CN102581986A - 一种工业后再循环废弃塑料的回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业后再循环废弃塑料的回收方法，主要用于回收塑料加工生产商在制造塑料制品的生产加工过程中产生的浇口料、边角料、残次产品和过时产品等废弃物。本发明方法包括使用振动筛的一级分离、金属分离器的二级分离、热风干燥机的干燥、全啮合同向双螺杆挤出机的共混、造粒和后处理几个步骤。本发明能够很好地避免由传统回收方式所带来的回收料性能劣化的问题，工艺方法紧凑完整，可实现连续化运行；采用具有低剪切力、高排气效果的全啮合同向双螺杆挤出机来完成共混塑化过程，减少了废弃塑料在熔融塑化过程容易降解的问题，使回收料产品具有非常高的性能保持率。

Description

一种工业后再循环废弃塑料的回收方法

技术领域

本发明属于塑料的循环再生回收利用领域，具体涉及一种塑料加工生产商在制造塑料制品时所产生的浇口料、边角料、残次产品和过时产品等未进入终端消费市场的工业后再循环废弃塑料的回收方法。

背景技术

材料的再生和循环能够实现资源的充分利用，减少污染物的排放，降低末端处理的工序成本，是材料领域发展的一个重要方向。对于废弃塑料，可根据塑料所进入的生产或应用环节，将废弃塑料划分为工业后再循环塑料（post-Industrial recycling，简称PIR）和消费后再循环塑料（post-Consumer recycling，简称PCR）。具体地，PIR就是指从生产过程中产生的固体废料中分离或重新获得的那些塑料，这些塑料从未进入过消费市场；而PCR即指那些从为消费者提供了使用价值后的废弃产品中回收的塑料，是被消费过的塑料。对于PIR，包括注塑浇口料、边角料、残次产品和过时产品等，这种废弃塑料具有相对纯净、材料性能比较好的特点，因此更有利于回收利用。

目前，PIR的回收办法主要有两种：（1）、直接添加利用，即通过破碎，然后直接添加到制品加工设备中和新料一起混合制成新的制品。这种方法工艺简单，成本较低。但由于PIR回收时易混入杂质或者因水解、降解等原因，导致添加量不能太高，不宜用于制备对外观、性能要求较高的制品。（2）、通过使PIR破碎后再进行熔融再生，并使之与新料掺混或者直接添加一些如抗氧化剂、防老化剂、润滑剂等助剂来重新造粒，再按传统方法加工成制品。这种方法较第一种方法成本有所上升，但可以在一定程度上提高PIR的利用价值。这种方法的缺点是，由于这些废弃塑料的成分复杂，采用常规的注塑挤出设备等直接加工或者直接添加一些众所周知的助剂成分，对于提高材料的性能作用非常有限，也不能同新料一样用来制造一些性能要求高的制品。

以聚碳酸酯（PC树脂）为例，聚碳酸酯（PC树脂）因为良好的机械性能、电性能和光学性能，被广泛用于光学材料和电子电气、汽车和建筑领域等。如同其他塑料一样，聚碳酸酯及其改性材料的大量使用，在工业后和消费后环节不可避免地产生了大量的废弃材料、制品，它既是宝贵的再生资源，又会对环境造成严重的污染。尤其是在工业后环节产生的这些废弃物，包括注塑浇口料、残次产品、过时的产品等，具有废料品种相对纯净、材料性能比较好等特点，所以对工业后的聚碳酸酯及其改性材料的回收再循环利用是节约资源，保护生态环境，实现可持续发展的有效方法，具有重大的经济和社会效益。

作为聚碳酸酯及其改性材料的非化学再生利用方法，公开的专利有对回收的PC塑胶件通过清理、清洗、冷却破碎、再清洗、脱水烘干，添加入ABS、润滑剂等再挤出成型（专利200910041998.9）；在回收PC/ABS合金时，添加如抗氧化剂1010、抗氧化剂626、三异丙醇等来混合再生造粒（专利200410027239.4和专利200510035815.4）；在PC回收塑料件中添加聚苯乙烯、聚苯乙烯-马来酸酐共聚物等来制造一种高透明性和高抗冲击性聚碳酸酯再生料复合物；在回收聚碳酸酯料再挤出造粒过程中添加一种以聚甲基丙烯酸甲酯为壳、以聚硅氧烷为核的具有核-壳结构的硅橡胶乳胶粒子作为增韧剂来制造高韧性无卤阻燃聚碳酸酯再生料复合物（专利200910238118.7和专利201010199241.5）。

以上专利所涉及到的均是较为单一品种的回收聚碳酸酯类材料如光盘破碎料、PC/ABS料等，回收工艺也都比较简单，不适用于成分复杂的PIR聚碳酸酯材料的回收。因为成分复杂的聚碳酸酯材料具有品种杂、含有无机矿物质、各种添加剂、其他聚合物等特点，而这些杂质会对聚碳酸酯起着催化氧化反应的作用，如果使用常规的双/单螺杆挤出机设备进行回收，在高热情况下易出现因光、热和氧气的作用而发生降解，导致聚碳酸酯分子链断裂，加速老化，性能大幅度下降，产品无法满足使用要求。因此如何对诸如此类成分复杂的聚碳酸酯及其改性材料进行回收再循环利用，充分发挥出它的价值，是业界所面临的难题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术中PIR废弃塑料由于回收方法简单而使之不适宜用来制造性能要求高的制品，导致利用价值不高的问题，提供一种能够最大程度保持PIR废弃塑料使用性能的回收方法，以提高PIR的利用价值。

为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是：

一种工业后再循环废弃塑料的回收方法，包括如下步骤：

（1）、一级分离：使所述工业后再循环废弃塑料经过破碎机破碎，再通过振动筛分离，得到粒径≤10mm的片状或块状破碎料；

（2）、二级分离：将经过步骤（1）分离得到的破碎料送入金属分离器中，对破碎料中含有的金属物质进行分离；

（3）、干燥：将经过步骤（2）分离后的破碎料送入热风干燥机进行干燥，使破碎料中的水分质量分数＜0.02%；

（4）、共混：将经过步骤（3）干燥的物料加入到具有侧向喂料口的全啮合同向双螺杆挤出机中，并通过侧向喂料口同时加入其它助剂，与已经熔融的破碎料熔体共混；

（5）、造粒：经过步骤（4）共混后的混合料经过拉条、水冷、风冷过程，再经切粒机切粒，经振动筛分离除去粉末，得到粒状初级回收料；

（6）、后处理：将经过步骤（5）造粒后的初级回收料送入热风干燥机进行干燥，至水分质量分数＜0.02%，再经过风冷、入仓、包装，得到所述工业后再循环废弃塑料的回收料产品。

本发明中所述的工业后再循环废弃塑料，指的是塑料加工生产商在制造塑料制品的生产加工过程中产生的浇口料、边角料、残次产品和过时产品等废弃物，它们是从生产过程中产生的固体废料中分离或重新获得的那些塑料，这些塑料从未进入过消费市场。

所述的一级分离过程，是为了分离出PIR破碎料中粒径过大的固体、纸张或者其他一些大的固体杂质，以及含有金属屑的微细粉状物质，得到粒径≤10mm的片状、块状破碎料。本发明优选使用的振动筛，是一种具有两层筛网三个物料存储空间的振动筛，所述两层筛网中的一层用于分离出尺寸＞10mm的块状固体杂质，另一层用于分离出粉状物质；所述粒径≤10mm的片状或块状破碎料由两层筛网之间的物料存储空间得到。

所述的二级分离过程，是为了分离出PIR破碎料中包含金属如铜、铁等的破碎料或者在一级分离过程中未能分离出来的金属物质。所述金属分离器是用电磁感原理来探测金属，市售的产品包括通道式、落体式和管道式等，本发明优选使用连续操作的落体式金属分离器。

步骤（3）的干燥过程，是为了避免因PIR破碎料中含有的水分在共混过程导致材料基体的降解。本发明优选的热风干燥机是一种带有低速搅拌器、分子筛热风除湿器、循环风机和加热器的热风干燥机。低速搅拌器设置在所述热风干燥机的底部，转速在0~50转/分钟范围内可调；分子筛热风除湿器安装在所述热风干燥机的顶部，最好安装两个，一个正常工作，另一个备用，分子筛选用硅酸盐或硅铝酸盐类的3A、4A或5A分子筛。工作时，热风在所述热风干燥机的内部循环，从底部进入，经过顶部热风除湿器除湿后，经过补充加热到需要的温度再循环回底部，形成上下循环的热风流。干燥温度一般为80~160℃，优选在80~120℃，干燥时间根据PIR破碎料中水分含量的高低一般在16~24小时的范围，最后使破碎料中水分质量分数控制在＜0.02%。

步骤（4）的共混过程，使用一种具有低剪切力和高排气量特点且带有侧向喂料口的全啮合同向双螺杆挤出机来完成。优选使用的一种全啮合同向双螺杆挤出机具有如下结构特征：螺杆长径比在30~50之间，更优选在35~44之间，且在侧向喂料口的下游设置有至少一个用于低熔点物质排除的低压区，更优选为两个低压区。

本发明具体选用的全啮合同向双螺杆挤出机，具有以下结构：

①该双螺杆挤出机分为进料部分、熔融部分和混合塑化部分；

②螺杆由若干个前进螺纹的螺杆螺纹元件和捏合元件组成，捏合元件只分布在熔融段、混合塑化段，捏合元件的总长度不超过螺杆总长度的30%，优选为不超过螺杆总长度的20%；

③设有一个侧向喂料口，用于添加助剂，该处的螺杆由螺杆螺纹元件构成；

④设有两个低压区，每个低压区设置一个排气口；

⑤第一排气口位于侧向喂料口的下游，为强制排气方式，压力在0.02MPa~0.08MPa之间；

⑥混合塑化部分位于第一排气口的下游，该处的螺杆主要也是由螺杆螺纹元件构成；

⑦第二排气口位于混合塑化部分的下游，为自然排气方式；

⑧机头前段设有一个可实现不断条的换网器，它是一种大面积双柱塞换网器，过滤面积为普通单板式换网的20倍，是普通双柱塞的10倍。在换网时其中一个柱塞换网器工作，可以实现不断条。这种换网器是南京创博机械设备有限公司的专利产品。

另外，步骤（4）中，所添加的助剂包括热稳定剂、抗氧化剂、抗紫外线剂、润滑剂和色剂等，它们都是本专业人士熟知的市售产品，可根据具体的回收料相应地选择，这些助剂的加入主要是为克服在共混过程中材料的降解问题。

步骤（5）的造粒过程，包括从挤出机机头出来的熔体经过拉条、水冷、风冷，用切粒机将其切成圆柱状物，最后经过振动筛分离出微细粉末，得到初级回收料。使用振动筛分离出微细粉末是为了保证在使用这种回收料时更好地保证加工过程的稳定性。

由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）本发明由于充分考虑了PIR的特点，从前处理、共混造粒到后处理各个环节都很好地避免了由传统回收方式所带来的回收料性能劣化的问题，工艺方法紧凑完整，可实现连续化运行。

（2）本发明采用具有低剪切力、高排气效果的全啮合同向双螺杆挤出机来完成共混塑化过程，减少了PIR废弃塑料在熔融塑化过程中由于高剪切力导致的局部温度过高引起聚合物基材、低熔点物质降解的问题。

（3）本发明回收料产品具有非常高的性能保持率。

附图说明

图1为实施例1的PIR聚碳酸酯材料回收方法的简易流程示意图；

其中，各***数字编号代表的设备为：1、第一振动筛；2、PIR材料储槽；3、第一风送机组；4、金属分离器；5、热风干燥机组；6、第二风送机组；7、储槽；8、失重式自动加料器；9、侧向喂料机；10、全啮合同向双螺杆挤出机组；11、水槽；12、风干机；13、切粒机；14、第二振动筛；15、干燥机；16、风冷机；17、料仓；18、包装机组。

具体实施方式

下面以PIR聚碳酸酯及其改性料的回收为例，对本发明做进一步详细的说明，但不限于这些实施例。应理解，这些实施例仅为说明本发明方法，并非用以限定本发明的实质技术内容范围；附图1也仅仅是为了用于更好地描述本发明实施方案，并非代表实际的设备数量和详细的流程设置。

作为本发明的具体实施方式，PIR聚碳酸酯及其改性料的具体回收过程如下：

（1）、一级分离：使PIR聚碳酸酯材料经过破碎机破碎，再通过第一振动筛1分离出粒径过大的固体杂质、纸张以及含有金属屑的粉末，得到粒径≤10mm的片状或块状破碎料，连续地送入PIR材料储槽2中。

（2）、二级分离：将经过步骤（1）分离得到的破碎料通过第一风送机组3送入金属分离器4中，对破碎料中含有的金属物质进行进一步地分离。

（3）、干燥：将经过步骤（2）分离后的破碎料送入热风干燥机组5中进行干燥，具体干燥温度为120℃，干燥时间16小时，取样测得破碎料中的水分质量分数＜0.02%。

（4）、共混：将经过步骤（3）干燥的破碎料通过第二风送机组6送入储槽7中，并再通过失重式自动加料器8加入到具有侧向喂料口的全啮合同向双螺杆挤出机组10中，并通过侧向喂料机9同时加入重量为破碎料重量3%的助剂混合物，与已经熔融的破碎料熔体共混；所述助剂混合物由聚碳酸酯端基失活剂、热稳定剂、抗氧化剂、抗紫外线剂、润滑剂和色剂组成；共混时，所述螺杆挤出机的螺杆转速为300~600转/分钟（具体控制在400转/分钟左右），机筒温度控制在240℃~280℃，熔体温度控制在240℃~260℃之间；且第一排气口的压力控制在0.02~0.05MPa。

（5）、造粒：经过步骤（4）共混后的混合料熔体从挤出机机头出来经过拉条，通过水槽11水冷，风干机12风冷，再经切粒机13切成圆柱状，最后经第二振动筛14分离除去粉末，得到粒状初级回收料。

（6）、后处理：将经过步骤（5）造粒后的初级回收料送入干燥机15，用110℃~120℃的热风干燥10小时，至水分质量分数＜0.02%，然后经过风冷机16风冷，送入料仓17，再经包装机组18打包，得到具有高性能保持率的工业后再循环聚碳酸酯材料的回收料产品。

以下实施例，对比了三种典型PIR聚碳酸酯材料在经本发明回收方法造粒前后的理化性能，结果如表1所示。

实施例1的PIR聚碳酸酯材料选自含有阻燃剂的聚碳酸酯、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物等改性材料的混合物（主要来源于电器外壳等部件的制造企业）。

实施例2的PIR聚碳酸酯材料选自含有阻燃剂、矿物质填料、玻璃纤维等的聚碳酸酯、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物等改性材料的混合物（主要来源于笔记本电脑外壳等部件的制造企业）。

实施例3的PIR聚碳酸酯材料选自含有矿物质填料、玻璃纤维、金属镀层等的聚碳酸酯改性材料的混合物（主要来源于汽车部件的制造企业）。

表1  PIR聚碳酸酯材料在经本发明回收方法造粒前后的理化性能对比

 从上表可以看出，材料的性能基本没有变化，这说明使用本发明回收方法在回收PIR聚碳酸酯材料时能够使材料具有非常高的性能保持率。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种工业后再循环废弃塑料的回收方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）、一级分离：使所述工业后再循环废弃塑料经过破碎机破碎，再通过振动筛分离，得到粒径≤10mm的片状或块状破碎料；

（2）、二级分离：将经过步骤（1）分离得到的破碎料送入金属分离器中，对破碎料中含有的金属物质进行分离；

（3）、干燥：将经过步骤（2）分离后的破碎料送入热风干燥机进行干燥，使破碎料中的水分质量分数＜0.02%；

（4）、共混：将经过步骤（3）干燥的物料加入到具有侧向喂料口的全啮合同向双螺杆挤出机中，并通过侧向喂料口同时加入其它助剂，与已经熔融的破碎料熔体共混；

（5）、造粒：经过步骤（4）共混后的混合料经过拉条、水冷、风冷过程，再经切粒机切粒，经振动筛分离除去粉末，得到粒状初级回收料；

（6）、后处理：将经过步骤（5）造粒后的初级回收料送入热风干燥机进行干燥，至水分质量分数＜0.02%，再经过风冷、入仓、包装，得到所述工业后再循环废弃塑料的回收料产品。

2.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于：步骤（1）中所使用的振动筛是一种具有两层筛网三个物料存储空间的振动筛，所述两层筛网中的一层用于分离出尺寸＞10mm的块状固体，另一层用于分离出粉状物质；所述粒径≤10mm的片状或块状破碎料由两层筛网之间的物料存储空间得到。

3.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于：所述热风干燥机的底部设有转速在0~50转/分钟的低速搅拌器、顶部设置有分子筛热风除湿器；所述热风干燥机工作时，热风从所述热风干燥机的底部进入，经过顶部热风除湿器除湿后，再循环回底部，形成上下循环的热风流。

4.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于：步骤（4）中所使用的全啮合同向双螺杆挤出机在侧向喂料口的下游设置有两个用于排气的低压区，且螺杆长径比在30~50之间。

5.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于：步骤（4）中所述的助剂包括热稳定剂、抗氧化剂、抗紫外线剂、润滑剂和色剂。

6.一种工业后再循环聚碳酸酯材料的回收方法，其特征在于：利用权利要求1所述的回收方法对工业后再循环聚碳酸酯材料进行回收，具体过程如下：

（1）、一级分离：使所述工业后再循环聚碳酸酯材料经过破碎机破碎，再通过振动筛分离，得到粒径≤10mm的片状或块状破碎料；

（2）、二级分离：将经过步骤（1）分离得到的破碎料送入金属分离器中，对破碎料中含有的金属物质进行分离；

（3）、干燥：将经过步骤（2）分离后的破碎料送入热风干燥机进行干燥，干燥温度为100℃~160℃，使破碎料中的水分质量分数＜0.02%；

（4）、共混：将经过步骤（3）干燥的破碎料加入到具有侧向喂料口的全啮合同向双螺杆挤出机中，并通过侧向喂料口同时加入重量为破碎料重量的1%~5%的助剂混合物，与已经熔融的破碎料熔体共混；所述助剂混合物由聚碳酸酯端基失活剂、热稳定剂、抗氧化剂、抗紫外线剂、润滑剂和色剂组成；共混时，所述螺杆挤出机的螺杆转速为300~600转/分钟，熔体温度控制在240℃~260℃之间；

（5）、造粒：经过步骤（4）共混后的混合料经过拉条、水冷、风冷过程，再经切粒机切粒，经振动筛分离除去粉末，得到粒状初级回收料；

（6）、后处理：将经过步骤（5）造粒后的初级回收料送入热风干燥机进行干燥，干燥温度为110℃~120℃，至水分质量分数＜0.02%，再经过风冷、入仓、包装，得到所述工业后再循环聚碳酸酯材料的回收料产品。

7.根据权利要求6所述的回收方法，其特征在于：步骤（3）中，干燥温度为120℃。

8.根据权利要求6所述的回收方法，其特征在于：步骤（4）中，螺杆转速为400转/分钟。

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