Спосіб рециркуляції відходів термопластичних матеріалів для використання такого рециркульованого термопласту у виробництві композиційного матеріалу

Реферат: Винахід належить до способу виготовлення високоміцних і дешевих термопластичних композиційних матеріалів шляхом переробки та обробки відходів пластичних матеріалів з деякими мінералами. Заявлено спосіб рециркуляції відходів пластичних матеріалів для використання такого рециркульованого пластику у виробництві композиційного матеріалу з високими міцнісними властивостями. UA 110868 C2 (12) UA 110868 C2 UA 110868 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь техніки Даний винахід стосується способу виготовлення високоміцних і дешевих термопластичних композиційних матеріалів шляхом переробки та обробки відходів пластичних матеріалів з деякими мінералами. Передумови створення винаходу Зараз через високу вартість таких матеріалів, як деревина, метал, залізо, гіпс і т.д. налагоджене виробництво композиційних матеріалів, які можуть заміняти вищевказані матеріали. Термопластичні композиційні матеріали одержують переважно шляхом переробки пластичних матеріалів і додавання різних хімічних та інших домішок у пластики. Метою такого додавання є поліпшення механічних та хімічних властивостей термопластичних матеріалів без збільшення вартості. Проте, вироблені термопласти не мають бажаної цінності. Така ситуація також ускладнює використання цих матеріалів у будівництві та будівельній промисловості. Зараз для одержання термопластичних композиційних матеріалів також використовуються способи рециркуляції. Пластичні матеріали, призначені для використання в термопластичних композиційних матеріалах, краще одержувати з відходів пластиків, зібраних зі сміттям, як з погляду економіки, так і екології. Однак, у тих випадках, коли матеріали, присутні на відходах пластиків, такі як бруд, масло, хімікати і т.д., не можуть бути видалені повністю, якість отриманого термопластичного композиційного матеріалу знижується. Способи рециркуляції відходів пластичних матеріалів переважно складаються з таких стадій: відділення пластикових відходів від чужорідних матеріалів, розрізання пластичних матеріалів на дрібні шматочки, плавлення та лиття в бажані форми, охолодження та одержання бажаного продукту. Крім того, різні термопластичні композиційні матеріали одержують шляхом додавання домішок до пластичних матеріалів під час такого вищевказаного процесу плавлення. У японському патентному документі № JP 2007130885 відомого рівня техніки розкрита система виробництва високоміцного композиційного матеріалу з гарною зносостійкістю та тривалим терміном служби. В даному способі, зазначений процес полягає, насамперед, у визначенні кількості та розмірів домішки, яка має бути введена в пластик. По-друге, визначають кількість і тип домішки. Третя стадія пов'язана із плавленням суміші та контролем попередньо визначеної кількості та типу домішки в суміші, що утворюється у формі. У японському патентному документі № JP 2009132939 відомого рівня техніки розкрита методика виробництва довговічного композиційного матеріалу, у якій відходи пластичних матеріалів використовуються як сировинний матеріал, і до нього примішуються домішки. Рециркульований пластик, по-перше, містить полімер і, по-друге, полімер та інші домішки. У японському патентному документі № JP 2010234812 відомого рівня техніки розкритий спосіб виробництва виливного високоміцного пластику з гарною зносостійкістю та тривалим терміном служби із застосуванням різних методик і способів. Для рециркуляції відходів пластичних матеріалів, що містять 2 або більше домішок, матеріал відходів відокремлюють від чужорідних матеріалів, потім розплавляють і відливають у форми, відповідно. Метал відокремлюють від пластику шляхом фільтрації суміші і, після визначення типу та кількості домішки, відділений метал та домішки додають до рециркульованого пластику. У японському патентному документі № JP 2004042461 відомого рівня техніки розкрите керування процесами, такими як змивання бруду, масла, землі, небажаних хімікатів і харчових відходів, присутніх на пластикових відходах, що містять чужорідні матеріали, розділення і сушіння. Рециркульований пластичний матеріал подрібнюють у рідині шляхом розрізання на дрібні шматочки. Потім пластичний матеріал злипається (is adhered) або матеріали, що містяться в ньому, відокремлюють від пластику. Матеріали, що вказують своє положення (that indicate their positions), відокремлюють шляхом рідинного розділення, пластичного (plastic) або плавлення пластичного матеріалу. Однак, кількість домішок, що додаються до пластичних матеріалів, є дуже важливою для міцності отриманих продуктів. У тих випадках, коли може бути додана більша кількість домішок (хімікатів або мінералів), міцність отриманого матеріалу пропорційно зростає. Однак, при змішуванні пластикових відходів з високими кількостями домішок, плавлення такої суміші робиться більш проблематичним. Звичайно такі процедури здійснюються в екструдерних машинах. В екструдери завантажують матеріали пластичних відходів та домішки і одержують композиційний матеріал у тістоподібній формі. У такій ситуації, якщо до суміші додається велика кількість домішок, то відбувається зношення та поломки машин, а коли домішки використовуються в низьких кількостях, не можна одержати матеріали з бажаною міцністю. В машинах для переробки пластиків, використовуваних у відомому рівні техніки в системах, таких як системи інжекційного формування та екструзії, принцип роботи полягає у видавлюванні 1 UA 110868 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 розплавленого матеріалу під тиском через отвір. Система передбачає зону подачі (конус або бічний живильний шнек), черв'ячний шнек (також називаний архімедовим гвинтом, який виконує завдання стискування та виштовхування) і циліндричний корпус (оболонку), причому черв'як рухається усередині та може витримувати високий тиск і температуру до 500 °C. Це збільшує вартість виготовлення та експлуатації машини. Крім того, в машинах для переробки пластиків, які використовуються у відомому рівні техніки, експлуатованих в системах, таких як системи інжекційного формування та екструзії, спостерігається більше зношування машин, оскільки матеріали наповнювачів, що мають твердість і абразивні властивості, подаються починаючи від зони подачі термопластичного матеріалу. Це збільшує вартість технічного обслуговування та ремонту машини. Крім цього, в машинах для переробки пластиків, які використовуються у відомому рівні техніки, експлуатованих в системах, таких як системи інжекційного формування та екструзії, коли розплавлена суміш досягає зони стискування, вона не може бути стиснута, оскільки мінерали є нестисливими, і це викликає заклинювання черв'яка або його поломку внаслідок генерування дуже високого зусилля протидіючого моменту. Тому в розплавлених термопластичних сумішах не використовують високі кількості мінералів і суміш не може досягти бажаного значення міцності. Більше того, в машинах для переробки пластиків, які використовуються у відомому рівні техніки, експлуатованих у системах, таких як системи інжекційного формування та екструзії, потрібне використання дуже специфічних форм. Такі форми мають дуже високу вартість. Крім того, в машинах для переробки пластиків, які використовуються у відомому рівні техніки, експлуатованих у системах, таких як системи інжекційного формування та екструзії, матеріал впорскується в форму самою машиною, і необхідний тиск також створюється самою машиною. Таким чином, ці машини є дуже складними та дорогими. Більше того, в машинах для переробки пластиків, які використовуються у відомому рівні техніки, експлуатованих у системах, таких як системи інжекційного формування та екструзії, оскільки форми приєднані до машини, машини не повинні працювали, поки матеріал охолоджується у формі. В результаті, такі системи працюють за принципом пуск зупинка і мають низьку продуктивність. Іншою проблемою є очікування протягом періоду охолодження після видавлювання пластичного матеріалу в пастоподібному вигляді у форму. При цьому, машини не можуть працювати, поки композиційний матеріал у формі охолоджується. Короткий опис винаходу Об'єктом винаходу є реалізація способу рециркуляції пластикових відходів зі зменшеними виробничими витратами. Іншим об'єктом винаходу є реалізація способу рециркуляції, у якому пластикові відходи очищають від присутніх на них матеріалів, таких як бруд, масло, хімікати і т.д. Ще одним об'єктом винаходу є реалізація способу рециркуляції, у якому використовують велику кількість домішок і завдяки цьому одержують композиційні матеріали з високою міцністю. Ще одним об'єктом винаходу є реалізація способу рециркуляції, у якому в процесі виробництва використовуються великі кількості домішок, а використовувані для виробництва машини не одержують ушкоджень. Ще одним об'єктом винаходу є реалізація способу рециркуляції, що забезпечує низьке енергоспоживання. Спосіб рециркуляції відходів пластичних матеріалів і використання таких рециркульованих пластиків у виробництві композиційного матеріалу, здійснюваний для досягнення цілей винаходу, включає такі стадії: - Вивільнення ряду типів тюкованих матеріалів термопластичних відходів шляхом їх подачі в пакорозбивач (110), - Подача відходів пластичних матеріалів в блок розділення та відділення в ньому каменів, землі, піску та інших грубих чужорідних матеріалів (120), - Подача відходів пластичних матеріалів у різальну машину, розрізання відходів пластичних матеріалів на дрібні шматочки ножами зі швидкорізальної сталі та одночасне промивання шляхом впорскування води в машину (130), - Подача відходів пластичних матеріалів, розрізаних на дрібні шматочки, у машину для відділення брудної води та розділення матеріалу шламу та брудної води під дією відцентрових сил (140), - Переміщення матеріалу в басейн, наповнений водою, і промивання в ньому з одночасним : осадженням піску та інших важких матеріалів, які могли на: ньому залишитися (150),; 2 UA 110868 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - Переміщення матеріалу в машину для відділення органічних забруднень і очищення в ній від масла та інших органічних чужорідних матеріалів, присутніх на матеріалі, які не могли бути видалені попередніми способами під дією відцентрових сил (160), - Переміщення матеріалу в машину для відділення води та відділення в ній води та вологи, присутніх на матеріалі, під дією відцентрових сил (170), - Складування матеріалу шляхом переміщення в бункери для зберігання (180), - Переміщення матеріалу в сушильну машину та сушіння в ній матеріалу шляхом нагрівання з одночасним його здрібнюванням шляхом зминання для полегшення подачі в машини для наступних процесів (190), - Складування висушеного та зім'ятого матеріалу шляхом переміщення в бункери для зберігання (200), - Переміщення матеріалу в горизонтальний реактор (210), - Нагрівання матеріалу в горизонтальному реакторі під тиском до температури 350 °C (220), - Додавання барвного (painter) і апретувального (compatibilizer) хімічних матеріалів до матеріалу, нагрітого в горизонтальному реакторі, через блок бічної подачі (230), - Додавання мінеральних матеріалів, через інший блок бічної подачі, в матеріал, до якого були додані барвний і апретувальний хімічні матеріали, і який нагрівається в горизонтальному реакторі (240), - Нагрівання пластичного матеріалу до розриву лінійних зв'язків, утворення поперечних зв'язків і повторного утворення зв'язків між матеріалами на молекулярному рівні (250), - Негайне виливання розплавленого композиційного матеріалу, що виходить з горизонтального реактора, у форми до його остигання та охолодження під тиском шляхом пресування у формі (260). Детальний опис винаходу Спосіб рециркуляції відходів пластичних матеріалів і використання таких рециркульованих пластичних матеріалів у виробництві композиційного матеріалу, здійснюваний для досягнення цілей винаходу, проілюстрований на прикладеній фігурі, на якій: Фігура 1 є блок-схемою способу. Спочатку, ряд типів термопластичних відходів пластичних матеріалів подаються в пакорозбивач і вивільняються пресовані відходи пластичних матеріалів. (110) Відходи пластичних матеріалів подаються в блок розділення та відділяються в ньому від каменів, землі, піску та інших грубих чужорідних матеріалів. (120) Відходи пластичних матеріалів подаються в різальну машину, відходи пластичних матеріалів розрізаються на дрібні шматочки ножами зі швидкорізальної сталі і в той же час промиваються шляхом впорскування води в машину. (130) Відходи пластичних матеріалів, розрізані на дрібні шматочки, подаються в машину для відділення брудної води і матеріал шламу відокремлюють від брудної води під дією відцентрових сил. (140) Потім матеріал переміщають у басейн, наповнений водою, промивають у ньому, і в цей же час осаджуються пісок та інші важкі матеріали, які могли на ньому залишитися. (150) Матеріал переміщають в машину для відділення органічних забруднень, і в ній відбувається очищення від масла та інших органічних чужорідних матеріалів, присутніх на матеріалі, які не могли бути видалені попередніми способами під дією відцентрових сил.(160) Матеріал переміщають в машину для відділення води і відокремлюють в ній воду та вологу, присутні на матеріалі, під дією відцентрових сил. (170) Потім матеріал складують шляхом переміщення в бункери для зберігання. (180) Матеріал переміщають в сушильну машину і в ній матеріал висушують шляхом нагрівання і в той же час подрібнюють шляхом зминання для полегшення подачі в машини для наступних процесів. (190) Висушений і зім'ятий матеріал складують шляхом переміщення в бункери для зберігання. (200) Матеріал переміщають в горизонтальний реактор. (210) Матеріал нагрівають в горизонтальному реакторі під тиском до температури 350 °C. (220) В матеріал, нагрітий в горизонтальному реакторі, вводять барвний і апретувальний хімічні матеріали через блок бічної подачі. (230) Мінеральні матеріали вводять в систему через інший блок бічної подачі. (240) Суміш безперервно перемішують і нагрівають до розриву лінійних зв'язків пластичного матеріалу та утворення розгалужених поперечних зв'язків, і повторного утворення зв'язків між матеріалами на молекулярному рівні, та витримують до завершення реакції. (250) 3 UA 110868 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Розплавлений композиційний матеріал, який виходить з горизонтального реактора, негайно виливають в форми до його остигання та охолоджують під тиском шляхом пресування в формах. (260) У способі за винаходом, велика кількість домішок може бути додана в термопласти, оскільки після додавання матеріалу наповнювача стиснення не проводиться та великі протидіючі моменти не генеруються. У системі за винаходом, втратам енергії на нагрівання запобігають шляхом додавання матеріалу наповнювача на стадії реакції після того, як пластичні матеріали будуть розплавлені, щоб уникнути непотрібних витрат енергії на матеріали наповнювачів. У системі за винаходом, знос машин мінімізований, оскільки матеріали наповнювачів і мінерали подаються в реактор після розплавлення пластичних матеріалів. Спосіб за винаходом забезпечує велику економію енергії. В машинах для переробки пластиків, які зараз використовуються в системах, таких як системи інжекційного формування та екструзії, матеріал наповнювача спочатку подається в машини з термопластичними матеріалами і суміш має бути підігріта до температури плавлення термопластів. При цьому енергія повинна витрачатися на нагрівання як термопластів, так і матеріалів наповнювачів. У системі за винаходом не потрібні витрати енергії для нагрівання матеріалів наповнювачів, оскільки матеріали наповнювачів подаються в систему на пізнішій стадії. У способі за винаходом, розплавлений композиційний матеріал, що виходить із горизонтального реактора, негайно розливається в форми та охолоджується під тиском при стискуванні. Використовується система багатомісних форм, залежно від продуктивності горизонтального реактора та часу охолодження розплавленого композиційного матеріалу в формі. Форми розміщені послідовно, одну форму заповнюють та залишають остигати і переходять до наступних форм. Пресування в формах здійснюють за допомогою гідравлічних пресів. У системі використовується метод незаливного (non flooding) компресійного формування. За цією методикою, пластичний матеріал, що має великий об'єм і певну вагу, стискується в формі під тиском в формотворній порожнині з меншим об'ємом. В формах для незаливного пресування пресувальний пуансон по розмірах відповідає формотворній порожнині, аналогічно системам типу циліндр-поршень. У способі за винаходом, форми мають просту конструкцію та дуже дешеві у виготовленні завдяки використанню методу незаливного компресійного формування. У способі за винаходом, оскільки тиск, необхідний для пресування в формах, забезпечується гідравлічними пресами, які є окремими частинами системи, машини системи не повинні мати дуже складну конструкцію, і тому капітальні витрати є низькими. У способі за винаходом, оскільки використовувані форми не приєднані до машини та використовується система багатомісних форм, інші машини продовжують працювати в той час, коли матеріал охолоджується в формі. В результаті, спосіб за винаходом реалізований за принципом безперервної роботи та забезпечується висока продуктивність. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб рециркуляції відходів пластичних матеріалів для використання такого рециркульованого пластику у виробництві композиційного матеріалу, що включає стадії: - вивільнення ряду типів пресованих матеріалів термопластичних відходів шляхом їх подачі в пакорозбивач (110), - подача відходів пластичних матеріалів в блок розділення та відділення в ньому каменів, землі, піску та інших грубих чужорідних матеріалів (120), - подача відходів пластичних матеріалів у різальну машину, розрізання відходів пластичних матеріалів на дрібні шматочки ножами зі швидкорізальної сталі та одночасне промивання шляхом впорскування води в машину (130), - подача відходів пластичних матеріалів, розрізаних на дрібні шматочки, в машину для відділення брудної води та розділення матеріалу шламу та брудної води під дією відцентрових сил (140), - переміщення відходів пластичних матеріалів у басейн, наповненийводою, і промивання в ньому з одночасним осадженням піску та інших важких матеріалів, які могли на ньому залишитися (150), - переміщення відходів пластичних матеріалів в машину для відділення органічних забруднень і очищення в ній від масла та інших присутніх на відходах пластичних матеріалів органічних чужорідних матеріалів, які не могли бути видалені попередніми способами під дією відцентрових сил (160), 4 UA 110868 C2 5 10 15 20 - переміщення відходів пластичних матеріалів в машину для відділення води та відділення в ній води та вологи, присутніх на матеріалі, під дією відцентрових сил (170), - складування відходів пластичних матеріалів шляхом переміщення в бункери для зберігання (180), - переміщення відходів пластичних матеріалів в сушильну машину та сушіння в ній відходів пластичних матеріалів шляхом нагрівання з одночасним їх здрібнюванням шляхом зминання для полегшення подавання в машини для наступних процесів (190), - складування висушених і зім'ятих відходів пластичних матеріалів шляхом переміщення в бункери для зберігання (200), - переміщення відходів пластичних матеріалів в горизонтальний реактор (210), - нагрівання відходів пластичних матеріалів в горизонтальному реакторі до плавлення під тиском до температури 350 °C (220), який відрізняється тим, що спосіб додатково включає стадії: - додавання барвного і апретувального хімічних матеріалів до відходів пластичних матеріалів, розплавлених в горизонтальному реакторі, через блок бічної подачі (230), - додавання мінеральних матеріалів через інший блок бічної подачі в горизонтальний реактор до розплавлених відходів пластичних матеріалів, в які були додані барвний та апретувальний хімічні матеріали (240), - додаткового нагрівання та перемішування розплавлених відходів пластичних матеріалів з домішками (250), - негайного виливання розплавленого композиційного матеріалу, що вільно витікає з горизонтального реактора, у незалежні неприєднані форми, до його остигання, і охолодження під тиском шляхом пресування в формі за допомогою індивідуальних гідравлічних пресів (260). 5 UA 110868 C2 6 UA 110868 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7