用廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂生產蠟狀物料的方法和設備的製作方法
2023-04-28 13:33:01 2
專利名稱：用廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂生產蠟狀物料的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用工業廢料廢乙烯基樹脂以及聚烯烴類樹脂生產蠟狀物料的方法和設備，更具體地說，本發明涉及一種用工業廢料廢乙烯基樹脂以及聚烯烴類樹脂生產蠟狀物料的方法和設備，該方法包括步驟注入廢料和聚烯烴類樹脂；然後於缺氧氣體氛圍下，在物料供應裝置中熔融擠出該物料；將擠出的物料轉移至熱分解裝置中，在熱分解反應槽和熟化反應槽中使擠出的物料發生熱分解；熱分解的物料在冷卻反應槽中冷卻；再把冷卻的物料轉化成低分子量的蠟狀物料；在聚集和回收裝置中回收蠟狀物料。
使用廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂的本發明的生產方法和設備可以解決環境汙染問題，並且藉助於用工業廢料以低成本生產蠟狀物料創建了更高附加值的工業。此外，蠟狀物料可以作為顏料、熱熔膠粘劑、添加劑和其它用途。
背景技術：
由於園藝耕作的增加，在我國農業每年使用的塑料大棚產生的廢乙烯基樹脂的數量已經達到7-10萬噸。環境廢物年均增長約20％，為廢物的處理帶來很多困難。目前回收廢乙烯基樹脂僅用於有限用途。僅有極少數廢乙烯基樹脂被再循壞利用，大多數都用以焚燒或填埋。如果採用填埋方式處理乙烯基樹脂，則需很長時間才能使廢乙烯基樹脂分解，從而導致土地受到汙染。如果採用焚燒方式處理廢乙烯基樹脂，則釋放出大量破壞環境的二惡英(dioxin)。上述問題不僅限於廢乙烯基樹脂，而且還存在於聚烯烴類樹脂如聚乙烯和聚丙烯。廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂已被作為能產生環境問題的重要工業廢物，因此需要再利用這些物料。在再循環利用方面，經再模製，這些物料可部分被用作容器，如水淨化槽、水錶箱、鏟狀木製碗形容器(scooped wooden bowls)、填充無機填料的農用排水溝材料等，但回收的數量特別少。
因此，從各個方面來研究回收再利用廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂的方法。
我國和許多其它國家已公布了通過熱分解將廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂轉變為蠟狀物和烴類油而被再循環利用的技術，然而從經濟效益的角度考慮還不能進行商業化應用。
未審查的專利公開號為10-306118和10-330764的日本專利申請公開了一種生產烴類油和蠟狀物料的方法，該法是藉助於將廢料和聚烯烴類合成樹脂密封於耐熱和耐壓容器中，對其加熱而使其進行熱分解，然後將分解的物料轉化成蠟狀物料和烴類油。傳統技術揭示再利用分子量非常低的蠟狀分解物料，這種物料是在作為熱源的熱分解過程中產生的，從而產生了蠟狀物料和烴類油。上述方法具有能將廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂轉化成可回收的蠟狀分解物料和烴類油的優點。另外，蠟狀分解物料可以作為分散劑、粘合劑和添加劑使用，而烴類油可以作為廉價燃料使用。
然而，在連續生產蠟狀物料中，常規技術所存在的巨大困難是將廢乙烯基樹脂或聚烯烴類樹脂連續地注入到內熱分解反應槽中，從而製造產品，因為這將伴隨著回火危險。另外，常規技術為了生產蠟狀物料或烴類油需要引入大量熱能，而在大量熱能的條件下將廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂轉化成燃料的方法，實際上並不能切實提供經濟效益和商業化應用。另外，熱分解反應後的蠟狀物料需要從約400℃的高溫至一定溫度的冷卻條件，冷卻就成為產品物理性能的決定性因素。特別是，當廢乙烯基樹脂轉化成蠟狀物料時，蠟狀物料的物理性能在很大程度上取決於熱分解的熱量和熱分解過程中所產生的高壓和高溫氣體，該物料也因此應該在缺氧的條件下進行處理。這樣的方法在製造產品中提高了生產成本並降低了經濟效益，因此直到現在仍不能在商業化使用。
如上所述，將廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂通過熱分解方法生產為蠟狀物料的常規方法具有一些問題，如反應條件方面的困難和較高的生產成本。
發明內容
為了解決上述難題，本申請的發明人努力研究用廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂作原料以低成本連續生產蠟狀物料的技術，及該生產所使用的設備。結果，開發出一種設備，其包括其中安裝擠出機的原料供應裝置，裝有熱分解反應槽、熟化反應槽和冷卻反應槽的熱分解裝置，以及包括噴射部件、旋風分離機(cyclone)、收集器、分離器以及存貯器的聚集和回收裝置。
使用廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂的本發明設備，通過在缺氧條件下熱分解廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂並在一定溫度下進行冷卻，生產具有低分子量的蠟狀物料。轉化的蠟狀物料通過冷卻聚集成粉狀和珠狀而廣泛用於各種用途中。
與常規的烯烴類蠟比較，本發明生產的蠟狀物料不會變質，並且能廣泛用於多領域的多用途中，包括可開發出用於其它用途的可能性。
特別是，由於本發明主要利用廢乙烯基樹脂，因此有可能以低成本大量生產由所述蠟狀物料組成的產品。另外，從商業角度考慮，本發明的競爭力比常規產品大得多，且本發明還通過再循環利用廢料而解決了環境問題，並且還可以用作進口替代品或出口產品。
由此，本發明的目的在於提供一種使用廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂(polyolefin-based resin)生產可再循環利用的蠟狀物料的方法和設備。
為了達到上述目的，提供了使用廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂生產蠟狀物料的設備，該設備包括原料供應裝置，其包括擠出機，該擠出機安裝在儲料器出口處，儲料器帶有惰性氣體進氣閥和排氣閥；熱分解裝置，其包括熱分解反應槽、熟化反應槽和冷卻反應槽，其中各熱分解反應槽都裝有電爐；以及聚集和回收裝置，其包括帶有噴嘴的噴射部件、旋風分離機、收集器、分離器和存貯器。
另外，提供一種通過熱分解廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂生產蠟狀物料的方法，包括步驟(a)在氮氣氛圍下將廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂注入到原料供應裝置中，並在其中完成熔融擠出；(b)在熱分解反應槽內於250～420℃的溫度下熱分解熔融擠出物，此外在熟化反應槽內完成有關分解物料的熱分解；
(c)在冷卻反應槽內冷卻分解物料；和(d)使冷卻的物料通過安裝在噴射部件上的噴嘴而製成產品。
提供一種使用廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂生產蠟狀物料的方法，其中蠟狀物料的數均分子量為1000～10000。
現參照附圖對優選實施方案加以說明，其中圖1是舉例說明按照本發明使用廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂生產蠟狀物料的設備圖；和圖2是表明按本發明使用廢乙烯基樹脂生產的蠟狀物料分子量的多分散性圖。
具體實施例方式
本發明的優選實施方案將在下文詳細予以說明。
本發明將農業塑料大棚所使用的廢乙烯基樹脂或聚烯烴類樹脂進行熱分解，把分解物料轉化成分子量為1000～10000的低分子量聚烯烴類聚合物，產生的物料為蠟狀物料。
特別是，當本發明進行熱分解廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂時，僅有5～20％重量的分解物料沒有成為蠟狀物料。
按照本發明的方法，作為原料的廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂被引入熱分解系統，並且在缺氧的氣氛中熱分解，然後轉化成低分子量的蠟狀物料，由此產生所需形狀的蠟狀產品。這種蠟狀物料的主要組成是飽和鏈烴的混合物，用作原料的合成樹脂是由低密度聚乙烯樹脂、高密度聚乙烯樹脂和聚丙烯組成的聚烯烴類樹脂。但對於轉化成蠟狀物料的聚烯烴類樹脂並沒有特殊限制，優選使用通過熱分解可獲得蠟狀物料的樹脂。尤其是，如果蠟狀物料是由合成樹脂，如聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂和聚苯乙烯樹脂作原料而獲得時，則可以低成本生產產品。
本發明的優選實施方案將參照附圖予以詳細說明。
圖1是舉例說明按照本發明使用廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂生產蠟狀物料的設備圖。
本發明的設備包括原料供應裝置2、熱分解裝置4和聚集和回收裝置6。
首先，廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂在氮氣氛圍中被熔融擠出。廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂(以下稱作「物料A」)被送入充滿惰性氣體的儲料器2a和2b。
此時，物料A是按照下列兩種方式處理的。一種方法是物料A通過預定分離方法分離，切成合適的尺寸，加至擠出機2g中，然後供給儲料器2a。另一種方法是物料A並不直接擠出，而是通過初始加工製成板狀，然後加到儲料器2a中。送入物料A的儲料器2a必須保持缺氧狀態，以獲得質量良好的蠟狀物料。此外，在把物料A送入儲料器2a之前，儲料器2a內空氣中的氧通過惰性氣體進氣閥2c和2e以及排氣閥2d和2f而全部被惰性氣體置換，並且將儲料器2a置於缺氧狀態中。氧氣的去除是因為物料A中所含空氣中的氧會與物料A起反應，由此破壞了蠟狀物料的物理性能，尤其會使蠟狀物料的顏色變差。
本發明使用氮氣作為惰性氣體，但不僅限於此。
本發明的儲料器2a和2b使用厚度為3～4mm、容積為6～8m3的SUS304作原材料，但並不特別限定於此。
然後，將加至儲料器2a和2b中的物料A注入擠出機2g中，並熔融擠出。此時，熔融擠出是在130～250℃，優選160～220℃的加工溫度下，軸轉速度在30～200rpm，優選80～150rpm的範圍內完成的。
本發明的擠出機2g可採用雙螺杆或單螺杆擠出機，雙螺杆擠出機2g尤其有效，因此優先採用。
在擠出機2g的外部，必須安裝風扇2k以調節熱缸的溫度。將通過擠出機2g熔融擠出的物料A轉移至加熱管2h和2i。與擠出機2g的出口連接的加熱管2h和2i長度為500～5000mm，優選1500～2000mm。此時，加熱管2h和2i的溫度優選為200～250℃。加熱管2h和2i的長度和溫度影響熱分解的條件，因而也可選擇具有多層結構的加熱管2h和2i。
其次，使熔融擠出的物料在250～420℃的溫度下熱分解。送入加熱管2h和2i的熔融物料A通過與加熱管2h和2i連接的熔體泵2j在壓力下被轉移至熱分解裝置4。
設計成能轉移高粘度樹脂的熔體泵2j在壓力下可把物料A轉移至熱分解裝置4中。此時，設定的轉移量為100～3000kg，優選600～800kg。
在壓力下轉移的熔融態物料A在熱分解裝置4中進行熱分解，並轉化成低分子量的蠟狀物料，之後被冷卻。
本發明的熱分解裝置4，如圖1所示，包括熱分解反應槽4a和4b，熟化反應槽4c和冷卻反應槽4d。
引入熱分解反應槽4a和4b的物料A，被加熱並於250～450℃的溫度下發生熱分解。
此處的熱分解溫度表示用於分解作為物料A的廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂的高分子混合物，並把分解的物料轉化成低分子量蠟狀物料的熱能。若溫度低於上述溫度，物料A不利於被轉化成蠟狀物料，然而，若溫度高於上述溫度，物料A可被轉化成油狀物料，而不是蠟狀的。儘管物料A是在較高的溫度下轉化成蠟狀的，但是這提高了生產成本而沒有經濟效益。
熱分解反應槽4a和4b的熱轉化方法可以分成兩種方法，即，一種是直接從外部轉化熱，而另一種在內部直接轉化熱。考慮這兩種方法的優點和缺點，本發明選擇兩個熱分解反應槽4a和4b。在熱分解反應槽4a和4b的外部分別安裝電爐4i，在其內部分別插入管狀棒加熱器4j。
裝入熱分解反應槽4a和4b中的電爐4i的溫度在300～1600℃的範圍內，優選1100～1300℃。已送入熱分解反應槽4a和4b的物料A優選以每分鐘0.5～30℃，1～3℃的速度逐步加熱。安裝在熱分解反應槽4a和4b的棒狀加熱器4j的功率為5Kwh，熱分解反應槽4a和4b中的每一個裝有8個棒狀加熱器。
送入熱分解反應槽4a的物料A是通過熔體泵2j連續供料。當物料A的熔融粘度由於加熱之後而迅速降低並達到預定數值時，由水平儀4e控制的閥門打開將熔融物料轉移至熱分解反應槽4b中。
如在熱分解反應槽4a中所進行的，熱分解反應也可以在熱分解反應槽4b中通過降低物料A的熔融粘度與提高溫度而完成。熱分解反應後，物料A處於高分子的廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂被轉化成低分子的蠟狀物料的最初狀態。
物料A被連續加入到熱分解反應槽4b中，若分解的物料達到預定量，則分解的物料通過靠水平儀4g開啟的閥4f轉移至熟化反應槽4c中。
送入熟化反應槽4c的最初蠟狀物料最終在360～390℃的溫度下熱分解。
送入熟化反應槽4C的最初蠟狀物料的熔融溫度優選在360～390℃範圍內，並且熔融物料通過最終的熱分解轉化成低分子量的物料。若物料超過該溫度，會引起最終蠟狀物料的物理性能變壞，並且對連續生產工藝有不利影響。
第三，冷卻熱分解的物料。完成熱分解反應的蠟狀物料，被轉移至冷卻反應槽4d，用來完成冷卻反應。此時，最終的蠟狀物料根據冷卻速度可發生變化。本發明的冷卻反應在每分鐘3～30℃，優選5～10℃之間完成。
最後，冷卻的蠟狀物料通過噴嘴成為產品，從而完成了本發明的方法。
在冷卻反應槽4d中部分冷卻的蠟狀蠟B被轉移至具有噴嘴6b的噴射部件6a中。
已轉移至噴射部件6a的蠟狀物料冷卻後通過噴嘴6b產生所要求的產品。
蠟狀物料經噴嘴6b卸出，冷卻，之後經旋風分離機6c和分離器6e貯藏在存貯器6f中，由此完成本發明。
本發明的噴射部件6a是由適於冷卻效率的合適規格，直徑為2000～4000mm，優選為2200～2500mm，和長度為5000～15000mm，優選10000～12000mm構成。
目前有許多用於冷卻和聚集高溫蠟狀物料的方法。本發明通過安裝在噴射部件6a的噴嘴6b產生粉末狀或珠狀的產品。粉末狀的粒度為18～40目，而珠狀的粒度為12～20目，然後生產出最終產品。
本發明的旋風分離機6c是用來收集粉末狀產品的，可引入單級、雙級和多級型的旋風分離機6c。本發明使用收集效率為95～98％的旋風分離機。
本發明的收集器6d是用來防止細顆粒釋放到外部。本發明的收集器是空氣-脈衝型的，其中裝有許多的濾層。本發明濾層的直徑為100mm～150mm，長度為1000mm～2000mm，為了能有效工作，設計的收集器內裝150～200濾層。
本發明的分離器6e是環狀震動型，每小時的分離量為200kg～2000kg。
另外，本發明的貯存器6f的大小應適合連續操作，如為6～7m3。
如上所述，本發明熱分解廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂，轉化成具有低分子量的蠟狀物料，之後獲得分子量在1000～10000範圍內的蠟狀物料。檢測本發明生產的蠟狀物料成分的IR分析結果表明該物料主要是由C-H(2921cm-1)組成。
本發明在熱分解過程中使減少了5～20％重量的廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂轉化成蠟狀物料，按固體重量計，該物料的回收率為80～97％，這個回收率是很高的。
本發明生產的蠟狀物料可以廣泛地用作塑料的顏料分散劑、標記路面用熱熔膠粘劑、屋頂板的添加劑、電纜用膠狀物添加劑以及其它各種用途。尤其是，幾乎完全解決了常規方法焚燒或填埋工業廢物廢乙烯基樹脂時產生的環境汙染。另外，低成本處理帶來最佳化效果，由此創立更高附加值的工業。
本發明將參照實施例予以詳細說明，但不僅限於此。
實施例1～6利用再處理廢乙烯基樹脂得到的中間產物(稱作「物料A1」)製成蠟狀物料，將物料A1在缺氧條件下的熱分解裝置中進行熱分解。所用熱分解裝置由可調節的SUS 304材料製成，該熱分解裝置的容量為20L，耐受壓力20kg/cm2，攪拌速度為30～500rpm，其中電爐4i的溫度在800～1400℃範圍內。
物料A1在熱分解裝置中熱分解，轉化成蠟狀物料，之後冷卻。在聚集裝置中獲得分子量約1000～10000的蠟狀物料。
熱分解條件隨溫度和時間而改變，如下列表1所示。
實驗例測量由上述實施例生產的蠟狀物料的成分和物理性能，數據如下1.成分分析1.進行NMR分析以測量蠟狀物料中的碳、氫和氮的重量。在23℃的室溫條件下完成以％重量為基礎的碳、氫和氮的總量分析。
2.硫含量的分析按照石英管氧法(基於JIS K 2541的一種燃燒管)燃燒硫，之後按照濁度測定法測量。
3.重金屬含量按照原子吸收法測量存在於蠟狀物料中的重金屬鉻、鎘和鉛的含量。
4.分子量和分子量多分散性熱分解之後的蠟狀物料的分子量和分子量多分散性是按照GPC(凝膠滲透色譜)在高溫下測量的。測量條件為柱為AD 80M/S，移動相為O-二氯苯，檢測器為IR(3.42μm)，溫度為140℃，流量為1.0ml/min，樣品濃度為2.0mg/ml，在23℃的室溫，於恆溫和恆溼測量室內完成測量。
II.物理性能的測定測定下列的物理性能並列於下列表1中。
熔融粘度(cps)熔融粘度是在140℃的溫度下，使用Brookfield ThermoselViscometer的粘度計(型號LVT型)測量的。
軟化點(℃)軟化點是按照ASTM E-28的Ring Ball法測量的。
密度(g/cm3)密度是按照ASTM D-792的水替代法(aquatic substitution method)測量的。
酸值酸值是按照ASTM D-1386的方法測量的。
表1
作為NMR分析的結果，蠟狀物料是由碳、氫和氮組成的，包括84.5％重量的碳，14.3％重量的氫和0.2％重量的氮。只有極少量的重金屬和硫成分被檢測出，這說明該檢測存在檢測限。
根據表1，在熱分解過程中按照不同的溫度和時間得到的蠟狀物料的數均分子量是7500、4300、3500、2600和1850。因此，得出數均分子量隨著熱分解溫度的增高而迅速下降。另外，數均分子量隨著熱分解時間的延長而迅速下降，正如隨溫度的增高那樣。
圖2是本發明優選實施方案的分子量和分子量多分散性圖。分子量的多分散性窄到1.67。
如上所述，按照本發明的方法和設備熱分解廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂並轉化成較低分子量的蠟狀物料。
本發明能利用廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂以低成本生產蠟狀物料，因此創建在添加劑工業中具有較大競爭力的高附加值工業。另外，本發明的生產方法和設備能通過回收日漸增加的工業廢物連續解決環境汙染問題和防止環境汙染而提供效果。
對比常規技術，按照本發明由熱分解廢乙烯基樹脂和轉化分解物料成蠟狀物料的方法所獲得的蠟狀物收率以固體計在80～97％範圍內。因此，本發明提供的良好效果超過常規技術。
儘管本發明僅有一些實施方案在此予以具體地說明，但是很明顯在不偏離本發明的精神和範圍下，可以制定無數的改進方案。
權利要求
1.一種利用廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂生產蠟狀物料的設備，其包括原料供應裝置，其包括擠出機，該擠出機安裝在儲料器出口處，該儲料器具有吸、排惰性氣體的進氣閥和排氣閥；熱分解裝置，其包括多個熱分解反應槽、熟化反應槽和冷卻反應槽，其中每個熱分解反應槽都裝有電爐；以及聚集和回收裝置，其包括帶有噴嘴的噴射部件、旋風分離機、收集器、分離器和存貯器。
2.一種利用廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂生產蠟狀物料的方法，其包括步驟(a)在缺氧的氣體氛圍下，將廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂注入到原料供應裝置中，並在其中完成熔融擠出；(b)在熱分解反應槽內，於250～420℃的溫度下熱分解熔融擠出物，然後在熟化反應槽內進一步進行熱分解；(c)在冷卻反應槽內冷卻熱分解物料；以及(d)通過安裝在噴射部件上的噴嘴噴射冷卻物料而製得終產品。
3.根據權利要求2所述的方法，其中廢料和聚烯烴類樹脂的熱分解率為5～20％重量。
4.根據權利要求2所述的方法，其中蠟狀物料的數均分子量為1000～10000。
全文摘要
所公開的是一種使用工業廢物的廢乙烯基樹脂和聚烯烴類樹脂生產蠟狀物料的方法和設備。更具體而言，將廢物料和聚烯烴類樹脂注入缺氧氣體氛圍的原料供應裝置中，並於其中熔融擠出。將熔融擠出的物料轉移至熱分解裝置中並於熱分解反應槽和熟化反應槽中熱分解，之後使熱分解物料在冷卻反應槽中冷卻。然後，將冷卻的物料轉化成為低分子量的蠟狀物料，該蠟狀物料在聚集和回收裝置中回收。本發明能解決環境廢物問題和防止環境的汙染，並且還可以通過使用工業廢物以低成本生產蠟狀物料創建較高附加值的工業。此外，按本發明生產的產品可有效地用作顏料、熱熔膠粘劑、添加劑以及其它用途。
文檔編號C08L23/06GK101041726SQ200610068218
公開日2007年9月26日 申請日期2006年3月20日 優先權日2006年3月20日
發明者樸相大 申請人:樸相大