热塑材料转变成均质新热塑材料的方法和设备

摘要

一种处理废塑料的方法和设备。它可将含有至少两种分离状态存在的不同热塑性聚合物或共聚物经搅拌处理，转变成均质的热塑性材料。

说明书

本发明的目的是一种塑料处理方法，它可把含有至少两种不同的热塑性聚合物或共聚物的原料转变成均质的热塑性材料。本发明的另一目的是实现这一方法的设备以及该法的应用。

本发明的目的特别是由至少两种不同化学性质的热塑性材料得到新的热塑性材料，它能象已知的热塑性材料一样以相同的方式使用以及在相同的工业应用范围使用。

本发明的目的更特别是使热塑性聚合物或共聚物在没有按其化学性质分离出这样的聚合物或共聚物以前能循环使用。

正如已知的，希望重复使用废塑料，如家庭垃圾中与食物残渣混合的包装制品或材料的废弃物产生的那些废塑料，以便避免或至少减少这些废料在自然界中的积累，同时也减缓不可再生的原料的消耗，特别是制造各种塑料的原油的消耗。

根据目前的技术，在热塑性聚合物的循环使用中必须单独地回收和重复使用不同化学性质的塑料，因为通常它们彼此不混溶。当人们设法重复使用不同热塑性聚合物的固体颗粒混合物，同时使用象在单一热塑性聚合物的情况下采用的相同机器和相同的操作条件，将得到异质材料构成的制品，其中机械特性、物化特性，如弹性模量、拉伸强度值、挠曲强度、压缩强度、耐各种液体或气体物质的化学侵蚀性等都不能很好的确定。

在实践中，单独回收和重复使用不同热塑性聚合物的需要为废塑料的经济处理设置了一个限制，这一限制显著降低循环使用废塑料的可能性，特别是家庭垃圾中的废塑料。

本发明的目的是要提供一个解决循环使用废热塑性聚合物问题的办法，同时能得到均质热塑性材料，並且可用象在原先热塑性聚合物情况下采用的那些技术使用它们，因此不需要事先按聚合物的化学性质分出或拣出这些废料。

所以，按照本发明的方法，其特点在于：至少两种分离状态存在的不同热塑料聚合物或共聚物按这样的方式进行搅拌处理，以致得到主要由均质热塑性材料组成的产品。

上述处理最好在装有机械搅拌器设备的密闭混炼室中进行。上述机械搅拌器设备最好与测量被上述处理材料吸收的能量的设备一起操作，搅拌设备至少有一搅拌器部件，例如它由装有许多叶片的转子构成。

在使不同热塑性聚合物的初始混合物转变成均质材料的方法实现的过程中，所发生的化学或物理化学过程迄今还不十分清楚，本发明不受这些过程特征的任何方法、也不受过程进行的顺序、也不受持续的时间的限制。

但是，看来好象在热塑性聚合物或共聚物的混合物的搅拌和扰动处理过程中，固体颗粒由于它们的相互摩擦和/或它们与搅拌器部件和处理混炼器壁的摩擦，同时受到单个的快速加热，因此它们实际上本身同时加热到它们各自的软化范围的温度。同时看来在处理的某个阶段，颗料的平均粒度下降，在这阶段至少有一部分颗粒仍保持在固态或至少有一部分颗粒是部分液体或处于浆糊态。

无论是什么原因，人们注意到从一个阶段开始出现相对急剧的转变变，在这一阶段，初始混合物的不同单个热塑性聚合物或共聚物颗粒彼此分开，並可单独观测到。在后一阶段，这些颗粒之间任何更明显地区分开的界面不存在了，在这一阶段整个材料已产生均质外观，除可能出现的不与热塑性聚合物混溶的颗粒状材料外。

这些现象完全是意想不到的，设想我们可处理有相对低熔点的聚合物颗粒（如聚烯烃）和有相对高熔点的聚合物颗粒（如聚酰胺）。

按照本法处理的热塑性聚合物或共聚物的混合物内所达到的温度一般在150～300℃范围内。

由搅拌和扰动处理产生的均质材料一般以有流变特性的浆糊状形式存在，对应于所谓的“假塑性态”。

这一均质浆糊状材料最好立即进行造粒处理，目的是使它成为按已知的工业技术适用于机器制造模塑或注塑制件的常规型颗粒形式。

为此，人们可用任何已知类型的造粒机器，例如用加压挤塑。同时最好还按本身熟悉的方式在造粒操作过程中完成浆糊料的过滤，例如借助金属丝网。用这样的方式，以便分出可能含在这一浆糊料中的固体材料颗粒。这样的固体材料颗粒可由热固性聚合物、金属、无机材料（如石头碎片、玻璃等）和一般不与热塑性聚合物混溶的任何材料组成。

本发明特别是可用于处理含有至少两种分离状态存在的不同热塑性聚合物或共聚物和至少一种不与上述热塑性聚合物或共聚物混溶的固体材料的原料，然后对所得到的产物至少过滤一次，以便把分散在均质热塑性材料中的、不同于上述均质热塑性材料的固体材料颗粒分离出来。

按照本发明可连续或间歇完成这一方法，也就是可逐次分批处理热塑性聚合物或共聚物的初始混合物。

完成这一方法的设备的特点在于，它有一个装有搅拌器或扰动设备的混炼室;将待处理的原料加入混炼室的设备;将原料在混炼室中处理得到的产物从该室卸出的设备。

搅拌器设备最好至少有一个推进器或一个装有叶片並高速旋转的转子，例如转速在1000～2800转/分之间。

但是，可使用任何其他适宜的搅拌器和/或扰动器和/或混合设备，可以为机械设备，也可为非机械设备。

按照该设备一个特别的实施方案，上述混炼室为有水平轴的园筒形，上述搅拌器和扰动设备由一个装有许多叶片的转子组成。该转子相对于混炼室的轴同轴安装，並穿过混炼室与安装在室外的使转子转动的驱动设备连接。

本发明的目的也在于将上面提到的方法应用于制备塑料制件，其特点在于产物呈注塑成形的制件形状。

从以下按照本发明的方法的非限定的示范实施方案和实施方案和实现该法的设备的示范实施方案的详细说明中，将更好地了解本发明。在这里附图作为参考，其中：

图1是该设备的前视图

图2是图1所示部分设备的前视图

图3是图2相同的设备部分的视图，但某些部分和部件以截断面图表示

图4是该设备的截断面视图

图5是该设备构成转子部分的局部视图

图1～5所示的设备包括一个有水平轴的园筒形混炼室2，上方装有进料漏斗4，下方有卸料孔5。同轴安装在混炼室2内的转子6用电动机7驱动。混炼室2的壁由两个半园形外壳11和12构成的组件10组成。並通过沿一侧面棱13的活页组装在一起，密闭设备14的保险装置沿棱边15对棱边14安装。

上外壳12连接到本身熟悉的类型的气动设备16上，它可通过沿活页13转动打开。转子6用电动机7的驱动是通过气动控制离合器传动。转子6的转动可通过也是气动控制的制动设备21中断。

转子6两端用支承在支柱23上的轴承22支承。螺纹接头24使转子6的轴的两端紧密地穿过混炼室2的壁。保护罩26（图1）包住包括混炼室2和转子轴承22在内的部分设备。

正如图5可以很好看出的那样，转子6由装有许多径向叶片31、32的园轴30构成。叶片的形状有两个不同的类型。更确切地说，安装在轴30靠近两端的叶片32的取向是这样的，以致于它传给在混炼室2中处理的材料的负荷趋于使这一材料离开紧邻轴30两端的室壁，使它们回到混炼室的内部，使它通过受叶片31搅拌和扰动作用的区域。

混炼室2的直径和叶片31和32的长度最好是这样的，当转子6处于室温或处于这一温度的附近，叶片31和32的顶端和混炼室2的内壁40之间的间隙大约为0.5～1mm。

已发现转子6及其驱动电动机7最好相对于混炼室2的内体积选定尺寸，以使通过转子6可传给混炼室2中处理材料的最大机械功大约为每升材料1～2KW。例如，内部总体积为851的混炼室2（实验原型的情况），发现电动机提供的最大功最好为128KW左右。

实施例1

所用的原料为由回收家庭垃圾的废塑料得到的热塑性聚合物的混合物，为不规则形状的碎片，但每块的尺寸都小于5mm。它们与垃圾的其他组分分开后，简单地进行水洗，随后进行干燥。

这一混合物的平均组成如下（m%）：

ABS树脂  50

聚氯乙烯  20

聚丙烯  15

聚乙烯  5

聚酰胺  5

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）  5

为了处理这一混合物，使用上述种类的设备，其中搅拌和扰动的混炼室的内体积为851，用于驱动转子的电动机是有转向开关的三相电动机，最大功率140KW，用380V/50Hz电流供电，余弦φ值为0.85。转子转动大约3mm后，人们注意到受搅拌和扰动的材料的功率消耗急剧增加，随后很快稳定，这说明供电动机的电流强度有一峰值。在峰值最高点达到最大值大约为270～280A。初值和峰值最高点之间的电流强度升高的持续时间，以及随后电流强度下降到稳定值（它超过初值）的持续时间两者都大约为5S。在供驱动转子的电动机的电流强度稳定后，使转子的转动时间延续10～20S，然后转子停转。立即回收处理聚合物混合物产生的均质类凝胶浆糊状材料。

这一材料从处理室回收后立即通过已知类型的机器中挤压，进行选粒处理，或冷却固化后进行造粒处理，然后用金属丝网筛过滤。因此得到尺寸大约为3mm的热塑性材料的颗粒，甚至用放大镜进行检查时，也有完全均质的外观。这些颗粒用与纯的热塑性ABS树脂颗粒相同的方式完全适合于工业注塑机，使得它有可能得到很理想的各向同性的机械和物理性质的极好质量的模塑制件。

实施例2：

步骤与实施例1相同，不同的是有如下平均组成的热塑性聚合物的混合物用作原料（m%）：

聚乙烯（等量高密度聚乙烯和低密度聚乙烯的混合物）  45

聚苯乙烯  20

聚氯乙烯  20

等量聚酯和聚酰胺的混合物  12

聚甲基丙烯酸甲酯  3

注意到，转子转动大约90S后，供电动机的电流强度的峰值达到最大值，大约为230A。象实施例1一样达到这一峰值后，在回收处理生成的均质假塑稠度的类凝胶浆糊状材料前，转动时间延续大约10～20S。

然后象实施例1一样，通过挤压进行造粒，过滤浆糊。

因此得到均质的热塑性材料的颗粒，它们以类似于纯高密度聚乙烯树脂颗粒使用的方式，适用于工业注塑机。

应当指出，刚描述的方法完全适合于得到的有预定性质的热塑性材料，它有介于各种初始聚合物和共聚物之间的性质，以及它使成品的性能保持不变是有可能的，甚至在用作原料的混合物的平均组成波动的情况下亦如此。

事实上，对于熟悉这一技术的人是很清楚的，人们只需要分析原料和成品，就可确定加到起始混合物中的一种或几种类型的热塑性聚合物或共聚物的数量，以便获得具有所希望的性质的成品，

並在原料组成发生变化的情况下，使这些性质保持不变。

显然，任何能改善热塑性材料成品性质的物质或混合物（例如增塑剂、稳定剂、着色剂、填料等）都可按照自己熟悉的方式加到热塑性聚合物或共聚物中。很清楚，由于该法操作自身的特征，它包括特别有效的搅拌和扰动，这些物质在成品中可达到完全均匀的分布。