專(zhuān)利名稱(chēng)：混雜塑料垃圾均化和利用的工藝和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不同化學(xué)組分塑料垃圾均化與利用的工藝，以及一種完成該工藝主要步驟的裝置。
與城市廢物處理密切相關(guān)的一個(gè)主要污染問(wèn)題是塑料的處理。特別是難于生物分解的合成塑料垃圾，如果不被消毀或者利用，則會(huì)繼續(xù)存留并會(huì)不斷地堆積。作為消毀合成塑料的方法-焚化，很難加以控制，而且還足以導(dǎo)致空氣的進(jìn)一步污染。至于廢物利用，按照現(xiàn)有技術(shù)的水平還難以辦到，這意味著區(qū)分所包括的不同類(lèi)型的塑料。事實(shí)上，應(yīng)用注射成型或者擠壓工藝，不可能從具有不同化學(xué)組分的聚合物的混合物中制成可接受的產(chǎn)品，甚至不能形成晶狀結(jié)構(gòu)或者顆粒。
本發(fā)明的目的是提供一種用于均化由具有不同化學(xué)組分的熱塑聚合物組成的垃圾的工藝及其裝置。該工藝及裝置能夠利用標(biāo)準(zhǔn)的注塑或擠壓技術(shù)制成工業(yè)產(chǎn)品，從而使這些混雜垃圾獲得再生。
按照本發(fā)明所述的用于均化和利用具有不同化學(xué)組分的塑料垃圾的工藝包括如下步驟在一個(gè)均勻微化裝置中裝入非均化粉碎的所述的垃圾。該裝置使垃圾進(jìn)一步機(jī)械粉碎、混合并由摩擦加熱;
使該粉碎的非均勻材料依據(jù)被處理材料的體積承受所述的機(jī)械作用和這樣的動(dòng)力，以便在均勻微化裝置中產(chǎn)生一種均勻膠體;
出料、擠壓并使該膠體轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒。
本發(fā)明還提供一個(gè)用于具有不同化學(xué)組分塑料垃圾均化和再生的裝置，該裝置包括一個(gè)頂部具有進(jìn)料箱，底部具有出口的圓柱形腔室;一個(gè)在該腔室中配置并與該腔室同軸的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子由一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸以及固定該軸上若干徑向的、并在一個(gè)預(yù)定方向上縱向扭曲的葉片構(gòu)成;以及一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)該轉(zhuǎn)子的馬達(dá)，該馬達(dá)的輸出功率相對(duì)圓柱腔室的容積每立升不少于1.5KW。
以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明的一個(gè)非限定性的實(shí)施方案。
圖1表示一個(gè)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)所述工藝的均勻微化裝置的前視圖;
圖2和圖3表示圖1所示裝置外形圖和剖視圖;
圖4為圖3側(cè)部放大圖;
圖5為本發(fā)明的裝置局部放大透視詳圖。
如圖1-5所示的用以實(shí)現(xiàn)所述方法的主要步驟的裝置來(lái)描述本發(fā)明的一個(gè)非限定實(shí)施例。本發(fā)明借助一個(gè)序號(hào)1指明的用于精細(xì)地混合固體顆粒的機(jī)械的均勻微化裝置，用將非均勻垃圾混合物轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N均勻材料(實(shí)際上產(chǎn)生一種“新聚合物”)的方式，保證了工業(yè)或城市的具有任何化學(xué)成分的各種熱塑聚合物構(gòu)成的垃圾的再利用。
普遍公知設(shè)計(jì)的裝置1通常作為一個(gè)機(jī)械粉碎器和混合器用來(lái)均化顆粒狀材料的，如顏料。該裝置包括水平圓筒腔室2(圖3、4)，其頂部配置一個(gè)進(jìn)料箱4，底部配置一出口5;一個(gè)裝在腔室2中并與其同軸的轉(zhuǎn)子6以及用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子6的馬達(dá)7。腔室2由二個(gè)半圓形殼11、12組成的殼體10構(gòu)成，該半圓形殼11、12沿側(cè)邊13鉸接，在相對(duì)側(cè)邊15上安裝一個(gè)公知的安全鎖定裝置。上半圓形殼12連接一個(gè)公知的氣動(dòng)提升裝置16，轉(zhuǎn)子6的旋轉(zhuǎn)由馬達(dá)7通過(guò)一個(gè)公知的氣動(dòng)離合器18和一個(gè)公知的氣動(dòng)剎車(chē)器21控制。馬達(dá)7可選擇一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)甚至在轉(zhuǎn)子6停轉(zhuǎn)以便腔室2裝載或卸載時(shí)，借助于離合器18和剎車(chē)器21或者用傳動(dòng)器16升舉半圓形殼12，使其離開(kāi)半圓形殼11以便打開(kāi)腔室2時(shí)都能保持轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子6可選擇公知的裝在機(jī)架23上的支承件22支承，并具有相反螺紋的區(qū)段24用以確保轉(zhuǎn)子6和殼體10之間的旋轉(zhuǎn)密封。出于安全的目的，本裝置還提供一個(gè)可折卸的防護(hù)罩26，如圖1所示。
按照本發(fā)明電機(jī)7的輸出功率相對(duì)于腔室2的容積每立升不得小于1.5KW。舉例來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)人提供的如附圖所述的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣機(jī)的腔室2大約為85立升。因此電機(jī)7輸出的總功率大約至少為128(85×1.5)KW。采用的電機(jī)優(yōu)選為腔室2每立升為2KW左右。
按照本發(fā)明，轉(zhuǎn)子6由裝配(即焊接)若干徑向葉片31、32的圓柱形旋轉(zhuǎn)軸30構(gòu)成。該葉片31、32如圖5所示，在一個(gè)給定的方向上縱向扭曲。更具體地，位于軸30兩端(即與區(qū)段24相鄰)的葉片32鏡面地對(duì)稱(chēng)，以便將腔室2中混合的材料軸向地離開(kāi)區(qū)段24和葉片31之間的背面。
在冷卻，即室溫時(shí)，葉片31、32與腔室2內(nèi)壁40之間的間隙為0.5-1毫米。
按照本發(fā)明所述的工藝，由都市的固體合成塑料和工業(yè)廢料開(kāi)始這些廢料平均說(shuō)來(lái)由下列材料構(gòu)成，聚烯烴樹(shù)脂45%;苯乙烯樹(shù)脂20%;剛化或塑化PVC(聚乙烯氯化物)20%;聚脂、聚酰胺(尼龍)和丙烯酸脂15%。
上述材料均為熱塑聚合物，用已知的方法將其與其它的廢料和任何熱固性聚合物分離;用已知的方法轉(zhuǎn)變成顆?；蝾A(yù)先確定好大小的碎片;并且經(jīng)洗滌、干燥，以便清除任何殘存的混雜物質(zhì)。這些聚合物可以已經(jīng)與潤(rùn)滑油、有機(jī)物產(chǎn)品相接觸。這導(dǎo)致一種非均勻粉碎的具有給定尺寸范圍(例如2-8毫米)的材料，該材料分批量處理，與上述主要成分相比較，依據(jù)所述批量的來(lái)源，各批量的成分可以有很大的不同。
每批粉碎的非均勻材料分批即非連續(xù)性的處理，在一個(gè)例如裝置1的微化裝置中所述的材料進(jìn)一步機(jī)械粉碎、混合，并因摩擦加熱。該材料從進(jìn)料箱4進(jìn)入腔室2，轉(zhuǎn)子6高速旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速可從600-1400轉(zhuǎn)/分中選擇。
由于轉(zhuǎn)子6旋轉(zhuǎn)，腔室2內(nèi)部非均勻材料進(jìn)一步由葉片31和32粉碎，葉片的扭曲部分使不同的材料片互相滲和，由于材料片不斷被粉碎，故該滲和作用越來(lái)越顯著。
葉片31、32的機(jī)械粉碎和混合作用在材料和葉片31、32之間產(chǎn)生很大的摩擦力，特別是在材料和腔室2的內(nèi)壁40之間產(chǎn)生的摩擦力更大，這就使材料漸漸變熱。在1-1.5分鐘之內(nèi)，根據(jù)所處理的材料類(lèi)型，腔室2內(nèi)的溫度可高達(dá)150-300℃。
按照現(xiàn)有技術(shù)，上述的狀態(tài)僅僅導(dǎo)致了腔室2內(nèi)材料部分地熔化，即具有低熔點(diǎn)的熱塑性材料熔化，完全不能達(dá)到所包括的不同材料的滲合，特別是高熔點(diǎn)的熱塑材料，例如聚酰胺。然而本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)依靠材料原始的批量和體積，借助于具有足夠動(dòng)力的轉(zhuǎn)子6，利用材料直接進(jìn)給，非均勻材料經(jīng)受一種物理機(jī)械轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生一種高度均勻的準(zhǔn)塑料膠體。更重要的是，膠化作用與一個(gè)轉(zhuǎn)子6短時(shí)的由腔室2具有每升1.5到2KW的輸入峰值功率同時(shí)完成，電機(jī)7與此相適應(yīng)，峰值輸入電流為230-300A。
在上述動(dòng)力峰值的大約10-40秒之間，非均勻的材料轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N完全均勻的膠體，這些膠體經(jīng)由出口5進(jìn)給至公知的擠壓機(jī)，并且形成棒狀或者絲狀。然后磨碎為完全一致的3-5毫米的顆粒，成為一種全新的材料，該材料具有原始批量各自材料之間物理機(jī)械特征。
實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的注塑模具和擠壓設(shè)備，上述材料能夠產(chǎn)生出最后的具有合格外觀和機(jī)械質(zhì)量的產(chǎn)品。
本發(fā)明所述的工藝的唯一缺點(diǎn)是可以獲得的最后產(chǎn)品的顏色變化很小，所擠壓膠體的物理-機(jī)械特性不統(tǒng)一。上述缺點(diǎn)是由原始批量的組分相差甚遠(yuǎn)造成的。
就顏色問(wèn)題而言，十分明顯，只能取決于原始材料的顏色，這些顏色通常主要傾向于產(chǎn)生黑色、棕色、深綠、深藍(lán)或者暗淡的顏色。然而，這不能成為一種限止，如果因各種理由不能接受上述顏色，則產(chǎn)品總是可以涂漆或者其它的表面涂層。有關(guān)第二個(gè)問(wèn)題，試驗(yàn)已經(jīng)表明，這個(gè)問(wèn)題可由被控制的一種純聚合物滲合進(jìn)裝置1中的非均勻批量而加以克服，該純聚合物的物理機(jī)械特性已預(yù)先確定好，這樣便可補(bǔ)償任何不足。
為了作到這點(diǎn)，從原始非均勻批量取出的小批量材料在裝置1中處理，膠化、擠壓、磨碎且模壓形成試件，然后測(cè)定其拉力、強(qiáng)度、彈度、軟化點(diǎn)等等。試驗(yàn)結(jié)果與一組給定的標(biāo)準(zhǔn)值相比較以便計(jì)算一種需要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的給定的聚合物的數(shù)量(或者幾種聚合物)。這種計(jì)算相當(dāng)容易。在計(jì)算中，本發(fā)明所獲得的均勻混合物的最終特性大約是與混合物中成分的平均特性成正比?？紤]到進(jìn)入每個(gè)實(shí)施本發(fā)明所述的工藝的再生工廠的材料必將總是具有相同的起點(diǎn)，經(jīng)驗(yàn)不久將使模壓試驗(yàn)臺(tái)能夠顯示為達(dá)到給定的物理-機(jī)械特性所需要的附加的聚合物的精確成份。這樣，盡管原始批量的組分如何的不一致，實(shí)質(zhì)上的均化生產(chǎn)，同一的最后產(chǎn)品均成為可能。
最終，由原始的非均勻材料獲得均勻材料可應(yīng)用于制造機(jī)械特性?xún)H具有第二位重要性的產(chǎn)品，如道路標(biāo)志、柵欄樁、水利管道等等。
本發(fā)明所述的工藝將參照下面的實(shí)例進(jìn)一步加以描述。
實(shí)例1一種原始批量具有下列組分的重量百分比，50%以上的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，20%的聚氯乙烯，15%的聚丙烯，其余的組分為聚乙烯、尼龍和聚甲基丙烯酸甲脂的非均勻混合物。上述材料磨碎至小于5毫米，經(jīng)洗滌、干燥，按照配量裝入一個(gè)附圖所示的均勻微化裝置，該裝置的腔室為85立升，腔室連接一個(gè)封閉式P33-B3變極三相電機(jī)。該電機(jī)功率為100/140KW，操作電壓為380V-50Hz，功率因數(shù)修正COS＝0.85，起動(dòng)后3分鐘，輸入電流迅速升到270-280A，在該點(diǎn)上轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)20-30秒，此后，所述材料處均勻狀態(tài)的稍黑色假塑料體粘稠膠體，然后出料。從上料到出料整個(gè)周期為3.5分鐘，僅加熱擠壓機(jī)頭，該膠體擠壓成為一個(gè)棒料，并磨碎到3毫米的顆粒。該膠體在300℃正常注塑壓制時(shí)，生產(chǎn)出一個(gè)引人注意的黑色的均勻各向同性的板。
實(shí)例2應(yīng)用與實(shí)例1相同的設(shè)備和相同的操作方法。一種非均勻原始批量具有如下的重量百分比45%的聚烯烴(高和低密度或者線狀聚乙烯，EVA)，20%的苯乙烯，20%的聚氯乙烯，15%的聚酯、尼龍和聚甲苯烯酸甲酯(后者大約為1.5-3%)的非均勻混合物。該原始批量經(jīng)洗滌、干燥并裝入所說(shuō)的均勻微化裝置。大約1.5分鐘后，輸入電流升至230A。大約20分鐘后，將成為膠體的材料卸出。整個(gè)周期2分鐘。形成暗綠色均勻膠體狀態(tài)的材料被擠出和磨碎，當(dāng)在200℃注塑壓制時(shí)制成板。在180℃擠出時(shí)制成棒材。這些產(chǎn)品均為暗綠色，具有均勻的外觀和各向同性的特性。
權(quán)利要求
1.一種用于不同化學(xué)組分構(gòu)成的塑料垃圾均化和再生的工藝，其特征在于該工藝包括下列步驟在一個(gè)均勻微化裝置中裝入非均勻粉碎的所述的垃圾，該裝置使垃圾進(jìn)一步機(jī)械粉碎、混合并因摩擦加熱；使該粉碎的非均勻材料依據(jù)被處理材料的體積承受所述的機(jī)械作用和這樣的動(dòng)力，以便在均勻微化裝置中產(chǎn)生一種均勻膠體；出料、擠壓，并使該膠體轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述的步驟是非連續(xù)地分批在一個(gè)具有給定容積的反應(yīng)腔室中進(jìn)行，所述的非均勻材料承受所說(shuō)的機(jī)械作用，該腔室至少容納一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于所述腔室通過(guò)所述轉(zhuǎn)子每立升體積釋放1.5-2KW的動(dòng)力，以便膠化所述的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的工藝，其特征在于采用的一個(gè)圓筒形反應(yīng)腔室容納一個(gè)同軸的具有合適方位排列的若干葉片的轉(zhuǎn)子;該轉(zhuǎn)子由一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng);該材料的膠化需由所述電機(jī)輸入電流的一個(gè)峰值顯示。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工藝，其特征在于所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速范圍為600-1400轉(zhuǎn)/分。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一個(gè)權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于在裝入所述均勻微化裝置之前，所述的非均化材料需經(jīng)粉碎、洗滌和干燥處理。
7.一種用于由不同的化學(xué)組分構(gòu)成的塑料垃圾再生的工藝，其特處在于所述的垃圾按照權(quán)利要求1-6中任意之一均化，并在均化過(guò)程中，在所述均勻微化裝置中預(yù)先直接添加一種適量的具有已知機(jī)械性能的熱塑聚合物，利用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)使所述垃圾在膠化、擠壓和顆粒化時(shí)模壓成為最后的制品。
8.一種用于由不同化學(xué)組分構(gòu)成的塑料垃圾均化和再生的裝置，其特征在于該裝置包括一個(gè)頂部具有進(jìn)料箱，底部具有出口的圓柱形腔室;一個(gè)在該腔室中配置并與該腔室同軸的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子由一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸以及固裝在該軸上若干徑向的、并在一個(gè)預(yù)定方向上縱向扭曲的葉片形成;以及一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)該轉(zhuǎn)子的馬達(dá)，該馬達(dá)的輸出功率相對(duì)圓柱腔室的容積每立升不少于1.5KW。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所述葉片與該腔室內(nèi)壁之間的間隙在室溫下為0.5-1毫米。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的裝置，其特征在于所述的腔室由一個(gè)具有兩個(gè)半圓形殼的殼體構(gòu)成，兩個(gè)半殼沿第一側(cè)邊鉸接，在相對(duì)側(cè)邊上安裝一個(gè)安全鎖定裝置，上半圓形殼連接一個(gè)氣動(dòng)提升裝置，所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)由馬達(dá)通過(guò)氣動(dòng)離合器和剎車(chē)器控制，該馬達(dá)是電動(dòng)的。
全文摘要
由不同化學(xué)組分組成的塑料垃圾經(jīng)破碎、洗滌、干燥后，裝入一個(gè)均勻微化裝置中處理，從而獲得再生。該裝置包括一個(gè)容納一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的圓柱形腔室，轉(zhuǎn)子上具有若干合適的定向排列的葉片。破碎的材料由轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步機(jī)械破碎后材料變成很小很小的碎片。這些碎片由自身、碎片與葉片以及碎片與腔室內(nèi)壁之間的摩擦生熱而變?yōu)橐环N膠體。該膠化由轉(zhuǎn)子輸入功率迅速增加而被完成。這時(shí)變?yōu)橐簯B(tài)并全部均勻化的材料從腔室中卸出，經(jīng)擠壓成為顆粒。該顆粒適合于用標(biāo)準(zhǔn)注塑模壓或者擠壓技術(shù)制成最后的產(chǎn)品。
文檔編號(hào)B29B17/00GK1067844SQ92103688
公開(kāi)日1993年1月13日 申請(qǐng)日期1992年4月16日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月16日
發(fā)明者辛齊婭·理查·瑪麗安妮, 喬達(dá)諾·瑪麗安妮 申請(qǐng)人:辛齊婭·理查·D·I·瑪麗安妮