ITMI20131040A1 - Metodo e apparato per il trattamento di materiali polimerici di riciclo, in particolare materiali polimerici contenenti sostanze contaminanti - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“METODO E APPARATO PER IL TRATTAMENTO DI MATERIALI POLIMERICI DI RICICLO, IN PARTICOLARE MATERIALI POLIMERICI CONTENENTI SOSTANZE CONTAMINANTIâ€

La presente invenzione à ̈ relativa a un metodo e un apparato per il trattamento di materiali polimerici di riciclo, in particolare materiali polimerici contenenti sostanze contaminanti.

Una particolarmente preferita applicazione del metodo e dell’apparato dell’invenzione à ̈ per il trattamento dei materiali polimerici che sono stati a contatto e/o contengono idrocarburi, quali ad esempio i materiali polimerici usati per serbatoi e/o tubazioni per carburante nei veicoli.

È noto riciclare vari materiali polimerici (materie plastiche), quali il polietilene e altri polimeri termoplastici, tramite processi in cui il materiale da riciclare (recuperato da prodotti dismessi o di scarto), eventualmente sminuzzato o triturato, viene estruso e quindi tagliato in granuli; i granuli di riciclo ottenuti possono essere nuovamente impiegati per la fabbricazione di vari prodotti.

Normalmente la qualità dei materiali di riciclo à ̈ inferiore a quella dei corrispondenti materiali vergini, in particolare in termini di proprietà meccaniche.

Problemi specifici sorgono nel riciclo di materiali polimerici che sono stati a contatto e hanno assorbito sostanze contaminanti, come avviene per esempio con i materiali polimerici usati per i serbatoi del carburante dei veicoli, normalmente realizzati in polietilene ad alta densità.

Il materiale di riciclo, avendo assorbito degli idrocarburi volatili, non ha in generale le medesime proprietà meccaniche del materiale originario, per cui non può essere utilizzato in molte applicazioni per le quali sarebbe invece indicato il materiale originario, o à ̈ utilizzabile solo se aggiunto in modeste qualità a materiale vergine.

Inoltre, gli idrocarburi vengono rilasciati anche dopo il processo di riciclo, emanando tra l’altro un fastidioso odore.

È uno scopo della presente invenzione quello di fornire un metodo e un apparato per il trattamento di materiali polimerici di riciclo, in particolare materiali polimerici contenenti sostanze contaminanti (volatili), che siano privi degli inconvenienti qui evidenziati della tecnica nota; in particolare, à ̈ uno scopo del trovato quello di fornire un metodo e un apparato che consentano di ridurre la presenza e/o l’emissione di sostanze contaminanti volatili dai materiali polimerici di riciclo, risultando così particolarmente adatti al riciclo di materiali polimerici che sono stati a contatto e/o contengono idrocarburi volatili, quali ad esempio i materiali polimerici usati per serbatoi e/o tubazioni per carburante nei veicoli.

La presente invenzione à ̈ dunque relativa a un metodo e un impianto per il trattamento di materiali polimerici di riciclo, in particolare materiali polimerici contenenti sostanze contaminanti, come definiti in termini essenziali nelle annesse rivendicazioni 1 e, rispettivamente, 9.

Caratteri addizionali preferiti dell’invenzione sono indicati nelle rivendicazioni dipendenti.

In accordo all’invenzione, il materiale polimerico di riciclo à ̈ trattato con un agente di trattamento che consente di ottenere un miglioramento sensibile delle proprietà del granulo riciclato, a costi molto contenuti.

In particolare, si usano come agenti di trattamento i fondi di caffà ̈ e/o il bicarbonato di sodio (NaHCO3).

Qui e nel seguito di intende con il termine “fondi di caffà ̈†il residuo del caffà ̈ usato, vale a dire il caffà ̈, normalmente in polvere o comunque in particelle fini, che à ̈ già stato usato per la preparazione di bevande di caffà ̈, per esempio tramite infusione; sono inclusi quindi, in particolare, i residui di caffà ̈ rimossi dalle caffettiere, dai filtri delle macchine da caffà ̈ espresso, dalle cialde o capsule monouso usate nelle macchine da caffà ̈ a cialde, eccetera.

I fondi di caffà ̈ usati nel metodo dell’invenzione agiscono con un meccanismo di assorbimento degli odori, riducendo significativamente o eliminando del tutto il problema degli sgradevoli odori del materiale polimerico di riciclo; i fondi di caffà ̈ sono usati in una miscela di lavaggio, dispersi in acqua, per lavare il materiale polimerico di riciclo prima e/o dopo la fase di estrusione del materiale di riciclo.

Nella miscela di lavaggio si possono usare fondi di caffà ̈ tal quali, come proveniente dalle utenze che lo smaltiscono (bar, esercizi vari, eccetera), semplicemente dispersi in acqua, senza richiedere operazioni preliminari di preparazione.

Inoltre, i fondi di caffà ̈ possono anche essere usati nella fase di estrusione, aggiunti al materiale da riciclare in ingresso all’estrusore; in questo caso, sebbene si possano usare fondi di caffà ̈ tal quali, à ̈ preferibile impiegare fondi di caffà ̈ essiccati o asciugati (preferibilmente con umidità inferiore a circa 1%); e/o fondi di caffà ̈ macinati o vagliati per avere una granulometria inferiore a quella della usuale polvere di caffà ̈ di comune impiego.

Il bicarbonato di sodio agisce invece mediante la formazione di microbolle di gas che coadiuvano l’azione di degasaggio durante il processo di estrusione, rimuovendo gli idrocarburi.

Il bicarbonato di sodio à ̈ quindi aggiunto al materiale da riciclare in ingresso all’estrusore e agisce nella fase di estrusione.

Il metodo dell’invenzione consente di ridurre la percentuale di idrocarburi volatili presenti all’interno del materiale polimerico riciclato ad un livello tale da migliorare le proprietà meccaniche del materiale riciclato e tale da evitare fastidiose esalazioni durante la fase di fusione del granulo rigenerato (riciclato). Il granulo riciclato può quindi essere additivato alla materia prima vergine in percentuali superiori ed essere utilizzato anche per applicazioni tecniche.

Il metodo dell’invenzione comprende quindi almeno una delle seguenti fasi, che permettono la riduzione della percentuale di idrocarburi volatili:

a) lavaggio del materiale polimerico da riciclare con acqua additivata con fondi di caffà ̈;

b) aggiunta di fondi di caffà ̈, preferibilmente essiccati e/o macinati, al materiale polimerico da riciclare nella fase di estrusione;

c) aggiunta di bicarbonato di sodio al materiale polimerico da riciclare nella fase di estrusione, seguita da una fase di degasaggio;

d) lavaggio e raffreddamento dei granuli di riciclo uscenti dall’estrusore mediante acqua additivata con fondi di caffà ̈.

Queste operazioni (svolte in alternativa una all’altra o in varie combinazioni una con l’altra) consentono di:

a) lavare il materiale polimerico da riciclare tramite l’azione di una miscela di acqua e fondi di caffà ̈; l’azione di lavaggio della miscela consente l’evacuazione di parte degli idrocarburi superficiali e la neutralizzazione di gran parte degli odori ad essi imputabili;

b) neutralizzare ulteriormente gli odori di idrocarburi mediante additivazione all’ingresso dell’estrusore dei fondi di caffà ̈ (meglio se preventivamente essiccati e macinati);

c) migliorare l’azione di strippaggio degli idrocarburi residui, nella fase di degasaggio seguente l’estrusione, grazie all’azione coadiuvante del bicarbonato di sodio; il bicarbonato di sodio ha la proprietà di decomporsi alla temperatura di lavorazione del polietilene ad alta densità (e di altri materiali polimerici), sviluppando vapore acqueo e anidride carbonica, i quali formano una fase gassosa di microbolle finalmente disperse nella massa fusa di polimero; gli idrocarburi si disperdono più facilmente in questa fase gassosa di microbolle, che viene poi eliminata nella successiva fase di degasaggio; d) effettuare un’operazione di lavaggio in fase di raffreddamento dei granuli di riciclo uscenti dall’estrusore mediante acqua additivata con fondi di caffà ̈ per ridurre ulteriormente o eliminare del tutto gli odori residui di idrocarburi.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione dei seguenti esempi non limitativi di attuazione, con riferimento alla figura annessa che à ̈ una rappresentazione schematica di un apparato per il trattamento di materiali polimerici di riciclo, in particolare materiali polimerici contenenti sostanze contaminanti, in accordo all’invenzione.

Nella figura annessa à ̈ indicato nel suo complesso con 1 un apparato per il trattamento di materiali polimerici di riciclo contenenti sostanze contaminanti, in particolare materiali polimerici che sono stati a contatto e/o contengono idrocarburi, quali ad esempio i materiali polimerici usati per serbatoi e/o tubazioni per carburante nei veicoli.

L’apparato 1 comprende una linea di lavorazione 2 di materiali polimerici, un estrusore 3 associato a un dispositivo di alimentazione 4 per alimentare un agente di trattamento, una prima unità di lavaggio 5 collocata a monte dell’estrusore 3 lungo la linea di lavorazione 2, e una seconda unità di lavaggio 6 collocata a valle dell’estrusore 3 lungo la linea di lavorazione 2.

La linea di lavorazione 2 trasporta un materiale polimerico di riciclo da trattare, ridotto preferibilmente in pezzetti (tramite triturazione o macinazione).

L’estrusore 3 à ̈ un estrusore, di tipo di per sé noto, atto a processare un materiale polimerico di riciclo, in particolare un estrusore con degasaggio; l’estrusore 3 ha un ingresso 7, tramite cui si introduce nell’estrusore 3 il materiale polimerico da trattare, una apertura di degasaggio 8, e un’uscita 9 dotata di un dispositivo 10 di taglio/granulazione.

L’estrusore 3 à ̈ collegato al dispositivo di alimentazione 4, tramite il quale una quantità prestabilita di agente di trattamento viene aggiunta al materiale polimerico, per esempio direttamente all’ingresso 7.

L’agente di trattamento usato nell’estrusore 3 comprende o à ̈ costituito da fondi di caffà ̈ e/o bicarbonato di sodio.

Il dispositivo di alimentazione 4 comprende per esempio un serbatoio 11 contenente l’agente di trattamento, un dosatore 12 e un condotto 13 che collega il serbatoio 11 all’ingresso 7.

Opzionalmente, l’apparato 1 comprende una unità di preparazione 14 dell’agente di trattamento, che serve a essiccare e/o macinare o vagliare l’agente di trattamento prima che sia alimentato all’estrusore 3, in modo da ottenere un agente di trattamento solido in granuli o polvere con contenuto di umidità preferibilmente inferiore a circa 1% e granulometria ridotta (cioà ̈ inferiore a quella della usuale polvere di caffà ̈ di comune impiego).

Entrambe le unità di lavaggio 5, 6 operano con una miscela di lavaggio formata da acqua e agente di trattamento, che comprende o à ̈ costituito da fondi di caffà ̈; per esempio, le unità di lavaggio 5, 6 comprendono delle vasche con agitazione meccanica e contenenti la miscela di lavaggio, e/o degli spruzzatori della miscela di lavaggio; la miscela di lavaggio à ̈ preparata direttamente nelle unità di lavaggio 5, 6, oppure à ̈ preparata in una unità di preparazione 15, dove l’agente di trattamento à ̈ disperso in acqua, per essere poi alimentata alle unità di lavaggio 5, 6 tramite tubazioni 16.

La prima unità di lavaggio 5 riceve il materiale polimerico da trattare prima che sia alimentato all’estrusore 3, la seconda unità di lavaggio 6 riceve il materiale polimerico estruso e ridotto in granuli uscente dall’estrusore 3.

Il funzionamento dell’apparato 1 in attuazione del metodo dell’invenzione à ̈ il seguente.

Il materiale polimerico da trattare, per esempio polietilene ad alta densità, preventivamente ridotto in pezzetti (tramite triturazione o macinazione), à ̈ inviato lungo la linea di lavorazione 2 all’unità di lavaggio 5 per una prima fase di lavaggio con la miscela di lavaggio (acqua fredda contenente fondi di caffà ̈).

La miscela di lavaggio contiene preferibilmente (ma non necessariamente) una quantità di fondi di caffà ̈ compresa tra circa 0,5% e circa 2% in peso.

I fondi di caffà ̈ sono aggiunti all’acqua di lavaggio tal quali, senza richiedere trattamenti preliminari.

Dopo la prima fase di lavaggio, il materiale polimerico viene filtrato, rimuovendo la miscela di lavaggio con il residuo di caffà ̈, che viene smaltito.

Il materiale polimerico à ̈ opzionalmente asciugato, per esempio con aria calda in una unità di asciugatura (non illustrata), e alimentato all’estrusore 3 attraverso l’ingresso 7.

Il materiale polimerico viene additivato, per esempio direttamente all’ingresso 7 dell’estrusore 3, con altro agente di trattamento, che può essere lo stesso usato nella prima fase di lavaggio (fondi di caffà ̈) o un diverso agente di trattamento (bicarbonato di sodio).

In particolare, in una prima forma di attuazione, l’agente di trattamento comprende o à ̈ costituito da fondi di caffà ̈.

Preferibilmente, i fondi di caffà ̈ aggiunti al materiale polimerico sono preventivamente essiccati a circa 110°C e macinati, e sono aggiunti in quantità compresa tra circa 0,5% e circa 2% in peso rispetto al materiale polimerico trattato.

In una seconda forma di attuazione, l’agente di trattamento comprende o à ̈ costituito da bicarbonato di sodio.

Il bicarbonato di sodio à ̈ aggiunto in quantità compresa tra circa 0,5% e circa 2% in peso rispetto al materiale polimerico trattato.

Avanzando nell’estrusore 3, il materiale polimerico si scalda e anche il bicarbonato di sodio si scalda; a circa 200°C, il bicarbonato di sodio si decompone e sviluppa biossido di carbonio (anidride carbonica) e acqua.

Le sostanze contaminanti volatili contenute nel materiale polimerico passano dalla fase solida alla fase gas, favorite dallo sviluppo di biossido di carbonio generato dalla decomposizione del bicarbonato di sodio.

La fase di estrusione include (come usuale nei processi di estrusione per il riciclaggio di materiali polimerici) una fase di degasaggio, per rimuovere acqua e gas di decomposizione dall’estrusore; la fase gassosa formatasi nell’estrusore fuoriesce dall’apertura di degasaggio 8.

All’uscita 9 dell’estrusore 3, il dispositivo 10 di taglio/granulazione taglia il materiale polimerico in granuli.

I granuli sono inviati quindi alla seconda unità di lavaggio 6 per una ulteriore fase di lavaggio con la miscela di lavaggio (acqua fredda contenente fondi di caffà ̈).

Il metodo dell’invenzione può comprendere anche solo alcune delle fasi di trattamento sopra indicate, variamente combinate una con l’altra.

Resta infine inteso che al metodo e all’apparato qui descritti ed illustrati possono essere apportate ulteriori modifiche e varianti che non escono dall’ambito delle annesse rivendicazioni.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per il trattamento di materiali polimerici di riciclo, in particolare materiali polimerici contenenti sostanze contaminanti, comprendente una fase di estrusione di un materiale polimerico di riciclo e almeno una fase di trattamento del materiale polimerico di riciclo con almeno un agente di trattamento comprendente o costituito da fondi di caffà ̈ e/o bicarbonato di sodio.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui la fase di trattamento comprende una fase di aggiungere l’agente di trattamento al materiale polimerico di riciclo prima o durante la fase di estrusione, in modo da condurre la fase di estrusione del materiale polimerico insieme all’agente di trattamento.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui l’agente di trattamento comprende bicarbonato di sodio, in modo da sviluppare una fase gassosa durante la fase di estrusione; il metodo comprendendo una fase di degasaggio, in cui à ̈ rimossa almeno parte della fase gassosa che si sviluppa durante la fase di estrusione.
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui l’agente di trattamento comprende fondi di caffà ̈ essiccati e/o macinati.
5. 5. Metodo secondo una delle rivendicazioni da 2 a 4, in cui l’agente di trattamento à ̈ aggiunto in quantità compresa tra circa 0,5% e circa 2% in peso rispetto al materiale polimerico.
6. 6. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui l’agente di trattamento comprende fondi di caffà ̈ e la fase di trattamento comprende una fase di lavaggio, in cui i fondi di caffà ̈ sono aggiunti ad acqua per formare una miscela di lavaggio che à ̈ usata per lavare il materiale polimerico di riciclo prima della fase di estrusione e/o dopo la fase di estrusione.
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 6, comprendente una prima fase di lavaggio, condotta prima della fase di estrusione, e/o una seconda fase di lavaggio, condotta dopo la fase di estrusione.
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui la miscela di lavaggio contiene una quantità di fondi di caffà ̈ compresa tra circa 0,5 e circa 2% in peso.
9. 9. Apparato (1) per il trattamento di materiali polimerici di riciclo, in particolare materiali polimerici contenenti sostanze contaminanti, comprendente un estrusore (3), atto a processare un materiale polimerico di riciclo, e mezzi di trattamento (4, 5, 6) per trattare il materiale polimerico di riciclo con almeno un agente di trattamento comprendente o costituito da fondi di caffà ̈ e/o bicarbonato di sodio.
10. 10. Apparato secondo la rivendicazione 9, comprendente un dispositivo di alimentazione (4) per aggiungere una quantità di almeno un agente di trattamento al materiale polimerico processato dall’estrusore (3).
11. 11. Apparato secondo la rivendicazione 10, in cui l’agente di trattamento comprende bicarbonato di sodio e l’estrusore (3) à ̈ dotato di una apertura di degasaggio (8) per rimuovere almeno parte di una fase gassosa che si sviluppa nell’estrusore (3).
12. 12. Apparato secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui il dispositivo di alimentazione (4) comprende un serbatoio (11) contenente l’agente di trattamento, un dosatore (12) e un condotto (13) che collega il serbatoio (11) a un ingresso (7) dell’estrusore (3).
13. 13. Apparato secondo una delle rivendicazioni da 9 a 12, comprendente una unità di preparazione (14) per preparare l’agente di trattamento, atta a essiccare e/o macinare o vagliare l’agente di trattamento prima che sia alimentato all’estrusore (3).
14. 14. Apparato secondo una delle rivendicazioni da 9 a 13, in cui l’agente di trattamento comprende fondi di caffà ̈ e l’apparato (1) comprende una prima unità di lavaggio (5) collocata a monte dell’estrusore (3) e/o una seconda unità di lavaggio (6) collocata a valle dell’estrusore (3), almeno una delle unità di lavaggio (5, 6) operando con una miscela di lavaggio che contiene i fondi di caffà ̈ e con la quale à ̈ lavato il materiale polimerico di riciclo.