Способ обработки пластмассовых материалов

29 17/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПЛАСТМАССОВЫХ МАТЕРИАЛОВ(71) Заявитель Бами Интеллигенсе С.А.(72) Авторы Джордано МАРИАНИ и Лиция Синзия МАРИАНИ(73) Патентообладатель Бами Интеллигенсе С.А.(57) 1. Способ обработки пластмассовых материалов, содержащих по меньшей мере два различных термопластичных полимера или сополимера, заключающийся в их измельчении и последующем смешивании и перемешивании средством для смешивания и перемешивания, отличающийся тем, что в процессе смешивания и перемешивания производят измерение потребляемой указанным средством энергии, а обработку прекращают при резком увеличении потребляемой энергии и достижении ею постоянной величины. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при обработке пластмассовых материалов, содержащих кроме указанных полимеров или сополимеров по меньшей мере один твердый материал, не смешиваемый с ними,полученный продукт подвергают по меньшей мере одной стадии фильтрации, в процессе которой частицы материала, отличающиеся от полученного однородного пластического материала, отделяют от этого пластического материала. 3. Способ по любому из пп. 1-2, отличающийся тем, что готовый продукт подвергают гранулированию. Фиг. 1 Настоящее изобретение относится к химической промышленности и касается способа обработки пластмассовых материалов, содержащих, по крайней мере, два различных термопластичных полимера или сополимера. Изобретение относится также к применению данного способа для получения частей пластмассового материала. Как известно, желательно повторно использовать отработанные пластмассовые материалы, например те,которые остаются от отходов упаковки изделий или от материала, смешанного с остатками пищевых быто 3025 1 вых отходов, для исключения или, по крайней мере, снижения скоплений этих отходов в природе и также для уменьшения истощения источников невосстанавливаемых природных богатств, например сырой нефти,которую используют для изготовления пластмассы. Согласно современной технологии, переработка термопластичных полимеров для вторичного использования требует выполнения отдельной регенерации, повторное использование пластмассовых материалов различного химического состава, поскольку обычно они не смешиваются друг с другом, причем, когда пытаются повторно использовать смеси твердых частиц различных термопластичных полимеров для переработки на одном и том же оборудовании и при тех же рабочих условиях, которые применяют для подобного термопластичного полимера, то получают изделия, которые изготовлены из неоднородного материала, механические, физические и химические свойства которого, например модуль упругости, предел прочности на растяжение, прочность на изгиб, на сжатие, стойкость к коррозии, вызванной различными жидкими или газообразными веществами и т.п., не очень хорошо определены. На практике необходимость отдельной регенерации и повторного использования различных термопластичных полимеров создает ограничение экономического характера, которое значительно уменьшает возможность регенерации пластмассовых материалов для вторичного их использования, в частности тех, которые содержатся в бытовых отходах. В 1 описан способ восстановления однородных отходов пластмассовых материалов, согласно которому материалы подвергают обработке, включающей четыре последовательных стадии, а именно 1) превращение в порошок, 2) холодное смешивание, 3) первую стадию нагревания и 4) вторую стадию нагревания. Стадии 3) и 4) выполняют при помощи наружных средств нагревания, например электронагревательных средств. Кроме того, в данной заявке подчеркивается, что пластмассовые отходы не должны подвергаться значительным механическим воздействиям. Этот способ не только достаточно сложный и дорогостоящий, но он также не позволяет получить продукт, образованный из нового пластмассового материала, который был бы однородным в смысле настоящего изобретения. Задачей изобретения является возможность создания простого и дешевого способа обработки пластмассовых материалов. В частности, изобретение ставит своей задачей возможность переработки термопластичных полимеров или сополимеров для вторичного их использования без предварительного разделения таких полимеров или сополимеров по их химическому составу. В способе обработки пластмассовых материалов, содержащих, по крайней мере, два различных термопластичных полимера или сополимера, путем их измельчения, смешивания и перемешивания в измельченной форме при помощи средств, потребляющих энергию, согласно изобретению, смешивание и перемешивание осуществляют до образования готового продукта при нарастании потребляемой энергии до достижения ее постоянной величины, после чего смешивание и перемешивание прекращают. Способ, согласно настоящему изобретению, основан на поглощении механической энергии обрабатываемым материалом, который не требует использования внешней тепловой энергии и который выполняют за одну стадию. Данный способ позволяет получить новый пластмассовый материал, который отличается от исходного материала и имеет желаемые и предопределенные заранее свойства. Обработку проводят в закрытой камере, оснащенной механической мешалкой. Механическая мешалка взаимодействует со средствами измерения энергии, которая поглощается обрабатываемым материалом, и включает в себя хотя бы один перемешивающий элемент, например ротор, снабженный множеством лопастей. Во время смешивания и перемешивания смеси термопластичных полимеров или сополимеров твердые частицы претерпевают одновременно быстрый нагрев, в отдельности, из-за их взаимного трения и/или трения с элементами мешалки и стенками камеры обработки, следовательно, все они практически одновременно нагреваются до температуры, находящейся в пределах каждой их соответствующей температуры размягчения. Также уменьшается средний размер частиц на определенной стадии обработки, на которой, по крайней мере, часть частиц находится в жидком или пастообразном состоянии. Отмечается резкий переход от стадии, на которой различные отдельные частицы термопластичного полимера или сополимера в начальной смеси отделяются друг от друга, и их можно наблюдать отдельно, однако на последней стадии невозможно больше различить поверхности раздела между этими частицами, и вся масса имеет однородный внешний вид, за исключением возможного появления частиц материала, не смешивающегося с термопластичными полимерами. Температуры, достигаемые внутри смеси термопластичных полимеров или сополимеров, подвергаемых обработке в соответствии с настоящим способом, обычно находятся в интервале 150-300 С. Однородную массу, образующуюся в результате смешивания и перемешивания, обычно получают в виде пасты, имеющей реологические свойства, соответствующие так называемому псевдопластическому состоянию. Преимущественно эту однородную пастообразную массу сразу же подвергают гранулированию, предназначенному для превращения массы в гранулы обычного типа, пригодные для применения на установках, изготавливающих формованные или отлитые под давлением изделия согласно известным способам. 3025 1 Для этой цели можно применять любую известного типа установку для гранулирования, например, выдавливанием под давлением. Преимущественно фильтрование пасты осуществляют известным способом во время операции гранулирования, например, при помощи сита из проволочной сетки для отделения частиц твердого материала, возможно содержащегося в этой массе. Такие частицы твердого материала могут состоять из термоотверждающих полимеров, металлов, неорганических материалов, например осколков камней,стекла и т.п. и обычно любого материала, не смешивающегося с термопластическими полимерами. Изобретение, в частности, касается обработки исходного материала, содержащего, по крайней мере, два различных термопластичных полимера или сополимера в измельченной форме и, по крайней мере, один твердый материал, который не смешивается с термопластичными полимерами или сополимерами. Затем осуществляют, по крайней мере, одну стадию фильтрования полученного продукта для отделения его от частиц материала, отличного от однородного термопластичного материала, которые диспергированы в этом последнем материале. Способ в соответствии с изобретением можно осуществлять непрерывно или периодически, т.е. посредством обработки исходной смеси термопластичных полимеров или сополимеров последовательными партиями. На фиг. 1 схематически изображено устройство для реализации способа, вид спереди фиг. 2 - часть устройства, показанного на фиг.1 фиг. 3 - часть устройства, что и на фиг.2, но с определенными элементами, показанными в разрезе фиг. 4 - схематический вид в разрезе устройства фиг. 5 - схематический частичный вид ротора, составляющего часть устройства. Устройство, показанное на фиг. 1-5, содержит цилиндрическую камеру 2 с горизонтальной осью, оснащенную питающим бункером 4, установленным в верхнем положении, и разгрузочную камеру 5. Ротор 6,установленный соосно внутри камеры 2, приводится в действие электродвигателем 7. Стенки камеры 2 состоят из блока 10, образованного соединением двух полуцилиндрических оболочек 11 и 12, собранных вместе посредством шарнира вдоль одной боковой кромки 13, причем противоположно кромке 14 расположено предохранительное закрывающее средство 14 вдоль кромки 15. Верхняя оболочка 12 соединена с пневматическим устройством 16 известного типа, которое позволяет ей открываться при повороте вокруг шарнира 13. Движение для привода ротора 6 двигателем 7 передается через пневматически управляемую муфту 18. Вращение ротора 6 можно прекратить, когда это требуется, при помощи тормозного устройства 21, также управляемого пневматически. Каждым своим концом ротор 6 удерживается в подшипнике 22, закрепленном на стойке 23. Резьбовое соединение 24 позволяет каждому концу вала ротора плотно проходить через стенку камеры 2. Защитная крышка 26 (фиг. 1) окружает часть устройства, включая камеру 2 и подшипники 22 ротора. Как лучше всего показано на фиг. 5, ротор 6 содержит цилиндрический вал 30, снабженный множеством радиальных лопастей 31, 32, форма которых представляет два различных типа. Точнее, расположение лопастей 32, которые установлены вблизи каждого конца вала 30, таково, что материалу, обрабатываемому в камере 2, сообщается движение, которое стремится протолкнуть этот материал в сторону от стенки камеры,соединяющей концы вала 30, для перемещения его назад внутрь камеры через зону, подвергаемую действию смещения и перемешивания лопастями 31. Преимущественно диаметр камеры 2 и длина лопастей 31 и 32 таковы, что когда ротор 6 находится при комнатной температуре или близко к этой температуре, зазор между вершинами лопастей 31 и 32 и внутренней стенкой 40 камеры 2 составляет порядка 0,5-1 мм. Целесообразно, чтобы ротор 6 и двигатель 7 для его привода имели такие размеры по отношению к внутреннему объему камеры 2, чтобы максимальная механическая мощность, передаваемая материалу, обрабатываемому в камере 2 ротором 6, составляла порядка 1-2 на каждый литр этого материала. Например,было найдено, что для общего внутреннего объема камеры 2, равного 85 литрам (в примере с экспериментальным прототипом), максимальная мощность, передаваемая двигателем, составляет преимущественно порядка 128 . Пример 1. Применяемым исходным материалом является смесь термопластических полимеров в виде частиц неправильной формы, однако все они размером меньше чем 5 мм, полученных в результате извлечения отработанных пластмассовых материалов из бытовых отходов, которые после их отделения от других компонентов отходов просто подвергают промывке водой с последующей сушкой. Средний состав этой смеси следующий 3025 1 Для обработки этой смеси применяют устройство описанного типа, в котором камера 2 для смешивания и перемешивания имеет внутренний объем 85 литров, двигателем 7 для привода ротора 6 является трехфазный электродвигатель с механизмом изменения полюсов, с максимальной мощностью 140 , питаемый током 380 /50 герц со значением косинуса 0,85. После вращения ротора 6 в течение порядка трех минут отмечается резкое увеличение с последующей стабилизацией энергии, потребляемой массой, которую подвергают смешению и перемешиванию, и это указывает на то, что пик силы тока, подаваемого к двигателю, достигает максимального значения порядка 270-280 А на верху пика. Продолжительность увеличения силы тока между начальным и верхним значениями пика, а также продолжительность последующего снижения силы тока (до стабилизационного значения, которое выше начальной величины), оба составляют примерно 5 секунд. Вращение ротора 6 увеличивается в течение примерно 10-20 секунд после стабилизации силы тока, подаваемого к приводному двигателю 7 ротора 6, затем ротор 6 останавливают и сразу извлекают однородную, гелеобразную массу в виде пасты, полученную в результате обработки смеси полимеров. Эту массу подвергают либо сразу после ее извлечения из камеры обработки 2, либо после ее отверждения в результате охлаждения гранулированию посредством экструдирования на машине известного типа с фильтрованием при помощи сита из проволочной сетки. Таким образом получают гранулы термопластичного материала размером примерно 3 мм, имеющие совершенно однородный внешний вид даже при рассмотрении под увеличительной линзой. Эти гранулы хорошо подходят для применения на промышленной установке для литья под давлением, причем тем же способом, что и гранулы термопластичного полимера ,позволяя получать литые изделия исключительного качества, которые демонстрируют совершенную изотропию механических и физических свойств. Пример 2. Следуют способу из примера 1 за исключением, что в качестве исходного материала применяют смесь термопластических полимеров, имеющую следующий средний состав (в мас. ) полиэтилен (смесь в равных частях полиэтилена высокой и низкой плотности) 45 полистирол 20 поливинилхлорид 20 смесь двух равных частей полиэфира и полиамида 12 полиметилметакрилат (РММА) 3. Отмечается, что после вращения ротора 6 в течение примерно 90 секунд пик силы тока, подаваемого к двигателю 7, достигает максимальной величины порядка 230 А. Как и в примере 1, время вращения ротора увеличивается в течение примерно 10-20 секунд после этого пика до извлечения однородной, гелеобразной массы с псевдопластичной консистентностью в результате обработки. Затем проводят гранулирование посредством экструдирования с фильтрованием пасты, как в примере 1. В результате получают однородные гранулы термопластичного материала, которые пригодны для применения на промышленной установке для литья под давлением тем же способом, который применяют для гранул чистого высокоплотного полиэтилена. Следует заметить, что описанный способ особенно подходит для получения термопластичного материала, имеющего заданные свойства прямо между свойствами различных полимеров и сополимеров, и что свойства конечного продукта можно поддерживать постоянными даже в случае изменения среднего состава смесей, применяемых в качестве исходного материала. Действительно, как это станет очевидным для специалиста в данной области техники, необходимо только сделать анализ химического состава исходных материалов и конечного продукта для определения количества термопластичных полимеров или сополимеров одного или нескольких типов, добавляемых в исходные смеси для достижения коррекций, необходимых для получения конечного продукта, имеющего требуемые свойства, и для поддержания этих свойств в случае изменения состава исходных материалов. Ясно, что в смеси термопластичных полимеров или сополимеров можно добавлять известным способом любое вещество или смеси веществ, способных улучшить свойства конечного термопластичного материала,например пластификаторы, стабилизирующие агенты, красители, наполнители и т.п., и ясно, что благодаря характеру операций этого способа, которые заключаются в смешении и перемешивании, которые являются особенно эффективными, достигается совершенно равномерное распределение этих веществ в конечном продукте. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.