k OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS 19 k ES 2 084 113 kInt. Cl. : B03B 9/06 11 N.◦ de publicación: 6 51 ESPAÑA k B29B 17/00 TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA 12 kNúmero de solicitud europea: 91307065.2 kFecha de presentación : 01.08.91 kNúmero de publicación de la solicitud: 0 469 904 kFecha de publicación de la solicitud: 05.02.92 T3 86 86 87 87 k 54 Tı́tulo: Procedimiento y aparato para separar material plástico heterogéneo en fracciones homo- geneas. k 73 Titular/es: k 72 Inventor/es: Vezzoli, Annibale; 30 Prioridad: 01.08.90 IT 21162 /90 Centro Sviluppo Settori Impiego S.r.l. 31, Foro Buonaparte I-20121 Milan, IT Milani Resine S.p.A. 45 Fecha de la publicación de la mención BOPI: 01.05.96 k 45 Fecha de la publicación del folleto de patente: ES 2 084 113 T3 01.05.96 Aviso: k k Lamperti, Marino; Milani, Francesco y Albrisi, Bruno k 74 Agente: Isern Jara, Jorge En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletı́n europeo de patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art◦ 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascı́culos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid 1 ES 2 084 113 T3 DESCRIPCION El presente invento se refiere a un procedimiento para separar material plastico heterogéneo en fracciones homogeneas. Mas particularmente el presente invento se refiere a un procedimiento para separar material plástico heterogéneo en familias de materiales que son termicamente consistentes entre sı́ y a un aparato apropiado para esta finalidad. El presente invento se refiere, particularmente a un procedimiento para separar material plástico heterogéneo en dos fracciones, una fracción sustancialmente conteniendo tereftalato de polietileno y la otra fracción sustancialmente conteniendo cloruro de polivinilo. El término “material plástico heterogéneo”, siempre que se utilice en la presente especificación y en las reivindicaciones, significa una mezcla de polı́meros termo-plásticos y termoendurecibles tal como polietileno, poli-propileno, poliestireno, poliestireno espumado, PVC, PET, ABS, resinas poliéster, poliamidas, etc., de (alta, media, baja densidad), obtenidos, después de una primera separación de desechos sólidos ciudadanos, o de recogidas diferenciadas o derivadas de la industria de conversión como desechos de producción. Un concienciamiento creciente de factores ecológicos y ambientales ha conducido a una mayor consideración de los serios problemas de los desechos de materiales plásticos que están presentes en los desechos sólidos ciudadanos. En Italia, actualmente, la producción de desechos sólidos ciudadanos crece en alrededor del 1% por año y ahora se evalua aproximadamente en 18 a 20 millones de toneladas por año, 1,4 millones de toneladas de los cuales son plásticos (alrededor del 7,5%). El recilado de esta gran cantidad de material de desecho no solo aumentarı́a el volumen de desecho total sino que facilitarı́a también la recuperación del valioso uso residual de los plásticos. Las ventajas económicas surgirı́an por consiguiente de una disminución del volumen total del desecho y del aumento en el consumo de material plástico recién fabricado. Además existirı́a también la posibilidad de que el contenido de energı́a de los plásticos se recuperará al final de su ciclo de vida mediante incineración en un horno apropiado para recuperación de calor. Una aplicación importante para el material plástico reciclado es el re-uso de cada componente de las mezclas heterogéneas en combinación con material plástico recién fabricado en la selección de fracciones homogéneas para la producción de cuerpos configuradoas. Los cuerpos configurados producidos tendrán propiedades fı́sicas/mécanicas comparadas con las de los cuerpos configurados idénticos que se forman a partir de las mezclas heterogéneas. El problema principal asociado con el reciclado y la recuperación del amterial plástico es el de separación en fracciones homogéneas, de preferencia comprendiendo el mismo tipo de polı́mero o, por lo menos comprendiendo polı́meros térmicamente consistentes entre sı́. En particular se requiren procesos continuos y en la medida que sea posible automáticos. 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2 Actualmente las mezclas de material plástico para reciclado comprenden en general: poliolefinas tal como polietileno, polipropileno, etc., en una cantidad generalmente superior a alrededor del 20% en peso, generalmente de 40% a 50%; una mezcla que comprende sustancialmente cloruro de polivinilo (PVC), poliestireno, polietilen tereftalato (PET), representando conjuntamente alrededor de 50-60% en peso; y alrededor de 0-10% en peso de otros productos tal como resinas de termofraguado, ABS, cauchos, resinas acrı́licas, poliamidas, etc. La AT-B-363051 describe un procedimiento para la recuperación de polı́mero (particularmente poliolefinas) a partir de productos de desecho y su reempleo. El procedimiento descrito comprende el lavado de los materiales de desecho para separar el material polimérico de otros materiales; adicionar una mezcla del material separado al material polimérico de un tipo y trozeado; separación de la mezcla polimérica troceazada según peso especı́fico mediante flotación; secado de las poliolefinas separadas; mezclado de las poliolefinas separadas con productos poliméricos troceados del mismo tipo y extrusión y granulación de la mezcla. La separación de estas mezclas por medio de los procesos de flotación en agua usuales ha demostrado ser insatisfactorio debido a que aunque los materiales que comprenden esencialmente poliolefinas que son compatibles entre sı́, flotan en la superficie, materiales de alto peso especı́fico, que comprenden dos polı́meros recı́procamente incompatibles tal como PET y PV, se quedan en el fondo. El PVC y PET son incompatibles por cuanto tienen diferentes puntos de fusión y requieren diferentes temperaturas de elaboración en estado fundido. En efecto, PET funde a alrededor de 265◦C mientras que el PVC, como se indica en “The Condensed Chemical Dictionary (décima Edición)” Gessner G. Hawlaty, Van Nostrand Reinhold Company, 1981, se descompone a 148◦C y genera gases tóxicos. Un procedimiento para la separación de una mezcla de PVC y PET se describe en US-A4617111, en donde se utiliza una solución que comprende un disolvente de baja densidad para PVC, agua e hidróxido sódico. La peticionaria ha encontrado ahora un procedimiento que faculta separación contı́nua y automática de una mezcla de materiales plásticos, en particular, materiales plásticos que tienen un alto peso especı́fico, en dos fracciones, una fracción conteniendo esencialmente PET y la otra fracción conteniendo esencialmente PVC. Asi pues, constituye un objeto del presente invento proprocionar un procedimiento para separar material plástico heterogéneo en familias de materiales recı́procamente compatibles, cuyo procedimientyo comprende: a) alimentar material plástico triturado a un primer tanque de separación conteniendo agua con el fin de separar el material plástico de alto peso especı́fico del que tiene un bajo peso especı́fico; b) recuperar la mezcla de material plástico de alto peso especı́fico del fondo del primer tanque de separación y secarla en un primer secador; 3 ES 2 084 113 T3 c) tratar la mezcla de material plástico de alto peso especı́fico secada resultante con un disolvente selectivo apto para hinchar/modificar una fracción de la mezcla, comprendiendo la fracción material plástico sustancialmente compartible; y d) separar el disolvente en exceso del material plástico tratado mediante secado; y luego alimentar la mezcla de material plástico tratado a un segundo tanque de separación, en donde el material plástico no hinchado/no modificado cae al fondo del tanque, mientras que el material hinchado/modificado se recoge sustancialmente en la superficie del lı́quido del tanque y se descarga. En particular el procedimiento del presente invento, que puede ser contı́nuo o discontı́nuo, comprende una primera etapa, en donde la mezcla de material plástico heterogéneo se separa en dos fracciones: estando constituida la primera fracción por productos que tienen un peso especı́fico inferior al del agua y constituida esencialmente por poliolefinas, tal como polietileno y polipropileno, y de un poliestireno espumado; estando constituida la segunda fracción por productos que tienen un peso especı́fico superior al del agua y constituido esencialmente por poliestireno compacto, PVC y PET. Si bien la primera fracción comprende materiales que son termicamente compatibles entre sı́ y por consiguiente pueden utilizarse de nuevo sin la necesidad de ulteriores separaciones, la segunda fraccion comprende por lo menos dos materiales tal como PVC y PET que son incompatible entre sı́ y deben separarse de preferencia antes de su posible reuso. De conformidad con una modalidad preferida del procedimiento del presente invento es posible operar de modo que se recupere una fracción pesada, ya enriquecida en PVC y PET, del fondo del primer tanque. Para obtener este resultado se alimenta el primer tanque con agua recirculante, que genera un flujo en el interior de dicho tanque. En esta condición los materiales de alto peso especı́fico contenidos en la fracción pesada, tal como PVC y PET, caen fuera de la corriente de lı́quido hacia el fondo del tanque casi inmediatamente, mientras que otros materiales, que pertenecen a la fracción mas pesada y con pesos epecı́ficos mas próximos a los del agua, por ejemplo poliestireno se llevan a cabo mediante el flujo cuando caen hacia el fondo del tanque de modo que se depositan en el fondo del tanque en áreas bien distinguidas de las que se depositan las mezclas conteniendo PVC y PET. Esto hace posible recuperar la fracciones mas pesadas y las fracciones menos pesadas. La fracción recuperada del fondo del tanque de separación, que puede ser una fracción enriquecida en PVC y PET, se seca y luego trata con un disolvente capaz de hinchar/modificar una porción de la fracción. La porción pue puede efectuarse con el disolvente comprende materiales plásticos que son sustancialmente compatibles entre sı́. Se prefiere particularmente elegir un disolvente capaz de atacar un material tal como PVC, y que no afecte PET que, como se sabe, exhibe una alta resistencia quı́mica. El material hin- 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4 chado resultante exhibirá un aumento en el volumen original, que por consiguiente resultará en una disminución del peso especı́fico relevante. Los disolventes aptos para operar en este sentido están representados por agentes de hinchamiento para materiales plásticos, de preferencia agentes lı́quidos que tienen acción disolvente. Ejemplos de estos disolventes son cetonas tal como acetona, metiletilcetona, ciclohexanona, etc., dimetilformamida y disolventes clorados tal como cloruro de metileno; siendo el disolvente preferido acetona. El tratamiento con disolvente puede llevarse a cabo a temperatura ambiente o a una temperatura superior, por ejemplo entre 40 y 100◦C. El tiempo de contacto del disolvente con los materiales plásticos depende de la temperatura, pero generalmente oscila entre 5 y 60 minutos. Al final del tratamiento el material plástico que se afecta por el disolvente aparecerá completamente hinchado o solo alterado superficialmente, dependiendo de las condiciones, particularmente tiempo de tratamiento. En ambos casos es preferible recuperar el disolvente. El material plástico se seca luego para separar el disolvente impregnado o adsorbido sobre le material plástico. De preferencia el disolvente separa utilizando el metodo secado por calor a una temperatura que oscila entre 25◦ y 60◦ C, opcionalmente en presencia de circulación de aire. Al final del tratamiento de secado la mezcla de material plástico de alto peso especı́fico heterogeneo se compone de una porción de material inalterado constituido, por ejemplo, esencialmente por PET, y una porción de material sin modificar, constituido esencialmente por PVC y, opcionalmente, poliestireno. Esta mezcla heterogénea puede separarse gravimétricamente o mediante flotación. En particular, en el caso de polimeros totalmente hinchados la separación tiene lugar de prefernecia gravimétricamente en un segundo tanque de separación conteniendo un fluido con una densidad superior a la densidad del polı́mero modificado. Un lı́quido apropiado para empleo en esta segunda separación puede seleccionarse de lı́quidos que tienen una densidad de preferencia comprendida entre 1 y 1,1 kg/dm3 , tal como agua, mezclas de agua/glicoles, mezclas de agua/cloruro sódico, mezclas tensoactivas de agua/no espumantes, etc. Alternativamente, en el caso de polı́mero modificados solo superficialmente, la separación tiene lugar de preferencia mediante flotación en donde aire u otro vehı́culo gaseoso, tal como nitrógeno, dióxido de carbono, etc., se insufla a través del lı́quido en el segundo tanque de separación. Los materiales que se han alterado mediante el tratamiento quı́mico, tendrán una superficie aspera, y por consiguiente el gas insuflado hará que emerjan a la superficie del lı́quido mientras que los otros materiales, con una superfiie lisa, se hunden en el lı́quido debido a que no retienen las burbujas de gas. Una técnica de separación alternativa, que es particularmente apropiada cuando el material plástico se ha tratado con disolvente durante cortos tiempos solo suficientes para ablan3 5 ES 2 084 113 T3 dar la superficie de la porción reactiva del material plástico comprende evaporar el disolvente que humedece la superficie de material, mientras que retiene el agente adsorbido. El material plástico reteniendo todavı́a disolvente adsorbido es pegajoso y por consiguiente puede tratarse con polvos de bajo peso especı́fico, que se adhieren a las partı́culas pegajosas mientras que resbalan y no se adhieren al material plástico resistente a la acción de los disolventes. Ejemplos apropiados de polvos de bajo peso especı́fico son sı́lice microesferoidal, silicatos alcalinos y/o alcalino-térreos, carbonatos, etc., en forma espumada. El material plástico mixto ası́ tratado puede separarse gravimetricamente puesto que el material modificado por el disolvente se mantiene sobre la superficie de fluido de separación debido al efecto flotante de los polvos ligeros. Otro objeto del presente invento es un aparato para separar material plástico heterogéneo en fracciones sustancialmente homogéneas que comprende: i) un primer tanque de separción que, en uso contiene agua, equipado con medios apropiados para recuperar material flotante sobre la superficie de lı́quido en el tanque y medios para recuperar material del fondo del tanque; 5 10 15 20 25 30 ii) unos primeros medios para secar el material plástico recuperado del fondo del primer tanque de separación; iii) un medio para contener un disolvente selectivo capaz de hinchar/ modificar una fracción del material plástico heterogéneo, estando constituida la fracción por polı́meros sustancialmente compatibles entre sı́; iv) un segundo medio para secar hasta separar sustancialmente el disolvente en exceso del material plástico ası́ tratado; v) un segundo tanque de separación para contener un lı́quido que tiene una densidad conocida, con el fin de separar el material plástico hinchado/modificado; y vi) un tercer medio de secado convencional para secar el material plástico hinchado/ modificado. Los segundos medios para el secado se disponen de modo que, en uso, se separa el disolvente en exceso del material plástico antes de la separación en el segundo tanque de separación. Mas preferentemente los segundos medios de secado comprenden un medio para evaporar el disolvente del material tratado. Los terceros medios están provistos para secar el material plástico modificado después de separar el segundo tanque de separación. De preferencia los terceros medios de secado son también aptos para separar sustancialmente los últimos vestigios de disolvente. De conformidad con un aparato predeferido del presente invento los tanques de separación tienen sustancialmente una forma paralelepipédica 4 35 40 45 50 55 60 65 6 con dimensiones que dependen de las cantidades de material plástico que han de tratarse. Tanques que tienen una longitud dd 2 a 6 metros, una altura y un ancho de 0,5 a 2 metros son de los mas apropiados para el presente invento. Los medios para contener el agente quı́mico comprenden de preferencia un conducto. Las dimensiones del conducto dependen de la cantidad de material plástico que ha de tratarse. Se prefiere un conducto con un diámetro de 0,5 a 1 metro y longitud de 3 a 10 metros. De preferencia el material plástico puede moverse en el interior del conducto por ejemplo, empujado por un tornillo transportador. Las caracteristicas constructivas y funcionales del aparato para separar material plástico heterogéneo en fracciones homogéneas, que constituye el objeto del presente invento, pueden entenderse mejor a partir de la descripción detallada que sigue, en la que se hace referencia a la figura anexa, que representa un esquema ejemplificativo pero no limitativo del presente invento. Con referencia a la figura el aparato del presente invento comprende: un primer tanque de separación (1) equipado con una cinta transportadora semisumergida (a), un transportador de tornillo (b) y áreas de recogida (b’) situadas en su fondo; un recipiente colector (c) conectado a un conducto de trnsferencia, por ejemplo un conducto de transferencia neumático (d); un primer secador (2) conectado, en el fondo, a un transportador de tornillo (e); un recipiente tubular (3) que contiene el agente quı́mico modificador o disolvente y un transportador de tornillo (f); un segundo secador (4) del tipo de cinta (g), equipado con un condensador de vapor (7) para un posible reciclado del disolvente; un segundo tanque de separación (5) equipado con una cinta transportadora semisumergida (a’) y con un transportador de tornillo (h) situado en el fondo; un recipiente colector (c’) conectado, a través de un conducto de transferencia (d’), a un tercer secador (6) que, a su vez, se conecta por el fondo a un transportador de tornillo (e’). Los residuos de disolvente, de existir, se reciclan al condensador (7) a través del conducto (k). La figura anexa y la descripción que sigue ilustran claramente el funcionamiento del presente aparato. El material plástico heterogéneo, cargado en el primer tanque de separación (1), en el interior del cual un reciclo de agua genera un flujo de corriente, se divide en dos fracciones: la ligera, que flota, siendo recuperada por la cinta (a), mientras que la fracción pesada se hunde al fondo del tanque. En particular, los materiales de alto peso especı́fico contenidos en la fracción pesada, tal como PVC y PET, se sumergen casi inmediatamente y se recuperan mediante el transportador de tornllo (b), otros materiales, tal como poliestireno, con un peso especı́fico próximo al del agua, son conducidos por el flujo de corriente mientras que se sumergen y depositan en las areas colectoras (b’), de las que se recuperan por medios que no 7 ES 2 084 113 T3 se muestran en la figura. La fraccion mas pesada, constituida esencialmente por PVC y PET, se recoge en (c), de donde se envı́a a un primer secador (2) para el secado. Por medio del transportador de tornillo (e) la fracción mas pesada se alimenta al recipiente (3) que contiene el disolvente que reaccionará con por ejemplo el PVC y se hinchará. Después de un tiempo de contacto, que depende del tipo del disolvente y de la temperatura con la que se lleva a cabo el tratamiento, la fracción pesada que contiene la porción hinchada/modificada entre en el secador (4), que contiene la cinta transportadora (g), para la recuperación del disolvente que se condensa en (7). El material plástico mixto ası́ tratado se con- 5 10 15 8 duce al segundo tanque de separación (5), en donde el PVC (y otros materiales hinchados, de existir), que flotan, se separa del PET, que precipita, ya que ha permanecido inalterado. Este último se recupera por medio de transportador de tornillo (h), mientras que el PVC recuperado por la cinta (a’), se envı́a al último secador (6) con el fin de separar también los últimos vestigios de disolvente, de estar todavı́a presentes. En la práctica del presente invento, pueden realizarse diversos cambios, modificaciones y variaciones en las diversas partes que forman el aparato para separar el material plástico heterogéneo en fracciones homogéneas, que se ilustra, como ejemplo, en el dibujo de la figura anexa, sin apartarse del espı́ritu y alcance del presente invento. 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 5 9 ES 2 084 113 T3 REIVINDICACIONES 1. Un procedimiento para separar material plástico heterogeneo en familias de materiales recı́procamente compatibles, que comprende: a) alimentar material plástico triturado a un primer tanque de separación conteniendo agua (1) con el fin de separar los productos de material plástico de alto peso especı́fico de los que tienen un bajo peso especı́fico; b) recuperar la mezcla de material plástico de alto peso especı́fico del fondo del primer tanque de separación y secarlo en un primer secador (2); c) tratar los materiales plásticos mixtos de peso especı́fico secados con un disolvente selectivo capaz de hinchar/ modificar una fracción de la mezcla, comprendiendo la fracción materiales plásticos sustancialmente compatibles; y d) separar el disolvente en exceso del material plástico tratado mediante secado; y alimentar los materiales plásticos tratados a un segundo tanque de separación (5), en donde el material plástico no hinchado/no modificado se hunde hacia el fondo del tanque mientras que el material hinchado/modificado se recoge sustancialmente en la superficie del lı́quido del tanque y se descarga. 2. El procedimiento, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer tanque de separación (1) se alimenta con agua de recirculación que genera un flujo de corriente en el tanque. 3. El procedimiento, de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el disolvente se elige de agente hinchantes para materiales plásticos, de preferencia lı́quidos aptos para actuar como disolventes. 4. El procedimiento, de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el disolvente es acetona. 5. El procedimiento, de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la mezcla de material plástico de alto peso especı́fico se pone en contacto con el disolvente a una temperatura que es por lo menos la tempratura ambiente durante un tiempo de contacto que oscila entre 5 y 60 minutos. 6. Un procedimiento, de conformidad con la reivindicación 1, en donde después del tratamiento del material plástico de alto peso especı́fico secado con el disolvente, el disolvente en exceso se separa del material plástico antes de alimentar el material plástico al segundo tanque de separación (5) y se recupera. 7. El procedimiento, de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, carac- 5 10 15 20 25 30 35 terizado porque el disolvente se separa del material plástico de alto peso especı́fico por medio de secado a una temperatura que oscila entre 25◦ y 60◦ C. 8. El procedimiento, de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la separación en el segundo tanque de separación (5) es separación gravimétrica o flotación. 9. El procedimiento, de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la separación del segundo tanque de separación (5) se lleva a cabo en presencia de un fluido que tiene una densidad superior a la del material plástico que ha sido hinchado/modificado por el disolvente. 10. Un aparato para separar material plástico heterogéneo en fracciones homogéneas, que comprende: i) un primer tanque de separación (1) que, en uso, contiene agua, equipado con medios para recuperar material que flota sobre la superficie del lı́quido (a) del tanque y medios para recuperar material del fondo del tanque (b’); ii) un primer medio para secar (2) material plástico recuperado del fondo del primer tanque de separación (1); iii) un medio para contener (3) un disolvente selectivo capaz de hinchar/ modificar una fracción del material plástico heterogéneo; estando constituida la fracción por polı́meros sustancialmente compatibles entre sı́; iv) un segundo medio para el secado (4) hasta separar sustancialmente el disolvente en exceso del material plástico tratado; 40 45 v) un segundo tanque de separación (5) para contener un lı́quido que tiene una densidad conocida con el fin de separar el material plástico hinchado/modificado del material no hinchado/modificado; y vi) un tercer medio de secado opcional (6) para secar el material plástico hinchado/ modificado. 50 55 60 65 6 10 11. Un aparato, de conformidad con la reivindicación 9, que comprende adicionalmente un condensador (7) de modo que en uso, el disolvente en exceso que se separa el material plástico pueda recuperarse. 12. El aparato, de conformidad con la reivindicación 10 o reivindicación 11, en donde uno o ambos tanques de separación (1, 5) exhiben una forma sustancialmente paralelepipédica. 13. El aparato, de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque los medios para contener el disolvente comprenden un conducto. 11 ES 2 084 113 T3 12 reivindicaciones 10 a 13 para separar materiales plásticos en donde los plásticos de alto peso especı́fico comprenden PVC y PET. 14. Empleo del procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 o el aparato de conformidad con cualquiera de las 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva del art. 167.2 del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposición Transitoria del RD 2424/1986, de 10 de octubre, relativo a la aplicación del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a España y solicitadas antes del 7-10-1992, no producirán ningún efecto en España en la medida en que confieran protección a productos quı́micos y farmacéuticos como tales. 65 Esta información no prejuzga que la patente esté o no incluı́da en la mencionada reserva. 7 ES 2 084 113 T3 8