CN116710254A - 用于回收碎片形式的废物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于回收包含塑料基材料的碎片形式的废物的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：‑获取碎片；‑压实碎片并将其供给到塑化工具中；‑在塑化工具中熔化并揉和碎片；‑在高压下将挤出的材料注入模具中以形成部件；‑使用通过在塑化工具中加热和加压回收的材料生成的分解气体来在材料注入模具中时润滑材料，并补偿材料在冷却时的收缩，而不供应额外的气体；‑冷却模具；‑从模具取出部件。

Description

用于回收碎片形式的废物的方法

本申请要求2021年1月11日以REPLACE名义提交的法国在先申请FR 2100208的优先权，通过引用将该在先申请的内容全文并入本申请中。

技术领域

本发明涉及废物回收领域。更准确地说，本发明涉及一种用于将多组分塑料磨碎材料或颗粒形式的原材料转化成实心或空心3D件而不需要原材料的预先分选的方法。

背景技术

公报FR 2 428 518公开了一种用于将合成热塑性材料、特别是未分选的合成热塑性废料转化成具有木材加工和使用特性的物品的方法。在该文献中，所描述的本发明的目的是提供一种用于将合成热塑性材料转化成成形物品的方法，其中，耐压设备不是必需的，但是相反，使用不耐压并且市售的设备和模具或模子。

在FR 2 428 518中，提出了一种用于将合成热塑性材料、特别是未分选的合成热塑性废料转化成具有木材加工和处理特性的物品的方法，其中，合成材料在包括螺杆构件的桶中经历混合操作，在模具中被使其成为流体、模制、冷却并从模具中取出，其特征在于，合成材料在没有筛网栅格且没有挤出模的情况下供给到挤出设备，并保持在那里直到获得由于温度升高而使其成为流体的材料，当该材料离开挤出设备时，该材料包含气体，然后进入在相对端开口的模具中，其中一端连接到挤出设备的出口。

根据FR 2 428 518的方法可以通过使用任何已知的市售螺杆挤出设备来执行，该设备可以是绝热类型或普通类型，但是必须去除其压力生成元件(通常产生100-450kg/cm²的压力)，换言之，必须去除筛网组合件或交换器和挤出模。由此，螺杆型挤出机基本上是螺杆输送机，近似于绞肉机。在根据FR 2 428 518的方法中在单独阶段中进行的模制操作必须在开口模具中执行。由于待模制的材料是在没有压力的情况下引入的，因此可以使用具有圆形或矩形横截面的简单标准质量的管，以便制造例如圆形或矩形的柱或梁。在根据本发明的方法中，模具的填充压力由待模制的流体材料中可用的模制气体提供。通过向旨在供给到挤出机的分开的合成材料提供起泡剂来获得模制气体，挤出机中建立的温度超过该起泡剂的阈值温度。合适的起泡剂是例如具有150-270℃的阈值温度的粒状固体起泡剂，例如偶氮二甲酰胺(200℃)、二苯砜3，3’-二磺酰肼(150℃)、β-β-氧基双(苯磺酰氨基脲)(210℃)。起泡剂的比例可以通过试验确定，并且其尤其取决于最终产品的形状和热塑性材料的特性。合适的比例范围是0.4％至1.2％，相对于热塑性材料和起泡剂的混合物的重量计算。

在该公开中，当使用气体(例如氮气或空气)作为模制气体时，在使合成热塑性材料成为流体之后将该气体提供给挤出机。

根据FR 2 428 518的方法具有许多优点，特别是它不是关键的。通过使用用于普通的市售螺杆挤出机的现有控制装置，可以容易地控制整个处理。由于绝热挤出机具有较小的尺寸，因此，这种类型是优选的，因为其需要较少的费用。由于螺杆挤出机中不使用筛网组合件，因此，实际上不存在堵塞设备的风险，使得待处理的合成热塑性树脂材料不需要预先洗涤或纯化。根据FR 2 428 518的方法对于起始材料的组成也不是特别关键的，甚至达到可以令人满意地处理不同合成热塑性树脂材料的未分选混合物的程度。由于在进行根据本发明的方法的设备中没有建立压力，因此，该设备不需要满足任何特殊要求，例如关于螺杆的几何形状。模具也不需要满足关于耐压性的任何特殊要求，使得可以使用标准商业质量的模具。

发明内容

本发明的一个目的是改进已知的方法。

更特别地，本发明的目的是提出一种用于回收源自废物的材料的方法。

在本发明的范围内，根据其实施方式，已经开发了方法和生产单元，其使得多组分塑料颗粒或磨碎材料(在本说明书的其余部分中通常称为“碎片”)能够转化成实心或空心的3D件，例如横截面在1cm²至1600cm²之间，优选在4cm²至200cm²之间，长度为0.3m至10m，优选0.5m至6m。这些值当然是指示性的，而不是限制性的。

在这些磨碎材料或颗粒中使用和存在的材料主要是混合有其它材料(例如铝或其它金属、油墨、清漆、胶水、木材、玻璃纤维或本申请中描述的其它类型的纤维)的塑料基材料。塑料件约为30％至100％(体积比)，优选40％至90％(体积比)。

在本发明的范围内，挤出材料的注射在高压(例如约50巴至2000巴、优选在100巴至1500巴之间)下进行。这种高压允许模具中的长流动长度，其通过如下所述的材料的润滑来促进。

该方法的技术创新使得能够在0.05m³/h至2m³/h之间且优选在0.1m³/h至1m³/h之间的流速下且因此以比常规挤出和塑料注射过程的生产成本低的生产成本进行这种连续转化。

根据本发明的方法生产的产品本身被认为是可回收的，因为它们在简单磨碎以便形成碎片之后可通过相同的方法再使用。

借助于本发明的实施方式的以下描述和权利要求，将更好地理解本发明。在所述权利要求中，本发明的实施方式由独立权利要求限定，并且从属权利要求限定特定实施方式。

根据本发明的实施方式，将各种产品的磨碎的废物用作原材料。通常，所使用的材料主要是混合有其它材料(例如金属(诸如铝)、油墨、清漆、胶水、木材、玻璃纤维或其它类型的纤维)的聚烯烃基材料。例如，这种废物由包括阻挡层的包装管组成。这些管被磨碎并形成这种原料，其在没有预先分选的情况下使用。

在本发明的范围内，挤出材料的注射在高压下进行，例如如上所述在50巴至2000巴下进行。这种高压允许模具中的长流动长度，其通过由这种高压产生的材料的润滑来促进。

根据本发明的另一方面，该方法在不对挤出材料进行脱气的情况下进行，或者通过对材料进行部分脱气来进行，目的是使用由材料生成的气体。实际上，在现有技术中，通常在模具中添加气体，或者在挤出材料中添加特定的发泡剂，以便补偿在模具中冷却期间材料的收缩。在本发明的范围内，已经令人惊讶地发现，可以省略气体或试剂的添加，相反，可以从废物中存在某些材料受益，这些材料本身在被加热用于挤出时生成气体，并且可以使用这些气体来避免收缩。例如，气体可以通过存在于用于形成碎片的材料中或上的油墨和/或清漆和/或胶水和/或其它产品生成。

在本发明的另一个方面，还可以在材料中添加纤维，以便增加由该方法生产的零件的刚性。该添加可以在如下所述的各种时间(例如在挤出开始或结束时)执行，并且纤维例如是玻璃纤维、植物纤维(***等)、棉纤维等。

在一些实施方式中，本发明涉及一种用于回收包含塑料基材料的碎片形式的废物的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

-获取碎片；

-压实碎片并将其供给到塑化工具中；

-在塑化工具中熔化并混合所述碎片；

-在高压下将挤出的材料注入模具中以形成零件；

-使用通过在塑化工具中加热和加压回收材料生成的分解气体来在材料注入模具中时润滑材料，并补偿冷却期间材料的收缩，而不供应额外的气体；

-冷却模具；

-从模具取出零件。

在一些实施方式中，碎片可以来自至少两种回收材料源。

在一些实施方式中，第一源生成分解气体，优选在高于60℃的温度下。

在一些实施方式中，第一源优选地包括塑料树脂基材料。

在一些实施方式中，第二源优选含有填料，诸如铝纤维或颗粒、金属、纤维、油墨、粘合剂、清漆、矿物填料、油、包装产品废物和洗涤废物。其它等同材料也是可能的。

在一些实施方式中，第二源包括牙膏管和/或香槟酒瓶盖和/或机动车辆保险杠和/或仪表板。

在一些实施方式中，来自各种源的碎片优选同时供给到塑化工具的入口。

在一些实施方式中，来自各种来源的碎片优选连续地供给到塑化工具中。

在一些实施方式中，来自各种源的碎片同样优选连续地供给到塑化工具中。

在一些实施方式中，碎片的表观密度优选在0.1至2之间。

在一些实施方式中，熔化的材料优选以0.1m³/h至10m³/h的流速注入模具中。

在一些实施方式中，熔化的材料在优选约为50巴至2000巴的压力下注入模具中。

在一些实施方式中，进行挤出材料的部分脱气。

在一些实施方式中，在将零件从模具中取出后进行零件的脱气。

在一些实施方式中，本发明涉及一种根据本申请中定义的方法获得的零件。

在一些实施方式中，获得的零件包括来自至少一种回收材料源的材料。

在一些实施方式中，源包括合成树脂基材料。

在一些实施方式中，所使用的材料例如主要是基于聚乙烯或基于聚烯烃的，混合有其他材料，诸如金属、油墨、清漆、胶水、木材、玻璃纤维或包括阻挡层的包装管。

在一些实施方式中，第二源包括填料，诸如铝纤维或颗粒、金属、纤维、油墨、粘合剂、清漆、矿物填料、油、包装产品废物和洗涤废物、牙膏管和/或香槟酒瓶盖和/或机动车辆保险杠和/或仪表板。

在一些实施方式中，获得的零件例如是物体，诸如柱、杆、型材、桩、板或其它等同物体。

附图说明

图1例示了本发明的实施方式的框图。

图2A例示了通过根据本发明的方法获得的物体的示例，并且图2B至图2E例示了垂直于所述物体的纵轴的横截面的示例。

具体实施方式

在本发明的范围内，直接使用来自塑料材料制成的物体的废物，其可以被清洁或不被清洁，并被磨碎成具有0.1至2之间、优选0.2至1.5之间的表观体积密度的碎片形式。由于其低表观密度，难以在常规挤出或热塑性树脂注射方法中直接使用这些回收材料的碎片。因此，根据本发明开发的方法优选包括压实或压迫回收材料碎片以便在将其供给到塑化方法中时增加其表观密度的第一阶段。

在本发明的范围内，有利地使用来自各种源的塑料物体的废物。来自各种源的塑料废物以受控比例的混合具有许多如本申请中描述的优点。

本发明的第一个优点是允许根据所要进行的生产和通过方法获得的产品的期望特性来快速调节混合物的比例。例如，本发明使得可以通过作用于所用的原料来调节物体的刚性模量、其抗应力开裂性、其密度、其抗冲击性、其硬度或甚至其耐热性。为此，各种回收废物源是有利的。在该方法中，第一源大致包括塑料树脂基材料。有利地使用的第一废物源大致由聚乙烯组成，例如由铝塑或不混合在一起的不同类型的塑料(例如PE-PET、PP-PET混合物)制成的多层包装。当然，其它等同的第一材料源也是可能的。有利地用于本发明实施方式的第二源包含金属和/或纤维状颗粒，例如铝颗粒和/或玻璃纤维。根据本发明，第二源含有填料，诸如铝纤维或颗粒、金属、纤维、油墨、粘合剂、清漆、矿物填料、油、包装产品废物和洗涤废物或其他等同纤维。含铝颗粒的第二废物源的非限制性示例是具有多层铝塑结构的牙膏管。第二源的另一个非限制性示例是香槟酒瓶盖。例如，注射中使用的清洗材料或甚至来自汽车工业的废物(诸如保险杠和仪表板)可以用作纤维废物源。

由使用来自多个源的塑料废物产生的本发明的第二个优点是意外效果，其对于用于制造回收物体本身的方法以及所生产物体的美学质量都备受关注。实际上，已经观察到，在用于制造回收的物体的方法中，存在于废物和碎片中或上的某些废物或组分具有生成气体的倾向。在塑料材料加工工业中，在制造物体之前，通常将这些来自于在热作用下的非自主分解机制的气体与树脂分离。该分离步骤特别地在所谓的“复合”方法中实施，这些方法使得热塑性树脂能够通过例如添加填料或通过混合聚合物来配制。在这些复合方法中，在混合期间或之后进行脱气以便提取来自分解的气体。

相反，在根据本发明的方法中，试图保留来自分解的这些气体或这些气体的至少部分，以便获得它们对该方法有贡献的有益效果。第一个有益效果是降低了注入模具的产品的粘度，因为当这些分解产品在塑化和注射工具中受到高压时，它们处于液态。这些压力通常在100巴至1000巴之间。当压力高于几巴(例如约5巴)时，这些分解产品保持液态。因此，将这些分解产品保留在转化产品中备受关注，因为它们在液态下的低粘度使得可以润滑聚合物链并显著降低材料的粘度。这种效果具有双重益处，即，一方面，减少了制造所述回收物体所消耗的能量，并且另一方面，提供了制造具有减小的横截面的长的长度的物体(诸如杆、柱、型材等)的可能性。

一旦压力充分降低，分解产品的第二有益效果与从液态到气态的状态变化有关。因此，与现有技术中提出添加起泡剂的公报相反，本发明有利地使用当注射的物体冷却时转化成气体的分解产品：然后，由气体生成的膨胀力用于补偿模制材料在冷却期间的收缩。这导致具有高视觉质量和高尺寸精度的模制物体，同时大大减少和简化了循环时间。

在根据本发明的方法中，该方法优选地包括压迫回收物体的碎片的初始步骤；该压迫步骤具有在将碎片供给到塑化和混合工具时增加碎片固态表观密度的作用。

在该方法中，使用来自至少一个源的碎片，或者以受控的量混合来自至少两个不同源的碎片，以便根据制造物体的使用特性来调节注入材料的特性。单个源可能足以形成具有期望特性的物体，或者可能需要使用不同的材料源。

当使用多于一个源时，第一种方法包括将来自不同源的碎片同时供给到塑化工具的入口。

第二种方法包括将各个碎片源连续地供给到塑化工具中。该第二种方法使得可以在塑化工具中的最佳位置处计量各个产品。例如，将包括纤维的回收产品并入到已经处于熔化状态的第一回收产品中以便限制纤维的劣化可能是有利的。

当源的数量大于二时，第三种方法包括第一种方法和第二种方法的混合。因此，例如，可以将产品1和2(源1和2)同时供给到塑化工具的入口，并且将产品3(源3)进一步向下游供给到塑化工具中。当然，这是非限制性的示例，在另一个实施方式中，可以将单个源供给到工具的入口，并将两个其它源进一步向下游供给。因此，在本发明的范围内，多种组合是可能的。

在根据本发明的方法中，塑化工具能够并入、混合和熔化来自至少一个源的回收产品，以便最终获得准备用于注射的均匀熔化材料。在根据本发明的方法中，在塑化操作期间，由于在熔化后保持高于5巴的装置中的压力，分解产品在混合物中保持液态。

在根据本发明的方法中，在注射之前从塑化单元转移材料期间，熔化材料上的压力为至少5巴。

在根据本发明的方法中，熔化材料以0.1m³/h至10m³/h且有利地以0.5m³/h至5m³/h的流速注入模具中。由于注射期间的高流速，填充时间低，并且在填充模具期间材料中的压力保持高于5巴。因此，分解产品保持为液态并起润滑作用，从而使得填充空腔所需的压力能够降低。通过这种现象，本发明使得能够模制具有减小的横截面的长流动长度的物体。

在根据本发明的方法中，模具被冷填充。在注射之后，回收材料在模具的空腔中冷却时固化，这导致体积减小，并且因此导致材料内部的压力降低。这种压力降低使得分解产品能够从液态变为气态，并在物体的冷却和固化期间生成“芯部发泡”压力。该发泡压力在物体的中心部分产生贯穿物体的芯部分布的空腔，周边部分没有这种空腔。根据本发明，物体的中心部分的密度比周边部分的密度低得多，这在通过该方法获得的物体的质量和使用特性方面具有许多优点。本发明的另一个优点是获得回收零件，其由于其表面状态而具有良好视觉质量，并且由于通过“芯部发泡”效应补偿收缩而具有高尺寸精度。

根据本发明的优选实施方式，该方法用于制造细长实心或空心物体10，诸如藤本植物杆、用于道路标志的杆、型材或其它类似物体。图2A至图2E中例示了示例的侧视图和垂直于纵轴的横截面，示出了这些零件10的轮廓。当然，这些是说明性示例，并且在本发明的范围内，其他形状和轮廓是可能的。

根据本发明的方法的优点与以下事实有关：所生产的物体没有毛刺并且可直接使用。

通常，根据本发明，用于回收碎片形式的废物的方法包括以下步骤，碎片包含混合有其它材料(诸如金属、纤维、油墨、粘合剂、清漆、矿物填料、油、包装产品废物和洗涤废物)的塑料树脂基材料：

-获取碎片；

-压实碎片；

-在挤出机(作为混合和塑化工具)中熔化和混合所述碎片；

-在高压下将挤出的材料注入模具中以形成零件；

-使用通过在塑化工具中加热和加压回收材料生成的分解气体来在材料引入到模具中时润滑材料，并补偿冷却期间材料的收缩，而不供应额外的气体；

-冷却模具；

-从模具取出零件10。

根据一些实施方式，根据本发明的方法包括至少以下步骤：

-使用至少两种回收材料源；第一材料源在高于60℃的温度且优选在高于80℃的温度下生成分解产品；并且第二材料源包含填料，诸如铝纤维或颗粒。

-将废物转化成表观密度在0.1至2之间的碎片；以受控的比例供给来自各源的碎片，以便获得具有期望特性(例如刚性、应力开裂、密度、抗冲击性、硬度、耐热性、外观)的回收产品。

-压迫碎片处于固态以便增加它们的表观密度。

-使用挤出机塑化和混合回收的材料，当材料熔化时，由于挤出机中的压力高于5巴，来自分解的产品被保留，

-将熔化材料以0.1m³/h至10m³/h且有利地以0.5m³/h至5m³/h的流速注入模具中。在注射后的任选压实阶段，

-冷却模具中的模制零件10：模具中的压力降低，分解产品改变状态(从液态到气态)，由分解气体生成的压力使得可以补偿冷却的材料的收缩。

-将没有表现出收缩或外观缺陷的模制零件10脱模。

根据本发明的一些实施方式，在模制零件或模制物体的制造之后进行物体的可选脱气阶段。该脱气阶段具有在物体的寿命期间限制气体和气味的释放的效果和优点。物体的脱气阶段例如通过将模制物体储存在温度在40℃至100℃之间且优选在60℃至80℃之间的外壳中进行，持续时间在8小时至72小时之间，优选在12小时至48小时之间。

示例

下表1至表6分别根据十三个试验和八个试验示出了在根据本发明的方法中使用的磨碎材料的组成的示例。表1至表3分别例示了试验1至13a的组成、体积比组成和结果的细节。表4至表6分别例示了试验A至H的组成、体积组成和结果的细节。

表1

表2

表3

表4

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表5

表6

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所述实施方式是作为说明性示例给出的，而不应被认为是限制性的。其它实施方式可以使用与以示例的方式描述的装置等同的装置。根据情况，实施方式也可以彼此组合，或者在一个实施方式中使用的装置可以在另一个实施方式中使用。

Claims (20)

1.一种用于回收包含塑料基材料的碎片形式的废物的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-获取所述碎片；

-压实所述碎片并将所述碎片供给到塑化工具中；

-在所述塑化工具中熔化并混合所述碎片；

-在高压下将挤出的材料注入模具中以形成零件；

-在不供应额外的气体的情况下，使用通过在所述塑化工具中对回收的材料加热和加压而生成的分解气体来在所述材料注入所述模具中时润滑所述材料，并补偿冷却期间材料的收缩；

-冷却所述模具；

-从所述模具取出所述零件(10)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碎片来自至少两种回收材料源。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，第一源在高于60℃的温度下生成分解气体。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述第一源大致包括塑料树脂基材料。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二源含有填料，诸如铝纤维或颗粒、金属、纤维、油墨、粘合剂、清漆、矿物填料、油、包装产品废物和洗涤废物。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二源包括牙膏管和/或香槟酒瓶盖和/或机动车辆保险杠和/或仪表板。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其特征在于，来自各种源的碎片被同时供给到所述塑化工具的入口。

8.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其特征在于，来自各种源的碎片相继地供给到所述塑化工具中。

9.根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其特征在于，来自各种源的碎片也相继地供给到所述塑化工具中。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述碎片的表观密度在0.1至2之间。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，熔化的材料以0.1m³/h至10m³/h的流速注入模具中。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，熔化的材料在约为50巴至2000巴的压力下注入模具中。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，进行所述挤出的材料的部分脱气。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在将所述零件从所述模具中取出后进行所述零件(10)的脱气。

15.一种根据前述权利要求中任一项所述的方法获得的零件(10)。

16.根据前一项权利要求所述的零件，所述零件(10)包括来自至少一种回收材料源的材料。

17.根据权利要求15或16中任一项所述的零件，所述源包括合成树脂基材料。

18.根据前一项权利要求所述的零件，其中，所使用的材料主要是基于聚乙烯或基于聚烯烃的，混合有其他材料，诸如金属、油墨、清漆、胶水、木材、玻璃纤维或包括阻挡层的包装管。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的零件，第二源包括填料，诸如铝纤维或颗粒、金属、纤维、油墨、粘合剂、清漆、矿物填料、油、包装产品废物和洗涤废物、牙膏管和/或香槟酒瓶盖和/或机动车辆保险杠和/或仪表板。

20.根据权利要求15至19中任一项所述的零件，所述零件(10)是物体，诸如柱、杆、型材、桩或板。