借助離子液體從含紙廢棄物中回收原料的方法和工業(yè)過程的制作方法
【專利說明】借助離子液體從含紙廢棄物中回收原料的方法和工業(yè)過程
[0001]本發(fā)明涉及一種方法和一種工業(yè)過程，其用于從廢棄物例如包裝材料或復(fù)合材料，以及其它材料或材料混合物中回收原料。其中，所述材料或混合物的成分優(yōu)選為紙或其它基于纖維素(Zellulose)的材料。其它成分通常為塑料和/或鋁或其它金屬。這些材料在本發(fā)明所述方法中以其初級(jí)形態(tài)作為原料回收。在這一過程中將纖維素溶解于所謂的離子液體中，將塑料溶解于適當(dāng)?shù)臒N中且隨后又將其重新沉淀出來。金屬部分作為固體從溶液中分離。將溶劑回收。由于這種提純發(fā)生在分子水平，因此會(huì)得到高純度和高品質(zhì)的原料。其隨后可以和常規(guī)回收的原料一樣使用和進(jìn)一步處理。
[0002]包裝材料是當(dāng)前產(chǎn)品循環(huán)不可或缺的部分。特別是食品，以及其它消費(fèi)品在包裝時(shí)使用相當(dāng)高品質(zhì)的材料如紙張(即纖維素)塑料和金屬(例如鋁)。雖然近年來加大力度回收這些材料，但是目前這些材料中的絕大部分被熱回收即被焚燒掉。就連回收利用體系例如在德國的二元回收體系或綠點(diǎn)(Griine Punkt)對(duì)此也改變不了多少。因此每年浪費(fèi)了大量有價(jià)值的原料。
[0003]若仔細(xì)觀察一下由包裝材料產(chǎn)生的垃圾，則可將其分成兩大類。一類是指本身由單獨(dú)材料組成的包裝的混合物，另一類是指所謂的復(fù)合包裝，其由不同材料的單層構(gòu)成。當(dāng)然實(shí)際上通常是這兩類組成的混合物。現(xiàn)在不管是考慮包裝的混合物還是復(fù)合包裝的混合物，從中產(chǎn)生的包裝廢棄物通?？偸怯杉垙埐糠?即纖維素)、塑料部件和金屬部分(例如鋁)組成。
[0004]雖然絕大多數(shù)包裝垃圾被焚燒，但也存在工業(yè)上可用的方法，這些方法旨在至少部分回收包裝中的原料。如果所述包裝材料是混合物，則目前也有可能將其工業(yè)分離成單個(gè)組分。但如果是復(fù)合包裝則會(huì)更困難。幾乎所有當(dāng)前技術(shù)使用的方法在這里目前只會(huì)發(fā)生紙張部分與鋁/塑料復(fù)合材料的分離。以其最初形態(tài)實(shí)際回收材料是有限的或者是根本不可能的。
[0005]其結(jié)果是，回收的材料只可用來生產(chǎn)次級(jí)產(chǎn)品，例如由紙張部分制成的紙板箱和由塑料/鋁復(fù)合材料制成的低品質(zhì)注塑制品。
[0006]但是如果將來自包裝材料的物質(zhì)用作初級(jí)原料，則與常規(guī)回收的材料相比所具有的決定性優(yōu)勢(shì)在于:其不必經(jīng)過生產(chǎn)常規(guī)原料所必需的一整套過程步驟。這時(shí)若考慮運(yùn)營成本，例如為了從鋁土礦中獲得金屬鋁，或?yàn)榱藦氖椭泻铣删垡蚁┗蚝?jiǎn)單地從地里的植物中提取纖維素，則明顯有利的是使用包裝廢棄物中的這些材料。
[0007]在纖維素這種情況下這種優(yōu)點(diǎn)特別明顯。
[0008]最古老且同時(shí)最廣泛使用的加工纖維素的方法是粘膠(黃原酸鹽)法。其中纖維素會(huì)轉(zhuǎn)化成可溶衍生物。這些衍生的纖維素隨后可以進(jìn)一步處理。此工藝使用腐蝕性極強(qiáng)且會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)擔(dān)的化學(xué)品，例如氫氧化鈉、二硫化碳等。
[0009]但近些年來有了新型的、非常有前景的、環(huán)境友好的溶劑，此種溶劑適合于所述方法。借助所謂的離子液體，即液體的離子化合物可在一定的反應(yīng)條件下溶解纖維素。通過沉淀劑(通常是水)，又從溶液中將纖維素沉淀下來。
[0010]因此，例如在期刊《國際化纖》(Chemical Fibers Internat1nal)2006年第6期第344頁描述了一種方法，其中借助甲基咪唑鑰醋酸鹽即一種離子液體來溶解纖維素，并隨后從中提取單纖維。利用離子液體能夠直接將纖維素轉(zhuǎn)化成溶液，其中不需要事先的衍生。
[0011]但在通常涉及將其用于紙漿這種情況時(shí)，所述方法有一定的局限性。因此，在溶解木質(zhì)材料、竹材料、椰子殼或類似原材料的情況下，例如胡敏素會(huì)阻止溶劑(即離子液體)重新再利用。
[0012]但是在包裝材料(紙、紙板等)和復(fù)合包裝材料中，干擾性的胡敏素早已通過先前的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝得以去除且纖維素具有足夠的品質(zhì)。因此，如本發(fā)明所描述的方法，通過將離子液體作為溶劑來操作并將廢棄物中的紙作為原料源使用，該方法非常適合這類紙漿以提取纖維素。這樣做使得有可能特別經(jīng)濟(jì)且環(huán)保地從纖維素提取出特別有價(jià)值的初級(jí)原料。
[0013]與此不同的是，基于使用常規(guī)溶劑例如烴的方法，多年來特別公知用于回收塑料廢棄物并且可從多處文獻(xiàn)中找到依據(jù)。
[0014]例如專利申請(qǐng)EP06754237描述了一種回收塑料的方法，所述塑料含有至少兩種聚苯乙烯聚合物、共聚物或其混合物。在這里首先將不同的聚合物放入溶液中，然后通過分級(jí)沉淀將其彼此分離。
[0015]在專利申請(qǐng)EP06743132中，使用溶劑也用于分離基于聚苯乙烯、其共聚物和/或混合物的、添加有阻燃劑的聚合物。
[0016]EP1392766的主題為一種方法，其用于通過以下步驟從用過的塑料薄膜中獲得聚烯烴(例如LDPE):從溶解于第二有機(jī)溶劑中的材料中提取低分子成分;選擇性地溶解被如此處理過的箔材料;從溶液中將至少一種干擾性聚合物沉淀出來；以及，從剩余的聚合物溶液中得到聚乙烯。
[0017]其他專利權(quán)主要涉及借助物理方法來分離廢棄混合物各組分的問題。
[0018]申請(qǐng)EP2364246涉及用于從混合的、特別是破碎的塑料廢棄物中分離可回收材料的方法和裝置，所述塑料廢棄物含有薄膜成分、復(fù)合薄膜成分和硬塑料成分。從塑料廢棄物分離出可能的雜質(zhì)，并通過浮分選(Schwimm-Trennung)將塑料廢棄物分成不同的部分。
[0019]EP 2463071涉及一種方法，其用于回收復(fù)合包裝例如四角包，已知此類復(fù)合包裝最初含有75 %的纖維素、20 %的LDPE與5 %左右的鋁。第一步就是去除纖維素成分。該發(fā)明重點(diǎn)在于進(jìn)一步回收剩余的復(fù)合材料，所述復(fù)合材料經(jīng)過第一次處理之后含有4%的纖維素、78%的LDPE和18%的鋁。這樣做的目的在于，生成一種顆粒，這種顆粒雖然并非純粹含有塑料，但是會(huì)使其能夠注塑。其實(shí)現(xiàn)方式是，將粒子粉碎得非常小，使得金屬部分不會(huì)干擾注塑過程。這種顆?？捎脕砩a(chǎn)低品質(zhì)的副產(chǎn)品，如引論部分所提到的那樣。
[0020]發(fā)明EP1979497采取了另一種途徑。其中，將鋁塑復(fù)合材料(Kunststoff-Aluminium Verbund)分離。這是通過多步恪煉來進(jìn)行的。第一步是將塑料恪融并分離。然后生成鋁熔體，其中將附著的塑料殘留物燃燒掉。
[0021 ]這里代表性地列出的文獻(xiàn)各自介紹了其解決方案，例如可將復(fù)合材料或材料混合物分離或?qū)⑵渲械母鹘M分回收。但它們都不是完整的解決方案，或者回收所得的材料在采購和品質(zhì)上不符合原料新品。
[0022]從這種情況出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)在于描述一種均質(zhì)的方法，在該方法中可回收例如復(fù)合包裝或包裝材料混合物的三種主要成分，即纖維素、塑料和金屬，并以其初級(jí)形態(tài)且盡可能與新品一致的品質(zhì)進(jìn)行回收。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，這是在以溶劑為基礎(chǔ)的過程中進(jìn)行的。其核心思想在于，使用合適的離子液體將廢棄物中紙張部分的纖維素溶解出來，并將該步驟與其它基于溶劑的步驟相結(jié)合，使得從中產(chǎn)生均質(zhì)的方法，在所述方法中既可以回收纖維素又可以回收塑料和金屬。但是使用常規(guī)溶劑，如烴，也可將塑料從廢棄物中溶解出來。將金屬作為固體分離出來。該過程根據(jù)原料的組成只可提供上述材料中的一種、兩種或全部三種材料。
[0024]因此本發(fā)明的中心內(nèi)容是，將廢棄物中的紙張部分用作原料源來提取如同新的一樣的高品質(zhì)纖維素。眾所周知，廢紙是指已處理過的纖維素，其例如不含胡敏素。因此這里可節(jié)約使用離子液體，對(duì)于其它原材料例如木材就不是這種情況。
[0025]為此將該處理過程設(shè)計(jì)如下:
[0026]將回收中心收集和提供的含紙廢棄物作為原材料，即所謂的輸入料。它既可以包含復(fù)合包裝又可以包括不同包裝的混合物或者也可以是廢紙。這種材料除了真正的材料外也還包含機(jī)械雜質(zhì)例如紙夾玻璃、金屬、膠粘產(chǎn)品和餐廚垃圾等。在機(jī)械制備的情況下，在預(yù)處理時(shí)將這些雜質(zhì)除去。還在預(yù)處理時(shí)，將材料破碎并在密度分離步驟(Dichtetrennschritt)中將其分離，從而使得可對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步處理。
[0027]這樣得到的部分隨后再用溶劑進(jìn)行選擇性處理。直到除了鋁之外的物質(zhì)完全溶解。在纖維素和聚乙烯溶解完成后，通過過濾或重力分離法(沉淀，離心)從過程中回收以高純度形式的不溶性的鋁。
[0028]由于這一事實(shí)，即利用專門的溶劑，有可能有針對(duì)性地將纖維素并在另一步驟中也將聚乙烯或其它塑料帶入溶液中，并讓其沉淀。添加劑、雜質(zhì)、以及本身有缺陷的聚合物鏈會(huì)留下來。這樣一來實(shí)際上會(huì)凈化每個(gè)單獨(dú)的分子。通過干燥得到的纖維素和顆粒狀聚乙烯或其它塑料在分子上和性質(zhì)上也與常規(guī)得到的新品不同。
[0029]將所使用的溶劑進(jìn)行處理并在過程中回收。通過閉合的回路來避免污染環(huán)境并提高方法的經(jīng)濟(jì)性。
[0030]因此選擇合適的溶劑在過程中至關(guān)重要。在這種情況下，應(yīng)該將在過程中帶入溶液中的物質(zhì)分為兩種類別:塑料和纖維素。
[0031]就混合物中存在的塑料而言，必須區(qū)分聚烯烴(如PE和PP)、聚苯乙烯塑料、聚酯和其它塑料。當(dāng)塑料以游離形式，即不作為復(fù)合包裝部分存在時(shí)，由于其密度不同故可在實(shí)際過程之前的分離步驟中將這些塑料分離出來并在主過程中分別處理。
[0032]對(duì)于復(fù)合包裝材料而言，塑料僅在實(shí)際過程才與復(fù)合材料分離即溶解出來。這里主要涉及聚乙烯，即聚烯烴。這種類別的塑料的特征在于對(duì)常規(guī)溶劑如丙酮、醋酸乙酯等有較強(qiáng)的抵抗力。
[0033]但在溫度超過60°C時(shí)，聚乙烯會(huì)溶解在某些烴(例如二甲苯、己烷等)中。此外，用化學(xué)品進(jìn)行預(yù)處理會(huì)對(duì)溶解度產(chǎn)生正面影響，因?yàn)檫@樣可以減弱表面的疏水性。
[0034]在本文描述的方法中，可以使用上述各種溶劑或各種液態(tài)烴的混合物，其特別適合于包裝材料中的聚乙烯。
[0035]根據(jù)本發(fā)明，特別使用所謂的離子液體，其用于溶解通常來自包裝廢棄物以及來自復(fù)合包裝中的纖維素。
[0036]術(shù)語離子液體是指僅由離子組成的液體。在這里指的是有機(jī)化合物的熔融鹽或有機(jī)鹽和無機(jī)鹽的低共熔混合物。
[0037]多年來，由文獻(xiàn)已知的離子液體