Spôsob a zostava na predbežnú úpravu polymérnych materiálov

Číslo patentu: E 16596

Dátum: 15.06.2009

Autori: Hackl Manfred, Feichtinger Klaus, Wendelin Gerhard

Je ešte 3 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

0001 vynález sa týka spôsobu podľa predvýznakovej časti nároku 1, ako aj zostavy na uskutočnenie spôsobu podľa nároku 8.0002 PCR (Post Consumer Recycled) lupienky z polyetyléntereftalátu (PET) získané z umytých PET fliaš alebo z PET výrobkov získaných hlbokým ťahaním predstavujú stále viac veľmi dôležitý zdroj surovín a obchodný tovar na výrobu PET produktov. PET lupienky sa používajú vo väčších množstvách na výrobu PET plochých fólií a PET fliaš. PET ploché fólie sa väčšinou spracovávajú na výrobky získané hlbokým ťahaním. Pri výrobe takýchto produktov je možné použit tak zmesi z nových výrobkov a umytých PCR-PET lupienkov, ako aj 100 lupienky. Pretože cieľom je, aby sa finálne produkty, ako sú PET fľaše, PET výrobky získané hlbokým ťahaním, mohli využít aj na potraviny, existujú rôzne spôsoby na uspôsobenie lupienkov alebo taveniny na potravinárske použitie. Toto sa úspešne uskutočňuje napríklad prostredníctvom zariadeni Vacurema®.0003 Vdôsledku sprísnených legislatívnych normatívov azvýšených kvalitatívnych požiadaviek zákaznikov je nemožné alebo sťažené použitie lupienkov nevhodných na potravinárske použitie na výrobu dielov na použitie v potravinárstve aj v medzivrstve (A-B-A). Takže už nepostačuje napríklad pri výrobkoch zhotovených hlbokým ťahaním vyhotovit vonkajšiu vrstvu z nového materiálu vhodného na potravinárske použitie, ktorá slúži ako bariéra oddeľujúca vrstvu nevhodnú na potravinárske použitie, ale je potrebné uskutočniť príslušné migračné analýzy, aby toto bolo možné zaručit aj vo výrobe.0004 Súčasne existuje množstvo používaných výrobných systémov, predovšetkým zariadení na výrobu plošných fólií azariadení na predbežné vstrekovanie, ktoré nie sú schopné realizovať nevyhnutné kroky čistenia PCR lupienkov. Existujú ale systémy, ktoré môžu byť vyhovujúce pre túto situáciu.0005 Ďalej prikazuje hospodárska situácia použitie PCR lupienkov. Nie vždy je ale hospodársky zmysluplné umiestniť vyššie uvedené čistiace systémy ku každému jednotlivému extrúznemu systému alebo vstrekovaciemu systému. Napríklad sú tieto zariadenia príliš malé, flexibilita je nizka alebo nieje možný postačujúci manažment kvality. Preto vznikajú dve ďalšie možnosti použitiaVariant 1 použitie ako centrálny čistiaci systém pre jeden alebo viaceré extrúzne systémy,vstrekovacie systémy atď., aby sa z PCR lupienkov vyrobili lupienky vhodné na použitie v potravinárstve. Tieto lupienky môžu byt medziskladované v silách alebo môžu byt priamo rozdeíované do viacerých zariadeni súčasne.Variant 2 integrácia čistiaceho systému do umývacieho zariadenia PCR lupienkov ako dodatočného čistiaceho stupňa na výrobu PCR lupienkov vhodných na použitie v potravinárstve. Tieto PCR lupienky môžu byť potom priamo predávané.0006 Principiálne sú nižšie uvedené spôsoby vhodné pre všetky typy polyesterov ako napríklad PBT (polybutyléntereftaláty), PTT (polytrimetyléntereftaIáty), PEN (polyetylén-2,G-naftaláty), pre príslušne modifikované PET typy resp. kopolyestery, ako aj pre rôzne kvapalné kryštalické aromatické polyestery (liquid crystal aromatic polyesters). Okrem týchto vyššie uvedených materiálov je spracovateíná aj oblast polyamidov (PA), polykarbonátov (PC) a materiálov s biogénnym pôvodom ako kyselina polymliečna (PLA).0007 V súčasnosti majú okrem PET obalov hospodársky význam len PC fľaše (fľaše na mlieko v USA a Austrálii). Množstvo PLA obalov sa ale neustále zvyšuje aje možné predpokladať, že v budúcnosti sa budú týmito materiálmi tvorit významné recyklačné prúdy. V tomto prípade je možné tieto materiály taktiež spracovať týmto spôsobom čistenia. Principiálne platí, že teploty ačasy zotrvania je potrebné prispôsobiť polyméru.0008 Ďalším materiálovým prúdom existujúcim v súčasnosti, ktorý sa používa na obaly potravín, je oblast polyoleflnov a polystyrénov, a tu špeciálne HD-PE, PP a PS. Z týchto materiálov sa vyrábajú duté telesá alebo produkty zhotovené hlbokým ťahaním, do ktorých sa balia potraviny ako mlieko,jogurty atď. Ďalším prípadom použitia sú vrecká z LD-PE (čiastočne obsahujúce plnivá), do ktorých sa napríklad balí mlieko. Tieto materiály sa veľmi často recyklujú a cieľom je, aby tieto materiály bolo opätovne možné použit v potravinárstve. Aj tu platí, ako už bolo opísané vyššie, že nádoby je potrebné umyť, a potom sa musia odstrániť eventuálne migračné látky. Ako je opísané vyššie, je možné čistiaci systém integrovať do konvenčného umývacieho zariadenia ako dodatočný čistiaci systém. PP, PS produkty získané hlbokým ťahaním ako napriklad jogurtové kelímky a HD-PE flaše(fľaše na mlieko v USA, GB, Austrálii) aviac a viac PP fľaše predstavujú významné materiálové0009 Principiálne existuje možnost usporiadať dva alebo viaceré technologické zásobníky do série alebo dva alebo viaceré technologické zásobníky v paralelnej prevádzke.0010 Pretože neexistuje žiadne priame spojenie medzi čistiacim systémom aextrúznym systémom, sú možné dva spôsoby vedenia procesu. Prostredníctvom týchto systémov je možné uskutočniť kontinuálnu prevádzku alebo prevádzku po dávkach (batch). Predložený opis sa uskutoční exemplárne na báze PET lupienkov, podla zmyslu ale platí aj pre iné materiály s pozmenenými teplotami a priechodom prípadne časmi zotrvania.0011 Pri kontinuálnej prevádzke sa PRC lupienky plnia cez komorový systém (posuvné systémy,turniketové dávkovače atd.) do evakuovaného alebo inertným plynom premývaného zásobníka. Materiál sa prlvádzanou mechanickou energiou pomaly zohrieva, suší, kryštalizuje adetoxikuje. Privedená energia sa kontroluje prostrednictvom počtu otáčok nástroja. Ako spätné informácie slúžia snímače teploty namontované na zásobníku, ktoré merajú dosiahnutú teplotu. Materiál sa zo zásobníka kontinuálne odvádza, pričom je prítomná dráha odovzdávania, ktorá pri prevádzke s vákuom zaistí, že vákuum v zásobníku zostane zachované. PCR lupienky pomaly migrujú zhora nadol cez zásobník a pri tomto sú zohrievané a detoxikované. Ak je to potrebné, napríklad v prípade polyesterov, je možné zvýšit viskozitu. Ak sa použije inertný plyn, potom je hospodársky zmysluplné rovnako použit komorový prívodný systém na udržanie čo najnižšej straty inertného plynu. Hospodársky je zmysluplné viest plyn v cykle a opätovne ho regenerovat na použitie v zásobníku. Prúd inertného plynu je možné, v pripade zostavy viacerých nástrojov nad sebou, privádzat ako priečne prúdenie v rovine každého nástroja alebo, ak je požadovaná kompenzácia energie zospodu nahor, v protiprúde vzhladom na prúd materiálu.0012 Temperovaním nástrojov, napríklad zohrievanými miešacími nástrojmi, je možné dodatočne ovplyvňovať teplotu materiálu, pričom temperovanie nástrojov, ktoré môžu pracovat na rôznych úrovniach, prinajmenšom na jednej úrovni, sa môže uskutočňovať osobitne na každej úrovni. Na tento účel sa cez hnací hriadel privádza temperovacie médium. Toto môže prúdit cez úrovne nástrojov v sérii, pričom ako prvé prúdi cez najspodnejšiu úroveň. Väčšinou ide o vyrovnanie teploty medzi úrovňami avo väčšine prípadov sa najspodnejšia úroveň nástrojov mierne chladl. Zohriate médium sa privádza k horným úrovniam nástrojov a odovzdáva teplo na tam chladnejší materiál. V každej úrovni sú nástroje temperované paralelne, aby sa v každej úrovni zaistili rovnaké teplotné podmienky. V každom prípade je potrebný priechod cez hriadel smerom von a príslušné čerpadlá a zásobníky a eventuálne spätné chladenie vzduchom alebo vodou alebo inými médiami.0013 Pri všetkých spôsoboch ovplyvňovania sú moment otáčania náhonu prípadne ešte dôležitejšie rozdelenie teploty v materiáli, použité ako regulačná veličina na eventuálnu reguláciu alebo manuálne vedenie procesu.0014 Reaktor je prevádzkovaný pod vákuom aodsávaný objem sa v podstate určuje podľa množstva materiálu, privádzanej vnútornej a vonkajšej vlhkosti a čistenými toxickými látkami.0015 Principiálne sa má pre proces detoxikácie dosiahnut tlak nižší ako 100 mbar, výhodne nižší ako 25 mbar, výhodnejšie nižší ako 10 mbar. Pritom sa má docieliť teplota materiálu v spodnej oblasti vyššia ako 130 °C, výhodnejšie vyššia ako 150 °C, najvýhodnejšie vyššia ako 180 °C. Stredná doba zotrvania je pritom vyššia ako 15 minút, výhodne vyššia ako 30 minút, výhodnejšie vyššia ako 40 minút, najvýhodnejšie vyššia ako 60 minút.0016 Ak sa má dosiahnut dodatočné zvýšenie viskozity, potom je potrebné dosiahnut tlaky nižšie ako 10 mbar, výhodne nižšie ako 5 mbar, výhodnejšie nižšie ako 1-2 mbar ateploty vyššie ako 190 °C, výhodne vyššie ako 200 °C, výhodnejšie vyššie ako 220 °C, pričom stredná doba zotrvania vzásobníku je viac ako 40 minút, výhodne viac ako 60 minút, výhodnejšie viac ako 80 minút,najvýhodnejšie viac ako 100 minút.0017 Nasávacia schopnost vákua pri vstupnej vlhkosti PCR lupienkov 1 má byt pri tlaku približne 3 mbar v rozsahu od 2 mS/kg do 8 m /kg materiálu.0018 V prípade použitia inertného plynu sa v dôsledku vedenia plynu v cykle redukujú náklady,predbežným sušenim plynu sa zvyšuje kvalita (viskozita) produkovaných lupienkov a ohrevom plynu sa zamedzí ochladzovaniu lupienkov. Privádzanie energie na ohrev lupienkov sa neuskutočñuje inertným plynom, ako je tomu často viných procesoch. Týmto sa výrazne redukuje množstvo inertného plynu a slúži len na odvádzanie uvolnenej vlhkosti pripadne toxických látok. Množstvo je ale v podstate určované vnášanou vlhkosťou. Rozsah je cca. od 0,002 m /kg/h do 0,1 m 3/kg/h.Rosný bod plynu by mal byt v rozsahu od -10 °C do -60 °C, výhodne nižší ako -30 °C. Variant 2 Prevádzka po dávkach (batch)0019 Pri tomto type prevádzky sa do zásobníka srotujúcími nástrojmi privádza definované množstvo vopred premytých, vysušených PCR lupienkov zvyčajne obsahujúcich 1 zvyškovej vlhkosti, ako je vyššie opísané. Pod vákuom alebo vinertnom prúdení sa materiál zohrieva,kryštalizuje a čistí na použitie v potravinárstve, predovšetkým vnášanim mechanickej energie. Teraz existuje možnost zodpovedajúceho prispôsobenie parametrov procesu na rôzne parametre výstupného materiálu, ako je vstupná vlhkost, požadované vyčistenie, ako aj požadované materiálové parametre výstupného materiálu, ako je zvýšenie medznej viskozity PCR lupienkov. 0020 Je teda možné v širokých rozsahoch prispôsobovať tak čas zotrvania, teplotu ako aj vákuum,prípadne prúdenie inertného plynu.0021 V každom prípade je ale potrebné uskutočniť nasledujúce kroky procesu3) doba zotrvania prípadne doba detoxikácia prípadne čas zvyšovania viskozity 4) alternatívne ochladenie v zásobníkuVýhodný priklad uskutočnenia čistiaceho procesu0022 Ako vstupný materiál sa použijú vopred premyté PCR lupienky, so vstupnou vlhkosťou 0,7 pri teplote materiálu približne 20 °C. Množstvo materiálu jednej dávky sa naplní do reakčného zásobníka počas cca. t 5 - 10 minút pod okolitou atmosférou. Potom sa privedie vákuum alebo sa privádza prevažne suchý, eventuálne zohriaty prúd inertného plynu. Prostredníctvom nástrojov sa do materiálu rýchlo vnáša energia. Pritom sa prostredníctvom varírovania počtu otáčok nástrojov,ako aj eventuálne nastaviteínýmí nástrojmi kontroluje privádzanie energie. Pri tomto procese ohrevu na cca. 180 °C sa materiál vysuší a kryštalizuje. Vákuum prípadne prúd inertného plynu odvádza uvoľñujúcu sa vlhkost a toxické látky. Ak sa dosiahne teplota vyššia ako 180 °C. potom nasleduje doba zotNania na dosiahnutie vhodnosti materiálu na použitie v potravinárstve Pritom sa teplota materiálu udržiava na T 180 °C. Toto sa dosiahne predovšetkým variáciou počtu otáčok.0023 Principiálne sa pri tomto procese môže uskutočniť výmena parametrov procesu. Možné je napríklad zvýšením doby zotrvania pri určitej teplote dovolit nižšie vákuum alebo pri zvýšenej teplote spracovania dosiahnut kratšiu dobu zotrvania na čistenie.0024 V prípade čistenia svákuom na získanie PCR lupienkov na použitie v potravinárstve je výhodné dodržanie nasledujúcich parametrov- tlak počas doby zotNania 100 mbar, výhodne 50 mbar, výhodnejšie 10 mbar0025 Pri premývanl inertným plynom sa docieli výmena objemu zásobníka prinajmenšom 2-3-krát za hodinu, výhodne 4-5-krát za hodinu, výhodnejšie 10-krát za hodinu. Teploty prípadne doba zotrvania zostávajú v podstate rovnaké. Nahradí sa len vákuum inertným plynom prípadne je možné udržiavať redukovaný tlak inertného plynu v porovnaní s atmosférou.0026 Ak je teraz okrem procesu čistenia požadované zvýšenie medznej viskozity, je toto možné dosiahnuť zvýšením teploty procesu, predĺžením doby procesu prípadne znížením vákua.0027 Mala by sa dosiahnut teplota vyššia ako 180 °C, výhodne 200 °C, výhodnejšie 220 °C. Vákuum by malo byt nižšie ako 50 mbar, výhodne nižšie ako 10 mbar, výhodnejšie nižšie ako 1 mbar, ešte výhodnejšie nižšie ako 0,5 mbar, najvýhodnejšie nižšie ako 0,1 mbar. Doba zotNania by mala byt prinajmenšom 40 minút, výhodne 60 minút, výhodnejšie 90 minút, najvýhodnejšie 120 minút, pričom zvýšenie času predstavuje skôr ekonomickú ako technologickú hranicu.0028 Aj tu sa môže ako médium na odvádzanie uvoľnenej vody alebo etyléngíykolu použit vysušený inertný plyn (napríklad rosný bod - 40 °C).Ďalší príklad prípadu použitia pri spracovaní materiálu so zvýšenou vlhkosťou0029 PCR lupienky vykazujú vyššiu vonkajšiu vlhkost, napríklad 2-3 . Vnútorná vlhkost je cca. 2000 - 3000 ppm. V procese ohrevu je na zásobník pripojené len malé vákuum, aby bolo možné vznikajúce množstvo vodnej pary účinne odvádzať zo zásobníka. Ďalej je možné privádzat definované množstvo vzduchu alebo inertného plynu v rozsahu cca. 1-2 m lh, výhodne 3-5 ms/h,výhodnejšie 10 m 3/h tak, aby bola vlhkost odsávaná (premývaníe). Namiesto vákua je možné v tejto fáze použit aj silné odsávacie dúchadlo zo zodpovedajúcím prívodom vzduchu. Cieľom je množstvo odparujúcej sa vonkajšej vlhkosti zo zásobníka odviesť čo najrýchlejšie.0030 Až ked je vlhkost v materiáli silno redukovaná, pripojí sa zvýšené vákuum na minimalizáciu vnútornej vlhkosti PCR íupienkov. Eventuálny prívod médií sa zníži až na 0 ma/h. lndikovateľné je to buď podľa teploty materiálu v zásobníku (zostáva v blízkosti 100 °C, pokiaľ sa odparujú významnejšie množstvá vonkajšej vlhkosti) alebo je možné merať vlhkost v prúde odpadových plynov a po dosiahnutí určitej medznej hodnoty potom zvýšiť vákuum. Týmto sa zaistí, že systém vákuového čerpadla neustále pracuje v najúčinnejšom rozsahu nasávanía prípadne výkonu. Možné je merat aj prúdy v motore vákuového čerpadla a na základe nich príslušne regulovať čerpadlá prípadne predradené čerpadlá vzhladom na ich počet otáčok a sací objem, čo je pri znižujúcej sa vlhkosti spojené so zvýšením vákua v reaktore.0031 Samozrejme takýto postup povedie k predĺženiu času zotrvania dávky. Toto je ale účinný prostriedok na reagovanie na premenlivú vstupnú vlhkost materiálu, predovšetkým vtedy, ak sa príslušné spätné hlásenie spracováva vregulačných prípadne riadiacich okruhoch cez vlhkost v prúde odpadového plynu alebo prúdoch vákuových čerpadiel. Ak sa takýto systém zabuduje do premývacieho zariadenia, je za určitých okolností možné eliminovať nákladné ñnálne sušenie alebo ho príslušne minimalizovať.0032 Po dosiahnutí potrebnej teploty prípadne potrebného vákua sa začne príslušná doba zotrvania, ktorá je potrebná na detoxikáciu prípadne na zvýšenie viskozity. Počas doby zotrvania sa môže analýzou odpadového plynu uskutočňovať detekcia jedovatých látok a môžu sa zavádzať rôzne procesy. Bud sa spracovanie dávky preruši a materiál sa použije na nepotravinárske aplikáciealebo sa doba zotrvania dávky predlžuje tak dlho, až kým už nič nie je detegované.Sprievodné zariadenia pripadne opatrenia na kontinuálny spôsob alebo spôsob po dávkach pre obidva spôsoby0033 PCR lupienky sa po vyčisteni prípadne zvýšení viskozity neprivedú nevyhnutne bezprostredne na ďalšie spracovanie. Ztohto dôvodu sa lupienky medziskladujú v nasledujúcich zariadeniach, ako sú sila, Big Bags atd. Na konci cyklu čistenia sú lupienky horúce. Ak sa lupienky neprivedú priamo k spracovaniu prostredníctvom ďalšieho termického procesu, pri ktorom je možné využít vnútornú energiu lupienkov, napríklad extrúzia, potom je potrebné lupienky ochladiť skôr ako sa odvedú na medziskladovanie. Teplo vznikajúce pri tomto procese sa pritom odvádza z chladiaceho média a zostalo by nevyužité.0034 Ulohou vynálezu je teda navrhnúť spôsob a zostavu, prostredníctvom ktorých je možné polymérne materiály účinne a hospodárne spracovať a predovšetkým detoxikovať.OáOSÍ gate úloha je vyriešená pre spôsob znakmi význakovej časti nároku 1 a pre zostavu znakmi n ro u .0036 Spôsob podľa vynálezu sa teda týka spôsobu čistenia, predbežnej úpravy prípadne spracovania polymérnych materiálov, predovšetkým plastových odpadov vo forme lupienkov, pričom spracovávané polymérne materiály sa zohrievajú v prinajmenšom jednom násypnom zásobníku,reznom zhutňovači prípadne reaktore. predovšetkým pod vákuom alebo inertným plynom, za neustáleho miešania prípadne pohybu aeventuálne drvenia, za neustáleho udržiavania sypkosti prípadne granulácie, na teplotu nižšiu ako je teplota topenia, výhodne na teplotu vyššiu ako je teplota skleného prechodu polymérneho materiálu, atýmto sa súčasne, výhodne vjednom kroku,kryštalizujú, sušia alalebo čistia prípadne detoxikujú.0037 Spôsob podľa vynálezu sa vyznačuje tým, že horúce polymérne materiály sa následne ochladia, predovšetkým na teplotu miestnosti, pričom termická energia odovzdaná pripadne uvoľnená pri ich ochladzovaní sa odvádza prípadne vedie späť na iné, výhodne skoršie, miesto vprocese. Týmto spôsobom sa materiál spracováva účinne, energeticky úsporne a hospodárne.Ďalšie výhodné uskutočnenia spôsobu sú uvedené v závislých nárokoch

MPK / Značky

MPK: B29B 17/00, C08J 11/06

Značky: úpravu, zostava, spôsob, polymérnych, predbežnú, materiálov

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/11-e16596-sposob-a-zostava-na-predbeznu-upravu-polymernych-materialov.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob a zostava na predbežnú úpravu polymérnych materiálov</a>

Podobne patenty