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Title:
PROCESS FOR NEUTRALIZING THE EFFECTS OF PVC IN POST-CONSUMER PET FLAKES DURING THE MELT PHASE OF PET RESIN CONVERSION PROCESSES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/000031
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to the addition of inorganic substances, in the form of a stable compound in microparticles, for improving the PET resin conversion process. The present invention also relates to a chemical microparticle composition which contains a blend of substances containing calcium and zinc, or cadmium and barium, and is capable of neutralizing the PVC, up until a limit of 2000 ppm, during the PET flake conversion phase, and of sequestering the chlorine formed by degradation of the PVC within the reaction medium and protecting the PET molecules during this phase.

Inventors:
TEIXEIRA, Waltencir Mauricio (BR)
Application Number:
BR2020/050091
Publication Date:
January 07, 2021
Filing Date:
March 17, 2020
Export Citation:
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Assignee:
TEIXEIRA, Waltencir Mauricio (BR)
PREVIATO, Ricardo Maiettini (BR)
International Classes:
C08J11/24; C08J11/04; B29B17/02; B03B5/28
Attorney, Agent or Firm:
RIBEIRO FILHO, Alcides (BR)
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Claims:
REIVINDICAÇÕES:

1 ã) PROCESSO PARA NEUTRALIZAR OS EFEITOS DO PVC NOS FLOCOS (FLAKES) DE PET PÓS CONSUMO, NA FASE DE FUSÃO DOS PROCESSOS DE TRANSFORMAÇÃO DA RESINA PET, caracterizado por ser utilizada uma mistura estequiométrica de uma composição constituída de sais de cálcio, zinco (ou cádmio e bário) e antioxidante.

2ã) PROCESSO PARA NEUTRALIZAR OS EFEITOS DO PVC NOS FLOCOS (FLAKES) DE PET PÓS CONSUMO, NA FASE DE FUSÃO DOS PROCESSOS DE TRANSFORMAÇÃO DA RESINA PET, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato da composição constituída de sais de cálcio, zinco (ou cádmio e bário) ser um pó branco inerte e inodoro, contendo Número Equivalente de Metais variando ente 0,77 - 0,94 por cada 10Og, Densidade Aparente igual 0,77 g/cm3 e tamanho de partículas inferiores a 600 pm.

3ã) PROCESSO PARA NEUTRALIZAR OS EFEITOS DO PVC NOS FLOCOS (FLAKES) DE PET PÓS CONSUMO, NA FASE DE FUSÃO DOS PROCESSOS DE TRANSFORMAÇÃO DA RESINA PET, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato da referida composição constituída de sais de cálcio, zinco (ou cádmio e bário) poder ser diretamente adicionada na zona de alimentação da extrusora e/ou injetora, juntamente com os flakes de PET pós-consumo.

4ã) PROCESSO PARA NEUTRALIZAR OS EFEITOS DO PVC NOS FLOCOS (FLAKES) DE PET PÓS CONSUMO, NA FASE DE FUSÃO DOS PROCESSOS DE TRANSFORMAÇÃO DA RESINA PET, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a composição constituída de sais de cálcio, zinco (ou cádmio e bário) ser adicionada na proporção equivalente a 0,015% (150 ppm) a 0,025% (250ppm), preferencialmente na proporção e 0,02% (200 ppm). 5ã) PROCESSO PARA NEUTRALIZAR OS EFEITOS DO PVC NOS FLOCOS (FLAKES) DE PET PÓS CONSUMO, NA FASE DE FUSÃO DOS PROCESSOS DE TRANSFORMAÇÃO DA RESINA PET, de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado pelo fato da composição constituída de sais de cálcio, zinco (ou cádmio e bário) homogeneizada na proporção de 6,7% com 93,3% de PET virgem ou PET-PCR grau alimentício, micronizado em tela US-Mesh 30 ou 35 e adicionada na zona de alimentação da extrusora junto com os flakes de PET pós-consumo na proporção de 0,25% a 0,35%, preferencialmente na proporção de 0,30% (3000 ppm).

REIVINDICAÇÕES MODIFICADAS

Recebidas pela Secretaria Internacional no dia de 21 agosto de 2020 (21.08.2020)

[Reivindicação 1 ] PROCESSO PARA NEUTRALIZAR OS EFEITOS DO PVC NOS FLOCOS (FLAKES) DE PET PÓS CONSUMO, NA FASE DE FUSÃO DOS PROCESSOS DE TRANSFORMAÇÃO DA RESINA PET, caracterizado por ser utilizada uma mistura estequiométrica de uma composição constituída de sais de cálcio e zinco (ou cádmio e bário) e antioxidante.

Reivindicação 2] PROCESSO PARA NEUTRALIZAR OS EFEITOS DO PVC NOS FLOCOS (FLAKES) DE PET PÓS CONSUMO, NA FASE DE FUSÃO DOS PROCESSOS DE TRANSFORMAÇÃO DA RESINA PET, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato da composição ser constituída de sais de cálcio, zinco contendo Número Equivalente de Metais variando entre 0,77 - 0,94 por cada 10Og, densidade aparente igual a 0,77 g/cm3 e tamanho de partículas inferiores a 600 pm; determinado por titulação com solução de MgS04 a 0,1 Molar, contendo de 1 % a 15% de zinco ou de sais de cádmio e bário contendo de 6,5% a 7,5% de bário, e 4,5% a 5,5% de cádmio.

[Reivindicação 3] PROCESSO PARA NEUTRALIZAR OS EFEITOS DO PVC NOS FLOCOS (FLAKES) DE PET PÓS CONSUMO, NA FASE DE FUSÃO DOS PROCESSOS DE TRANSFORMAÇÃO DA RESINA PET, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato da referida composição constituída de sais de cálcio, zinco (ou cádmio e bário) poder ser diretamente adicionada na zona de alimentação da extrusora e/ou injetora, juntamente com os flakes de PET pós- consumo.

[Reivindicação 4] PROCESSO PARA NEUTRALIZAR OS EFEITOS DO PVC NOS FLOCOS (FLAKES) DE PET PÓS CONSUMO, NA FASE DE FUSÃO DOS PROCESSOS DE TRANSFORMAÇÃO DA RESINA PET, de acordo com as

FOLHA MODIFICADA (ARTIGO 19) reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a composição constituída de sais de cálcio e zinco (ou cádmio e bário) ser adicionada na proporção equivalente a 0,015% (150 ppm) a 0,025% (250ppm), preferencialmente na proporção de 0,02% (200 ppm).

[Reivindicação 5] PROCESSO PARA NEUTRALIZAR OS EFEITOS DO PVC NOS FLOCOS (FLAKES) DE PET PÓS CONSUMO, NA FASE DE FUSÃO DOS PROCESSOS DE TRANSFORMAÇÃO DA RESINA PET, de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado pelo fato da composição constituída de sais de cálcio e zinco (ou cádmio e bário) homogeneizada na proporção de 6,7% com 93,3% de PET virgem ou PET-PCR grau alimentício, micronizado em tela US-Mesh 30 (ASTM E1 1 ) e adicionada na zona de alimentação da extrusora juntamente com os flakes de PET pós-consumo na proporção de 0,25% a 0,35%, preferencialmente na proporção de 0,30% (3000 ppm).

FOLHA MODIFICADA (ARTIGO 19)

Description:
PROCESSO PARA NEUTRALIZAR OS EFEITOS DO PVC NOS FLOCOS DE PET PÓS CONSUMO, NA FASE DE FUSÃO DOS PROCESSOS DE TRANSFORMAÇÃO DA RESINA PET.

[01 ] Ao longo dos anos, o uso de embalagens descartáveis vem aumentando de maneira significativa e em particular as embalagens de POLI (ETILENO TEREFTALATO) doravante denominado pelo seu nome mais conhecido PET para bebidas carbonatadas e não carbonatadas. A partir do final da década de 80, as embalagens de vidro de volumes acima de 1000 ml passaram a dar espaço para as embalagens de PET devido a uma série de justificativas técnicas e comerciais. Esse fato tem provocado aumento na geração de resíduos de materiais plásticos em diversos locais do ambiente.

[02] Na década de 1990, teve início no Brasil o processo de reciclagem do PET e somente a partir do ano 2000, as primeiras plantas de reciclagem tipo“Bottle to Bottle” foram montadas; primeiramente na Bahia, Rio de Janeiro e São Paulo, respectivamente.

[03] Contudo, devido às excelentes características mecânicas e propriedades físico- químicas do polímero PET, diversos setores da sociedade vêm se articulando e se organizando para coletar, processar e transformar as embalagens descartadas no mercado pelos consumidores e que são coletadas do meio ambiente.

[04] Para que uma resina de PET reciclada apresente características ótimas para embalagens em contato com alimentos ou não, ela necessita estar isenta de contaminações físicas, principalmente aquelas provenientes de outros plásticos processados conjuntamente, tais como: tampas, rótulos e adesivos e outros materiais como Policloreto de vinila - PVC, Polietileno de alta densidade - PEAD, Polietileno de baixa densidade - PEBD, Policarbonato - PC, Poliestireno - PS, Cloreto de polivinilideno - PVDC, dentre outros de menor participação.

[05] Os polímeros da família das poliolefinas (poiletileno e polipropileno) apresentam densidade inferior à da água {p = 1,0 g/cm 3 nas CNTP), sendo seus flakes facilmente removidos quando espalhados em um tanque de água.

[06] Para materiais com densidades superiores à da água, ocorre decantação, descendo para o fundo do tanque (PET p = 1,2 a 1,4 g/cm 3 e PVC p = 1,4 g/cm 3 ) razão pela qual se exige um índice de PVC próximo a zero, devido a difícil separação.

[07] As embalagens com corpo em PET que recebem filmes de PVC externos como “sleever” ou“shrink”, visam cobrir a embalagem com rótulos, onde é impressa as características e marca do produto.

[08] Campo Técnico.

[09] A presente invenção refere-se à adição de substâncias de base inorgânica, em forma de composto estável em micropartículas, para melhorar o processo de transformação da resina PET.

[10] Observações: Por transformação da resina PET entende-se os processos de extrusão (por rosca simples ou dupla rosca), e o processo de injeção. Dentre os processos de transformação por extrusão, destaca-se: produção de lâminas de PET para embalagens termoformadas para alimentos ou blisters para não alimentos, produção de PET-PCR, produção de filamentos têxteis sintéticos e produção de fitas de arquear. Dentre o processo de transformação por injeção destaca-se a injeção de preformas, as quais originam as garrafas sopradas para bebidas carbonatadas ou não, detergentes e outras aplicações.

[1 1] Por PET-PCR (PET PÓS-CONSUMO RECICLADO) entende-se a resina PET em grânulos, geralmente na forma cilíndrica, de dimensões de 2,5 mm x 3,0 mm. [12] Refere-se ainda a uma composição compreendendo uma mistura de substâncias contendo cálcio e zinco, ou bário e cádmio, previamente preparadas para serem incorporadas ao processo de transformação do PET, durante a fase de fusão (massa fundida), quando contaminados por PVC.

[13] Descrição do Estado da Técnica.

[14] Na reciclagem da resina PET é natural uma pequena contaminação com PVC e/ou PVDC durante a primeira fase da descontaminação durante a lavagem química; mesmo que a grande maioria dos processos atuais tenham instalados em suas plantas equipamentos de separação das embalagens de PVC ou PVDC, através de“Sorting” por infravermelho, ultravioleta ou RX com eficiência próxima a 95,0%.

[15] É sabido ainda que existe no mercado uma grande quantidade de embalagens de PET, cujos rótulos são de PVC encolhíveis (sleever) e/ou liner de vedação das tampas de polietileno de alta densidade ou de polipropileno que também são de PVC, e que se misturam com os flocos (flakes) de PET durante o processo de lavagem.

[16] Quimicamente, a estrutura do PET e do PVC são diferentes e somente identificadas por Infravermelho Próximo ou NIR“Near Infrared”, ultravioleta ou RX, mas que se misturam nos tanques de decantação e flotação, devido à proximidade de densidade.

[17] Desta forma, no estado da técnica atual, a separação de PVC do PET é realizada de forma exclusivamente mecânica, que não resulta na completa eliminação do PVC.

[18] Problema Técnico.

[19] O problema existente é obter flocos ou flakes de PET para serem posteriormente processados, sem a contaminação de PVC ou sem os problemas causados pela presença do PVC. [20] Redução substancial da corrosão provocada pelo ataque químico do HCI (ácido clorídrico) presente no meio, devido a degradação térmica do PVC. Com o uso do aditivo objeto da presente patente, elimina-se o cloro, aumentando-se a vida útil das partes em contato com os flakes fundidos, tais como: parede do canhão (barril) da extrusora ou injetora, e a própria rosca ou roscas da extrusora ou injetora.

[21 ] A impossibilidade atual de eliminar totalmente o PVC a fim de se obter flakes apenas de PET gera pelo menos dois problemas quando os flakes são utilizados em extrusoras para obter lâminas, filmes ou fios.

[22] O primeiro problema é que quanto mais alta a existência do PVC nos flakes, maiores os problemas existem no processo de extrusão, como: quebra da cadeia macromolecular do PET, provocando a interrupção na produção ou produtos de baixa qualidade.

[23] O segundo problema é que com o calor utilizado no processo de extrusão há uma reação química pela existência do PVC que resulta na produção de benzeno, o qual contamina o produto final; e como benzeno é um elemento cancerígeno, impede o uso do produto final para aplicações mais sensíveis, como por exemplo em lâminas para uso na indústria alimentícia.

[24] Abaixo está representada a reação de degradação do PVC em temperaturas acima de 180 °C e a formação do HCI (ácido clorídrico):

[25] Abaixo está representada a reação de formação do benzeno no meio reacional durante a degradação do PVC em temperaturas acima de 250 °C pela Condensação de Diels Alder.

[26] Objetivos da Invenção.

[27] Um primeiro objetivo da presente invenção é o provimento de um processo estável e a eliminação de material degradado de PVC, na forma de gel ou pontos pretos, durante o processamento dos flakes de PET pós-consumo, durante a transformação em extrusoras e injetoras, em temperaturas superiores a 250 °C.

[28] E um segundo objetivo da presente invenção é a proteção da macromolécula do PET durante a fase de fusão dos processos de transformação, e temperaturas superiores a 250 °C, reduzindo a quantidade de rejeitos na produção de material injetado (preformas), extrudado (lâminas, fiação de fibras ou filamentos, produção de PET-PCR e fitas de arquear).

[29] E um terceiro objetivo da presente invenção é a utilização da mistura estequiométrica de sais de cálcio e zinco, ou cádmio e bário, no processamento de flakes de PET, previamente lavados e descontaminados.

[30] E um quarto objetivo da presente invenção é a eliminação da formação de benzeno pela ciclização das duplas ligações formadas durante a degradação do PVC, no meio reacional, através da reação de Condensação de DIELS ALDER.

[31] Desenhos.

[32] O desenho apenso mostra em sua figura 1 e única um gráfico que apresenta uma espectroscopia no Infravermelho (FTIR).

[33] Descrição Detalhada da Invenção.

[34] A presente invenção é referente uma composição química de micropartículas de uma blenda de substâncias a base de cálcio e zinco, ou cádmio e bário, capaz de neutralizar o PVC, até o limite de 2000 ppm, durante a fase de transformação dos flakes de PET e sequestrar o cloro formado pela degradação do PVC contido no meio reacional e proteger as moléculas de PET nesta fase.

[35] A presente invenção refere-se a uma mistura estequiométrica de uma composição constituída de sais de cálcio, zinco e antioxidante, doravante denominada de mistura.

[36] A referida mistura é caracterizada por ser um pó branco inerte e inodoro, contendo Número Equivalente de Metais variando entre 0,77 - 0,94 por cada 100 g, Densidade Aparente igual 0,77 g/cm3 e tamanho de partículas inferiores a 600 pm.

[37] A referida mistura pode ser diretamente adicionada na zona de alimentação da extrusora ou injetora juntamente com os flakes de PET, na proporção equivalente a 0,015% (150 ppm) a 0,025% (250ppm), preferencialmente na proporção e 0,02% (200 PPm).

[38] Ou ainda, a referida mistura pode ser homogeneizada na proporção de 6,7% com 93,3% de PET virgem ou PET-PCR grau alimentício, micronizado em tela US-Mesh 28 a 35, e adicionada na zona de alimentação da extrusora junto com os flakes de PET, na proporção de 0,25% a 0,35%, preferencialmente na proporção de 0,30% (3000 ppm).

[39] O gráfico mostrado na figura 1 apresenta uma espectroscopia no Infravermelho (FTIR), onde é apresentado o espectro resultante da análise de FTIR da amostra AFK 190885 e as bandas de absorção dos grupamentos químicos característicos presentes na amostra da mistura (Realizado laboratório AFINKO Soluções em Polímeros Ltda.).

[40] P = Agrupamentos de Fósforo.

[41 ] Abaixo está representado o mecanismo de Ataque do Cloro na Cadeia do PET na forma da reação de quebra da cadeia polimérica do PET, na fase fundida e na ausência da mistura (KULESKA, 2005).

[42] Na tabela abaixo, para preparação de bateladas, temos várias preparações da mistura e PET micronizado para utilização nas linhas de extrusão e/ou injeção:

[43] Desta forma o uso da mistura adicionada em proporção de cerca de 0,02% nos flakes no processo de transformação neutraliza o efeito do PVC, impedindo também a geração de benzeno e tornando o processo de extrusão sem os problemas conhecidos pela falta de qualidade ou interrupção de produção. [44] Todos estes aspectos refletem na redução de custo, quer seja no processo de limpeza do PVC, quer seja no processo de neutralização do PVC, de forma a produzir produtos finais mais baratos e de maior qualidade que os conhecidos atualmente.

[45] No caso dos produtos utilizados pela técnica anterior voltados para a indústria alimentícia, o custo da limpeza mecânica é elevado, e assim, com a nova técnica pela neutralização química, se obtêm um produto final de melhor qualidade e maior produtividade.