筛、铺展筛、共振筛或现有技术中已知的适用于得到作为本发明主题的无尘切碎塑料材料的任何其他已知的筛子。用于减小尺寸的塑料材料的尺寸分级的筛子可以是机动筛子或非机动筛子。
在一个实施方案中,通过步骤ii-1)之后得到的减小尺寸的材料的粒度和/或粒子重量进行的尺寸分级具体地通过筛分或使所述减小尺寸的塑料材料与气流接触,优选地通过使所述减小尺寸的塑料材料通过空气逆流或其组合来进行。
在一个实施方案中,在步骤iii-1)之后得到的减小尺寸的塑料材料基本上不含颗粒物质,其中基本上不含颗粒物质是指,至少99重量%的<300μm、特别是<100μm的粒子已经从减小尺寸的塑料材料中除去。
在一个实施方案中,步骤iii-1)是用空气分级器进行的。在一个实施方案中,空气分级器是逆级分离器。在另一个实施方案中,空气分级器是锯齿形空气分级器。逆级分离器或锯齿形空气分级器是本领域技术人员已知的。在一个实施方案中,锯齿形空气分级器为锯齿形风筛。
在一些实施方案中,上述步骤ii-1)中使用的切碎机与步骤iii-1)中的空气分级器合并在一个步骤中,其中所述切碎机与空气分级器组合使用以在一个步骤中实现切碎和除尘。在一些实施方案中,上述步骤ii-1)的切碎机与步骤iii-1)的空气分级器组合使用,其中所述切碎机与空气分级器组合使用,以实现作为本发明主题的塑料回收的切碎和除尘。
在一些实施方案中,上述步骤ii-1)的减小尺寸的塑料材料与上述步骤iii-1)中的粒子分级器接触,其中粒子分级器包含气流,并且其中粒子被分级或基本上除去,特别是通过使所述减小尺寸的材料通过空气逆流来进行。
在一些实施方案中,如果步骤ii-1)之后得到的减小尺寸的材料的尺寸分级包括使步骤ii-1)之后得到的所述减小尺寸的塑料材料与作为空气逆流的气流接触,则空气逆流的气流是可调的,其中可调参数包括气流速度、持续时间、方向和多重性。调节气流速度是指,能够将气流调节到不同气流速度或强度的范围内。调节气流持续时间是指,设置气流作用于在粉尘去除系统中除尘的减小尺寸的塑料废物的时间长短。调节气流方向是指,在气流接触到减小尺寸的塑料废物之前改变相对于减小尺寸的塑料废物流平均方向的气流平均方向。调节气流多重性是指,对积极用于在空气分级器或空气分级系统中的除尘步骤中的气流源的数量或量进行改变。
在一个实施方案中,气流速度为<10m/s,特别地为<5m/s。在另一个实施方案中,气流速度为>10m/s。在另一个实施方案中,气流速度为>10m/s,然后降至<10m/s,特别是<5m/s。在另一个实施方案中,气流速度为<5m/s,特别是<10m/s,然后提高到>10m/s。
在一个实施方案中,气流持续时间为<30s,尤其是<15s。在另一个实施方案中,气流持续时间是连续的。在另一个实施方案中,气流持续时间与塑料切碎机的操作同步,其中特别是如果减小尺寸的塑料废物被插入空气分级器系统中则气流是活跃的。在另一个实施方案中,气流的持续时间是连续的,或者任选地由本领域技术人员根据输入的减小尺寸的塑料材料通过空气分级器或回收系统所需的时间量来确定。
在一个实施方案中,没有气流周期性或频率并且气流是连续的。在另一个实施方案中,气流遵循周期性或频率模式。
在另一个实施方案中,气流是逆气流,其中逆气流的方向与提供给空气分级器的减小尺寸的塑料材料的流动方向逆流。在另一个实施方案中,气流是逆气流,其方向与提供给空气分级器的减小尺寸的塑料材料的流动方向逆流,其中气流的方向和减小尺寸的塑料材料的流动方向不在同一直线上,其中气流或减小尺寸的塑料废物流动的方向分别是指平均流动方向。在另一个实施方案中,所述气流的方向与所述减小尺寸的塑料材料的流动方向相反。在一个实施方案中,气流的方向使得当气流撞击在流动通过空气分级器的塑料废物上时,粉尘从减小尺寸的塑料废物的主体流中转向或被除去。
在一些实施方案中,气流是横向于减小尺寸的塑料材料流的错流。在一个特定实施方案中,气流是垂直于减小尺寸的塑料材料流的错流。
在一个实施方案中,气流源的数量为1个或2个或>2个或特别是>4个。在另一个实施方案中,气流包含1个或2个或>2个或特别是>4个分离阶段。在一个实施方案中,分离阶段对应于气流的特定速度。
在一些实施方案中,气流的速度在1至10m/s的范围内,优选地在3至5m/s的范围内。
在一些实施方案中,气流的持续时间最多为60秒,优选最多为30秒。
在一些实施方案中,空气分级进行不止一次。在一些实施方案中,空气分级进行2至6次,优选3次。
在一些实施方案中,可以使用如上概述的速度、持续时间、方向和多重性的特定组合,本领域技术人员基于包含一种或多种目标聚合物的特定塑料材料的最佳除尘结果将想到这些组合。
在一些实施方案中,气流可以具有限定的温度。在另一个实施方案中,可以使用加热或冷却装置来调节所述温度。在又一个实施方案中,所述温度等于环境温度或室温。
在一些实施方案中,上述步骤iii-1)包含非空气分级器的塑料材料尺寸分级器。
在一些实施方案中,非空气分级器的所述尺寸分级器是筛子,其中用筛子过滤减小尺寸的塑料材料,特别是通过使所述粉尘穿过所述筛子来进行,并且其中筛子的粒度透过性是可调节的。在一些实施方案中,筛子保留尺寸等于或大于300μm、优选等于或大于100μm的塑料材料。
在一个实施方案中,步骤iii-1)中的尺寸分级是通过包含筛子或空气分级器或其组合的尺寸分级器进行的。
本领域技术人员清楚的是,任何上述调节都可以进行优化,并且取决于所使用的具体材料和待过滤或分级的粒子的特定尺寸范围。
在另一个实施方案中,聚合物材料通过包含前述实施方案中的任一项的方法得到。
根据一些实施方案,根据上述步骤iv-1)得到悬浮液或溶液包括将所述热塑性目标聚合物至少部分溶解在容器、特别是包含溶剂的封闭和/或气密容器中的溶剂中,其中提供了用于搅拌悬浮液或溶液的搅拌器。搅拌器可以连接到所述容器和/或它可以设置在所述容器中。在一些实施方案中,可以在不连接到容器的情况下将搅拌器设置在容器内,例如通过将搅拌器从上方悬挂到容器中。然而,搅拌器通常连接到容器,特别是封闭和/或气密容器。悬浮液或溶液优选搅拌至少15分钟,特别是至少30分钟。优选地,将悬浮液或溶液搅拌少于6小时,特别是少于2小时(120分钟)。发现搅拌加速了热塑性目标聚合物在溶剂中的溶解。
在步骤vi-1)的一个实施方案中,如果溶液包含源自消费后塑料废物的至少一种聚合物,则添加用于脱色的溶液清洁步骤,并且添加附加的气味处理步骤。在一个实施方案中,脱色步骤是基于活性炭、漂白土和/或石英砂的混合物的吸附过程,并且气味处理步骤是基于料仓中连续的空气交换以使小球形式的引起气味的组分在气氛中产生浓度梯度的扩散过程。在一个实施方案中,脱色步骤是基于活性炭、漂白土和/或石英砂的混合物的吸附过程。在另一个实施方案中,气味处理步骤是基于料仓中连续的空气交换以使小球形式的引起气味的组分在气氛中产生浓度梯度的扩散过程。
在一些实施方案中,热塑性目标聚合物的平均分子量为50至20,000kDa,特别是100至4,000kDa,特别优选地是200至2,000kDa。在一些实施方案中,热塑性目标聚合物的数均分子量为50至20,000kDa,特别是100至4,000kDa,特别优选地是200至2,000kDa。
除了热塑性目标聚合物之外,还可以存在其他非目标聚合物。优选地,非目标聚合物在步骤iv-1)的条件下不溶于溶剂或在所述条件下具有比热塑性目标分子更低的溶解度。如果例如回收塑料废物,则非目标聚合物优选以比热塑性目标聚合物更小的程度存在。优选地,在悬浮液或溶液中,相对于溶解的聚合物的总量,非目标聚合物的溶解量小于5重量%,特别是小于3重量%,特别优选小于1重量%。
优选的是,在上述步骤iv-1)中将悬浮液或溶液加热至高于20℃的平均温度,特别是高于室温25℃的平均温度,特别优选高于40℃的平均温度。在一些实施方案中,悬浮液或溶液具有至少50℃、特别是至少80℃的平均温度。在一些实施方案中,在将热塑性目标聚合物溶解在溶剂中期间,在步骤iv-1)中将溶剂加热至20至160℃、特别是40至140℃、优选50至100℃的平均温度。在一些实施方案中,将悬浮液或溶液加热至60至180℃的平均温度。对于作为热塑性目标聚合物的低密度聚乙烯(LDPE),发现80至120℃的平均温度特别适合于溶解所述聚合物。对于作为热塑性目标聚合物的高密度聚乙烯(HDPE),发现100至140℃的平均温度特别适合于溶解所述聚合物。对于作为热塑性目标聚合物的聚丙烯(PP),发现120至160℃的平均温度特别适合于溶解所述聚合物。在一些实施方案中,在步骤iv-1)期间、特别是当溶解热塑性目标聚合物时在悬浮液或溶液的上述容器中的平均温度高于20℃,优选高于40℃,特别是高于60℃,特别优选高于80℃。这也可以是在包含所述溶剂或悬浮液的所述容器中的悬浮液或溶液的平均温度。
在一些实施方案中,在上述步骤iv-1)期间、特别是当溶解热塑性目标聚合物时,悬浮液或溶液的峰值温度高于20℃,优选高于40℃,特别是高于60℃,特别优选高于80℃。这也可以是包含所述溶剂或悬浮液的所述容器中的溶剂和/或悬浮液或溶液的峰值温度。应当理解,平均温度优选以即使不是全部,也是大部分热塑性目标聚合物溶解和/或保持溶解在所述溶剂中的方式来选择。
在一些实施方案中,纯化所述悬浮液或溶液包括通过机械固液分离来除去所述悬浮液或溶液的不溶解组分。在一些实施方案中,机械固液分离通过离心机实现。在一些实施方案中,筛子、特别是金属筛子,可以替代地或附加地用于机械固液分离。
在一些实施方案中,所述固液分离除去重量超过1000mg、特别是超过100mg、优选超过10mg的任何粒子。在一些实施方案中,固液分离除去尺寸大于50mg、特别是大于5mg、优选大于1μm的任何粒子。在固液分离之后,悬浮液优选分离成包含热塑性目标聚合物的溶液和固体粒子。
在一些实施方案中,上述步骤v-1)包括除去至少50重量%、特别是至少90重量%、优选99重量%的未溶解的任何物质,优选通过离心除去。
上述步骤iii-1)中提供的悬浮液或溶液优选包含选自如下中的一种或多种至少部分溶解的热塑性目标聚合物:聚苯乙烯(PS),特别是发泡聚苯乙烯(EPS);聚乙烯(PE);聚丙烯(PP);聚氯乙烯(PVC);聚酰胺(PA);苯乙烯-丙烯腈树脂(SAN);丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯(ASA);聚甲醛(POM);聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT);聚碳酸酯(PC);丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。聚乙烯(PE)优选选自高密度聚乙烯(HDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)或包含两者。发现所述方法特别适用于回收聚乙烯(PE),特别是低密度聚乙烯(LDPE)。
在一些实施方案中,上述步骤iv-1)在0.5bar至5bar、特别是0.8bar至2bar的压力下进行。在一些实施方案中,步骤iv-1)在1bar至1.2bar的压力下进行,特别是在大气压力下进行(在这种情况下不必施加附加的压力)。
在一些实施方案中,上述步骤i-1)和/或ii-1)和/或iii-1)和/或iv-1)和/或v-1)和/或vi-1)和/或vii-1)和/或viii-1)在含有小于15重量%的氧气、特别是小于5重量%的氧气、优选小于1重量%的氧气的环境中进行,特别是在液相和/或气相中进行。并非所有步骤都必须包含气相和液相环境。
在一些实施方案中,根据上述步骤iv-1),溶剂至少部分被回收以用于溶解热塑性目标聚合物,从而提供更多的包含溶解的热塑性目标聚合物的悬浮液或溶液。在一些实施方案中,用于再利用的溶剂通过溶剂的蒸发和冷凝和/或通过蒸馏来纯化,其中通过蒸发来除去杂质并保留溶剂。通常最好的方法取决于溶剂的沸点。
在一些实施方案中,在上述步骤v-1)中得到的浓缩的热塑性目标聚合物具有凝胶的稠度。于是它可以被称为热塑性目标聚合物凝胶。
在一些实施方案中,聚合物小球是在上述步骤viii-1)中形成的。在一些实施方案中,诸如箔、管、瓶、托盘、草坪网格或房屋建筑材料的产品由所述小球形成或直接由步骤vii-1)中得到的浓缩的热塑性目标聚合物通过吹塑、挤出、压制和/或注射成型来形成。在一些实施方案中,所述聚合物小球从挤出机的出口开口接收。
在一些实施方案中,上述步骤vii-1)包括在挤出之前形成聚合物熔体和/或在挤出之后使用小球切割器形成小球或产品。从这种聚合物熔体中更有效地除去残留溶剂。
优选地,提供包含溶解的热塑性目标聚合物的悬浮液或溶液通过溶解包含在塑料废物中的热塑性目标聚合物来实现。根据一些实施方案,根据上述步骤iv-1)得到包含溶解的热塑性目标聚合物的悬浮液或溶液是通过在将所述塑料废物插入到溶剂之前将包含热塑性目标聚合物的塑料废物减小尺寸、特别是切碎来实现。如果热塑性目标聚合物得自塑料废物,则切碎提高了溶解热塑性目标聚合物的速度和/或完全性。
本发明还涉及一种塑料废物回收系统,包含如下项目:
1)包含用于塑料废物的减小尺寸装置、特别是切碎机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤ii-1);
2)包含空气分级器的站点以特别地用于实施如上所述的步骤iii-1);
3)优选用于洗涤减小尺寸的塑料废物的站点;
4)包含容器的站点以特别地用于实施如上所述的步骤iv-1),其中所述容器包含搅拌器和/或加热系统;
5)优选包含用于固液分离的离心机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤v-1);
6)包含过滤单元或蒸发单元的站点以特别地用于实施如上所述的步骤vii-1);
7)优选包含用于制造聚合物小球的塑料挤出机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤viii-1),特别是其中所述塑料挤出机具有加热单元或连接到加热单元以用于加热所述热塑性目标聚合物,
其中所述塑料废物回收系统具有传输系统,所述传输系统按上述顺序将材料从每个站点传输到下一个站点。
在一些实施方案中不实施任选的站点,并且如果不实施,则传输系统传输到实施的下一个站点。也可以实施未明确描述的附加站点。
所述容器包含溶剂和/或用于搅拌废物的搅拌器。搅拌器可以连接到所述容器和/或它可以设置在所述容器中。在一些实施方案中,容器可以是罐,特别是封闭罐。容器可以是体积为1m3至100m3、特别是5m3至50m3、特别优选20m3至40m3的罐。
优选地,塑料废物回收系统适用于实施上述方法。
优选地,容器包含用于至少部分地溶解塑料废物的有机溶剂。
用于上述方法的任何装置也可以优选地是塑料废物回收系统的一部分。
本发明还涉及上述塑料废物回收系统用于实施上述方法的用途。
在上述背景下,如下连续编号的实施方案提供了本发明的其他具体方面:
1.一种对包含至少一种目标聚合物的塑料材料进行回收的方法,其中所述方法包括如下除尘步骤:
i-1)提供所述塑料材料,特别是塑料废物;
ii-1)将所述塑料材料减小尺寸;
iii-1)通过粒度和/或粒子重量,特别是通过筛分或使所述减小尺寸的塑料材料与气流接触,优选通过使所述减小尺寸的塑料材料通过空气逆流或其组合对步骤ii-1)之后得到的减小尺寸的材料进行分级;
其中在步骤iii-1)之后得到的减小尺寸的塑料材料基本上不含颗粒物质,并且其中基本上不含颗粒物质是指,至少99重量%的<300μm、特别是<100μm的粒子已经从减小尺寸的塑料材料中除去。
2.根据实施方案1所述的方法,还包括塑料回收工艺、特别是基于溶剂的回收工艺的步骤。
3.根据实施方案1或2中任一项所述的方法,其中所述得到的材料具有1mm至25mm、优选100μm至25mm、特别是10μm至25mm的粒度分布。
4.根据实施方案1至3中任一项所述的方法,还包括如下附加步骤:
iv-1)向在步骤iii-1)之后得到的材料中加入溶剂或溶剂混合物以得到包含所述目标聚合物的溶液或悬浮液,优选使用加热系统,其中所述目标聚合物基本上可溶于所述溶剂或溶剂混合物。
5.根据实施方案4所述的方法还包括如下附加步骤:
v-1)优选对在步骤iv-1)之后得到的所述溶液或悬浮液进行纯化,特别是通过机械固液分离来进行纯化;
vi-1)任选地,如果溶液包含源自消费后的塑料废物的至少一种聚合物,则添加用于脱色的溶液清洁步骤和附加的气味处理步骤;
vii-1)从所述溶液或悬浮液中分离所述目标聚合物;
viii-1)优选对所述目标聚合物进行脱气和/或挤出。
6.根据实施方案1至5中任一项所述的方法,其中所述目标聚合物是热塑性聚合物。
7.根据实施方案1至6中任一项所述的方法,其中所述目标聚合物选自包含聚烯烃、聚酰胺及其组合的组。
8.根据实施方案1至7中任一项所述的方法,其中所述目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)。
9.根据实施方案1至8中任一项所述的方法,其中步骤ii-1)通过选自切碎机、研磨机、削片机、制粒机、锤磨机、剪切切碎机和通用切碎机中的减小尺寸装置来进行。
10.根据实施方案9所述的方法,其中步骤ii-1)在单轴切碎机、特别是在冷却的单轴切碎机中进行。
11.根据实施方案1至10中任一项所述的方法,其中步骤iii-1)在空气分级器、特别是在锯齿形空气分级器中进行。
12.通过如实施方案1至11中任一项所定义的方法得到的聚合物材料。
13.一种塑料废物回收系统,特别是用于实施实施方案1至11中任一项所述的方法的塑料废物回收系统,包含如下项目:
1)包含用于塑料废物的减小尺寸装置、特别是切碎机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤ii-1);
2)包含空气分级器的站点以特别地用于实施如上所述的步骤iii-1);
3)优选用于洗涤减小尺寸的塑料废物的站点;
4)包含容器的站点以特别地用于实施如上所述的步骤iv-1),其中所述容器包含搅拌器和/或加热系统;
5)优选包含用于固液分离的离心机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤v-1);
6)包含过滤单元或蒸发单元的站点以特别地用于实施如上所述的步骤vii-1);
7)优选包含用于制造聚合物小球的塑料挤出机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤viii-1),特别是其中所述塑料挤出机具有加热单元或连接到加热单元以用于加热所述热塑性目标聚合物,
其中所述塑料废物回收系统具有传输系统,所述传输系统按上述顺序将材料从每个站点传输到下一个站点。
本发明的目的是提供一种回收塑料材料、特别是塑料废物的改进方法,所述方法是以溶解目标聚合物、特别是热塑性目标聚合物,随后进行液液提取为基础的。这种方法能够消除笼困在聚合物链之间的那些杂质,这只有在聚合物溶解的情况下才有可能。在溶解的同时,聚合物链之间的距离增加,这有助于将杂质释放到溶液中。通过液液提取除去不需要的组分。结果,得到了基本上不含杂质的聚合材料。以这种方式加工的材料品质可与原始聚合物相媲美。因此,制得的回收的聚合物材料能够基本不受限制地再利用。此外,这种方法对进料材料的品质要求较低,这使得能够回收更复杂的多组分结构,例如有色塑料。染色和着色塑料通常会给材料回收设施带来麻烦,因为它们的市场价值要低得多,而且更难回收。透明塑料在回收材料市场上一直是优选的,主要是因为透明塑料通常能够在具有更大灵活性的条件下被染色。所述问题能够通过引入附加的预分类步骤来解决,然而这会明显增加回收工艺的成本。使用所述方法,能够通过液液提取来高效地除去不需要的着色剂。使用所述方法也能够高效除去其他不需要的杂质,例如引起气味的物质或热稳定剂。例如,脂肪酸的降解产物可能会导致塑料材料产生难闻的气味,这限制了其在食物包装中的进一步应用。最终减少杂质的量对回收材料的机械性能和加工性能产生积极影响。本发明的另一个目的是提供一种塑料废物回收系统,以用于回收包含热塑性目标聚合物的塑料废物。
因此,在一个实施方案中,本发明涉及一种对包含至少一种热塑性目标聚合物的塑料材料进行回收的方法,其中所述方法包括如下步骤:
i-2)特别是通过优选使用加热系统将溶剂或溶剂混合物添加到所述塑料材料、特别是塑料废物或预处理的塑料废物中来提供包含所述热塑性目标聚合物的悬浮液或溶液,其中所述热塑性目标聚合物基本上可溶于所述溶剂或所述溶剂混合物;
ii-2)优选纯化所述溶液或悬浮液,优选通过机械固液分离来进行纯化;
iii-2)优选使用加热系统将液体提取剂与所述溶液或悬浮液混合以制造多相系统,优选双相系统,其中所述提取剂是目标聚合物的非溶剂,其中所述溶剂或所述溶剂混合物与所述提取剂基本上不混溶,并且其中所述提取剂和所述溶剂或所述溶剂混合物具有基本上不同的密度;
iv-2)将包含热塑性目标聚合物的级分与包含提取剂的级分分离。
在一个实施方案中,对包含至少一种目标聚合物的塑料材料进行回收的方法包括如下附加步骤:
v-2)将所述热塑性目标聚合物与步骤iv-2)之后得到的溶液分离;
vi-2)优选对所述热塑性目标聚合物进行脱气和/或挤出。
在一个实施方案中,所述预处理的塑料废物通过包括如下步骤的方法得到:
i-2-a)使所述材料与液体接触以制造悬浮液;
ii-2-b)纯化在步骤i-2-a)中得到的悬浮液,特别是通过机械固液分离来进行纯化。
令人惊讶地发现,将液液提取步骤一体化到塑料的基于溶剂的回收中能够有效除去不需要的杂质,特别是颜料,从而提供具有原始状品质的目标聚合物。
上述步骤i-2)至vi-2)并不一定表示步骤的特定顺序或数量。然而,优选地,所述方法的步骤以递增的数字,即以如上所示的顺序来实现。所述步骤中的一些可以是任选的并且在一些实施方案中不实施任选的步骤。例如,在一个实施方案中,可以在步骤i-2)之后直接跟随步骤iii-2)而无需实施步骤ii-2)。此外,上面显示的步骤不排除未明确提及的附加步骤。例如,在一些实施方案中,包含热塑性目标聚合物的塑料废物可以在步骤i-2)之前进行分类。
根据一些实施方案,根据步骤i-2)向所述材料添加溶剂或溶剂混合物以得到包含所述热塑性目标聚合物的溶液或悬浮液是通过在升高的温度下溶解热塑性目标聚合物来实现的。
根据一些实施方案,根据步骤i-2)向所述材料添加溶剂或溶剂混合物以得到包含所述热塑性目标聚合物的溶液或悬浮液包括在包含溶剂的容器、特别是封闭和/或气密的容器中将所述热塑性目标聚合物至少部分地溶解在所述溶剂或所述溶剂混合物中,其中提供用于搅拌悬浮液或溶液的搅拌器。搅拌器可以连接到所述容器和/或它可以设置在所述容器中。在一些实施方案中,可以在不连接到容器的情况下将搅拌器设置在容器内,例如通过将搅拌器从上方悬挂到容器中。然而,搅拌器通常连接到容器,特别是封闭和/或气密容器。悬浮液或溶液优选搅拌至少15分钟,特别是至少30分钟。优选地,将悬浮液或溶液搅拌少于6小时,特别是少于2小时(120分钟)。发现搅拌加速了热塑性目标聚合物在溶剂中的溶解。
在一些实施方案中,目标聚合物是热塑性聚合物。在一些实施方案中,所述热塑性聚合物选自包含聚烯烃、聚酰胺(PA)及其组合的组。
在一些实施方案中,热塑性目标聚合物选自:聚苯乙烯(PS)、特别是发泡聚苯乙烯(EPS);聚乙烯(PE);聚丙烯(PP);聚氯乙烯(PVC);聚酰胺(PA);苯乙烯-丙烯腈树脂(SAN);丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯(ASA);聚甲醛(POM);聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT);聚碳酸酯(PC);丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。特别合适的热塑性目标聚合物是聚乙烯(PE),特别是低密度聚乙烯(LDPE)和/或高密度聚乙烯(HDPE)。
在一些实施方案中,热塑性目标聚合物的平均分子量为50至20,000kDa,特别是100至4,000kDa,特别优选地是200至2,000kDa。在一些实施方案中,热塑性目标聚合物的数均分子量为50至20,000kDa,特别是100至4,000kDa,特别优选地是200至2,000kDa。
在一些实施方案中,热塑性目标聚合物以相对于所述溶剂或溶剂混合物与溶解的聚合物的总重量为不少于5重量%、更优选不少于7重量%、特别是不少于10重量%的量溶解在所述溶剂或所述溶剂混合物中。
除了目标聚合物之外,还可以存在其他非目标聚合物。优选地,非目标聚合物在步骤i-2)的条件下不溶于溶剂或在所述条件下具有比目标聚合物更低的溶解度。如果例如回收塑料废物,则非目标聚合物优选以比目标聚合物更小的程度存在。优选地,相对于溶剂和溶解的聚合物的总重量,非目标聚合物的溶解量小于1重量%,特别是小于0.5重量%。
优选的是,在步骤i-2)中将悬浮液或溶液加热至高于20℃的平均温度,特别是高于室温25℃的平均温度,特别优选高于40℃的平均温度。在一些实施方案中,悬浮液或溶液具有至少50℃、特别是至少80℃的平均温度。在一些实施方案中,在将热塑性目标聚合物溶解在溶剂中期间,在步骤i-2)中将溶剂加热至20至160℃、特别是40至140℃、优选50至100℃的平均温度。在一些实施方案中,将悬浮液或溶液加热至60至180℃的平均温度。对于作为热塑性目标聚合物的低密度聚乙烯(LDPE),发现80至120℃的平均温度特别适合于溶解所述聚合物。对于作为热塑性目标聚合物的高密度聚乙烯(HDPE),发现100至140℃的平均温度特别适合于溶解所述聚合物。对于作为热塑性目标聚合物的聚丙烯(PP),发现120至160℃的平均温度特别适合于溶解所述聚合物。在一些实施方案中,在步骤i-2)期间、特别是当溶解热塑性目标聚合物时在悬浮液或溶液的上述容器中的平均温度高于20℃,优选高于40℃,特别是高于60℃,特别优选高于80℃。这也可以是在包含所述溶剂或悬浮液的所述容器中的悬浮液或溶液的平均温度。在一些实施方案中,步骤i-2)在比所述溶剂的沸点低超过5K、特别是超过10K的温度下进行。
在一些实施方案中,在步骤i-2)期间、特别是当溶解热塑性目标聚合物时,悬浮液或溶液的峰值温度高于20℃,优选高于40℃,特别是高于60℃,特别优选高于80℃。这也可以是包含所述溶剂或悬浮液的所述容器中的溶剂和/或悬浮液或溶液的峰值温度。应当理解,平均温度优选以即使不是全部,也是大部分热塑性目标聚合物溶解和/或保持溶解在所述溶剂中的方式来选择。
在一些实施方案中,纯化所述悬浮液或溶液包括通过机械固液分离来除去所述悬浮液或溶液的不溶解组分。在一些实施方案中,机械固液分离通过离心机实现。在一些实施方案中,筛子、特别是金属筛子,可以替代地或附加地用于机械固液分离。
在一些实施方案中,所述固液分离除去重量超过1000mg、特别是超过100mg、优选超过10mg的任何粒子。在一些实施方案中,固液分离除去重量大于50mg、特别是大于5mg、优选大于1mg的任何粒子。在固液分离之后,悬浮液优选分离成包含热塑性目标聚合物的溶液和固体粒子。
在一些实施方案中,步骤ii-2)包括除去至少50重量%、特别是至少90重量%、优选99重量%的未溶解的任何物质,优选通过离心除去。
在一些实施方案中,离心机是气密离心机,特别是其中悬浮液可以在气密条件下离心。
在一些实施方案中,离心机内的氧气含量特别优选地相对于离心机内悬浮液的总重量和/或相对于离心机内的气体组合物为低于15重量%,特别是低于10重量%,优选低于7重量%。
在步骤i-2)中得到的悬浮液或溶液优选包含选自如下中的一种或多种至少部分溶解的目标聚合物:聚苯乙烯(PS)、特别是发泡聚苯乙烯(EPS);聚乙烯(PE);聚丙烯(PP);聚氯乙烯(PVC);聚酰胺(PA);苯乙烯-丙烯腈树脂(SAN);丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯(ASA);聚甲醛(POM);聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT);聚碳酸酯(PC);丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。聚乙烯(PE)优选选自高密度聚乙烯(HDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)或包含两者。发现所述方法特别适用于回收聚乙烯(PE),特别是低密度聚乙烯(LDPE)。
在一些实施方案中,用于溶解热塑性目标聚合物的溶剂是单一有机溶剂或包含至少一种有机溶剂的混合物,优选两种或更多种有机溶剂的混合物。在一些实施方案中,所述有机溶剂是脂族或芳族烃。它们可以是饱和的或不饱和的。在一些实施方案中,它们包含环状有机化合物。甲酸、乙酸、酮如醋酮或丙酮和醇如甲醇或乙醇或多元醇如乙二醇或2-丙醇或其混合物也可能是合适的。以溶解热塑性目标聚合物的方式选择溶剂。对于聚乙烯(PE),特别是低密度聚乙烯(LDPE),发现庚烷是特别合适的溶剂,特别是在85至95℃和/或在0.8至1.2bar的压力下。对于聚乙烯(PE),特别是高密度聚乙烯(HDPE),发现庚烷是特别合适的溶剂,特别是在105至115℃和/或在1至2bar的压力下。对于聚丙烯(PP),发现辛烷是特别合适的溶剂,特别是在125至135℃的平均温度下。对于PVC,发现丙酮是特别合适的溶剂,特别是在80至160℃的平均温度下。对于聚酰胺(PA),特别是聚酰胺6,发现丙二醇是特别合适的溶剂,优选在80至160℃的平均温度下。
在一些实施方案中,步骤i-2)中的溶液或悬浮液相对于所述溶剂或溶剂混合物与溶解的聚合物的总重量含有10重量%或更多的所述热塑性目标聚合物。
在一些实施方案中,步骤i-2)在低于6bar、特别是低于2bar的压力下进行。在一些实施方案中,步骤i-2)在1bar至1.2bar的压力下进行,特别是在大气压力下进行(在这种情况下不必施加附加的压力)。
在一些实施方案中,仅存在单一热塑性目标聚合物。在其他实施例中,制造目标聚合物的共混物并且可用于制造小球。
在一些实施方案中,所述热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)并且所述溶剂选自包含烷烃、异烷烃和环烷烃的组。
在一些实施方案中,所述热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)或聚丙烯(PP)并且所述溶剂是正庚烷或正壬烷。
在一些实施方案中,所述热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)并且所述溶剂是正庚烷。
在一些实施方案中,所述热塑性目标聚合物是聚丙烯(PP)并且所述溶剂是正壬烷。
在一些实施方案中,所述热塑性目标聚合物是聚酰胺(PA)并且所述溶剂是丙二醇。
优选地,用于热塑性目标聚合物的溶剂包含至少80重量%的有机溶剂,特别是至少90重量%的有机溶剂,特别优选的是至少95重量%的有机溶剂。所述溶剂中的水含量—如果有的话—优选低于20重量%,特别是低于10重量%。在一些实施方案中,悬浮液或溶液还可包含具有上述组成的溶剂。
优选地,用于热塑性目标聚合物的溶剂包含至少60重量%的有机溶剂,特别是至少80重量%的有机溶剂,特别优选的是至少90重量%的有机溶剂。所述溶剂中的水含量—如果有的话—优选低于40重量%,特别是低于20重量%,更好是低于10重量%。在一些实施方案中,悬浮液或溶液还可包含具有上述组成的溶剂。
根据一些实施方案,根据步骤iii-2)混合液体提取剂在容器、特别是包含用于搅拌混合物的搅拌器的封闭和/或气密容器中进行。搅拌器可以连接到所述容器和/或它可以设置在所述容器中。在一些实施方案中,可以在不连接到容器的情况下将搅拌器设置在容器内,例如通过将搅拌器从上方悬挂到容器中。然而,搅拌器通常连接到容器,特别是封闭和/或气密容器。混合物优选搅拌至少15分钟,特别是至少30分钟。优选地,将悬浮液或溶液搅拌少于2小时,特别是少于1小时。
在一些实施方案中,所述提取剂选自包含以下的组:酮如丙酮、丁酮;酯如乙酸乙酯、乙酸苄酯;有机酸如甲酸或乙酸;和水。
在一些实施方案中,相对于提取剂和溶解的聚合物的总重量,所述热塑性目标聚合物以小于1重量%、特别是小于0.5重量%的量溶解在所述提取剂中。
在一些实施方案中,不需要的杂质,特别是着色剂、颜料、降解产物,在所述提取剂中的溶解度比在所述溶剂中的溶解度高至少5倍,更优选至少10倍。
在一些实施方案中,所述溶剂和所述提取剂的密度相差大于0.05g/cm3,特别是大于0.10g/cm3。
在一些实施方案中,所述溶剂的沸点与所述提取剂的沸点相差不超过10K,特别是不超过5K。
根据一些实施方案,根据步骤iii-2)混合液体提取剂是在升高的温度下进行的。
在一些实施方案中,根据步骤iv-2)将包含热塑性目标聚合物的级分与包含提取剂的级分分离是在沉降器中进行的(图2)。步骤iii-2)中得到的混合物通过泵送涡轮机以乳液的形式传输到沉降器中。重相和轻相液体通过重力分离。在沉降器的末端,安置两个单独的堰以分别收集包含热塑性目标聚合物的级分和包含提取剂的级分。
在一些实施方案中,上述步骤iii-2)和iv-2)在混合沉降器提取器中以连续模式进行(图3)。其中得到根据步骤iii-2)的混合物的容器和沉降器一体化为一个系统。
在一些实施方案中,上述步骤iii-2)和iv-2)在转盘提取器中进行(图4)。转盘提取器由一个旋转的分段圆筒构成。将包含热塑性目标聚合物的溶液放入腔室中,并使得提取剂在一个或多个位置从上方进入腔室。材料连续输送,并且提取剂流过腔室。提取剂通过腔室中的材料以从材料中除去杂质,然后通过转子下方的底壁流出而进入收集室以将其除去。
在一些实施方案中,将所述热塑性目标聚合物与步骤iv-2)中得到的溶液分离通过过滤来进行。
在一些实施方案中,将所述热塑性目标聚合物与步骤iv-2)中得到的溶液分离通过蒸发来进行。
在一些实施方案中,将所述热塑性目标聚合物与上述步骤iv-2)中得到的溶液分离通过闪蒸来进行。
在一些实施方案中,上述步骤i-2-a)中的平均温度比步骤i-2)中的平均温度低超过5K,尤其是超过10K。
在一些实施方案中,上述步骤i-2)和/或ii-2)和/或iii-2)和/或iv-2)和/或v-2)和/或vi-2)在含有小于15重量%的氧气、特别是小于5重量%的氧气、优选小于1重量%的氧气的环境中进行,特别是在液相和/或气相中进行。并非所有步骤都必须包含气相和液相环境。
在一些实施方案中,根据步骤i-2),溶剂至少部分被回收以用于溶解热塑性目标聚合物,从而提供更多的包含溶解的热塑性目标聚合物的悬浮液或溶液。在一些实施方案中,用于再利用的溶剂通过溶剂的蒸发和冷凝和/或通过蒸馏来纯化,其中通过蒸发来除去杂质并保留溶剂。通常最好的方法取决于溶剂的沸点。然而,在一些实施方案中,纯化不是必需的并且溶剂可以直接再利用。
在一些实施方案中,在上述步骤v-2)中得到的浓缩的热塑性目标聚合物具有凝胶的稠度。于是它可以被称为目标聚合物凝胶。
在一些实施方案中,聚合物小球在上述步骤vi-2)中形成。在一些实施方案中,诸如箔、管、瓶、托盘、草坪网格或房屋建筑材料的产品由所述小球形成或直接由步骤v-2)中得到的浓缩的热塑性目标聚合物通过吹塑、挤出、压制和/或注射成型来形成。在一些实施方案中,所述聚合物小球从挤出机的出口开口接收。
在一些实施方案中,步骤vi-2)包括在挤出之前形成聚合物熔体和/或在挤出之后使用小球切割器形成小球或产品。从这种聚合物熔体中更有效地除去残留溶剂。
在一些实施方案中,根据步骤v-2)从溶液中分离所述热塑性目标聚合物是指,除去至少50重量%、特别是至少75重量%、优选至少90重量%的溶剂。在一些实施方案中,除去至少99重量%的溶剂。
在一些实施方案中,所述塑料材料选自包含消费使用后的聚合物、工业使用后的聚合物及其组合的组。
在用于回收塑料废物的方法的一些实施方案中,至少50重量%、优选至少80重量%、特别是90重量%的塑料废物是塑料,其中所述塑料还包含热塑性目标聚合物。在一些实施方案中,至少50重量%、优选至少80重量%、特别是90重量%的塑料废物是热塑性目标聚合物。在一些实施方案中,至少10重量%、优选至少20重量%、特别是50重量%的塑料废物是非塑料的。
在优选的实施方案中,塑料废物制成至少80重量%、优选至少90重量%的所述热塑性目标聚合物,特别是单一聚合物或两种或三种聚合物的混合物。
所述塑料废物的预处理可以包括对所述塑料材料进行分类。然而,在一些实施方案中,使用混合塑料废物并且很少或不进行分类。
或者,所述塑料废物的预处理可以包括在将塑料废物插入溶剂之前对塑料废物进行洗涤,例如用水洗涤。洗涤除去一些杂质。在一些实施方案中,洗涤通过使所述材料与液体接触以制造悬浮液,随后纯化得到的悬浮液来进行,所述纯化特别地通过机械固液分离来进行。在一些实施方案中,所述液体是水。在一些实施方案中,洗涤可以包括用水在超过40℃、特别是超过80℃的平均温度下洗涤。用水洗涤还可以使用摩擦洗涤机,特别是其中转子输送塑料废物和/或水沿与塑料废物相反的方向输送。通过转子和水的摩擦来除去杂质。在一些实施方案中,不存在利用摩擦洗涤机进行的这种步骤并且直接使用切碎的塑料废物。如果回收源自工业后残留物的塑料废物,则可能就是这种情况。对于源自消费品的塑料废物,所述洗涤步骤通常是有利的。
根据一些实施方案,在将所述塑料材料插入所述溶剂或所述溶剂混合物之前,以切碎包含目标聚合物的塑料废物的方式对所述塑料废物进行预处理。如果目标聚合物得自塑料废物,则切碎提高了目标聚合物溶解的速度和/或完全性。
在一些实施方案中,所述塑料废物含有聚乙烯(PE)和铝,优选聚乙烯、铝和纸。在一些实施方案中,至少60重量%、特别是至少80重量%、优选至少90重量%的塑料废物由所述材料构成。
在一些实施方案中,塑料废物至少部分地得自包装材料和/或箔。在一些实施方案中,至少60重量%、特别是至少80重量%、优选至少90重量%的塑料废物由包装材料和/或箔构成。
在一些实施方案中,所述塑料废物至少部分地得自汽车零件。在一些所述实施方案中,至少60重量%、特别是至少80重量%、优选至少90重量%的塑料废物由汽车零件构成。
在一些其他实施方案中,塑料废物包括选自如下中的至少一种类型的物体:罐、杯、箔、可收缩管、塑料袋。在一些实施方案中,塑料废物是包含选自如下中的至少两种或三种类型的物体的混合废物:罐、杯、箔、可收缩管、塑料袋。所述类型的物体优选占所述塑料废物总重量的至少20重量%,特别是至少40重量%,优选至少60重量%。
本发明还涉及聚合物材料,所述聚合物材料在具有一体化的提取步骤的用于基于溶剂回收包含至少一种热塑性目标聚合物的塑料材料的方法中得到。
本发明还涉及具有一体化的提取步骤的用于基于溶剂回收包含至少一种热塑性目标聚合物的塑料材料的方法的用途,优选用于回收塑料废物,特别是城市固体废物,优选用于本发明中所述的类型和/或组成的塑料废物。
本发明还涉及一种塑料废物回收系统,所述系统包含如下项目:
1)优选包含用于塑料废物的减小尺寸装置、特别是切碎机的站点;
2)优选用于洗涤减小尺寸的塑料废物的站点;
3)包含容器的站点以特别地用于实施如上所述的步骤i-2),其中所述容器包含搅拌器和/或加热系统;
4)优选包含用于固液分离的离心机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤ii-2);
5)包含混合器-沉降器单元或转盘提取器的站点以特别地用于实施如上所述的步骤iii-2)和iv-2);
6)包含过滤单元或蒸发单元的站点以特别地用于实施如上所述的步骤v-2);
7)优选包含用于制造聚合物小球的塑料挤出机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤vi-2),特别是其中所述塑料挤出机具有加热单元或连接到加热单元以用于加热所述热塑性目标聚合物,
其中所述塑料废物回收系统具有传输系统,所述传输系统按上述顺序将材料从每个站点传输到下一个站点。
在一些实施方案中不实施任选的站点,并且如果不实施,则传输系统传输到实施的下一个站点。也可以实施未明确描述的附加站点。
所述容器包含溶剂和/或用于搅拌废物的搅拌器。搅拌器可以连接到所述容器和/或它可以设置在所述容器中。在一些实施方案中,容器可以是罐,特别是封闭罐。容器可以是体积为1m3至100m3、特别是5m3至50m3、特别优选20m3至40m3的罐。
优选地,塑料废物回收系统适用于实施上述方法。
优选地,容器包含用于至少部分地溶解塑料废物的有机溶剂。
用于上述方法的任何装置也可以优选地是塑料废物回收系统的一部分。
本发明还涉及上述塑料废物回收系统的用于实施上述方法的用途。
在上述背景下,如下连续编号的实施方案提供了本发明的其他具体方面:
1.一种对包含至少一种热塑性目标聚合物的塑料材料进行回收的方法,其中所述方法包括如下步骤:
i-2)特别是通过优选使用加热系统将溶剂或溶剂混合物添加到所述塑料材料、特别是塑料废物或预处理的塑料废物中来提供包含所述热塑性目标聚合物的悬浮液或溶液,其中所述热塑性目标聚合物基本上可溶于所述溶剂或所述溶剂混合物;
ii-2)优选纯化所述溶液或悬浮液,优选通过机械固液分离来进行纯化;
iii-2)优选使用加热系统将液体提取剂与所述溶液或悬浮液混合以制造多相系统,优选双相系统,其中所述提取剂是目标聚合物的非溶剂,其中所述溶剂或所述溶剂混合物与所述提取剂基本上不混溶,并且其中所述提取剂和所述溶剂或所述溶剂混合物具有基本上不同的密度;
iv-2)将包含热塑性目标聚合物的级分与包含提取剂的级分分离。
2.根据实施方案1所述的方法,还包括如下步骤:
v-2)将所述热塑性目标聚合物与步骤iv-2)之后得到的溶液分离;
vi-2)优选对所述热塑性目标聚合物进行脱气和/或挤出。
3.根据实施方案1或2中任一项所述的方法,其中所述预处理的塑料废物通过包括如下步骤的方法得到:
i-2-a)使所述材料与液体接触以制造悬浮液;
i-2-b)纯化在步骤i-2-a)中得到的悬浮液,特别是通过机械固液分离来进行纯化。
4.根据实施方案1至3中任一项所述的方法,其中相对于提取剂和溶解的聚合物的总重量,所述热塑性目标聚合物以小于1重量%、特别是小于0.5重量%的量溶解在所述提取剂中。
5.根据实施方案1至4中任一项所述的方法,其中所述溶剂和所述提取剂的密度相差大于0.05g/cm3,特别是大于0.10g/cm3。
6.根据实施方案1至5中任一项所述的方法,其中所述溶剂的沸点与所述提取剂的沸点相差不超过10K,特别是不超过5K。
7.根据实施方案1至6中任一项所述的方法,其中步骤iii-2)和iv-2)在转盘提取器中进行。
8.根据实施方案1至6中任一项所述的方法,其中步骤iii-2)和iv-2)在混合器-沉降器提取器中进行
9.根据实施方案1至8中任一项所述的方法,其中所述塑料材料选自包含消费使用后的聚合物、工业使用后的聚合物及其组合的组。
10.根据实施方案1至9中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物选自包含聚烯烃、聚酰胺(PA)及其组合的组。
11.根据实施方案1至10中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)。
12.根据实施方案1至11中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)并且所述溶剂选自包含烷烃、异烷烃和环烷烃的组。
13.根据实施方案1至12中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)并且所述溶剂是正庚烷。
14.根据实施方案1至10中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物是聚丙烯(PP)并且所述溶剂是正壬烷。
15.根据实施方案1至10中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物是聚酰胺(PA)并且所述溶剂是丙二醇。
16.根据实施方案1至15中任一项所述的方法,其中所述提取剂选自包含酮、酯、有机酸和水的组。
17.根据实施方案1至16中任一项所述的方法,其中相对于所述溶剂或溶剂混合物与溶解的聚合物的总重量,步骤i-2)中的溶液或悬浮液含有10重量%或更多的所述热塑性目标聚合物。
18.根据实施方案1至17中任一项所述的方法,其中步骤i-2)在比所述溶剂的沸点低超过5K、特别是超过10K的温度下进行。
19.根据实施方案1至18中任一项所述的方法,其中步骤i-2)在低于6bar、更优选低于2bar的压力下进行,特别是在大气压下进行。
20.根据实施方案1至19中任一项所述的方法,其中在步骤i-2-a)中平均温度比步骤i-2)中的低超过5K,尤其是低超过10K。
21.通过如实施方案1至20中任一项所定义的方法得到的聚合物材料。
22.一种塑料废物回收系统,特别是用于实施实施方案1至20中任一项所述的方法的塑料废物回收系统,包含如下项目:
1)优选包含用于塑料废物的减小尺寸装置、特别是切碎机的站点;
2)优选用于洗涤减小尺寸的塑料废物的站点;
3)包含容器的站点以特别地用于实施如上所述的步骤i-2),其中所述容器包含搅拌器和/或加热系统;
4)优选包含用于固液分离的离心机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤ii-2);
5)包含混合器-沉降器单元或转盘提取器的站点以特别地用于实施如上所述的步骤iii-2)和iv-2);
6)包含过滤单元或蒸发单元的站点以特别地用于实施如上所述的步骤v-2);
7)优选包含用于制造聚合物小球的塑料挤出机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤vi-2),特别是其中所述塑料挤出机具有加热单元或连接到加热单元以用于加热所述热塑性目标聚合物,
其中所述塑料废物回收系统具有传输系统,所述传输系统按上述顺序将材料从每个站点传输到下一个站点。
在一个实施方案中,本发明的主题还涉及一种基于溶剂回收包含至少一种热塑性目标聚合物的塑料材料的方法,所述方法具有将功能性固体助剂添加到包含热塑性目标聚合物的溶液中的一体化步骤。它还涉及通过这种回收方法得到的聚合物材料。
本发明的另一个目的是提供一种回收塑料材料的改进方法,所述方法使得添加剂在聚合物基质中实现完美分布。因此,所述方法能够选择添加剂的最佳剂量,以在提高稳定性和避免对最终回收产物的功能特性产生负面影响之间保持平衡。所述效果通过溶解热塑性目标聚合物,随后在剧烈搅拌下将不溶性固体添加剂添加到所得溶液中来实现。在溶解的同时,聚合物链之间的距离明显增加。这反过来,使添加剂更容易渗透到分子链之间的区域,并有助于添加剂在热塑性目标聚合物的溶液中均匀统计分布,而不管溶解的聚合物的浓度如何。所述工艺在搅拌下进行,特别是剧烈搅拌以保持混合物的稳定性下进行。当溶剂被快速、特别是通过闪蒸除去时,添加剂几乎均匀地分布在聚合物基质中。因此,与现有技术的方法相比,所述方法能够使用较少量的添加剂得到具有所需特性的产物。
因此,本发明涉及一种对包含至少一种热塑性目标聚合物的塑料材料进行回收的方法,其中所述方法包括如下步骤:
i-3)特别是通过优选使用加热系统将溶剂或溶剂混合物添加到所述塑料材料、特别是塑料废物或预处理的塑料废物中来提供包含所述热塑性目标聚合物的悬浮液或溶液,其中所述热塑性目标聚合物基本上可溶于所述溶剂或所述溶剂混合物;
ii-3)优选纯化所述溶液或悬浮液,优选通过机械固液分离来进行纯化;
iii-3)优选使用加热系统,在搅拌下、特别是在使用搅拌器的搅拌下向所述溶液或悬浮液添加固体添加剂,其中所述固体添加剂基本上不溶于所述溶剂或所述溶剂混合物。
在一个实施方案中,对包含至少一种热塑性目标聚合物的塑料材料进行回收的方法包括如下附加步骤:
iv-3)通过对步骤iii-3)中得到的混合物进行闪蒸来分离包含所述添加剂的所述热塑性目标聚合物;
v-3)优选对所述热塑性目标聚合物进行脱气和/或挤出。
在一些实施方案中,包含所述溶解的热塑性目标聚合物的所述悬浮液或溶液通过优选使用加热系统将溶剂或溶剂混合物添加到所述塑料材料、特别是塑料废物或预处理的塑料废物中来得到,其中所述热塑性目标聚合物基本上可溶于所述溶剂或所述溶剂混合物。
令人惊奇地发现,包括步骤i-3)至v-3)的用于回收塑料材料的方法能够得到功能性助剂在聚合物基质中几乎均匀分布的回收聚合物。
上述步骤i-3)至v-3)并不一定表示步骤的特定顺序或数量。然而,优选地,所述方法的步骤以递增的数字,即以如上所示的顺序来实现。所述步骤中的一些可以是任选的并且在一些实施方案中不实施任选的步骤。例如,在一个实施方案中,可以在步骤i-3)之后直接跟随步骤iii-3)而无需实施步骤ii-3)。此外,上面显示的步骤不排除未明确提及的附加步骤。例如,在一些实施方案中,包含热塑性目标聚合物的塑料废物可以在步骤i-3)之前进行分类。
根据一些实施方案,根据步骤i-3)向所述材料添加溶剂或溶剂混合物以得到包含所述热塑性目标聚合物的溶液或悬浮液是通过在升高的温度下溶解热塑性目标聚合物来实现的。
根据一些实施方案,根据步骤i-3)向所述材料添加溶剂或溶剂混合物以得到包含所述热塑性目标聚合物的溶液或悬浮液包括在包含溶剂的容器、特别是封闭和/或气密的容器中将所述热塑性目标聚合物至少部分地溶解在所述溶剂或所述溶剂混合物中,其中提供用于搅拌悬浮液或溶液的搅拌器。搅拌器可以连接到所述容器和/或它可以设置在所述容器中。在一些实施方案中,可以在不连接到容器的情况下将搅拌器设置在容器内,例如通过将搅拌器从上方悬挂到容器中。然而,搅拌器通常连接到容器,特别是封闭和/或气密容器。悬浮液或溶液优选搅拌至少15分钟,特别是至少30分钟。优选地,将悬浮液或溶液搅拌少于6小时,特别是少于2小时(120分钟)。发现搅拌加速了热塑性目标聚合物在溶剂中的溶解。
在一些实施方案中,热塑性目标聚合物选自:聚苯乙烯(PS)、特别是发泡聚苯乙烯(EPS);聚乙烯(PE);聚丙烯(PP);聚氯乙烯(PVC);聚酰胺(PA);苯乙烯-丙烯腈树脂(SAN);丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯(ASA);聚甲醛(POM);聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT);聚碳酸酯(PC);丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。特别合适的热塑性目标聚合物是聚乙烯(PE),特别是低密度聚乙烯(LDPE)和/或高密度聚乙烯(HDPE)。
在一些实施方案中,热塑性目标聚合物的平均分子量为50至20,000kDa,特别是100至4,000kDa,特别优选地是200至2,000kDa。在一些实施方案中,热塑性目标聚合物的数均分子量为50至20,000kDa,特别是100至4,000kDa,特别优选地是200至2,000kDa。
在一些实施方案中,热塑性目标聚合物以相对于所述溶剂或溶剂混合物与溶解的聚合物的总重量为不少于5重量%、更优选不少于7重量%、特别是不少于10重量%的量溶解在所述溶剂或所述溶剂混合物中。
除了目标聚合物之外,还可以存在其他非目标聚合物。优选地,非目标聚合物在步骤i-3)的条件下不溶于溶剂或在所述条件下具有比目标聚合物更低的溶解度。如果例如回收塑料废物,则非目标聚合物优选以比目标聚合物更小的程度存在。优选地,相对于溶剂和溶解的聚合物的总重量,非目标聚合物的溶解量小于1重量%,特别是小于0.5重量%。
优选的是,在步骤i-3)中将悬浮液或溶液加热至高于20℃的平均温度,特别是高于室温25℃的平均温度,特别优选高于40℃的平均温度。在一些实施方案中,悬浮液或溶液具有至少50℃、特别是至少80℃的平均温度。在一些实施方案中,在将热塑性目标聚合物溶解在溶剂中期间,在步骤i-3)中将溶剂加热至20至160℃、特别是40至140℃、优选50至100℃的平均温度。在一些实施方案中,将悬浮液或溶液加热至60至180℃的平均温度。对于作为热塑性目标聚合物的低密度聚乙烯(LDPE),发现80至120℃的平均温度特别适合于溶解所述聚合物。对于作为热塑性目标聚合物的高密度聚乙烯(HDPE),发现100至140℃的平均温度特别适合于溶解所述聚合物。对于作为热塑性目标聚合物的聚丙烯(PP),发现120至160℃的平均温度特别适合于溶解所述聚合物。在一些实施方案中,在步骤i-3)期间、特别是当溶解热塑性目标聚合物时在悬浮液或溶液的上述容器中的平均温度高于20℃,优选高于40℃,特别是高于60℃,特别优选高于80℃。这也可以是在包含所述溶剂或悬浮液的所述容器中的悬浮液或溶液的平均温度。在一些实施方案中,步骤i-3)在比所述溶剂的沸点低超过5K、特别是超过10K的温度下进行。
在一些实施方案中,在步骤i-3)期间、特别是当溶解目标聚合物时,悬浮液或溶液的峰值温度高于20℃,优选高于40℃,特别是高于60℃,特别优选高于80℃。这也可以是包含所述溶剂或悬浮液的所述容器中的溶剂和/或悬浮液或溶液的峰值温度。应当理解,平均温度优选以即使不是全部,也是大部分热塑性目标聚合物溶解和/或保持溶解在所述溶剂中的方式来选择。
在一些实施方案中,纯化所述悬浮液或溶液包括通过机械固液分离来除去所述悬浮液或溶液的不溶解组分。在一些实施方案中,机械固液分离通过离心机实现。在一些实施方案中,筛子、特别是金属筛子,可以替代地或附加地用于机械固液分离。
在一些实施方案中,所述固液分离除去重量超过1000mg、特别是超过100mg、优选超过10mg的任何粒子。在一些实施方案中,固液分离除去重量大于50mg、特别是大于5mg、优选大于1mg的任何粒子。在固液分离之后,悬浮液优选分离成包含热塑性目标聚合物的溶液和固体粒子。
在一些实施方案中,步骤ii-3)包括除去至少50重量%、特别是至少90重量%、优选99重量%的未溶解的任何物质,优选通过离心除去。
在步骤i-3)中得到的悬浮液或溶液优选包含选自如下中的一种或多种至少部分溶解的热塑性目标聚合物:聚苯乙烯(PS)、特别是发泡聚苯乙烯(EPS);聚乙烯(PE);聚丙烯(PP);聚氯乙烯(PVC);聚酰胺(PA);苯乙烯-丙烯腈树脂(SAN);丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯(ASA);聚甲醛(POM);聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT);聚碳酸酯(PC);丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。聚乙烯(PE)优选选自高密度聚乙烯(HDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)或包含两者。发现所述方法特别适用于回收聚乙烯(PE),特别是低密度聚乙烯(LDPE)。
在一些实施方案中,用于溶解热塑性目标聚合物的溶剂是单一有机溶剂或包含至少一种有机溶剂的混合物,优选两种或更多种有机溶剂的混合物。在一些实施方案中,所述有机溶剂是脂族或芳族烃。它们可以是饱和的或不饱和的。在一些实施方案中,它们包含环状有机化合物。甲酸、乙酸、酮如醋酮或丙酮和醇如甲醇或乙醇或多元醇如乙二醇或2-丙醇或其混合物也可能是合适的。以溶解热塑性目标聚合物的方式选择溶剂。对于聚乙烯(PE),特别是低密度聚乙烯(LDPE),发现庚烷是特别合适的溶剂,特别是在85至95℃和/或在0.8至1.2bar的压力下。对于聚乙烯(PE),特别是高密度聚乙烯(HDPE),发现庚烷是特别合适的溶剂,特别是在105至115℃和/或在1至2bar的压力下。对于聚丙烯(PP),发现辛烷是特别合适的溶剂,特别是在125至135℃的平均温度下。对于PVC,发现丙酮是特别合适的溶剂,特别是在80至160℃的平均温度下。对于聚酰胺(PA),特别是聚酰胺6,发现丙二醇是特别合适的溶剂,优选在80至160℃的平均温度下。
在一些实施方案中,步骤i-3)中的溶液或悬浮液相对于所述溶剂或溶剂混合物与溶解的聚合物的总重量含有10重量%或更多的所述热塑性目标聚合物。
在一些实施方案中,步骤i-3)在低于6bar、特别是低于2bar的压力下进行。在一些实施方案中,步骤i-3)在1bar至1.2bar的压力下进行,特别是在大气压力下进行(在这种情况下不必施加附加的压力)。
在一些实施方案中,仅存在单一热塑性目标聚合物。在其他实施例中,制造目标聚合物的共混物并且可用于制造小球。
在一些实施方案中,所述热塑性目标聚合物选自包含聚烯烃、聚酰胺(PA)及其组合的组。
在一些实施方案中,所述热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)。
在一些实施方案中,所述热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)并且所述溶剂选自包含烷烃、异烷烃和环烷烃的组。
在一些实施方案中,所述热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)或聚丙烯并且所述溶剂是正庚烷或正壬烷。
在一些实施方案中,所述热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)并且所述溶剂是正庚烷。
在一些实施方案中,所述热塑性目标聚合物是聚丙烯(PP)并且所述溶剂是正壬烷。
在一些实施方案中,所述热塑性目标聚合物是聚酰胺(PA)并且所述溶剂是丙二醇。
优选地,用于热塑性目标聚合物的溶剂包含至少60重量%的有机溶剂,特别是至少80重量%的有机溶剂,特别优选的是至少90重量%的有机溶剂。所述溶剂中的水含量—如果有的话—优选低于20重量%,特别是低于10重量%。在一些实施方案中,悬浮液或溶液还可包含具有上述组成的溶剂。
在一些实施方案中,所述添加剂选自包含热稳定剂、光稳定剂、阻燃剂、抗静电剂、润滑剂、增滑剂、杀生物剂的组。
在一些实施方案中,热稳定剂选自包含空间位阻酚、亚磷酸酯和羟胺,特别是季戊四醇四(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)和三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯的组。
在一些实施方案中,光稳定剂选自包含三嗪、苯并三唑和位阻胺的组。
在一些实施方案中,增滑剂选自包含脂肪酸的酰胺,特别是油酰胺的组。
在一些实施方案中,润滑剂选自包含高级烷烃和饱和脂肪酸的组。特别地,高级烷烃是包含20至40个碳原子的非支化的烃。特别地,饱和脂肪酸由式CH3(CH2)nCOOH表示,其中n是10至20的整数。
在一些实施方案中,抗静电剂选自包含二取代的脂族胺、三取代的脂族胺或脂族季铵盐的组。
在一些实施方案中,步骤iii-3)使用搅拌器来进行,其中所述固体添加剂在开始搅拌之后不超过5分钟内、特别是不超过2分钟内完全分散。
在一些实施方案中,相对于聚合物的重量,所述热稳定剂的量为0.05重量%至0.5重量%,优选为0.05重量%至0.2重量%,特别是0.1重量%至0.2重量%。
在一些实施方案中,相对于聚合物的重量,所述光稳定剂的量为0.05重量%至2重量%,优选为1重量%至2重量%。
在一些实施方案中,相对于聚合物的重量,所述润滑剂的量为0.1重量%至10重量%,优选为1重量%至5重量%。
在一些实施方案中,相对于聚合物的重量,增滑剂的量为0.05重量%至0.2重量%,特别是0.05重量%至0.1重量%。
在一些实施方案中,相对于聚合物的重量,所述抗静电剂的量为1重量%至2重量%。
在一些实施方案中,步骤i-3)和/或ii-3)和/或iii-3)和/或iv-3)和/或v-3)在含有小于15重量%的氧气、特别是小于5重量%的氧气、优选小于1重量%的氧气的环境中进行,特别是在液相和/或气相中进行。并非所有步骤都必须包含气相和液相环境。
在一些实施方案中,根据步骤i-3),溶剂至少部分被回收以用于溶解热塑性目标聚合物,从而提供更多的包含溶解的热塑性目标聚合物的悬浮液或溶液。在一些实施方案中,用于再利用的溶剂通过溶剂的蒸发和冷凝和/或通过蒸馏来纯化,其中通过蒸发来除去杂质并保留溶剂。通常最好的方法取决于溶剂的沸点。然而,在一些实施方案中,纯化不是必需的并且溶剂可以直接再利用。
在一些实施方案中,在后面的步骤iv-3)中得到的浓缩的目标聚合物具有凝胶的稠度。于是它可以被称为目标聚合物凝胶。
在一些实施方案中,聚合物小球在后面的步骤v-3)中形成。在一些实施方案中,诸如箔、管、瓶、托盘、草坪网格或房屋建筑材料的产品由所述小球形成或直接由步骤iv-3)中得到的浓缩的目标聚合物通过吹塑、挤出、压制和/或注射成型来形成。在一些实施方案中,所述聚合物小球从挤出机的出口开口接收。
在一些实施方案中,后面的步骤v-3)包括在挤出之前形成聚合物熔体和/或在挤出之后使用小球切割器形成小球或产品。从这种聚合物熔体中更有效地除去残留溶剂。
在用于回收塑料废物的方法的一些实施方案中,至少50重量%、优选至少80重量%、特别是90重量%的塑料废物是塑料,其中所述塑料还包含目标聚合物。在一些实施方案中,至少50重量%、优选至少80重量%、特别是90重量%的塑料废物是目标聚合物。在一些实施方案中,至少10重量%、优选至少20重量%、特别是50重量%的塑料废物是非塑料的。
在优选的实施方案中,塑料废物制成至少80重量%、优选至少90重量%的所述目标聚合物,特别是单一聚合物或两种或三种聚合物的混合物。
提供用于实施步骤i-3)的所述塑料材料可以包括对所述塑料材料进行分类。然而,在一些实施方案中,使用混合塑料废物并且很少或不进行分类。
替代性地或附加地,根据一些实施方案,提供目标聚合物可以包括在将塑料废物插入溶剂之前对塑料废物进行洗涤,例如用水洗涤。洗涤除去一些杂质。在一些实施方案中,洗涤通过使所述材料与液体接触以制造悬浮液,随后纯化得到的悬浮液来进行,所述纯化特别地通过机械固液分离来进行。在一些实施方案中,所述液体是水。在一些实施方案中,洗涤可以包括用水在超过40℃、特别是超过80℃的平均温度下洗涤。用水洗涤还可以使用摩擦洗涤机,特别是其中转子输送塑料废物和/或水沿与塑料废物相反的方向输送。通过转子和水的摩擦来除去杂质。在一些实施方案中,不存在利用摩擦洗涤机进行的这种步骤并且直接使用切碎的塑料废物。如果回收源自工业后残留物的塑料废物,则可能就是这种情况。对于源自消费品的塑料废物,所述洗涤步骤通常是有利的。
根据一些实施方案,提供所述塑料材料是通过在将所述塑料材料插入所述溶剂或所述溶剂混合物之前将包含目标聚合物的塑料废物切碎来实现的。如果目标聚合物得自塑料废物,则切碎提高了目标聚合物溶解的速度和/或完全性。
在一些实施方案中,所述塑料废物含有聚乙烯(PE)和铝,优选聚乙烯、铝和纸。在一些实施方案中,至少60重量%、特别是至少80重量%、优选至少90重量%的塑料废物由所述材料构成。
在一些实施方案中,塑料废物至少部分地得自包装材料和/或箔。在一些实施方案中,至少60重量%、特别是至少80重量%、优选至少90重量%的塑料废物由包装材料和/或箔构成。
在一些实施方案中,所述塑料废物至少部分地得自汽车零件。在一些所述实施方案中,至少60重量%、特别是至少80重量%、优选至少90重量%的塑料废物由汽车零件构成。
在一些其他实施方案中,塑料废物包括选自如下中的至少一种类型的物体:罐、杯、箔、可收缩管、塑料袋。在一些实施方案中,塑料废物是包含选自如下中的至少两种或三种类型的物体的混合废物:罐、杯、箔、可收缩管、塑料袋。所述类型的物体优选占所述塑料废物总重量的至少20重量%,特别是至少40重量%,优选至少60重量%。
本发明还涉及在本发明中描述的基于溶剂的回收方法中得到的聚合物材料。
本发明还涉及本发明中描述的用于基于溶剂回收包含至少一种目标聚合物的塑料材料的方法的用途,优选用于回收塑料废物,特别是城市固体废物,优选用于本发明中所述的类型和/或组成的塑料废物。
本发明还涉及一种塑料废物回收系统,所述系统包含如下项目:
1)优选包含用于塑料废物的减小尺寸装置、特别是切碎机的站点;
2)优选用于洗涤减小尺寸的塑料废物的站点;
3)包含容器的站点以特别地用于实施如上所述的步骤i-3),其中所述容器包含搅拌器和/或加热系统;
4)优选包含用于固液分离的离心机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤ii-3);
5)包含闪蒸单元的站点以特别地用于实施如上所述的步骤iv-3);
7)优选包含用于制造聚合物小球的塑料挤出机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤v-3),特别是其中所述塑料挤出机具有加热单元或连接到加热单元以用于加热所述热塑性目标聚合物,
其中所述塑料废物回收系统具有传输系统,所述传输系统按上述顺序将材料从每个站点传输到下一个站点。
在一些实施方案中不实施任选的站点,并且如果不实施,则传输系统传输到实施的下一个站点。也可以实施未明确描述的附加站点。
所述容器包含溶剂和/或用于搅拌废物的搅拌器。搅拌器可以连接到所述容器和/或它可以设置在所述容器中。在一些实施方案中,容器可以是罐,特别是封闭罐。容器可以是体积为1m3至100m3、特别是5m3至50m3、特别优选20m3至40m3的罐。
优选地,塑料废物回收系统适用于实施上述方法。
优选地,容器包含用于至少部分地溶解塑料废物的有机溶剂。
用于上述方法的任何装置也可以优选地是塑料废物回收系统的一部分。
本发明还涉及上述塑料废物回收系统的用于实施上述方法的用途。
在上述背景下,如下连续编号的实施方案提供了本发明的其他具体方面:
1.一种对包含至少一种热塑性目标聚合物的塑料材料进行回收的方法,其中所述方法包括如下步骤:
i-3)特别是通过优选使用加热系统将溶剂或溶剂混合物添加到所述塑料材料、特别是塑料废物或预处理的塑料废物中来提供包含所述热塑性目标聚合物的悬浮液或溶液,其中所述热塑性目标聚合物基本上可溶于所述溶剂或所述溶剂混合物;
ii-3)优选纯化所述溶液或悬浮液,优选通过机械固液分离来进行纯化;
iii-3)优选使用加热系统,在搅拌下、特别是在使用搅拌器的搅拌下向所述溶液或悬浮液添加固体添加剂,其中所述固体添加剂基本上不溶于所述溶剂或所述溶剂混合物。
2.根据实施方案1所述的方法,还包括如下步骤:
iv-3)通过对步骤iii-3)中得到的混合物进行闪蒸来分离包含所述添加剂的所述热塑性目标聚合物;
v-3)优选对所述热塑性目标聚合物进行脱气和/或挤出。
3.根据实施方案1或2中任一项所述的方法,其中包含所述溶解的热塑性目标聚合物的所述悬浮液或溶液通过优选使用加热系统将溶剂或溶剂混合物添加到所述塑料材料、特别是塑料废物或预处理的塑料废物中来得到,其中所述热塑性目标聚合物基本上可溶于所述溶剂或所述溶剂混合物。
4.根据实施方案1至3中任一项所述的方法,其中所述添加剂选自包含热稳定剂、光稳定剂、阻燃剂、抗静电剂、增滑剂、润滑剂、杀生物剂的组。
5.根据实施方案1至4中任一项所述的方法,其中所述添加剂是热稳定剂。
6.根据实施方案1至4中任一项所述的方法,其中所述添加剂是光稳定剂。
7.根据实施方案1至4中任一项所述的方法,其中所述添加剂是增滑剂。
8.根据实施方案1至7中任一项所述的方法,其中步骤iii-3)使用搅拌器来进行,其中所述固体添加剂在开始搅拌之后不超过5分钟内、特别是不超过2分钟内完全分散。
9.根据实施方案1至8中任一项所述的方法,其中所述塑料材料选自包含消费使用后的聚合物、工业使用后的聚合物及其组合的组。
10.根据实施方案1至9中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物选自包含聚烯烃、聚酰胺(PA)及其组合的组。
11.根据实施方案1至10中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)。
12.根据实施方案1至11中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)并且所述溶剂选自包含烷烃、异烷烃和环烷烃的组。
13.根据实施方案1至10中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)或聚丙烯(PP)并且所述溶剂是正庚烷或正壬烷。
14.根据实施方案1至11中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)并且所述溶剂是正庚烷。
15.根据实施方案1至10中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物是聚丙烯(PP)并且所述溶剂是正壬烷。
16.根据实施方案1至10中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物是聚酰胺(PA)并且所述溶剂是丙二醇。
17.根据实施方案1至16中任一项所述的方法,其中相对于所述溶剂或溶剂混合物与溶解的聚合物的总重量,步骤i-3)中的所述溶液或悬浮液含有10重量%或更多的所述热塑性目标聚合物。
18.根据实施方案1至17中任一项所述的方法,其中步骤i-3)在小于6bar、更优选小于2bar的压力下进行,特别是在大气压下进行。
19.根据实施方案1至18中任一项所述的方法,其中根据步骤ii-3)纯化所述悬浮液或溶液包括通过机械固液分离、特别是使用离心机来除去所述悬浮液或溶液的不溶解组分。
20.根据实施方案1至19中任一项所述的方法,其中步骤v-3)包含在挤出之前形成聚合物熔体和/或在挤出之后使用小球切割器形成小球。
21.通过如实施方案1至20中任一项所定义的方法得到的聚合物材料。
22.一种塑料废物回收系统,特别是用于实施实施方案1至21中任一项所述的方法的塑料废物回收系统,包含如下项目:
1)优选包含用于塑料废物的减小尺寸装置、特别是切碎机的站点;
2)优选用于洗涤减小尺寸的塑料废物的站点;
3)包含容器的站点以特别地用于实施如上所述的步骤i-3),其中所述容器包含搅拌器和/或加热系统;
4)优选包含用于固液分离的离心机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤ii-3);
5)包含闪蒸单元的站点以特别地用于实施如上所述的步骤iv-3);
6)优选包含用于制造聚合物小球的塑料挤出机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤v-3),特别是其中所述塑料挤出机具有加热单元或连接到加热单元以用于加热所述热塑性目标聚合物,
其中所述塑料废物回收系统具有传输系统,所述传输系统按上述顺序将材料从每个站点传输到下一个站点。
在一个实施方案中,本发明的主题涉及一种从包含溶解的热塑性目标聚合物的流化形式、特别是悬浮液或溶液中除去溶剂的方法。它还涉及一种回收热塑性目标聚合物的塑料废物回收系统。此外,本发明涉及从热塑性目标聚合物中除去溶剂的错流过滤系统的用途。
本发明的另一个目的是提供一种从包含溶解的热塑性目标聚合物的流化形式中除去溶剂的改进方法,所述方法克服了与上述现有技术相关的问题和/或比先前技术需要更少的能量。本发明的另一个目的是提供一种塑料废物回收系统,用于回收包含热塑性目标聚合物的塑料废物。
因此,一种从包含热塑性目标聚合物的流化形式中除去溶剂的方法,其中所述方法包括如下步骤:
i-4)提供所述流化形式;
ii-4)优选纯化所述流化形式,特别是通过机械固液分离来进行纯化;
iii-4)使用具有膜的错流过滤单元来浓缩所述流化形式,所述膜可透过溶剂且不可透过热塑性目标聚合物。
在一个实施方案中,从包含溶解的热塑性目标聚合物的流化形式中除去溶剂以特别地用于回收包含热塑性目标聚合物的塑料废物的方法还包括如下附加步骤:
iv-4)对所述热塑性目标聚合物进行脱气和/或挤出。
在一个实施方案中,包含所述热塑性目标聚合物的所述流化形式选自包含溶液、悬浮液、聚合物凝胶和聚合物熔体的组。
在其中通过优选使用加热系统将溶剂或溶剂混合物添加到所述塑料材料、特别是塑料废物或预处理的塑料废物中来得到包含所述热塑性目标聚合物的所述悬浮液或溶液的一个实施方案中,其中所述热塑性目标聚合物基本上可溶于所述溶剂或所述溶剂混合物。
令人惊奇地发现,通过上述步骤的组合,可以以特别节能的方式除去溶剂和粒子。也可以除去小分子杂质。
上述步骤i-4)至vi-4)并不一定表示步骤的特定顺序或数量。然而,优选地,所述方法的步骤以递增的数字,即以如上所示的顺序来实现。所述步骤中的一些可以是任选的并且在一些实施方案中不实施任选的步骤。例如,在一个实施方案中,可以在步骤i-4)之后直接跟随步骤iii-4)而无需实施步骤ii-4)。不能单独从编号i-4)和iii-4)得出必须实施的步骤ii-4)。此外,上面显示的步骤不排除未明确提及的附加步骤。例如,在一些实施方案中,包含热塑性目标聚合物的塑料废物可以在步骤i-4)之前进行分类。
根据一些实施方案,根据步骤i-4)提供包含溶解的热塑性目标聚合物的悬浮液或溶液是通过在升高的温度下将热塑性目标聚合物溶解在溶剂中来实现的。
根据一些实施方案,根据步骤i-4)提供悬浮液或溶液包括在包含溶剂的容器、特别是封闭和/或气密的容器中将所述热塑性目标聚合物至少部分地溶解在所述溶剂中,其中提供用于搅拌悬浮液或溶液的搅拌器。搅拌器可以连接到所述容器和/或它可以设置在所述容器中。在一些实施方案中,可以在不连接到容器的情况下将搅拌器设置在容器内,例如通过将搅拌器从上方悬挂到容器中。然而,搅拌器通常连接到容器,特别是封闭和/或气密容器。悬浮液或溶液优选搅拌至少15分钟,特别是至少30分钟。优选地,将悬浮液或溶液搅拌少于6小时,特别是少于2小时(120分钟)。发现搅拌加速了热塑性目标聚合物在溶剂中的溶解。
在一些实施方案中,热塑性目标聚合物的平均分子量为50至20,000kDa,特别是100至4,000kDa,特别优选地是200至2,000kDa。在一些实施方案中,热塑性目标聚合物的数均分子量为50至20,000kDa,特别是100至4,000kDa,特别优选地是200至2,000kDa。优选地,膜被设计成保留热塑性目标聚合物。优选地,膜被设计成保留分子量高于200kDa、优选高于100kDa的任何分子,特别是热塑性目标聚合物。在一些实施方案中,膜被设计成对于分子量为1000kDa或更高、特别是500kDa或更高、特别优选的是200kDa或更高的分子是不可透过的。
优选的是,在上述步骤i-4)中将悬浮液或溶液加热至高于20℃的平均温度,特别是高于室温25℃的平均温度,特别优选高于40℃的平均温度。在一些实施方案中,悬浮液或溶液具有至少50℃、特别是至少80℃的平均温度。在一些实施方案中,在将热塑性目标聚合物溶解在溶剂中期间,在步骤i-4)中将溶剂加热至20至160℃、特别是40至140℃、优选50至100℃的平均温度。在一些实施方案中,将悬浮液或溶液加热至60至180℃的平均温度。对于作为热塑性目标聚合物的低密度聚乙烯(LDPE),发现80至120℃的平均温度特别适合于溶解所述聚合物。对于作为热塑性目标聚合物的高密度聚乙烯(HDPE),发现100至140℃的平均温度特别适合于溶解所述聚合物。对于作为热塑性目标聚合物的聚丙烯(PP),发现120至160℃的平均温度特别适合于溶解所述聚合物。在一些实施方案中,在步骤i-4)期间、特别是当溶解热塑性目标聚合物时在悬浮液或溶液的上述容器中的平均温度高于20℃,优选高于40℃,特别是高于60℃,特别优选高于80℃。这也可以是在包含所述溶剂或悬浮液的所述容器中的悬浮液或溶液的平均温度。
在一些实施方案中,在步骤i-4)期间、特别是当溶解热塑性目标聚合物时,悬浮液或溶液的峰值温度高于20℃,优选高于40℃,特别是高于60℃,特别优选高于80℃。这也可以是包含所述溶剂或悬浮液的所述容器中的溶剂和/或悬浮液或溶液的峰值温度。应当理解,平均温度优选以即使不是全部,也是大部分热塑性目标聚合物溶解和/或保持溶解在所述溶剂中的方式来选择。
在一些实施方案中,步骤i-4)中的平均温度与步骤iii-4)中的平均温度相差不超过20℃,特别是不超过10℃。在一些实施方案中,至少在一个时间点,溶剂的平均温度与上述步骤iii-4)期间溶剂在另一个时间点的平均温度相差不超过20℃,特别是不超过10℃。
在一些实施方案中,纯化所述悬浮液或溶液包括通过机械固液分离来除去所述悬浮液或溶液的不溶解组分。在一些实施方案中,机械固液分离通过离心机实现。在一些实施方案中,筛子、特别是金属筛子,可以替代地或附加地用于机械固液分离。
在一些实施方案中,所述固液分离除去重量超过1000mg、特别是超过100mg、优选超过10mg的任何粒子。在一些实施方案中,固液分离除去尺寸大于50mg、特别是大于5mg、优选大于1μm的任何粒子。在固液分离之后,悬浮液优选分离成包含热塑性目标聚合物的溶液和固体粒子。
在一些实施方案中,上述步骤ii-4)包括除去至少50重量%、特别是至少90重量%、优选99重量%的未溶解的任何物质,优选通过离心除去。
在一些实施方案中,离心机是气密离心机,特别是其中悬浮液可在气密条件下离心。
在一些实施方案中,离心机内的氧气含量特别优选地相对于离心机内悬浮液的总重量和/或相对于离心机内的气体组合物为低于15重量%,特别是低于10重量%,优选低于7重量%。
上述步骤i-4)中提供的悬浮液或溶液优选包含选自如下中的一种或多种至少部分溶解的热塑性目标聚合物:聚苯乙烯(PS)、特别是发泡聚苯乙烯(EPS);聚乙烯(PE);聚丙烯(PP);聚氯乙烯(PVC);聚酰胺(PA);苯乙烯-丙烯腈树脂(SAN);丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯(ASA);聚甲醛(POM);聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT);聚碳酸酯(PC);丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。聚乙烯(PE)优选选自高密度聚乙烯(HDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)或包含两者。发现所述方法特别适用于回收聚乙烯(PE),特别是低密度聚乙烯(LDPE)。
在一些实施方案中,用于所述方法的溶剂是单一有机溶剂或包含至少一种有机溶剂的混合物,优选两种或更多种有机溶剂的混合物。在一些实施方案中,所述有机溶剂是脂族或芳族烃。它们可以是饱和的或不饱和的。在一些实施方案中,它们包含环状有机化合物。甲酸、乙酸、酮如醋酮或丙酮和醇如甲醇或乙醇或多元醇如乙二醇或2-丙醇或其混合物也可能是合适的。以溶解热塑性目标聚合物的方式选择溶剂。对于聚乙烯(PE),特别是低密度聚乙烯(LDPE),发现庚烷是特别合适的溶剂,特别是在85至95℃和/或在0.8至1.2bar的压力下。对于聚乙烯(PE),特别是高密度聚乙烯(HDPE),发现庚烷是特别合适的溶剂,特别是在105至115℃和/或在1至2bar的压力下。对于聚丙烯(PP),发现辛烷是特别合适的溶剂,特别是在125至135℃的平均温度下。对于PVC,发现丙酮是特别合适的溶剂,特别是在80至160℃的平均温度下。对于聚酰胺(PA),特别是聚酰胺6,发现丙二醇是特别合适的溶剂,优选在80至160℃的平均温度下。
在一些实施方案中,上述步骤i-4)在0.5bar至5bar、特别是0.8bar至2bar的压力下进行。在一些实施方案中,步骤i-4)在1bar至1.2bar的压力下进行,特别是在大气压力下进行(在这种情况下不必施加附加的压力)。
优选地,错流过滤使用微滤、超滤和/或纳滤,特别是超滤。优选地,错流过滤的孔径对应于10kDa至2000kDa、特别是100kDa至1000kDa范围内的分子量截止值,特别是对于所使用的溶剂。在一些实施方案中组合也是优选的,例如发现通过具有第一孔径的第一过滤器的预处理和随后使用具有第二孔径的第二过滤器是合适的。
在关于错流过滤的一些实施方案中,使用错流过滤单元,其包含长度为至少20cm、特别是至少40cm的至少一根管。在一些实施方案中,长度可以在20cm到300cm、特别是60cm到200cm的范围内。所述至少一根管可以具有至少5mm、特别是至少10mm、特别优选至少20mm的平均直径。在一些实施方案中,平均直径小于100mm,特别地小于50mm。
在一些实施方案中,错流过滤包含多个管,特别是平行安装的管。
在一些实施方案中,错流过滤包含用于热塑性目标聚合物的入口开口和出口开口。
在一些实施方案中,错流过滤在大于1bar、特别是大于2bar的压力下进行。
错流过滤可以具有形成管的膜。在一些实施方案中,膜被盘绕以形成管。
在一些实施方案中,错流过滤具有多层膜壁,特别是具有至少两层、至少三层或至少四层的膜。
优选的是,在上述步骤iii-4)中将悬浮液或溶液加热至高于20℃的平均温度,特别是高于室温25℃的平均温度,特别优选高于40℃的平均温度和/或保持在所述平均温度下。在一些实施方案中,在步骤iii-4)中悬浮液或溶液具有至少50℃、特别是至少80℃的平均温度。在一些实施方案中,错流过滤在20至160℃、特别是40至140℃、优选50至100℃的平均温度下进行。在一些实施方案中,在步骤iii-4)中将悬浮液或溶液加热至60至180℃的平均温度。对于作为热塑性目标聚合物的低密度聚乙烯(LDPE),发现在步骤iii-4)中80至120℃的平均温度是特别合适的。对于作为热塑性目标聚合物的高密度聚乙烯(HDPE),发现在步骤iii-4)中100至140℃的平均温度是特别合适的。对于作为热塑性目标聚合物的聚丙烯(PP),发现120至160℃的平均温度在步骤iii-4)中是特别合适的。这也可以是包含所述溶剂或悬浮液的错流过滤单元中的悬浮液或溶液的平均温度。
在一些实施方案中,在上述步骤iii-4)期间悬浮液或溶液的峰值温度高于20℃,优选高于40℃,特别是高于60℃,特别优选高于80℃。这也可以是包含所述溶剂或悬浮液的错流过滤单元中的溶剂和/或悬浮液或溶液的峰值温度。在一些实施方案中,在步骤iii-4)中悬浮液或溶液具有至少50℃、特别是至少80℃的峰值温度。在一些实施方案中,错流过滤在20至160℃、特别是在40至140℃、优选50至100℃的峰值温度下进行。在一些实施方案中,在上述步骤iii-4)中将悬浮液或溶液加热至60至180℃的峰值温度。
在一些实施方案中,热塑性目标聚合物在错流过滤期间沉淀。
在一些实施方案中,膜是无机膜,特别是陶瓷膜。
在一些实施方案中,膜是有机膜,特别是选自聚酰胺膜、聚偏二氟乙烯膜、聚醚砜膜、聚砜膜、聚二甲基硅氧烷膜、聚丙烯膜中的有机膜。有机膜应由不溶解于为实施所述方法而选择的溶剂中的聚合物制成或包含所述聚合物,即膜的选择取决于所选择的溶剂。如果热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)和/或溶剂是庚烷,则发现聚偏二氟乙烯膜特别合适。如果热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)和/或溶剂是庚烷,则发现聚酰胺膜也特别合适。在以庚烷作为溶剂的条件下,聚酰胺和聚偏二氟乙烯的混合物也可用于低密度聚乙烯(LDPE)的膜。如果热塑性目标聚合物是聚丙烯和/或溶剂是辛烷,则发现聚砜膜特别合适。如果热塑性目标聚合物是聚酰胺(PA)、特别是聚己内酰胺(PA6)和/或溶剂是丙二醇,则发现聚丙烯膜特别合适。如果热塑性目标聚合物是聚氯乙烯(PVC)和/或溶剂是丙酮,则再次发现聚丙烯膜特别合适。
在一些实施方案中,对膜、特别是上述膜中的一种进行化学改性以具有增加的极性。
膜优选相对于用于热塑性目标聚合物的所述溶剂为可透过溶剂的多孔膜。优选孔径在0.1至0.001μm的范围内。
在一些实施方案中,仅存在单一热塑性目标聚合物。在其他实施方案中,制造热塑性目标聚合物的共混物并且可用于制造小球。
在一些实施方案中,在错流过滤期间,施加了基本上垂直于流动方向的重力场。这可以通过将流动定向在基本上垂直于地球的重力场的方向上来完成。在其他实施方案中,在错流过滤期间,施加基本上平行于流动方向的重力场。对于曲折管,两者也是可能的。然而,通常线形管是优选的。
在一些实施方案中,在错流过滤期间,流动具有0.5至50m/s、优选1至10m/s、特别是2至5m/s的速度。
在一些实施方案中,错流过滤期间的压力差为至少0.1至5bar,优选为1至4bar,特别优选为2至3bar。
在一些实施方案中,膜被设计成用于保留分子量截止值选自10kDa至2000kDa、特别地100kDa至1000kDa范围内的热塑性目标聚合物,其中特别是当所述分子在溶剂内时,优选溶解在所述溶剂中时,重量高于从所述范围中选择的重量的分子不能通过膜。
在一些实施方案中,膜对于分子量为0.1kDa的分子是可透过的。在一些实施方案中,膜对于分子量为1kDa的分子是可透过的。尽管溶剂通常具有低得多的分子量,但令人惊讶地发现,当膜具有比溶剂分子大得多的孔时,这是有利的。
优选错流过滤在低于180℃的平均温度下进行。在一些实施方案中,所述错流过滤在20至180℃、特别是60至160℃、特别优选80至120℃的平均温度下进行。
在一些实施方案中,错流过滤是使用截留性逐渐更强的膜、特别是微滤膜和超滤膜的间歇式过滤。
优选地,用于热塑性目标聚合物的溶剂包含至少60重量%的有机溶剂,特别是至少80重量%的有机溶剂,特别优选至少90重量%的有机溶剂。所述溶剂中的水含量—如果有的话—优选低于20重量%,特别是低于10重量%。在一些实施方案中,悬浮液或溶液还可以包含具有上述组成的溶剂。
在一些其他实施方案中,错流过滤是连续过滤,优选通过使用几个串联的膜、特别是微滤膜和超滤膜来进行。
在一些其他实施方案中,错流过滤是通过使用单个膜或多个膜并改变施加的压力,特别是通过使用单个膜、优选超滤膜的变压过滤。
这些技术有时也能够组合,例如错流过滤技术是通过使用串联的多个膜并具有可变压力的连续过滤。
在一些实施方案中,上述步骤i-4)和/或ii-4)和/或iii-4)和/或iv-4)在含有小于15重量%的氧气、特别是小于5重量%的氧气、优选小于1重量%的氧气的环境中进行,特别是在液相和/或气相中进行。并非所有步骤都必须包含气相和液相环境。
在一些实施方案中,根据步骤i-4),溶剂至少部分被回收以用于溶解热塑性目标聚合物,从而提供更多的包含溶解的热塑性目标聚合物的悬浮液或溶液。在一些实施方案中,用于再利用的溶剂通过溶剂的蒸发和冷凝和/或通过蒸馏来纯化,其中通过蒸发来除去杂质并保留溶剂。通常最好的方法取决于溶剂的沸点。然而,在一些实施方案中,纯化不是必需的并且通过错流过滤得到的溶剂可以直接再利用。
在一些实施方案中,在上述步骤iii-4)中得到的浓缩的热塑性目标聚合物具有凝胶的稠度。于是它可以被称为热塑性目标聚合物凝胶。
在一些实施方案中,聚合物小球是在上述步骤iv-4)中形成的。在一些实施方案中,诸如箔、管、瓶、托盘、草坪网格或房屋建筑材料的产品由所述小球形成或直接由步骤iii-4)中得到的浓缩的热塑性目标聚合物通过吹塑、挤出、压制和/或注射成型来形成。在一些实施方案中,所述聚合物小球从挤出机的出口开口接收。
在一些实施方案中,上述步骤iv-4)包括在挤出之前形成聚合物熔体和/或在挤出之后使用小球切割器形成小球或产品。从这种聚合物熔体中更有效地除去残留溶剂。
在一些实施方案中,至少部分除去溶剂是指,除去至少50重量%、特别是至少75重量%、优选至少90重量%的溶剂。在一些实施方案中,至少99重量%的溶剂通过根据本发明的方法来除去。
所述方法可用于从包含热塑性目标聚合物的任何种类的溶液中除去溶剂。然而,发现所述方法对于杂质非常鲁棒并且可以适用于从塑料废物中分离热塑性目标聚合物,即用于回收包含热塑性目标聚合物的塑料废物。因此,在一些实施方案中,除去溶剂的方法是回收包含热塑性目标聚合物的塑料废物的方法的一部分,并且在步骤i-4)中,包含热塑性目标聚合物的塑料废物至少部分地溶解在溶剂中,特别是使用搅拌器和/或加热系统来进行。可以将塑料废物浸入溶剂中,从而将热塑性目标聚合物溶解在所述溶剂中。出人意料的是,存在于所述塑料废物中的杂质并不妨碍能够有效地进行错流过滤。所述回收塑料废物方法适用于包含热塑性目标聚合物的任何种类的塑料废物。
在用于回收塑料废物的方法的一些实施方案中,至少50重量%、优选至少80重量%、特别是90重量%的塑料废物是塑料,其中所述塑料还包含热塑性目标聚合物。在一些实施方案中,至少50重量%、优选至少80重量%、特别是90重量%的塑料废物是热塑性目标聚合物。在一些实施方案中,至少10重量%、优选至少20重量%、特别是50重量%的塑料废物是非塑料的。
在优选的实施方案中,塑料废物制成至少80重量%、优选至少90重量%的所述热塑性目标聚合物,特别是单一聚合物或两种或三种聚合物的混合物。
可能的是,根据上述步骤ii-4),将塑料废物在插入之前进行分类,并且根据上述步骤i-4)提供热塑性目标聚合物可以包括对所述塑料废物进行分类。然而,在一些实施方案中,使用混合塑料废物并且很少或不进行分类。
替代性地或附加地,根据一些实施方案,根据上述步骤i-4)提供热塑性目标聚合物可以包括在将塑料废物插入溶剂之前对塑料废物进行洗涤,例如用水洗涤。洗涤除去一些杂质。在一些实施方案中,洗涤可以包括用水在超过40℃、特别是超过80℃的平均温度下洗涤。用水洗涤还可以使用摩擦洗涤机,特别是其中转子输送塑料废物和/或水沿与塑料废物相反的方向输送。通过转子和水的摩擦来除去杂质。在一些实施方案中,不存在利用摩擦洗涤机进行的这种步骤并且直接使用切碎的塑料废物。如果回收源自工业后残留物的塑料废物,则可能就是这种情况。对于源自消费品的塑料废物,所述洗涤步骤通常是有利的。
优选地,提供包含溶解的热塑性目标聚合物的悬浮液或溶液通过溶解包含在塑料废物中的热塑性目标聚合物来实现。根据一些实施方案,根据步骤i-4)提供包含溶解的热塑性目标聚合物的悬浮液或溶液是通过在将所述塑料废物插入到溶剂之前将包含热塑性目标聚合物的塑料废物切碎来实现。如果热塑性目标聚合物得自塑料废物,则切碎提高了溶解热塑性目标聚合物的速度和/或完全性。
在一些实施方案中,所述塑料废物含有聚乙烯(PE)和铝,优选聚乙烯、铝和纸。在一些实施方案中,至少60重量%、特别是至少80重量%、优选至少90重量%的塑料废物由所述材料构成。
在一些实施方案中,塑料废物至少部分地得自包装材料和/或箔。在一些实施方案中,至少60重量%、特别是至少80重量%、优选至少90重量%的塑料废物由包装材料和/或箔构成。
在一些实施方案中,所述塑料废物至少部分地得自汽车零件。在一些所述实施方案中,至少60重量%、特别是至少80重量%、优选至少90重量%的塑料废物由汽车零件构成。
在一些其他实施方案中,塑料废物包括选自如下中的至少一种类型的物体:罐、杯、箔、可收缩管、塑料袋。在一些实施方案中,塑料废物是包含选自如下中的至少两种或三种类型的物体的混合废物:罐、杯、箔、可收缩管、塑料袋。所述类型的物体优选占所述塑料废物总重量的至少20重量%,特别是至少40重量%,优选至少60重量%。
本发明还涉及一种塑料废物回收系统,所述系统包含如下项目:
1)优选包含用于塑料废物的减小尺寸装置、特别是切碎机的站点;
2)优选用于洗涤减小尺寸的塑料废物的站点;
3)包含容器的站点以特别地用于实施如上所述的步骤i-4),其中所述容器包含搅拌器和/或加热系统;
4)优选包含用于固液分离的离心机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤ii-4);
5)包含错流过滤单元的站点以特别地用于实施如上所述的步骤iii-4);
6)优选包含用于制造聚合物小球的塑料挤出机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤iv-4),特别是其中所述塑料挤出机具有加热单元或连接到加热单元以用于加热所述热塑性目标聚合物,
其中所述塑料废物回收系统具有传输系统,所述传输系统按上述顺序将材料从每个站点传输到下一个站点。
在一些实施方案中不实施任选的站点,并且如果不实施,则传输系统传输到实施的下一个站点。也可以实施未明确描述的附加站点。
步骤iv-4)中除去溶剂不排除有少量溶剂残留物。然而,除去大部分剩余溶剂,特别是至少70重量%、优选至少85重量%、特别优选至少95重量%的任何剩余溶剂。
所述容器包含溶剂和/或用于搅拌废物的搅拌器。搅拌器可以连接到所述容器和/或它可以设置在所述容器中。在一些实施方案中,容器可以是罐,特别是封闭罐。容器可以是体积为1m3至100m3、特别是5m3至50m3、特别优选20m3至40m3的罐。
优选地,塑料废物回收系统适用于实施上述方法。
优选地,容器包含用于至少部分地溶解塑料废物的有机溶剂。
用于上述方法的任何装置也可以优选地是塑料废物回收系统的一部分,例如针对膜特性的方法所描述的容器。
本发明还涉及上述塑料废物回收系统的用途,用于通过将所述热塑性目标聚合物溶解在有机溶剂中并从有机溶剂中再提取所述热塑性目标聚合物来从塑料废物中回收热塑性目标聚合物。
本发明还涉及错流过滤单元的用途,用于从包含溶解的聚合物的悬浮液或溶液中至少部分除去溶剂,优选使用本发明中描述的类型的膜来进行。
本发明还涉及错流过滤单元和/或错流过滤的用途,用于回收塑料废物、特别是城市固体废物,优选使用本发明中描述的类型的膜和/或用于本发明中描述的塑料废物的类型和/或组成。
在上述背景下,如下连续编号的实施方案提供了本发明的其他具体方面:
1.一种从包含热塑性目标聚合物的流化形式中除去溶剂的方法,其中所述方法包括如下步骤:
i-4)提供所述流化形式;
ii-4)优选纯化所述流化形式,特别是通过机械固液分离来进行纯化;
iii-4)使用具有膜的错流过滤单元来浓缩所述流化形式,所述膜可透过溶剂且不可透过热塑性目标聚合物。
2.根据实施方案1所述的方法,还包括如下步骤:
iv-4)对所述热塑性目标聚合物进行脱气和/或挤出。
3.根据实施方案1或2中任一项所述的方法,其中包含所述热塑性目标聚合物的所述流化形式选自包含溶液、悬浮液、聚合物凝胶和聚合物熔体的组。
4.根据实施方案1至4中任一项所述的方法,其中包含所述热塑性目标聚合物的所述流化形式是包含所述目标聚合物的溶液或悬浮液。
5.根据实施方案4所述的方法,其中包含所述热塑性目标聚合物的所述悬浮液或溶液通过优选使用加热系统将溶剂或溶剂混合物添加到所述塑料材料、特别是塑料废物或预处理的塑料废物中来得到,其中所述热塑性目标聚合物基本上可溶于所述溶剂或所述溶剂混合物。
6.根据实施方案1至5中任一项所述的方法,其中所述膜被设计成对于平均分子量为1000kDa或更高的热塑性目标聚合物、特别是平均分子量为500kDa或更高的热塑性目标聚合物、特别优选平均分子量为200kDa或更高的热塑性目标聚合物是不可透过的。
7.根据实施方案1至6中任一项所述的方法,其中纯化所述悬浮液或溶液包括通过机械固液分离、特别是使用离心机来除去所述悬浮液或溶液的不溶解组分。
8.根据实施方案1至7中任一项所述的方法,其中步骤iv-4)包括在挤出之前形成聚合物熔体和/或在挤出之后使用小球切割器来形成小球。
9.根据实施方案1至8中任一项所述的方法,其中除去溶剂的方法用于回收包含热塑性目标聚合物的塑料废物和/或在步骤i-4)中包含热塑性目标聚合物的塑料废物至少部分地溶解在溶剂中,特别是使用搅拌器和/或加热系统来进行。
10.根据实施方案1至9中任一项所述的方法,其中在步骤i-4)和/或iii-4)期间,悬浮液或溶液具有至少50℃、特别是至少80℃的平均温度,和/或
其中在步骤i-4)中平均温度与步骤iii-4)中的平均温度相差不超过20℃,特别是不超过10℃。
11.根据实施方案1至10中任一项所述的方法,其中所述溶剂是单一有机溶剂或包含至少一种有机溶剂的溶剂混合物。
12.根据实施方案1至11中任一项所述的方法,其中所述错流过滤在20至160℃、特别是40至140℃、优选50至100℃的平均温度下进行。
13.根据实施方案1至12中任一项所述的方法,其中错流过滤是
a)使用截留性逐渐更强的膜进行间歇式过滤;或者
b)使用多个串联的膜进行连续过滤;或者
c)通过使用单个膜或多个膜并改变所施加的压力进行的变压过滤。
14.根据实施方案1至13中任一项所述的方法,其中所述方法用于回收塑料废物并且在根据实施方案13的塑料废物回收系统中进行。
15.根据实施方案1至14中任一项所述的方法,其中所述热塑性聚合物是聚烯烃,特别是低密度聚乙烯(LDPE)。
16.根据实施方案1至15中任一项所述的方法,其中所述膜选自聚酰胺膜、聚偏二氟乙烯膜、聚醚砜膜、聚砜膜、聚二甲基硅氧烷膜、聚丙烯膜。
17.一种塑料废物回收系统,特别是用于实施根据实施方案1至16中任一项所述的方法的塑料废物回收系统,包含如下项目:
1)优选包含用于塑料废物的减小尺寸装置、特别是切碎机的站点;
2)优选用于洗涤减小尺寸的塑料废物的站点;
3)包含容器的站点以特别地用于实施如上所述的步骤i-4),其中所述容器包含搅拌器和/或加热系统;
4)优选包含用于固液分离的离心机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤ii-4);
5)包含错流过滤单元的站点以特别地用于实施如上所述的步骤iii-4);
6)优选包含用于制造聚合物小球的塑料挤出机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤iv-4),特别是其中所述塑料挤出机具有加热单元或连接到加热单元以用于加热所述热塑性目标聚合物,
其中所述塑料废物回收系统具有传输系统,所述传输系统按上述顺序将材料从每个站点传输到下一个站点。
18.错流过滤单元的用途,用于从包含溶解的热塑性聚合物的悬浮液或溶液中除去溶剂。
19.根据实施方案18所述的用途,其中所述错流过滤单元用于回收塑料废物。
在一个实施方案中,本发明的主题涉及一种在挤出机中进行加工的同时从包含热塑性目标聚合物的流化形式中除去添加剂和/或杂质的方法,其中包含热塑性目标聚合物的流化形式经受至少一种提取剂的逆流,其中所述方法包括如下步骤:
i-5)提供所述流化形式:
ii-5)将所述流化形式递送至挤出机,其中所述挤出机包含膜或筛子,其中所述膜或筛子对于提取剂、溶剂和/或润滑剂是可透过的并且对于热塑性目标聚合物是不可透过的;
iii-5)通过在所述挤出机中使用至少一种提取剂和/或加工助剂的逆流进行提取来纯化所述流化形式;
iv-5)对所述热塑性目标聚合物进行脱气和/或挤出。
如本文中所使用的,术语“流化形式”或“包含所述聚合物的流化聚合物”涉及呈流体形式的包含所述聚合物的材料。聚合物的流动性受许多参数和聚合物的流动特性的影响。特别地,流动性通过加热或熔化所述目标聚合物来实现。在一些实施方案中,流动性通过向所述聚合物添加溶剂或溶剂混合物以至少部分溶解所述聚合物来实现。所述聚合物的流动性可能受溶剂的添加量的影响。例如,利用相对少量的溶剂可以得到聚合物凝胶,其中聚合物网络在加入的溶剂或溶剂混合物中溶胀。利用相对大量的溶剂,可以实现所述聚合物的几乎完全溶解以得到包含所述聚合物的溶液或悬浮液。
在一个实施方案中,本发明涉及一种方法,其中在步骤i-5)中包含所述热塑性目标聚合物的所述流化形式选自包含溶液、悬浮液、聚合物凝胶和聚合物熔体的组。
在另一个实施方案中,本发明涉及一种方法,其中在步骤i-5)中包含所述热塑性目标聚合物的所述流化形式是包含所述溶解的目标聚合物的悬浮液或溶液。
在另一个具体实施方案中,本发明涉及一种方法,其中包含所述溶解的热塑性目标聚合物的所述悬浮液或溶液是优选使用加热系统通过将溶剂或溶剂混合物添加到所述塑料材料、特别是塑料废物或预处理的塑料废物中得到的,其中所述热塑性目标聚合物基本上可溶于所述溶剂或所述溶剂混合物,并且其中溶剂不同于用于提取的逆流中所用的提取剂。
令人惊奇地发现,通过根据本申请的方法将提取剂应用于包含所述热塑性目标聚合物的流化形式,在所得纯化的聚合物物质中添加剂和降解副产物的水平降低。
在本申请的一个实施方案中,挤出机具有可透过溶剂和小分子但不可透过聚合物粒子的膜或筛子。
在本申请的上下文中,小分子是指不是聚合物的每一种组分。在本申请的另一个实施方案中,小分子是指<200kDa的组分。
在另一个实施方案中,本发明涉及一种方法,其中膜或筛子被设计成不可透过平均分子量为1000kDa或更高的热塑性目标聚合物、特别是平均分子量为500kDa或更高的热塑性目标聚合物、特别优选平均分子量为200kDa或更高的的热塑性目标聚合物。
在本申请的另一个实施方案中,所得提取物通过膜或筛子从挤出机中逸出,使得挤出机基本上也用作提取器。
根据挤出机中的热塑性目标聚合物是否完全熔化,可以进行液液或固液提取。
在本申请的另一个实施方案中,挤出是连续过程,其中在挤出的同时施加提取剂。
在本申请的另一个优选实施方案中,术语挤出机选自包含单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、行星式挤出机、环式挤出机的组。
在本申请的另一个实施方案中,使用双螺杆挤出机,其中所述双螺杆挤出机能够实现提取剂和流化聚合物(熔体、悬浮液或溶液)的理想混合
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中所得富含杂质的提取物通过膜或筛子从挤出机中逸出,其中将所得纯化的聚合物物质经受标准挤出程序。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中在步骤iv-5)中所述热塑性目标聚合物的脱气和/或挤出过程中,添加剂氧化,因此聚合物保持完整。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中至少两种流从挤出机中出来,一种流是提取剂,另一种流是聚合物。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中所述挤出机包含用于热塑性目标聚合物的入口开口和出口开口。
如本文中所使用的,术语逆流涉及提取剂,其中所述提取剂不是聚合物的溶剂,而是杂质的溶剂(不溶性定义)。提取剂流的压力高于50bar,还高于100bar。逆流和正流的压力差小于10bar,还小于5bar。
在另一个具体实施方案中,本申请涉及一种方法,其中通过将流体泵入挤出机中来产生逆流,其中聚合物熔体/溶液/物质从挤出机中出来。因此压力需要高于熔体/溶液/物质的压力。
在一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中所述添加剂选自包含抗氧化剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、加工助剂和润滑剂、抗静电剂、杀生物剂、金属钝化剂、增滑剂、防滑剂、抗粘连剂和/或成核剂的组。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中所述添加剂选自包含以下的组:作为“自由基清除剂”的抗氧化剂、作为工艺稳定剂或作为长期稳定剂的热稳定剂、抗光氧化的光稳定剂、用于将辐射转化为热能的紫外线吸收剂、用于减少剪切的加工助剂和润滑剂、用于降低表面电阻的抗静电剂、用于抑制微生物聚集的杀生物剂、用于抑制金属催化的聚合物降解的金属钝化剂、用于在表面上获得润滑效果的增滑剂、防滑剂、用于防止箔/薄膜在热/压力下粘连的抗粘连剂和/或用于提高结晶温度的成核剂。
在本发明的上下文中,这些添加剂的浓度如下:
在另一个实施方案中,本发明涉及一种方法,其中所述杂质选自包含印染染料、胶粘剂、降解的聚合物链、着色剂的组。
在另一个具体实施方案中,本发明涉及一种方法,其中使包含热塑性目标聚合物的所述流化形式经受还包含加工助剂的逆流。
令人惊讶的是,发现添加加工助剂时,挤出过程消耗的能量更少。通过添加加工助剂,当物体在模具上移动时,摩擦力会降低。
此外,在标准工艺中,聚合物在穿过模具的同时会升温。当模具内部的摩擦力得到释放时,聚合物物质加热到较低程度。这反过来又抑制了解聚和进一步的副反应,并有助于控制过程的温度。
在一个实施方案中,本发明涉及一种方法,其中所述加工助剂选自包含润滑剂和增滑剂的组。
在另一个实施方案中,本发明涉及一种方法,其中所述润滑剂选自包含脂肪酸的金属盐如硬脂酸锌的组。
在另一个实施方案中,本发明涉及一种方法,其中所述润滑剂可溶于提取溶剂并被溶剂提取。
加工助剂由此从所得纯化的聚合物物质中除去。
在另一个具体实施方案中,本发明涉及一种方法,其中所述提取剂选自包含酮、酯、醇、有机酸和水的组。
在其他实施方案中,本发明涉及一种方法,其中所述提取剂选自包含丙酮、乙酸乙酯、乙醇的组。
在另一个实施方案中,本发明涉及一种方法,其中所述提取剂是用于流化形式的热塑性目标聚合物的非溶剂。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种从包含热塑性目标聚合物的流化形式中除去添加剂和/或杂质的方法,其中所述方法用于回收包含热塑性目标聚合物的塑料废物和/或在步骤i-5)中包含热塑性目标聚合物的塑料废物至少部分溶解在溶剂中,特别是使用搅拌器和/或加热系统来进行。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中在将热塑性目标聚合物溶解在溶剂中期间(步骤i-5),悬浮液或溶液/物质/熔体具有至少50℃、特别是至少80℃的平均温度。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中在溶解热塑性目标聚合物并将包含所述溶解的热塑性目标聚合物的所述悬浮液或溶液/物质/熔体输送到挤出机(步骤ii-5)期间,悬浮液或溶液/物质/物质/熔体具有至少50℃,特别是至少80℃的平均温度。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中在挤出所述热塑性目标聚合物(步骤iv-5)期间,悬浮液或溶液/物质/熔体的平均温度为至少150℃,特别是至少180℃,尤其更优选至少200℃。在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中在挤出所述热塑性目标聚合物(步骤iv-5)期间,悬浮液或溶液/物质/熔体具有至少对应于溶剂分离温度的递送温度。
在本申请的具体实施方案中,其中PE的溶解温度为至少95℃,并且挤出温度为至少220℃。
本申请的另一个实施方案涉及一种方法,其中热塑性聚合物是聚烯烃,特别是低密度聚乙烯(LDPE)。
本申请的另一个实施方案涉及一种方法,其中所述膜选自包含聚酰胺膜、聚偏二氟乙烯膜、聚醚砜膜、聚砜膜、聚二甲基硅氧烷膜、聚丙烯膜的组。
本申请的另一个实施方案涉及一种方法,其中所述筛子选自包含金属、陶瓷的组。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中所述筛子的网眼尺寸为<50μm以产生高压力损失,使得仅液体介质通过筛子,但聚合物熔体/溶液/物质不通过筛子。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中后面的步骤ii-5)和iii-5)在转盘提取器中进行。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中后面的步骤ii-5)和iii-5)在混合器-沉降器提取器中进行。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中所述塑料材料选自包含消费使用后的聚合物、工业使用后的聚合物及其组合的组。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中所述热塑性目标聚合物是热塑性聚合物。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中所述热塑性目标聚合物选自包含聚烯烃、聚酰胺(PA)及其组合的组。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中所述热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中所述热塑性目标聚合物是聚丙烯(PP)。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中所述热塑性目标聚合物是聚酰胺(PA)。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中在后面的步骤(i-5)中使用的溶剂是单一有机溶剂或包含至少一种有机溶剂的溶剂混合物。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中所述溶剂对于聚烯烃选自包含具有高达C12的C原子的长度/数量的正烷烃、具有高达C12的C原子的长度/数量的异烷烃、具有高达C12的C原子的长度/数量的环状饱和烃的组,对于聚酰胺选自包含有机酸、无机酸、多元醇、水的组。
在一个优选的实施方案中,本申请涉及一种方法,其中所述溶剂是饱和烃。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中所述热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)并且所述溶剂是正庚烷。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中所述热塑性目标聚合物是聚丙烯(PP)并且所述溶剂是正辛烷。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中所述热塑性目标聚合物是聚酰胺(PA)并且所述溶剂是丙二醇。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中步骤iii-5)在比所述溶剂的沸点低超过10K、特别是超过5K的温度下进行。
在另一个实施方案中,本申请涉及一种方法,其中步骤iii-5)在低于6bar、更优选低于2bar的压力下进行,特别是在大气压下进行。
在另一个实施方案中,所公开的方法用于回收塑料废物并且在塑料废物回收厂中进行。
本发明还涉及一种塑料废物回收系统,所述系统包含如下项目:
1)优选包含用于塑料废物的减小尺寸装置、特别是切碎机的站点;
2)优选用于洗涤减小尺寸的塑料废物的站点;
3)优选包含容器的站点,其中所述容器包含搅拌器和/或加热系统;
4)优选包含用于固液分离的离心机的站点;
5)优选包含过滤单元或蒸发单元的站点;
6)包含用于制造聚合物小球的塑料挤出机的站点,以特别地用于实施如上所述的步骤iii-5)和iv-5),其中包含热塑性目标聚合物的流化形式在所述挤出机中经受至少一种提取剂的逆流,其中所述挤出机包含膜或筛子,其中膜或筛子被设计成可透过提取剂、溶剂和/或润滑剂并且不可透过热塑性目标聚合物;特别地,其中塑料挤出机具有加热单元或连接到加热单元,以用于加热热塑性目标聚合物;
其中所述塑料废物回收系统具有传输系统,所述传输系统按上述顺序将材料从每个站点传输到下一个站点。
在一些实施方案中不实施任选的站点,并且如果不实施,则传输系统传输到实施的下一个站点。也可以实施未明确描述的附加站点。
优选地,塑料废物回收系统适用于实施上述方法。
用于上述方法的任何装置也可以优选地是塑料废物回收系统的一部分。
本发明还涉及上述塑料废物回收系统用于实施上述方法的用途。
令人惊奇地发现,通过上述步骤的组合,可以以特别节能的方式除去添加剂和/或杂质。也可以除去小分子杂质。
在上述背景下,如下连续编号的实施方案提供了本发明的其他具体方面:
1.一种在挤出机中进行加工的同时从包含热塑性目标聚合物的流化形式中除去添加剂和/或杂质的方法,其中包含热塑性目标聚合物的流化形式经受至少一种提取剂的逆流,其中所述方法包括如下步骤:
i-5)提供所述流化形式:
ii-5)将所述流化形式递送至挤出机,其中所述挤出机包含膜或筛子,其中所述膜或筛子对于提取剂、溶剂和/或润滑剂是可透过的并且对于热塑性目标聚合物是不可透过的;
iii-5)通过在所述挤出机中使用至少一种提取剂和/或加工助剂的逆流进行提取来纯化所述流化形式;
iv-5)对所述热塑性目标聚合物进行脱气和/或挤出。
2.根据实施方案1所述的方法,其中在步骤i-5)中包含所述热塑性目标聚合物的所述流化形式选自包含溶液、悬浮液、聚合物凝胶和聚合物熔体的组。
3.根据实施方案1或2中任一项所述的方法,其中在步骤i-5)中包含所述热塑性目标聚合物的所述流化形式是包含所述溶解的目标聚合物的悬浮液或溶液。
4.根据实施方案3所述的方法,其中包含所述溶解的热塑性目标聚合物的所述悬浮液或溶液是优选使用加热系统通过将溶剂或溶剂混合物添加到所述塑料材料、特别是塑料废物或预处理的塑料废物中得到的,其中所述热塑性目标聚合物基本上可溶于所述溶剂或所述溶剂混合物,并且其中溶剂不同于用于提取的逆流中所用的提取剂。
5.根据实施方案1至4中任一项所述的方法,其中所述挤出机包含用于热塑性目标聚合物的入口开口和出口开口。
6.根据实施方案1所述的方法,其中膜或筛子被设计成不可透过平均分子量为1000kDa或更高的热塑性目标聚合物、特别是平均分子量为500kDa或更高的热塑性目标聚合物、特别优选平均分子量为200kDa或更高的的热塑性目标聚合物。
7.根据实施方案1或2所述的方法,其中通过将流体泵入挤出机来产生逆流,其中聚合物熔体/溶液从挤出机出来。因此压力需要高于熔体/溶液/物质的压力。
8.根据实施方案1至7中任一项所述的方法,其中所述添加剂选自包含抗氧化剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、加工助剂和润滑剂、抗静电剂、杀生物剂、金属钝化剂、增滑剂、防滑剂、抗粘连剂和/或成核剂的组。
9.根据实施方案1至7中任一项所述的方法,其中所述杂质选自包含印染染料、胶粘剂、降解的聚合物链的组。
10.根据实施方案1至7中任一项所述的方法,其中使所述聚合物溶液/聚合物熔体经受进一步包含加工助剂的逆流。
11.根据实施方案1至8中任一项所述的方法,其中所述加工助剂选自包含润滑剂和增滑剂的组。
12.根据实施方案1至11中任一项所述的方法,其中所述润滑剂选自包含脂肪酸的金属盐如硬脂酸锌的组。
13.根据实施方案1至12中任一项所述的方法,其中所述润滑剂可溶于溶剂并被溶剂提取。
14.根据实施方案1至13中任一项所述的方法,其中所述提取剂选自包含酮、酯、醇、有机酸和水的组。
15.根据实施方案1至14中任一项所述的方法,其中所述提取剂选自包含丙酮、乙酸乙酯、乙醇的组。
16.根据实施方案1至15中任一项所述的方法,其中所述提取剂是目标聚合物的非溶剂。
17.根据实施方案1至16中任一项所述的方法,其中所述用于除去添加剂和/或杂质方法用于回收包含热塑性目标聚合物的塑料废物和/或在步骤i-5)中包含热塑性目标聚合物的塑料废物至少部分溶解在溶剂中,特别是使用搅拌器和/或加热系统来进行。
18.根据实施方案1至17中任一项所述的方法,其中在将热塑性目标聚合物溶解在溶剂中(步骤i-5)期间,悬浮液或溶液/熔体具有至少50℃、特别是至少80℃的平均温度。
19.根据实施方案1至18中任一项所述的方法,其中在将包含所述溶解的热塑性目标聚合物的所述悬浮液或溶液/物质/熔体递送至挤出机(步骤ii-5)期间,悬浮液或溶液/熔体具有至少对应于溶剂分离的温度的递送温度。
20.根据实施方案1至19中任一项所述的方法,其中在挤出所述热塑性目标聚合物(步骤iv-5)期间,悬浮液或溶液/熔体的平均温度为至少150℃,特别是至少180℃,尤其更优选至少200℃。
21.根据实施方案1至20中任一项所述的方法,其中热塑性聚合物是聚烯烃,特别是低密度聚乙烯(LDPE)。
22.根据实施方案1至21中任一项所述的方法,其中所述膜选自聚酰胺膜、聚偏二氟乙烯膜、聚醚砜膜、聚砜膜、聚二甲基硅氧烷膜、聚丙烯膜。
23.根据实施方案1至22中任一项所述的方法,其中所述筛子选自金属、陶瓷。
24.根据实施方案1至23中任一项所述的方法,其中所述筛子的网眼尺寸为<50μm以产生高压力损失,使得仅液体介质通过筛子,但聚合物熔体/溶液/物质不通过筛子。
25.根据实施方案1至24中任一项所述的方法,其中步骤ii-5)和iii-5)在转盘提取器中进行。
26.根据实施方案1至25中任一项所述的方法,其中步骤ii-5)和iii-5)在混合器-沉降器提取器中进行。
27.根据实施方案1至26中任一项所述的方法,其中所述塑料材料选自包含消费使用后的聚合物、工业使用后的聚合物及其组合的组。
28.根据实施方案1至27中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物是热塑性聚合物。
29.根据实施方案1至28中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物选自包含聚烯烃、聚酰胺(PA)及其组合的组。
30.根据实施方案1至29中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)。
31.根据实施方案1至30中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物是聚丙烯(PP)。
32.根据实施方案1至31中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物是聚酰胺(PA)。
33.根据实施方案1至32中任一项所述的方法,其中在步骤i-5)中使用的溶剂是单一有机溶剂或包含至少一种有机溶剂的溶剂混合物。
34.根据实施方案1至33中任一项所述的方法,其中所述溶剂对于聚烯烃选自包含具有高达C12的C原子的长度/数量的正烷烃、具有高达C12的C原子的长度/数量的异烷烃、具有高达C12的C原子的长度/数量的环状饱和烃的组,对于聚酰胺选自包含有机酸、无机酸、多元醇、水的组。
35.根据实施方案1至34中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物是低密度聚乙烯(LDPE)并且所述溶剂是正庚烷。
36.根据实施方案1至35中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物是聚丙烯(PP)并且所述溶剂是正辛烷。
37.根据实施方案1至36中任一项所述的方法,其中所述热塑性目标聚合物是聚酰胺(PA)并且所述溶剂是丙二醇。
38.根据实施方案1至37中任一项所述的方法,其中步骤iii-5)在比所述溶剂的沸点低超过10K,特别是超过5K的温度下进行。
39.根据实施方案1至38中任一项所述的方法,其中步骤iii-5)在低于6bar、更优选低于2bar的压力下进行,特别是在大气压下进行。
40.根据实施方案1至39中任一项所述的方法,其中所述方法用于回收塑料废物并且在根据实施方案41所述的塑料废物回收系统中进行。
41.一种塑料废物回收系统,特别是用于实施根据实施方案1至40中任一项所述的方法的塑料废物回收系统,包含如下项目:
1)优选包含用于塑料废物的减小尺寸装置、特别是切碎机的站点;
2)优选用于洗涤减小尺寸的塑料废物的站点;
3)优选包含容器的站点,其中所述容器包含搅拌器和/或加热系统;
4)优选包含用于固液分离的离心机的站点;
5)优选包含过滤单元或蒸发单元的站点;
6)包含用于制造聚合物小球的塑料挤出机的站点,以特别地用于实施如上所述的步骤iii-5)和iv-5),特别是其中塑料挤出机具有加热单元或连接到加热单元以用于加热热塑性目标聚合物;
其中所述塑料废物回收系统具有传输系统,所述传输系统按上述顺序将材料从每个站点传输到下一个站点。
在本发明的范围内,提供塑料材料或提供包含所述热塑性目标聚合物的流化形式,特别是包含所述目标聚合物的溶液、悬浮液、聚合物凝胶和聚合物熔体能够通过包括任何一项前述实施方案的方法来进行。
在上述背景下,如下连续编号的实施方案提供了本发明的其他具体方面:
1.一种对包含至少一种目标聚合物的塑料材料进行回收的方法,其中所述方法包括如下除尘步骤:
i-1)提供所述塑料材料,特别是塑料废物;
ii-1)将所述塑料材料减小尺寸;
iii-1)通过粒度和/或粒子重量,特别是通过筛分或使所述减小尺寸的塑料材料与气流接触,优选通过使所述减小尺寸的塑料材料通过空气逆流或其组合对步骤ii-1)之后得到的减小尺寸的材料进行分级;
其中在步骤iii-1)之后得到的减小尺寸的塑料材料基本上不含颗粒物质,并且其中基本上不含颗粒物质是指,至少99重量%的<300μm、特别是<100μm的粒子已经从减小尺寸的塑料材料中除去。
2.根据实施方案1的方法还包括如下附加步骤:
iv-1)向在步骤iii-1)之后得到的材料中加入溶剂或溶剂混合物以得到包含所述目标聚合物的溶液或悬浮液,优选使用加热系统,其中所述目标聚合物基本上可溶于所述溶剂或溶剂混合物。
3.根据实施方案2的方法,还包括如下附加步骤:
v-1)优选对在步骤iv-1)之后得到的所述溶液或悬浮液进行纯化,特别是通过机械固液分离来进行纯化;
vi-1)任选地,如果溶液包含源自消费后的塑料废物的至少一种聚合物,则添加用于脱色的溶液清洁步骤和附加的气味处理步骤;
vii-1)从所述溶液或悬浮液中分离所述目标聚合物;
viii-1)优选对所述目标聚合物进行脱气和/或挤出。
4.一种对包含至少一种热塑性目标聚合物的塑料材料进行回收的方法,其中所述方法包括如下步骤:
i-2)特别是通过优选使用加热系统将溶剂或溶剂混合物添加到所述塑料材料、特别是塑料废物或预处理的塑料废物中来提供包含所述热塑性目标聚合物的悬浮液或溶液,其中所述热塑性目标聚合物基本上可溶于所述溶剂或所述溶剂混合物;
ii-2)优选纯化所述溶液或悬浮液,优选通过机械固液分离来进行纯化;
iii-2)优选使用加热系统将液体提取剂与所述溶液或悬浮液混合以制造多相系统,优选双相系统,其中所述提取剂是目标聚合物的非溶剂,其中所述溶剂或所述溶剂混合物与所述提取剂基本上不混溶,并且其中所述提取剂和所述溶剂或所述溶剂混合物具有基本上不同的密度;
iv-2)将包含热塑性目标聚合物的级分与包含提取剂的级分分离。
5.根据实施方案4所述的方法,其中步骤i-2)中的悬浮液或溶液是通过根据实施方案2所述的方法得到的悬浮液或溶液。
6.根据实施方案4或5中任一项所述的方法,还包括如下步骤:
v-2)将所述热塑性目标聚合物与步骤iv-2)之后得到的溶液分离;
vi-2)优选对所述热塑性目标聚合物进行脱气和/或挤出。
7.一种对包含至少一种热塑性目标聚合物的塑料材料进行回收的方法,其中所述方法包括如下步骤:
i-3)特别是通过优选使用加热系统将溶剂或溶剂混合物添加到所述塑料材料、特别是塑料废物或预处理的塑料废物中来提供包含所述热塑性目标聚合物的悬浮液或溶液,其中所述热塑性目标聚合物基本上可溶于所述溶剂或所述溶剂混合物;
ii-3)优选纯化所述溶液或悬浮液,优选通过机械固液分离来进行纯化;
iii-3)优选使用加热系统,在搅拌下、特别是在使用搅拌器的搅拌下向所述溶液或悬浮液添加固体添加剂,其中所述固体添加剂基本上不溶于所述溶剂或所述溶剂混合物。
8.根据实施方案7所述的方法,其中步骤i-3)中的悬浮液或溶液是通过根据实施方案2所述的方法得到的悬浮液或溶液。
9.根据实施方案7所述的方法,其中步骤i-3)中的悬浮液或溶液是通过根据实施方案4或5中任一项所述的方法得到的悬浮液或溶液。
10.根据实施方案7至9中任一项所述的方法,还包括如下步骤:
iv-3)通过对步骤iii-3)中得到的混合物进行闪蒸来分离包含所述添加剂的所述热塑性目标聚合物;
v-3)优选对所述目标聚合物进行脱气和/或挤出。
11.一种从包含热塑性目标聚合物的流化形式中除去溶剂的方法,其中所述方法包括如下步骤:
i-4)提供所述流化形式;
ii-4)优选纯化所述流化形式,特别是通过机械固液分离来进行纯化;
iii-4)使用具有膜的错流过滤单元来浓缩所述流化形式,所述膜可透过溶剂且不可透过热塑性目标聚合物。
12.根据实施方案11所述的方法,其中步骤i-4)中的所述流化形式选自包含溶液、悬浮液、聚合物凝胶和聚合物熔体的组。
13.根据实施方案11或12中任一项所述的方法,其中步骤i-4)中的所述流化形式是包含所述目标聚合物的悬浮液或溶液。
14.根据实施方案13所述的方法,其中所述悬浮液或溶液是通过根据实施方案2、7或8中任一项所述的方法得到的悬浮液或溶液。
15.根据实施方案13所述的方法,其中所述悬浮液或溶液是通过根据实施方案4、5或9中任一项所述的方法得到的悬浮液或溶液。
16.根据实施方案11至15中任一项所述的方法,还包括如下步骤:
iv-4)对所述热塑性目标聚合物进行脱气和/或挤出。
17.一种在挤出机中进行加工的同时从包含热塑性目标聚合物的流化形式中除去添加剂和/或杂质的方法,其中包含热塑性目标聚合物的流化形式经受至少一种提取剂的逆流,其中所述方法包括如下步骤:
i-5)提供所述流化形式:
ii-5)将所述流化形式递送至挤出机,其中所述挤出机包含膜或筛子,其中所述膜或筛子对于提取剂、溶剂和/或润滑剂是可透过的并且对于热塑性目标聚合物是不可透过的;
iii-5)通过在所述挤出机中使用至少一种提取剂和/或加工助剂的逆流进行提取来纯化所述流化形式;
iv-5)对所述热塑性目标聚合物进行脱气和/或挤出。
18.根据实施方案17所述的方法,其中步骤i-5)中的所述流化形式选自包含溶液、悬浮液、聚合物凝胶和聚合物熔体的组。
19.根据实施方案17或18中任一项所述的方法,其中步骤i-5)中的所述流化形式是包含所述目标聚合物的悬浮液或溶液。
20.根据实施方案19所述的方法,其中所述悬浮液或溶液是通过根据实施方案2、7或8中任一项所述的方法得到的悬浮液或溶液。
21.根据实施方案17所述的方法,其中步骤i-5)中的所述流化形式是通过根据实施方案11至14中任一项所述的方法得到的流化形式。
22.一种塑料废物回收系统,特别是用于实施根据实施方案1至3中任一项所述的方法的塑料废物回收系统,包含如下项目:
1)包含用于塑料废物的减小尺寸装置、特别是切碎机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤ii-1);
2)包含空气分级器的站点以特别地用于实施如上所述的步骤iii-1);
3)优选用于洗涤减小尺寸的塑料废物的站点;
4)包含容器的站点以特别地用于实施如上所述的步骤iv-1),其中所述容器包含搅拌器和/或加热系统;
5)优选包含用于固液分离的离心机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤v-1);
6)包含过滤单元或蒸发单元的站点以特别地用于实施如上所述的步骤vii-1);
7)优选包含用于制造聚合物小球的塑料挤出机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤viii-1),特别是其中所述塑料挤出机具有加热单元或连接到加热单元以用于加热所述热塑性目标聚合物,
其中所述塑料废物回收系统具有传输系统,所述传输系统按上述顺序将材料从每个站点传输到下一个站点。
23.一种塑料废物回收系统,特别是用于实施根据实施方案4至6中任一项所述的方法的塑料废物回收系统,包含如下项目:
1)优选包含用于塑料废物的减小尺寸装置、特别是切碎机的站点;
2)优选用于洗涤减小尺寸的塑料废物的站点;
3)包含容器的站点以特别地用于实施如上所述的步骤i-2),其中所述容器包含搅拌器和/或加热系统;
4)优选包含用于固液分离的离心机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤ii-2);
5)包含混合器-沉降器单元或转盘提取器的站点以特别地用于实施如上所述的步骤iii-2)和iv-2);
6)包含过滤单元或蒸发单元的站点以特别地用于实施如上所述的步骤v-2);
7)优选包含用于制造聚合物小球的塑料挤出机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤vi-2),特别是其中所述塑料挤出机具有加热单元或连接到加热单元以用于加热所述热塑性目标聚合物,
其中所述塑料废物回收系统具有传输系统,所述传输系统按上述顺序将材料从每个站点传输到下一个站点。
24.一种塑料废物回收系统,特别是用于实施根据实施方案7至10中任一项所述的方法的塑料废物回收系统,包含如下项目:
1)优选包含用于塑料废物的减小尺寸装置、特别是切碎机的站点;
2)优选用于洗涤减小尺寸的塑料废物的站点;
3)包含容器的站点以特别地用于实施如上所述的步骤i-3),其中所述容器包含搅拌器和/或加热系统;
4)优选包含用于固液分离的离心机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤ii-3);
5)包含闪蒸单元的站点以特别地用于实施如上所述的步骤iv-3);
6)优选包含用于制造聚合物小球的塑料挤出机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤v-3),特别是其中所述塑料挤出机具有加热单元或连接到加热单元以用于加热所述热塑性目标聚合物,
其中所述塑料废物回收系统具有传输系统,所述传输系统按上述顺序将材料从每个站点传输到下一个站点。
25.一种塑料废物回收系统,特别是用于实施根据实施方案11至16中任一项所述的方法的塑料废物回收系统,包含如下项目:
1)优选包含用于塑料废物的减小尺寸装置、特别是切碎机的站点;
2)优选用于洗涤减小尺寸的塑料废物的站点;
3)包含容器的站点以特别地用于实施如上所述的步骤i-4),其中所述容器包含搅拌器和/或加热系统;
4)优选包含用于固液分离的离心机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤ii-4);
5)包含错流过滤单元的站点以特别地用于实施如上所述的步骤iii-4);
6)优选包含用于制造聚合物小球的塑料挤出机的站点以特别地用于实施如上所述的步骤iv-4),特别是其中所述塑料挤出机具有加热单元或连接到加热单元以用于加热所述热塑性目标聚合物,
其中所述塑料废物回收系统具有传输系统,所述传输系统按上述顺序将材料从每个站点传输到下一个站点。
26.一种塑料废物回收系统,特别是用于实施根据实施方案17至21中任一项所述的方法的塑料废物回收系统,包含如下项目:
1)优选包含用于塑料废物的减小尺寸装置、特别是切碎机的站点;
2)优选用于洗涤减小尺寸的塑料废物的站点;
3)优选包含容器的站点,其中所述容器包含搅拌器和/或加热系统;
4)优选包含用于固液分离的离心机的站点;
5)优选包含过滤单元或蒸发单元的站点;
6)包含用于制造聚合物小球的塑料挤出机的站点,以特别地用于实施如上所述的步骤iii-5)和iv-5),其中包含热塑性目标聚合物的流化形式在所述挤出机中经受至少一种提取剂的逆流,其中所述挤出机包含膜或筛子,其中膜或筛子被设计成可透过提取剂、溶剂和/或润滑剂并且不可透过热塑性目标聚合物;特别地,其中塑料挤出机具有加热单元或连接到加热单元,以用于加热热塑性目标聚合物;
其中所述塑料废物回收系统具有传输系统,所述传输系统按上述顺序将材料从每个站点传输到下一个站点。
27.一种产品,所述产品通过根据实施方案1至21中任一项所述的任何方法得到。
定义
下面列出的是用于描述本发明的各种术语的定义。这些定义适用于贯穿本说明书和权利要求书使用的术语,除非在特定情况下单独或作为更大类别的一部分另有限制。除非另有定义,否则本文中使用的所有技术和科学术语通常具有与本发明所属领域的普通技术人员普遍理解的相同含义。
如本文中所使用的,冠词“一个”指代冠词的一个或多个(即至少一个)语法对象。例如,“一个元件”是指至少一个元件,即一个元件或多个元件。这尤其还适用于下文讨论的“目标聚合物”和“溶剂”。
如本文中所使用的,术语“平均温度”是指随时间平均的温度,优选在相应步骤的持续时间内。在连续系统中,一个步骤的持续时间是指废料在关于所述步骤的所述条件下的平均时间。溶剂中可能存在位置相关的变化,这能够通过搅拌来减少。在所述情况下,还应将温度在所述位置上进行平均以确定平均温度。在充分搅拌的情况下,平均温度通常仅在很小程度上取决于位置,并且能够通过在一个步骤的持续时间内在一个点上测量来确定平均温度。
如本文中所使用的,术语“峰值温度”是指在步骤期间达到的最高温度。它可以通过连续监测温度并选择最高温度来确定。例如,随着步骤的分批实施,温度可能会下降,例如,当将冷的塑料废物插入到溶剂中时。加热系统可以加热容器以在溶剂被引导至下一步骤之前达到所述峰值温度。在连续系统中,温度可能是恒定的,并且“平均温度”与“峰值温度”之间通常没有区别。溶剂内也可能存在位置相关的变化,并且在所述情况下,可以对所述位置(而不是随时间)上的温度进行平均以确定峰值温度。
如本文中所使用的,术语“升高的温度”是指高于室温的温度。可以使用加热系统来实现升高的温度。
如本文中所使用的,术语“溶剂”是指单一溶剂或不同溶剂的混合物。单一溶剂可促进回收,而混合物可减少有毒溶剂的使用或加速聚合物的溶解。
如本文中所使用的,术语“目标聚合物”是指单一聚合物或不同聚合物的混合物。聚合物还包括共聚物和嵌段聚合物。通常无法完全避免聚合物的混合物。优选地,术语“目标聚合物”是指单一聚合物或不同聚合物的混合物,其可溶于溶剂并且可用于制造聚合物小球。在一些情况下,“目标聚合物”是指一种、两种或三种聚合物作为主要组分的混合物,其中与目标聚合物的总重量相比,杂质的重量可能小于5重量%。此外,使用术语“目标聚合物”在提及“目标聚合物”、“目标聚合物”或“所述目标聚合物”时也应以上述方式来理解,除非明确指出其仅为单一聚合物或不同聚合物的混合物,即“目标聚合物”是“至少一种目标聚合物”;除非另有说明,否则“目标聚合物”是“至少一种目标聚合物”并且“所述目标聚合物”是“所述至少一种目标聚合物”。非目标聚合物也可以是不溶于所用溶剂的聚合物并且它可以通过固液分离来除去。
如本文中所使用的,术语“几个”是指两个、三个、四个以上的实体,优选两个或三个实体。
如本文中所使用的,术语“塑料废物”是指包含塑料的废物。优选地,塑料废物是在初次使用之后被丢弃和/或已经被丢弃的任何物质,例如因为它有缺陷。在一些实施方案中,“塑料废物”是固体。在一些实施方案中,“塑料废物”是指城市固体废物,特别是包括被公众丢弃的日常用品。在一些实施方案中,“塑料废物”是指消费使用后的聚合物、工业使用后的聚合物或其组合。
如本文中所使用的,术语“混合塑料废物”是指包括不同种类的塑料物体的塑料废物。通常在使用塑料之前对其进行分类,例如仅提供塑料袋或仅提供塑料箔。这通常需要对塑料进行分类。在一些情况下,混合塑料废物是从家庭得到的城市塑料废物,即塑料袋、塑料包装、塑料管并且能够对其进行混合。已发现,混合塑料废物能够用于制造根据本发明的聚合物,而不需要收一体化组的相同材料和/或物体。
如本文中所使用的,术语“预处理的塑料废物”是指已经通过对所述塑料废物进行分类、洗涤、减小尺寸和/或除尘而处理的塑料废物。
如本文中所使用的,术语“减小尺寸”是指对所述塑料材料进行的切碎、切割、切片、扯裂、剃削、撕裂、斜砍、雕刻、劈开、割裂、砍断、切开、切断、剪切、碎裂、磨损、划破和研磨。
如本文中所使用的,术语“颗粒物质”是指通过将所述塑料废物减小尺寸、特别是通过切碎所述塑料材料而释放的粉尘。所述颗粒物质包括粒度<300μm的粒子,特别是粒度<100μm的粒子。本文中使用的词语“颗粒物质”与词语“粉尘”同义并且可以互换使用。词语“基本上不含颗粒物质”与“无尘”同义并且可以互换使用。
如本文中所使用的,关于目标聚合物的术语“基本上可溶”是指所述目标聚合物以相对于所述溶剂或溶剂混合物与溶解的聚合物的总重量为不少于5重量%、更优选不少于7重量%、特别是不少于10重量%的量溶解在所述溶剂或所述溶剂混合物中。
如本文中所使用的,关于添加剂的术语“基本上不溶”是指所述添加剂以相对于所述溶剂或溶剂混合物与溶解的聚合物的总重量为小于1重量%、优选小于0.5重量%、特别是小于0.1重量%的量溶解在所述溶剂或所述溶剂混合物中。
如本文中所使用的,术语“提取剂”是指对于目标聚合物是非溶剂并且其中不需要的杂质具有比在所述溶剂中高得多的溶解度的液体。在一些实施方案中,不需要的杂质在所述提取剂中的溶解度比在所述溶剂中的高至少5倍,更优选至少10倍。
如本文中所使用的,关于所述提取剂的术语“非溶剂”是指,相对于所述提取剂和溶解的聚合物的总重量,所述目标聚合物在所述提取剂中的溶解度为小于1重量%,特别是小于0.5重量%。
如本文中所使用的,术语“基本上不混溶”是指基本上不能相互溶解并形成多相系统、特别是双相系统的液体,其中每个相含有至少90%、优选至少95%、更优选至少99.0%、特别是至少99.5%的单一流体。特别地,相之间的边界通过视觉检查来确定。
如本文中所使用的,术语“基本上不同的密度”是指液体,其中所述液体的密度相差大于0.05g/cm3,特别是大于0.10g/cm3。
如本文中所使用的,术语“热稳定剂”是指用于降低聚合物材料在严酷条件如剪切、高温加工或氧化下的加工过程中产生的热的降解作用的试剂。热稳定剂的非限制性实例包括空间位阻酚、亚磷酸酯和羟胺,特别是季戊四醇四(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯)和三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
如本文中所使用的,术语“光稳定剂”是指用于降低因聚合物材料暴露于可见光辐射或紫外线辐射而引起的降解作用的试剂。光稳定剂的非限制性实例包括三嗪、苯并三唑和位阻胺。
如本文中所使用的,术语“阻燃剂”是指用于防止或减缓聚合材料的可燃性的试剂。
如本文中所使用的,术语“抗静电剂”是指用于减少或消除聚合材料或其表面的静电积聚的化合物。抗静电剂的非限制性实例包括二取代的脂族胺、三取代的脂族胺或脂族季铵盐。
如本文中所使用的,术语“润滑剂”是指在加工聚合物材料时用于减少表面之间摩擦的试剂。润滑剂的非限制性实例包括高级烷烃和饱和脂肪酸。特别地,高级烷烃是包含20至40个碳原子的非支化的烃。特别地,饱和脂肪酸由式CH3(CH2)nCOOH表示,其中n是10至20的整数。
如本文中所使用的,术语“增滑剂”是指用于降低薄膜在自身或转换设备部件上滑动的阻力的试剂。增滑剂的非限制性实例包括脂肪酸的酰胺,特别是油酰胺。
如本文中所使用的,术语“杀生物剂”是指用于杀死微生物或减少微生物的数量并保护聚合材料免受侵染的试剂。
如本文中所使用的,术语“包含所述添加剂的聚合物”是指聚合物,其中添加剂分布在聚合物基质内。特别地,所述添加剂能够几乎均匀地分散在整个聚合物基质中。
如本文中所使用的,术语“包含所述聚合物的流化聚合物”涉及呈流体形式的包括所述聚合物的材料。流体形式的特点是粘度高达50000Pa·s。聚合物的流动性受许多参数和聚合物的流动特性的影响。特别地,流动性通过加热或熔化所述目标聚合物来实现。在本发明的上下文中,术语“聚合物熔体”用于指代没有任何溶剂的熔融聚合物。在一些实施方案中,流动性通过向所述聚合物添加溶剂或溶剂混合物以至少部分溶解所述聚合物来实现。所述聚合物的流动性可能受添加的溶剂量的影响。例如,利用相对少量的溶剂可以得到聚合物凝胶,其中聚合物网络在加入的溶剂或溶剂混合物中溶胀。利用相对大量的溶剂,可以实现所述聚合物的几乎完全溶解以得到包含所述聚合物的溶液或悬浮液。如本文中所使用的,术语“溶液”是指聚合物或聚合物混合物均匀分散于其中的透明液体。如本文中所使用的,术语“悬浮液”是指液体与聚合物或聚合物混合物的混合物,其含有大于胶体尺寸的不溶性或微溶性粒子。
如本文中所使用的,术语“烷烃”是指具有5至20个碳原子、通常5至12个碳原子的直链烃。实例包括但不限于正己烷、正庚烷、正辛烷和正壬烷。
如本文中所使用的,术语“异烷烃”是指具有5至20个碳原子、通常5至12个碳原子的支化的链烃。实例包括但不限于异辛烷。
如本文中所使用的,术语“环烷烃”是指环状饱和烃,其中形成环的每个原子(即骨架原子)是碳原子。环烷烃可任选被具有1至4个碳原子的烷基基团取代。实例包括但不限于环己烷、甲基环己烷。
如本文中所使用的,术语“酮”是指具有与碳原子连接的羰基基团的有机化合物。实例包括但不限于丙酮、丁酮。
如本文中所使用的,术语“有机酸”是指具有式C(=O)OH的官能团的有机化合物。实例包括但不限于甲酸、乙酸。
如本文中所使用的,术语“酯”是指具有式C(=O)OR的官能团的有机化合物,其中R代表烷基基团。实例包括但不限于乙酸乙酯、乙酸苄酯。
“数均分子量”优选为各聚合物样品如目标聚合物的总重量除以样品中的聚合物分子数。“平均分子量”可根据ISO 16014-1:2012和/或ISO 16014-2:2012来确定,优选通过ISO 16014-1:2012来确定。
如本文中所使用的,术语“基本上垂直取向”是指与完全垂直的取向相差不超过20°、特别是不超过10°、优选不超过5°的取向。如本文中所使用的,术语“基本上平行取向”是指与完全平行的取向相差不超过20°、特别是不超过10°、优选不超过5°的取向。
具体实施方式
实施例1:从包含PE的塑料薄膜废物中提取PE的方法
i)通过包括在室温下用水洗涤的步骤的机械预处理来准备PE薄膜废物;
ii)将PE在搅拌罐中在90℃下在正庚烷中溶解60分钟。对于此步骤,将塑料薄膜废物在搅拌罐中用溶剂正庚烷处理60分钟;
iii)泵送通过过滤器以分离未溶解的部分。在该步骤中,将步骤ii)中生成的包含溶剂、溶解的PE和(其他,请定义)的溶液泵送通过过滤器(请定义哪种过滤器),其中溶解的部分被截断;
iv)加入预热的提取剂乙酸乙酯,没有聚合物沉淀。对于该步骤,加入预热的乙酸乙酯以在至少95℃、更好是110℃、理想地是125℃的温度下从步骤iii)产生的过滤溶液中提取PE;
iii)如果在挤出机中使用提取剂,则必须有至少一个脱气区域以将其分离。
实施例2
根据该实例,提供的塑料废物包含98重量%的透明箔、2重量%的有色箔、4重量%的HDPE箔以及少于0.2重量%的金属和木材(基于固体内容物的总重量)。透明箔和有色箔主要包含LDPE。将其切碎并任选地进行洗涤,然后插入平均温度为85至95℃的庚烷溶剂中并持续60分钟,得到包含溶解的LDPE的悬浮液或溶液。然后在离心机中通过机械固液分离来除去所述悬浮液的不溶解组分。使用由聚砜制成的孔径为180kDa的膜进行错流过滤来形成包含LDPE的给料。所述给料可以具有凝胶状稠度。它经过脱气和挤出,形成LDPE聚合物小球。
实施例3
用于回收塑料材料的方法的实例,包括/合并塑料废物的无尘尺寸减小和热塑性目标聚合物从悬浮液或溶液中的基于溶剂的提取,其中使用具有膜的错流过滤单元。进行如下步骤:
·将源自工业后源的PE/PA多层材料(20~90重量%的PE,平均值70%)切碎,其中筛孔尺寸为20mm;
·使用空气分级器将减小尺寸的材料流分为粗产物(>25mm)、目标产物和细产物(<100μm),以具有95重量%的目标产物率和99.9%的品质率,从而小于0.1重量%的粗材料和细材料;
·将薄片加入正庚烷溶剂浴中,在已知输入物中PE的比率的情况下获得5重量%溶液,其中溶剂浴的温度为90℃;
·用沉降式离心机分离溶解的聚合物和不溶解的PA薄片;
·添加乙酸乙酯作为极性提取剂,它在50重量%下不是PE的溶剂,以实现10重量%的聚合物溶液,同时计算溶剂/非溶剂系统;
·为降低溶剂含量,将溶液压力增加至10bar,并将其压过膜单元,应用孔径>0.1μm的聚醚砜膜以实现微滤;
·将溶剂含量降低(50重量%)的溶液在带有熔体过滤单元的双螺杆脱气挤出机中挤出。在挤出机的末端有一个水下造粒系统,以得到聚合物小球作为最终产物;
·将聚酰胺薄片在带有熔体过滤和水下造粒系统的双螺杆脱气挤出机中直接挤出。
实施例4
用于回收塑料材料的方法的实例,包括/合并塑料废物的无尘尺寸减小和热塑性目标聚合物从悬浮液或溶液中的基于溶剂的提取,其中使用具有膜的错流过滤单元,其中使包含热塑性目标聚合物的流化形式经受至少一种提取剂的逆流。进行如下步骤:
·将源自工业后源的PE/PA多层材料(20~90重量%的PE,平均值70%)切碎,其中筛孔尺寸为20mm;
·使用空气分级器将减小尺寸的材料流分为粗产物(>25mm)、目标产物和细产物(<100μm),以具有95重量%的目标产物率和99.9%的品质率,从而小于0.1重量%的粗材料和细材料;
·将薄片加入正庚烷溶剂浴中,在已知输入物中PE的比率的情况下获得10重量%溶液,其中溶剂浴的温度为90℃;
·用沉降式离心机分离溶解的聚合物和不溶解的PA薄片;
·为降低溶剂含量,将溶液压力增加至10bar,并将其压过膜单元,应用孔径>0.1μm的聚醚砜膜以实现微滤;
·将溶剂含量降低(50重量%)的溶液在带有熔体过滤单元的双螺杆脱气挤出机中挤出。在挤出机的末端有一个水下造粒系统,以得到聚合物小球作为最终产物;
·为了提取杂质和脱去溶剂,从PE出口逆流加入作为极性物质的乙酸乙酯。相对于聚合物含量,提取剂的用量在0~5重量%的范围内。
·将聚酰胺薄片在带有熔体过滤和水下造粒系统的双螺杆脱气挤出机中直接挤出。
实施例5
用于回收塑料材料的方法的实例,包括/合并塑料废物的无尘尺寸减小和热塑性目标聚合物从悬浮液或溶液中的基于溶剂的提取,其中优选使用加热系统在搅拌下、特别是使用搅拌器搅拌下将添加剂添加到所述溶液或悬浮液中。
进行如下步骤:
·将源自工业后源的PE/PA多层材料(20~90重量%的PE,平均值PE为70%)切碎,其中筛孔尺寸为20mm;
·使用空气分级器将减小尺寸的材料流分为粗产物(>25mm)、目标产物和细产物(<100μm),以具有95重量%的目标产物率和99.9%的品质率,从而小于0.1重量%的粗材料和细材料;
·将薄片加入正庚烷溶剂浴中,在已知输入物中PE的比率的情况下获得5重量%溶液,其中溶剂浴的温度为90℃;
·用沉降式离心机分离溶解的聚合物和不溶解的PA薄片;
·添加乙酸乙酯作为极性提取剂,它在50重量%下不是PE的溶剂,以实现10重量%的聚合物溶液,同时计算溶剂/非溶剂系统;
·在搅拌罐中的温度下对聚合物溶液进行缓冲并在剧烈搅拌下在5分钟内加入100ppm的主要热稳定剂和100ppm的次要热稳定剂,以将不溶性添加剂分散至99%,这意味着在99%的容器增量中,可以实现相同的浓度。
·应用2级闪蒸工艺,其中1阶段在200℃和20bar下并且2阶段在160℃和15bar下;
·将溶剂含量降低(50重量%)的溶液在带有熔体过滤单元的双螺杆脱气挤出机中挤出。在挤出机的末端有一个水下造粒系统,以得到聚合物小球作为最终产物。将聚酰胺薄片在带有熔体过滤和水下造粒系统的双螺杆脱气挤出机中直接挤出。
实施例6
用于回收塑料材料的方法的实例,包括/合并塑料废物的无尘尺寸减小和热塑性目标聚合物从悬浮液或溶液中的基于溶剂的提取,其中包含热塑性目标聚合物的流化形式经受至少一种提取剂的逆流,其中优选使用加热系统在搅拌下、特别是使用搅拌器搅拌下将添加剂添加到所述溶液或悬浮液中,其中使用具有膜的错流过滤单元。
进行如下步骤:
·将源自工业后源的PE/PA多层材料(20~90重量%的PE,平均值PE为70%)切碎,其中筛孔尺寸为20mm;
·使用空气分级器将减小尺寸的材料流分为粗产物(>25mm)、目标产物和细产物(<100μm),以具有95重量%的目标产物率和99.9%的品质率,从而小于0.1重量%的粗材料和细材料;
·将薄片加入正庚烷溶剂浴中,在已知输入物中PE的比率的情况下获得10重量%溶液,其中溶剂浴的温度为90℃;
·用沉降式离心机分离溶解的聚合物和不溶解的PA薄片;
·在搅拌罐中的温度下对聚合物溶液进行缓冲并在剧烈搅拌下在5分钟内加入100ppm的主要热稳定剂和100ppm的次要热稳定剂,以将不溶性添加剂分散至99%,这意味着在99%的容器增量中,可以实现相同的浓度。
·为降低溶剂含量,将溶液压力增加至10bar,并将其压过膜单元,应用孔径>0.1μm的聚醚砜膜以实现微滤;
·将溶剂含量降低(50重量%)的溶液在带有熔体过滤单元的双螺杆脱气挤出机中挤出。在挤出机的末端有一个水下造粒系统,以得到聚合物小球作为最终产物;
·为了提取杂质和脱去溶剂,从PE出口逆流加入作为极性物质的乙酸乙酯。相对于聚合物含量,提取剂的用量在0~5重量%的范围内。
·将聚酰胺薄片在带有熔体过滤和水下造粒系统的双螺杆脱气挤出机中直接挤出。
实施例7
测试膜
使用Carl Roth的聚偏二氟乙烯(PVDF)膜、Millipore的聚醚砜(PES)MF膜和Whatman的聚酰胺(PA)膜。
浓缩LDPE溶液
将LDPE的甲基环己烷(2mL)溶液在各种膜反应器中用选定的膜进行过滤。温度控制(95℃)通过将反应器浸入其中的适当加热的水浴来进行。过滤时间为1小时,并且施加的压力(氮气)为5bar。一小时之后,测定渗余物中溶剂的残留浓度并计算溶液浓度。将关于10重量%LDPE溶液的结果示于表1中。
| 膜(+改性) | 渗余物中LDPE溶液的最终浓度[重量%] |
| PA | 26±2 |
| PVDF | 27±3 |
| PES | 38±1 |
表1.浓缩10重量%LDPE溶液的结果
结果表明,起始浓度为10%的LDPE溶液能够浓缩至高达38%的最终浓度。
此外,使用膜进行了低浓度(2或5重量%)LDPE溶液的过滤实验。将结果总结在表2中。
表2.浓缩10重量%、5重量%和2重量%LDPE溶液的结果
起始5重量%LDPE溶液的渗余物和滤液的摩尔质量分布通过高温凝胶透过色谱(安捷伦科技公司(Agilent Technologies),美国)来测定。所述系统配备有两根PLgel 10μm Mixed B和一根PLgel 10μm Mixed BLS柱。使用RI或光散射检测器(相对于入射光为15°和90°)进行检测。将三氯苯用作溶剂。测量系统的温度为120℃。将结果总结在表3中。
表3.浓缩的5%LDPE溶液的GPC结果。
附图说明
图1示意性显示了根据本发明的对塑料材料进行预处理和基于溶剂的回收的方法的阶段。
图2显示了在沉降器203中包含目标聚合物的级分与包含提取剂的级分的分离。混合物以乳液202的形式从混合器201传输到沉降器203。包含目标聚合物205的重相和轻相液体204通过重力来分离。在沉降器的末端设置两个单独的堰以分别收集包含目标聚合物的级分和包含提取剂的级分。
图3显示了在混合器-沉降器301中包含目标聚合物的级分与包含提取剂的级分的分离。包含目标聚合物的重相303和轻相液体302通过重力来分离。在沉降器的末端设置两个单独的堰以分别收集包含目标聚合物的级分和包含提取剂的级分。
图4显示了在转盘提取器中包含目标聚合物的级分与包含提取剂的级分的分离。转盘提取器由旋转分段圆筒401和旋转进料器407构成。包含目标聚合物的溶液402通过入口403进入腔室410并且提取剂404在一个或几个位置处进入腔室。材料连续输送,并且提取剂流过腔室。提取剂穿过腔室中的材料以从材料中除去杂质,然后通过转子下方的底壁405流出,进入收集室,从其除去提取剂。包含目标聚合物的级分408通过出口406流出到收集室409中。
图5详细显示了空气分级器。
图6显示了具有一体化膜的挤出机,其能够用于从包含热塑性目标聚合物的流化形式中除去添加剂和/或杂质。真空泵用于在段4中建立减压。包含热塑性目标聚合物的微粒或包含热塑性目标聚合物的溶液或悬浮液经由进料漏斗传输至挤出机。开始挤出并且热塑性目标聚合物在段1内熔化。当熔体到达段2时,溶剂泵2开启以将提取剂或提取剂与溶剂的混合物转移至挤出机。熔体和提取剂在段3中混合。三通熔体阀打开到能够将混合物输送到熔体泵1的位置。打开熔体泵1以将混合物转移到段2。打开溶剂泵1以通过膜将提取物输送出挤出机。打开真空系统的阀,使段4中的熔体脱气。三通熔体阀切换到能够将熔体输送到熔体泵2的位置。打开熔体泵2以将熔体输送到造粒单元。
图7显示了包含几个站点的塑料废物回收厂500。塑料废物回收厂只是所述方法的一种可能实施方式。用于通过聚合来制造聚合物的塑料制造厂也可以使用所述方法以利用一体化的提取步骤对包含至少一种目标聚合物的塑料材料进行基于溶剂的回收。用于塑料废物509的切碎装置508包含在第一站点501中。所述塑料废物可以通过第一传送带510输送到切碎装置508中,并且通过第二传送带512可以将切碎的塑料废物511输送出切碎装置508。空气分级器513包含在第二站点502中。切碎的塑料废物511被输送到空气分级器513中。优选地,在一些实施方案中,塑料废物回收厂500包含第三站点503,用于洗涤空气分级的塑料废物514。所述第三站点503可以包含具有洗涤液516如水的容器515,其中空气分级的塑料废物514被纯化。纯化的切碎的塑料废物517可以例如通过另一条传送带518输送到包含容器519的第四站点504,其中容器519包含搅拌器520和/或加热系统521以例如作为容器519的一部分。在一些实施方案中,空气分级的塑料废物514直接从第二站点502输送到第四站点504。第四站点优选包含溶剂522,其中目标聚合物溶解在所述溶剂中从而形成溶液或悬浮液523。第五站点505可以包含用于固液分离的离心机524。第六站点506包含过滤或蒸发单元525。在一些实施方案中,第七站点507包含用于制造聚合物小球527的塑料挤出机526。如上所述,塑料废物回收厂具有传输系统,所述传输系统将材料按上面列出的顺序从各个站点传输到下一个站点。通常所述传输系统是传送带和流体管道的组合,这取决于所输送材料的稠度。在一些实施方案中,对源自第六站点506的溶剂进行回收以使用回收系统528来提供用于再利用的悬浮液。
图8显示了包含几个站点的塑料废物回收厂600。塑料废物回收厂只是所述方法的一种可能实施方式。用于通过聚合来制造聚合物的塑料制造厂也可以使用所述方法以利用一体化的提取步骤对包含至少一种目标聚合物的塑料材料进行基于溶剂的回收。优选地,用于塑料废物609的切碎装置608包含在第一站点601中。所述塑料废物可以通过第一传送带610输送到切碎装置608中并且通过第二传送带612可以将切碎的塑料废物611输送出切碎装置608。优选地,在一些实施方案中,塑料废物回收厂600包含用于洗涤切碎的塑料废物611的第二站点602。所述第二站点602可以包含具有洗涤液614如水的容器613,其中切碎的塑料废物611被纯化。纯化的切碎的塑料废物611可以例如通过另一传送带624输送到包含容器618的第三站点603,其中容器618包含搅拌器617和/或加热系统615,以例如作为容器618的一部分。在一些实施方案中,切碎的塑料废物611直接从第一站点601输送到第三站点603。第三站点优选包含溶剂616,其中目标聚合物溶解在所述溶剂中从而形成溶液或悬浮液619。第四站点604可以包含用于固液分离的离心机620。第五站点505包含混合器-沉降器单元或转盘提取器621。第六站点606包含过滤或蒸发单元622。在一些实施方案中,第七站点607包含用于制造聚合物小球625的塑料挤出机623。如上所述,塑料废物回收厂具有传输系统,所述传输系统将材料按上面列出的顺序从各个站点传输到下一个站点。通常所述传输系统是传送带和流体管道的组合,这取决于所输送材料的稠度。在一些实施方案中,对源自第六站点606的溶剂进行回收以使用回收系统626来提供用于再利用的悬浮液。
图9显示了包含几个站点的塑料废物回收厂700。塑料废物回收厂只是所述方法的一种可能实施方式。用于通过聚合来制造聚合物的塑料制造厂也可以使用所述方法以利用一体化的提取步骤对包含至少一种目标聚合物的塑料材料进行基于溶剂的回收。优选地,用于塑料废物709的切碎装置708包含在第一站点701中。所述塑料废物可以通过第一传送带710输送到切碎装置708中,并且通过第二传送带712可以将切碎的塑料废物711输送出切碎装置708。优选地,在一些实施方案中,塑料废物回收厂700包含用于洗涤切碎的塑料废物711的第二站点702。所述第二站点702可以包含具有洗涤液714如水的容器713,其中切碎的塑料废物711被纯化。纯化的切碎的塑料废物711可以例如通过另一传送带724输送到包含容器718的第三站点703,其中容器718包含搅拌器717和/或加热系统715,以例如作为容器718的一部分。在一些实施方案中,切碎的塑料废物711直接从第一站点701输送到第三站点703。第三站点优选包含溶剂716,其中目标聚合物溶解在所述溶剂中从而形成溶液或悬浮液719。第四站点704可以包含用于固液分离的离心机720。第五站点705包含闪蒸单元721。在一些实施方案中,第六站点706包含用于制造聚合物小球723的塑料挤出机722。如上所述,塑料废物回收厂具有传输系统,所述传输系统将材料按上面列出的顺序从各个站点传输到下一个站点。通常所述传输系统是传送带和流体管道的组合,这取决于所输送材料的稠度。
图10显示了包含几个站点的塑料废物回收厂800。塑料废物回收厂只是所述方法的一种可能实施方式。用于通过聚合来制造聚合物的塑料制造厂也可以使用所述方法以利用一体化的提取步骤对包含至少一种目标聚合物的塑料材料进行基于溶剂的回收。优选地,用于塑料废物809的切碎装置808包含在第一站点801中。所述塑料废物可以通过第一传送带810输送到切碎装置808中,并且通过第二传送带812可以将切碎的塑料废物811输送出切碎装置808。优选地,在一些实施方案中,塑料废物回收厂800包含用于洗涤切碎的塑料废物811的第二站点802。所述第二站点802可以包含具有洗涤液814如水的容器813,其中切碎的塑料废物811被纯化。纯化的切碎的塑料废物811可以例如通过另一传送带824输送到包含容器818的第三站点803,其中容器818包含搅拌器817和/或加热系统815,以例如作为容器818的一部分。在一些实施方案中,切碎的塑料废物811直接从第一站点101输送到第三站点803。第三站点优选包含溶剂816,其中目标聚合物溶解在所述溶剂中从而形成溶液或悬浮液819。第四站点804可以包含用于固液分离的离心机820。第五站点805包含具有膜823的错流过滤单元822。还可以有预处理单元821,其通常也是错流过滤单元,但是具有更大的孔径。在一些实施方案中,第六站点806包含用于制造聚合物小球826的塑料挤出机825。如上所述,塑料废物回收厂具有传输系统,所述传输系统将材料按上面列出的顺序从各个站点传输到下一个站点。通常所述传输系统是传送带和流体管道的组合,这取决于所输送材料的稠度。在一些实施方案中,对源自第五站点805的溶剂进行回收以使用回收系统827来提供用于再利用的悬浮液。
图11显示了包含几个站点的塑料废物回收厂900。塑料废物回收厂只是所述方法的一种可能实施方式。用于通过聚合来制造聚合物的塑料制造厂也可以使用所述方法以利用一体化的提取步骤对包含至少一种目标聚合物的塑料材料进行基于溶剂的回收。优选地,用于塑料废物909的切碎装置908包含在第一站点901中。所述塑料废物可以通过第一传送带910输送到切碎装置908并且通过第二传送带912可以将切碎的塑料废物911输送出切碎装置908。优选地,在一些实施方案中,塑料废物回收厂900包含用于洗涤切碎的塑料废物911的第二站点902。所述第二站点902可以包含具有洗涤液914如水的容器913,其中切碎的塑料废物911被纯化。纯化的切碎的塑料废物911可以例如通过另一传送带924输送到包含容器918的第三站点903,其中容器918包含搅拌器917和/或加热系统915,以例如作为容器918的一部分。在一些实施方案中,切碎的塑料废物911直接从第一站点901输送到第三站点903。第三站点优选包含溶剂916,其中目标聚合物溶解在所述溶剂中从而形成溶液或悬浮液919。第四站点904可以包含用于固液分离的离心机920。第五站点905包含过滤或蒸发单元921。在一些实施方案中,第六站点906包含具有用于制造聚合物小球923的具有一体化膜的塑料挤出机922。如上所述,塑料废物回收厂具有传输系统,所述传输系统将材料按上面列出的顺序从各个站点传输到下一个站点。通常所述传输系统是传送带和流体管道的组合,这取决于所输送材料的稠度。在一些实施方案中,对源自第五站点905的溶剂进行回收以使用回收系统925来提供用于再利用的悬浮液。
在上述说明、权利要求和附图中公开的本发明的特征,无论是单独地还是以任何组合的方式,对于在其各种实施方案中实施本发明都可能是必不可少的。
Claims (20)
1.一种对包含至少一种目标聚合物的塑料材料进行回收的方法,其中所述方法包括如下除尘步骤:
i-1)提供所述塑料材料,特别是塑料废物;
ii-1)将所述塑料材料减小尺寸;
iii-1)通过粒度和/或粒子重量,特别是通过筛分或使所述减小尺寸的塑料材料与气流接触,优选通过使所述减小尺寸的塑料材料通过空气逆流或其组合,对步骤ii-1)之后得到的减小尺寸的材料进行分级;
其中在步骤iii-1)之后得到的减小尺寸的塑料材料基本上不含颗粒物质,并且其中基本上不含颗粒物质是指,至少99重量%的<300μm、特别是<100μm的粒子已经从减小尺寸的塑料材料中除去。
2.根据权利要求1所述的方法,还包括如下附加步骤:
iv-1)向在步骤iii-1)之后得到的材料中加入溶剂或溶剂混合物以得到包含所述目标聚合物的溶液或悬浮液,优选使用加热系统,其中所述目标聚合物基本上可溶于所述溶剂或溶剂混合物。
3.根据权利要求2所述的方法,还包括如下附加步骤:
v-1)优选对在步骤iv-1)之后得到的所述溶液或悬浮液进行纯化,特别是通过机械固液分离来进行纯化;
vi-1)任选地,如果所述溶液包含源自消费后的塑料废物的至少一种聚合物,则添加用于脱色的溶液清洁步骤和附加的气味处理步骤;
vii-1)从所述溶液或悬浮液中分离所述目标聚合物;
viii-1)优选对所述目标聚合物进行脱气和/或挤出。
4.一种对包含至少一种热塑性目标聚合物的塑料材料进行回收的方法,其中所述方法包括如下步骤:
i-2)提供包含所述热塑性目标聚合物的悬浮液或溶液,特别是通过将溶剂或溶剂混合物添加到所述塑料材料、特别是塑料废物或预处理的塑料废物中来提供,优选使用加热系统,其中所述热塑性目标聚合物基本上可溶于所述溶剂或所述溶剂混合物;
ii-2)优选纯化所述溶液或悬浮液,优选通过机械固液分离来进行纯化;
iii-2)优选使用加热系统,将液体提取剂与所述溶液或悬浮液混合以制造多相系统,优选制造双相系统,其中所述提取剂是所述目标聚合物的非溶剂,其中所述溶剂或所述溶剂混合物与所述提取剂基本上不混溶,并且其中所述提取剂和所述溶剂或所述溶剂混合物具有基本上不同的密度;
iv-2)将包含所述热塑性目标聚合物的级分与包含所述提取剂的级分分离。
5.根据权利要求4所述的方法,其中步骤i-2)中的悬浮液或溶液是通过权利要求2所述的方法得到的悬浮液或溶液。
6.根据权利要求4或5所述的方法,还包括如下步骤:
v-2)将所述热塑性目标聚合物与步骤iv-2)之后得到的溶液分离;
vi-2)优选对所述热塑性目标聚合物进行脱气和/或挤出。
7.一种对包含至少一种热塑性目标聚合物的塑料材料进行回收的方法,其中所述方法包括如下步骤:
i-3)提供包含所述热塑性目标聚合物的悬浮液或溶液,特别是通过将溶剂或溶剂混合物添加到所述塑料材料、特别是塑料废物或预处理的塑料废物中来提供,优选使用加热系统,其中所述热塑性目标聚合物基本上可溶于所述溶剂或所述溶剂混合物;
ii-3)优选纯化所述溶液或悬浮液,优选通过机械固液分离来进行纯化;
iii-3)在搅拌下,特别是使用搅拌器,向所述溶液或悬浮液添加固体添加剂,优选使用加热系统,其中所述固体添加剂基本上不溶于所述溶剂或所述溶剂混合物。
8.根据权利要求7所述的方法,其中步骤i-3)中的所述悬浮液或溶液是通过权利要求2所述的方法得到的悬浮液或溶液。
9.根据权利要求7所述的方法,其中步骤i-3)中的所述悬浮液或溶液是通过权利要求4或5所述的方法得到的悬浮液或溶液。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法,还包括如下步骤:
iv-3)通过对步骤iii-3)中得到的混合物进行闪蒸来分离包含所述添加剂的所述热塑性目标聚合物;
v-3)优选对所述目标聚合物进行脱气和/或挤出。
11.一种从包含热塑性目标聚合物的流化形式中除去溶剂的方法,其中所述方法包括如下步骤:
i-4)提供所述流化形式;
ii-4)优选纯化所述流化形式,特别是通过机械固液分离来进行纯化;
iii-4)使用具有膜的错流过滤单元来浓缩所述流化形式,所述膜可透过所述溶剂且不可透过所述热塑性目标聚合物。
12.根据权利要求11所述的方法,其中步骤i-4)中的所述流化形式选自包含溶液、悬浮液、聚合物凝胶和聚合物熔体的组。
13.根据权利要求11或12中任一项所述的方法,其中步骤i-4)中的所述流化形式是包含所述目标聚合物的悬浮液或溶液。
14.根据权利要求13所述的方法,其中所述悬浮液或溶液是通过权利要求2、7或8中任一项所述的方法得到的悬浮液或溶液。
15.根据权利要求13所述的方法,其中所述悬浮液或溶液是通过权利要求4、5或9中任一项所述的方法得到的悬浮液或溶液。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法,还包括如下步骤:
iv-4)对所述热塑性目标聚合物进行脱气和/或挤出。
17.一种在挤出机中进行加工的同时从包含热塑性目标聚合物的流化形式中除去添加剂和/或杂质的方法,其中包含热塑性目标聚合物的流化形式经受至少一种提取剂的逆流,其中所述方法包括如下步骤:
i-5)提供所述流化形式:
ii-5)将所述流化形式递送至挤出机,其中所述挤出机包含膜或筛子,其中所述膜或筛子对于所述提取剂、溶剂和/或润滑剂是可透过的并且对于所述热塑性目标聚合物是不可透过的;
iii-5)通过在所述挤出机中使用至少一种提取剂和/或加工助剂的逆流进行提取来纯化所述流化形式;
iv-5)对所述热塑性目标聚合物进行脱气和/或挤出。
18.根据权利要求17所述的方法,其中步骤i-5)中的所述流化形式选自包含溶液、悬浮液、聚合物凝胶和聚合物熔体的组。
19.根据权利要求17或18中任一项所述的方法,其中步骤i-5)中的所述流化形式是包含所述目标聚合物的悬浮液或溶液。
20.根据权利要求19所述的方法,其中所述悬浮液或溶液是通过权利要求2、7或8中任一项所述的方法得到的悬浮液或溶液。
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