用于回收和处理复合材料的集成系统和方法

发明领域

本发明涉及基于合成树脂的废物材料的再利用，并且更具体地，涉及处理多于一种类型的塑料，例如复合材料，以生产用于挤出、层压、注射和旋转模塑工艺等的原材料。更特别地，本发明涉及一次性尿片、塑料包装(PVC、PP、PET等)以及较少量的非塑料材料(木材、刨花、锯末等)的再利用。

背景

当这种废物由各种性质的材料组成时，废物和一次性材料的再利用会受到限制，如出现于尿片、女性吸收材料、老年尿片等的情况。例如，一次性尿片通常包括柔软的多孔内涂层、具有纤维素纤维和超吸收聚合物的吸收层、以及防潮外涂层。通过已知技术处理这种类型的材料的困难导致这种废物没有商业价值，因此被丢弃在填埋场或被焚烧，这导致对环境的相当大的负面影响。

标题为“从废物材料中生产有用的物品”的美国专利US8940205(Kel ler)描述了一种使用吸收性物品的工艺，该吸收性物品首先被切割，并且然后通过磨削被压实。在此处理中，材料被冷却成保持在低于熔点的温度。然后将压实的材料与纤维素纤维、热塑性树脂、矿物填料、润滑剂和其他添加剂混合，并被模塑为将用作挤出机的原材料的粒料。

代表现有技术水平的另一个文献是标题为“用于再利用异质边角料，特别是异质塑料材料的完善装置”的巴西专利申请PI9203607-4(Fornasero)，其中所处理的材料由两种或更多种塑料材料组成。所描述的系统包括热混合阶段，在热混合阶段中，预先切碎的材料被引入螺旋混合器中，该螺旋混合器的中心区域具有相反方向的螺旋线的区部。然后，所混合的均质物质在第二螺旋混合器中经受热处理，该第二螺旋混合器的芯所具有的直径逐渐增加，随后突然中断，以提供材料的脱气。

该文献中描述的方法不能为以非常不同的温度熔化的塑料提供良好的结果，例如，温度范围等于或大于50℃。此外，使用螺旋混合器会导致材料降解。

发明目的

鉴于上述，本发明的主要目的是提供回收复合材料的废物的集成系统和方法，所述复合材料即是指包括多于一种类型塑料的复合材料。

另一个目的是提供可以替代纤维素纤维衍生材料(例如纸板)的材料。

另一个目的是提供不会产生可能污染环境、地表水或地下水位的废物的处理方法。

另一个目的是提供不使用会导致一些材料降解的类螺旋装置的系统和方法。

发明概述

本发明通过允许回收由复合材料制成的物品的工艺来实现上述目的以及其他目的，其中所述工艺采用摩擦加热的原理。

根据本发明的另一个特征，所述摩擦加热消除了最终存在于用作原材料的物品中的水分。

根据本发明的另一个特征，压实操作是干燥处理，也就是说，不使用水或蒸汽与被处理的材料接触。

根据本发明的另一个特征，所提出的系统包括以下设备：切碎机、用于均质化颗粒尺寸的研磨机、压实机和通过在盘内部循环冷水但是不与塑料材料接触的颗粒冷却器。

根据本发明的另一个特征，材料切碎机包括刀式研磨机。

根据本发明的另一个特征，所述压实机包括摩擦盘式压实机，其中第一盘是静止的，并且第二盘以高速旋转，产生加热材料的摩擦。

根据本发明的另一个特征，所述第二盘的旋转速度在400转/分和500转/分之间变化，更具体地说，在440转/分和450转/分之间变化。

根据本发明的另一个特征，在压实材料的处理期间，所述压实机中盘的温度低于聚合物的降解温度。

附图简述

从示例性、非限制性实施例和相关附图的描述中，本发明的其他优点和特征将变得更加明显，在附图中：

图1和图2图示了已知的系统，特别是专利申请PI9203607-4的目的。

图3是所提出的方法的简图，显示了该方法的主要步骤。

图4是旋转压实盘的前视图。

图5示出了旋转压实盘的剖视图。

发明的详细描述

再生和再利用废弃的一次性物品，主要是用于包装饮料、奶制品、软化剂、清洁材料、尿片和一次性吸收材料等的塑料包装，存在几个障碍。

一个问题是，这种废物通常包含在常规制造工艺中结合在一起的材料的混合。例如，废物可能包含不同部分或不同类型聚合物的混合塑料。混合塑料可以包括熔融聚丙烯、弹性聚丙烯和聚乙烯，以及超吸收性聚合物和其他塑料。

这种材料最终被弃置在填埋场，产生相当大的环境影响，因为它们的分解可能需要数十年或数百年。除了减少环境污染之外，这些材料的再利用还具有经济优势，因为它减少了对来自不可再生资源的原材料的需求。

所提出的系统现在包括材料粉碎机、用于均质化颗粒尺寸的研磨机、摩擦压实机和颗粒冷却器，其中所谓的粉碎机包括刀式研磨机。

压实机由通过水循环冷却的盘式压实机组成。冷却固定盘和旋转盘的冷却水循环装置包括：在固定盘中，进行热交换的内室；以及在旋转器处，包含进口导管和同轴出口管的旋转接头，进口导管通向进行热交换的相应内室，同轴出口管位于进口导管外部。

如图3的框图所描绘的，本发明的方法包括材料的筛选、切碎、混合和干燥处理、压实和冷却的步骤。

在待处理材料的筛选阶段，诸如芳族聚酰胺、聚酯、纸板、橡胶、超高分子量聚乙烯、皮革和金属等具有高熔点的材料被排除。

在筛选之后，材料经过切碎步骤，在切碎步骤中，切割刀片将所选材料的尺寸减小到碎片尺寸约为6厘米或更小的碎片，适于将其引入压实装置。

破碎的热塑性塑料与非塑料材料如纤维素、超吸收性聚合物(SAP)和纺织纤维一起被引入摩擦盘式压实机。

这些材料的使用比例可以根据所需的配方而变化。在本发明的典型示例性和非限制性实施例中，这种比例可以如下：

PE(聚乙烯)：5％至40％；

TNT(非编织材料，聚丙烯基)：20％至60％；

PUE(弹性纤维)：0％至6％；

纤维素：20％至60％；

吸收凝胶：0％到8％。

根据本发明，如图4和图5所图示的，处理利用第一静止盘和第二旋转盘之间的摩擦。所述第二盘的旋转速度在400转/分和500转/分之间，优选在440转/分和450转/分之间。根据本发明的原理，压实操作是干燥处理，也就是说，不添加水或蒸汽与进行该处理的材料接触。在压实的阶段，材料在所述盘之间的摩擦提高了温度，产生了热塑性塑料的软化和所处理的材料的均质化，但是没有达到这些聚合物的降解温度。对于大多数应用，温度范围应根据所用聚合物的性质进行调整。因此，在一次性尿片和聚乙烯的情况下，盘的温度从110℃变化到150℃。在聚烯烃的情况下，最高温度约为130℃。

一旦均质化，该材料可随后被挤出，或经受注射或旋转模塑工艺，或进一步被粒料化，以用于储存和随后通过已知方法如挤出、热模塑等来处理。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于回收和处理复合材料的集成系统，所述系统包括材料粉碎机、颗粒尺寸均质化研磨机、摩擦压实机和颗粒冷却器，其中所述压实机包括通过水循环装置冷却的盘式压实机，所述水循环装置冷却固定盘和旋转盘，所述水循环装置在所述固定盘中包括进行热交换的内室，在所述旋转盘中包括发生热交换的室，所述装置包括旋转接头，所述旋转接头包括连接到所述旋转盘的所述室的水进口管和位于所述进口管外部的同轴出口管。

2.一种用于回收和处理复合材料的方法，所述方法将一次性尿片、塑料包装以及缩减比例的非塑料材料用作原材料，所述方法包括材料的筛选、破碎、混合、压实和冷却的阶段，其中所述压实是通过盘式压实机中的摩擦进行的，其中第一盘保持固定，并且第二盘以在400转/分至500转/分的范围内的旋转速度移动，更优选440转/分至450转/分的范围，其中所述方法的所有处理步骤都是干燥处理。

3.根据权利要求2所述的方法，其中通过所述压实机的所述盘内部的冷却水循环，所述压实机中的所述盘的温度保持在110℃和150℃之间的范围内。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述冷却水循环以这样的方式进行，即水进入以冷却所述固定盘和所述旋转盘，并且在所述固定盘中，水穿过发生热交换的内室；并且在所述旋转盘中，水借助于旋转联接件穿过管进入内室，穿过外管排出，在所述内室中进行热交换。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，由所述刀式研磨机中的粉碎步骤产生的材料碎片具有最大6厘米的尺寸。

说明或声明(按照条约第19条的修改)

响应于关于PCT专利申请PCT/BR2019/050484的国际检索报告，申请人在此以包含5(五)项权利要求的单页形式提交新的权利要求书，包括独立产品权利要求1，独立方法权利要求2和从属方法权利要求3、4和5。

权利要求中引入的所有变更均基于先前的“权利要求书”，并且未添加新的主题。

圣保罗，2021年3月12日

克洛维斯·西尔维拉(Clovis Silveira)

API 903