MEDIACIÓN EN SEPARACIONES ELECTROSTÁTICAS.

Un método para separar una mezcla de polímeros, que comprende:

proporcionar una mezcla que incluye componentes poliméricos;

añadir a la mezcla un medio particulado para mediar selectivamente en una carga triboeléctrica de la mezcla, incluyendo el medio particulado un material polimérico que tiene una posición seleccionada dentro de una secuencia de carga electrostática y un aditivo funcional, en donde el aditivo funcional se incorpora en el material polimérico;

cargar triboeléctricamente la mezcla con el medio particulado;

separar dos o más componentes de la mezcla de acuerdo con la carga triboeléctrica; y

recuperar al menos una porción del medio particulado usando un procedimiento de recuperación, en donde el aditivo funcional se incorpora en el medio para facilitar la recuperación del medio de los componentes de la mezcla de polímeros y se selecciona por la compatibilidad con el procedimiento de recuperación.

Mediación en separaciones electrostáticas CAMPO TÉCNICO

Esta invención se refiere a la separación de materiales y el reciclaje de plásticos.

ANTECEDENTES

Al generar más de 10 millones de toneladas métricas de material, cientos de miles de millones de dólares de producción por año, y ser responsables de aproximadamente millones de empleos, los plásticos y los negocios relacionados representan la cuarta mayor industria en los Estados Unidos. Sin embargo, a diferencia de otras industrias de los materiales tales como acero y aluminio, está industria depende casi únicamente de materia prima no renovable, principalmente petróleo importado. Esta dependencia se hace aún más significativa a medida que la velocidad de crecimiento de los plásticos continúa para dejar atrás la de todos los otros materiales.

La mayoría del plástico suministrado por los fabricantes actuales acaba su vida en vertederos o incineradoras simplemente debido a que no ha estado disponible la tecnología para recuperarlo económicamente. La Environmental Protection Agency estima que la cantidad de plástico en los residuos sólidos municipales creció desde menos de 1 millón de toneladas métricas antes de 1960 a más de 20 millones de toneladas métricas para 2000. La legislación sobre reutilización y responsabilidad de los productores está haciéndose crecientemente común para ayudar a hacer frente a las cantidades de plásticos que se producen.

Los artículos duraderos, tales como automóviles, electrodomésticos y equipos electrónicos, representan aproximadamente un tercio de los plásticos en los residuos sólidos municipales. Los artículos duraderos se están recogiendo y reciclando parcialmente de forma creciente al final de sus vidas útiles para evitar los costes de eliminación y los riesgos potenciales, y para recuperar metales y otras materias primas comercializables.

La recuperación de plásticos de artículos duraderos requiere una materia prima rica en plástico. Los automóviles, los electrodomésticos y los aparatos electrónicos generalmente contienen metales. Generalmente, el contenido de metales es superior que el contenido de plásticos (típicamente, el contenido de plásticos es menor de 30%) en estos artículos, de modo que una operación de recuperación de metales debe preceder a la recuperación de plástico. La mayoría de las operaciones de recuperación de metales requieren equipo de trituración a fin de liberar económicamente metales de piezas enteras. Las operaciones de recuperación de plástico a gran escala deben ser capaces de extraer esta materia prima rica en plástico a partir de un número de operaciones de recuperación de metales.

La mayoría de las piezas de plástico procedentes de corrientes de artículos duraderos presentan retos únicos que no son satisfechos por los procedimientos de limpieza y clasificación de botellas de plástico desarrollados para materiales de alimentación curvilíneos. La principal práctica actual para la recuperación de chatarra altamente contaminada es la separación a mano realizada en el extranjero con un coste medioambiental local significativo. Los retos para reciclar plásticos procedentes de artículos duraderos incluyen: múltiples tipos de plástico, múltiples clases resinosas de plástico (puede haber más de 50 clases diferentes de un tipo de resina plástica, tales como acrilonitrilobutadieno-estireno (ABS) ) ; cargas, refuerzos y pigmentos; metal; pintura y revestimientos metálicos; y tamaños y conformaciones altamente variables de las piezas.

Una clase de plástico es una formulación de material plástico con un conjunto particular de características o propiedades físicas elegidas. Las características o propiedades físicas particulares de una clase son controladas por la composición química de los polímeros de la clase, los pesos moleculares promedio y las distribuciones de pesos moleculares de los polímeros de la clase, la morfología del caucho para clases modificadas para los impactos, y el grupo de aditivos de la clase.

Las diferentes clases de un tipo de plástico dado son generalmente compatibles. Generalmente, las clases pueden mezclarse en estado fundido para crear un nuevo material con un perfil de propiedades diferente. Por otra parte, los diferentes tipos de plástico generalmente no pueden combinarse en estado fundido tan fácilmente a no ser que dé la casualidad de que los tipos sean compatibles. A menudo se evita combinar diferentes tipos de plástico tales como poliestireno de alta resistencia a los impactos (HIPS) y ABS, excepto en situaciones especiales.

Proveedores típicos de materiales de alimentación ricos en plásticos son recicladores o trituradores de metales que pueden procesar un número de tipos de artículos duraderos en una sola instalación. Por lo tanto, los materiales de alimentación derivados de artículos duraderos pueden ser mezclas altamente variables de diferentes tipos de artículos duraderos. Generalmente, los plásticos se rompen en partículas que típicamente tienen un tamaño de menos de aproximadamente 100 mm, tales como escamas o pelets. Las partículas pueden formarse a partir de un solo material o una combinación de materiales, tales como diversos plásticos, caucho, metal u otros materiales.

A fin de crear productos de alto valor, el procedimiento de reciclaje de plástico debe ser capaz de separar corrientes altamente mixtas sobre una base de escama por escama para alcanzar altos grados de rendimiento de productos con pureza aceptable. Métodos tales como separación por densidades, alteración diferencial de densidad, flotación de espumas, clasificación por colores y separación triboelectrostática (TES) se han usado solos o en combinación para alcanzar alguna purificación de los plásticos derivados de artículos duraderos, según se describe, por ejemplo, en la Patente de EE. UU. Nº 6.238.579, la Patente de EE. UU. Nº 6.335.376, la Patente de EE. UU. Nº 5.653.867, la Patente de EE. UU. Nº 5.399, 433 y la Solicitud Provisional de EE. UU. Nº 60/397.980, presentada el 22 de julio de 2002. La pureza aceptable depende del plástico principal y los contaminantes. WO 98/2808 A tiene relación con la separación triboelectrostática y propone usar un dispositivo que comprende un material que es capaz de mediar en la carga triboeléctrica. EP 0 644 463 propone usar sales poliméricas para mediar en la carga triboeléctrica.

Un procedimiento de separación triboelectrostática se conoce de WO 00/54885 A. En este procedimiento, un medio particulado que tiene una posición seleccionada dentro de una secuencia de carga electrostática se añade a una mezcla que ha de separarse de acuerdo con las propiedades electrostáticas de los componentes.

La TES es una técnica de bajo coste conocida para separar una mezcla de plásticos simple debido a que tiene un requerimiento energético insignificante y el dispositivo es bastante simple. Debido a su gran potencial para la aplicación en la separación y la purificación de plásticos a partir de artículos duraderos, la TES es una de las técnicas que pueden emplearse en plantas de reciclaje de plásticos.

La TES es una técnica relativamente simple. Típicamente, las partículas ganan o pierden electrones cuando entran en contacto con otras partículas o con piezas del equipo de procesamiento en un separador de TES. Tal carga por contacto o fricción se conoce como carga triboeléctrica, según se describe, por ejemplo, en W. R. Harper, Contact and Frictional Electrification, Oxford University Press, 1967.

En la separación TES, el material de alimentación se carga en un dispositivo de carga. El material cargado se hace pasar a continuación a través de un campo eléctrico de alto voltaje en el separador de TES de modo que el material se desvíe dependiendo de su relación de carga a masa. Según se muestra en el separador 100 de TES de la FIG. 1, una región 105 de separación electrostática del separador 100 de TES incluye electrodos 110, 115 negativo y positivo. A medida que la alimentación de plástico cae por gravedad a través de la región 105 de separación, el plástico 120 cargado positivamente se desvía hacia el electrodo 110 negativo y el plástico cargado negativamente se desvía hacia el electrodo positivo. Al final de la región 105 de separación, se dispone una pantalla para desviar la corriente de material de alimentación original a diferentes recipientes de recogida. Por ejemplo, un material con una velocidad inicial cero que cae verticalmente a través de un campo eléctrico horizontal se desvía horizontalmente... [Seguir leyendo]

1. Un método para separar una mezcla de polímeros, que comprende:

proporcionar una mezcla que incluye componentes poliméricos;

añadir a la mezcla un medio particulado para mediar selectivamente en una carga triboeléctrica de la mezcla, incluyendo el medio particulado un material polimérico que tiene una posición seleccionada dentro de una secuencia de carga electrostática y un aditivo funcional, en donde el aditivo funcional se incorpora en el material polimérico;

cargar triboeléctricamente la mezcla con el medio particulado;

separar dos o más componentes de la mezcla de acuerdo con la carga triboeléctrica; y recuperar al menos una porción del medio particulado usando un procedimiento de recuperación, en donde el aditivo funcional se incorpora en el medio para facilitar la recuperación del medio de los componentes de la mezcla de polímeros y se selecciona por la compatibilidad con el procedimiento de recuperación.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que: el procedimiento de recuperación es un procedimiento de recuperación magnética; y el aditivo funcional es un material ferromagnético.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que: el procedimiento de recuperación es un procedimiento de clasificación por colores; y el aditivo funcional es un material coloreado.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que: el procedimiento de recuperación es un procedimiento de separación por densidades; y el aditivo funcional es un material que aumenta la densidad.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que:

el procedimiento de recuperación es un procedimiento de separación basado en el grosor o la relación de superficie a masa; y el aditivo funcional es un agente espumante.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que: el procedimiento de recuperación incluye recoger una fracción media neutra en un separador triboeléctrico; y el aditivo funcional es un material conductor.

7. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-6, en el que: la recuperación se realiza antes de la separación.

8. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-6, en el que: la recuperación se realiza después de la separación.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que: el aditivo funcional es un material conductor; y

la separación y la recuperación incluyen hacer pasar la mezcla y el medio cargados a través de un campo eléctrico para hacer que los dos o más componentes y el medio particulado se desvíen en diferentes cantidades de modo que el medio se separe de los dos o más componentes.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende además:

cargar eléctricamente el medio particulado con una fuente de alto voltaje antes de cargar triboeléctricamente la mezcla con el medio.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende además:

descargar el medio cargado después de la carga triboeléctrica; y recuperar el medio descargado como una fracción neutra en un separador triboeléctrico.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que añadir a la mezcla un medio particulado incluye añadir a la mezcla un medio de carga que incluye un compatibilizador, el compatibilizador capaz de reducir la energía interfacial en una combinación elegida de uno o más de los componentes poliméricos y uno o más polímeros incompatibles al concentrarse preferentemente en una interfase entre uno de los componentes poliméricos y uno de los polímeros incompatibles de la combinación.

13. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-12, en el que:

proporcionar una mezcla que incluye componentes poliméricos incluye proporcionar un primer componente polimérico con una primera constante dieléctrica y un segundo componente polimérico con una segunda constante dieléctrica; y añadir a la mezcla un medio particulado incluye añadir a la mezcla un medio de carga que tiene una constante dieléctrica entre la primera constante dieléctrica y la segunda constante dieléctrica.

14. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-12, en el que:

proporcionar una mezcla que incluye componentes poliméricos incluye proporcionar un primer componente polimérico; y añadir a la mezcla un medio particulado incluye añadir a la mezcla un medio de carga que incluye un componente capaz de reaccionar selectivamente con un grupo funcional en el primer componente polimérico.

15. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-12, en el que:

proporcionar una mezcla que incluye componentes poliméricos incluye proporcionar un primer componente polimérico y un segundo componente polimérico; y añadir a la mezcla un medio particulado incluye añadir a la mezcla un medio de carga que tiene una propiedad de carga entre una propiedad de carga del primer componente polimérico y una propiedad de carga del segundo componente polimérico.

16. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-15, en el que recuperar al menos una porción del medio particulado incluye recuperar medio que se desvía sólo ligeramente en un campo eléctrico en comparación con la desviación de otros componente de la mezcla, en donde la desviación ligera se debe a una carga promedio baja en comparación con los otros componentes de la mezcla.

17. Un sistema para separar una mezcla de polímeros, comprendiendo el sistema:

un medio de carga particulado para mediar selectivamente en una carga triboeléctrica de una mezcla de polímeros, incluyendo el medio de carga un material polimérico que tiene una posición seleccionada dentro de una secuencia de carga electrostática;

una cámara de carga para cargar triboeléctricamente la mezcla de polímeros y el medio de carga;

una cámara de separación para separar dos o más componentes poliméricos cargados de la mezcla de polímeros de acuerdo con la carga triboeléctrica; y

un dispositivo de recuperación de medio para recuperar al menos una porción del medio de carga de acuerdo con un procedimiento de recuperación de medio, en el que el medio de carga incluye uno o más materiales poliméricos adecuados para mediar selectivamente en la carga de la mezcla de polímeros, incluyendo además el medio de carga uno o más aditivos funcionales compatibles con el procedimiento de recuperación de medio, donde el uno o más aditivos funcionales se incorporan en el uno o más materiales poliméricos para facilitar la recuperación del medio de los componentes de la mezcla de polímeros.

18. El sistema de acuerdo con la reivindicación 17, en el que: el procedimiento de recuperación es un procedimiento de recuperación magnética; y el aditivo funcional es un material ferromagnético.

19. El sistema de acuerdo con la reivindicación 17, en el que: el procedimiento de recuperación es procedimiento de clasificación por colores; y el aditivo funcional es un material coloreado.

20. El sistema de acuerdo con la reivindicación 17, en el que; el procedimiento de recuperación es un procedimiento de separación por densidades; y el aditivo funcional es un material que aumenta la densidad.

21. El sistema de acuerdo con la reivindicación 17, en el que:

el procedimiento de recuperación es un procedimiento de separación basado en el grosor o la relación de superficie a masa; y el aditivo funcional es un agente espumante.

22. El sistema de acuerdo con la reivindicación 17, en el que:

el dispositivo de recuperación de medio incluye un separador triboeléctrico que incluye la cámara de separación; el procedimiento de recuperación incluye la recogida de una fracción media neutra en un separador triboeléctrico; y el aditivo funcional es un material conductor.

23. El sistema de acuerdo con la reivindicación 17, en el que:

el aditivo funcional es un material conductor; y la cámara de separación está configurada para exponer la mezcla y el medio cargados a un campo eléctrico para hacer que los dos o más componentes y el medio de carga se desvíen en diferentes cantidades de modo que el medio se separe de los dos o más componentes.

24. Un método para preparar un medio para el uso en la separación de una mezcla de polímeros mediante separación triboeléctrica, comprendiendo el método:

seleccionar uno o más materiales poliméricos que han de usarse en un medio de carga en una separación triboeléctrica de una mezcla de polímeros;

seleccionar uno o más aditivos funcionales para facilitar la recuperación del medio de los componentes de la mezcla de polímeros de acuerdo con un procedimiento de recuperación de medio que ha de usarse en la separación triboeléctrica; y combinar los materiales poliméricos seleccionados y los aditivos funcionales seleccionados de modo que el uno o más aditivos funcionales se incorporen en los materiales poliméricos seleccionados para generar un

medio particulado para el uso en la separación triboeléctrica..

25. El método de acuerdo con la reivindicación 24, en el que: el procedimiento de recuperación de medio es un procedimiento de recuperación magnética; y el aditivo funcional es un material ferromagnético.

26. El método de acuerdo con la reivindicación 24, en el que: el procedimiento de recuperación de medio es un procedimiento de clasificación por colores; y el aditivo funcional es un material coloreado.

27. El método de acuerdo con la reivindicación 24, en el que;

el procedimiento de recuperación de medio es un procedimiento de separación por densidades; y 10 el aditivo funcional es un material que aumenta la densidad.

28. El método de acuerdo con la reivindicación 24, en el que:

el procedimiento de recuperación de medio es un procedimiento de separación basado en el grosor o la relación de superficie a masa; y el aditivo funcional es un agente espumante.

29. El método de acuerdo con la reivindicación 24, en el que:

el procedimiento de recuperación de medio incluye la recogida de una fracción media neutra en un separador triboeléctrico; y el aditivo funcional es un material conductor.