CAMPO DE APLICAÇÃO

[001] A presente invenção está contida no campo de aplicação dos processos químicos industriais, mais precisamente nos processos de reciclagem de embalagens poliméricas com estrutura laminada.

[002] O processo de reciclagem da presente invenção destina-se a reciclagem de embalagens poliméricas com estrutura laminada e destaca-se frente aos outros processos de reciclagem, por permitir a separação de polímeros unidos por laminação, que são incompatíveis com o processo de reprocessamento termoplástico convencional.

[003] Especificamente, a técnica logra a separação completa do PET (etileno politereftalato), através de sua dissolução seletiva no meio e a separação de PE (polietileno) e PP (polipropileno) através de sua completa fusão, em sistema de fases heterogéneas, onde os mesmos possam ser coletados diretamente, permitindo assim, a reciclagem de qualquer embalagem polimérica independente de seus aditivos. Referidas embalagens podem ser fabricadas em filmes laminados contendo PET em sua forma metalizada ou não, alumínio, polietileno e polipropileno em sua forma metalizada ou não. Para realizar a separação é aplicado um processo compreendendo etilenoglicol em suas formas mono, di ou tri; permitindo a dissolução dos filmes de poliéster da embalagem, resultando em elementos que podem retornar ao processo de fabricação de novas embalagens, configurando uma economia circular.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA

[004] Atualmente, um dos assuntos mais comentados e difundidos, tanto no meio acadêmico quanto no meio industrial, diz respeito ao cuidado com o meio ambiente, bem como a utilização racional dos recursos naturais. Desta maneira, conceitos como sustentabilidade, economia circular e reciclagem sempre estão em destaque e em posição de aprimoramento.

[005] Não é novidade que, com o processo de industrialização global, houve intensificação da utilização dos recursos naturais e, consequentemente, a degradação ambiental também escalonou, fazendo com que o debate sobre o melhor aproveitamento dos recursos naturais e, assim, a diminuição dos danos causados ao ambiente, se tornasse cada vez mais urgente.

[006] A partir dessa necessidade, muito se tem avançado no que tange o reaproveitamento dos recursos naturais e na eficiência dos processos de reciclagem dos mais diversos produtos de uso cotidiano.

[007] Entretanto, alguns produtos se destacam negativamente uma vez que seu processo de reciclagem é dificultoso, como por exemplo, as embalagens laminadas multicamadas. Tais embalagens não apresentam processos efetivos de reciclagem, representam grande parte do lixo doméstico gerado nas cidades e são, ainda, os principais poluentes dos oceanos.

[008] Sem dúvida, esse tipo de embalagem apresenta características muito interessantes e, consequentemente, grande aplicação industrial, seja como filmes selantes, armazenamento de alimentos e como na embalagem de insumos industriais, entre outras várias, de maneira que a sua utilização se torna quase imprescindível.

[009] A reciclagem desse tipo de embalagem laminada não é efetiva uma vez que são constituídas por diversos elementos como, por exemplo, camadas de laminados em politereftalato de etileno, tanto em sua forma metalizada quanto em sua forma normal, alumínio, polietileno, polipropileno tanto em sua forma metalizada quanto em sua forma normal, além de eventuais impressões que as embalagens podem possuir. Dentro dessa variedade de elementos constituintes das embalagens, os elementos mais críticos são o PET e o alumínio, uma vez que as suas características físicas são bem diferentes em termos de processamento e extrusão, quando comparado à outros polímeros como o PE ou PP, de maneira que a combinação do PET e/ou alumínio em embalagens impossibilita a reutilização do PE ou PP e vice-versa.

[0010] Diante de tal situação, o estado da técnica apresenta alternativas que tentam viabilizar os processos de reciclagem de embalagens poliméricas com estrutura laminar como, por exemplo, o documento de patente PI0706115-3, depositado em 22/10/2007 sob o título “RECICLAGEM DE EMBALAGEM MULTICAMADAS”, cuja titularidade pertence à UNICAMP. Segundo o seu resumo, o documento de patente refere-se a um processo de separação dos materiais que compõem uma embalagem formada por multicamadas. Mais especificamente, o referido processo permite que as referidas multicamadas que constituem os materiais plásticos, metálicos e papel sejam separados de maneira a não gerar resíduos prejudiciais ao meio ambiente.

[0011 ] O documento de patente PI0706115-3, depositado em 22/10/2007 sob o título “RECICLAGEM DE EMBALAGEM MULTICAMADAS”, apresenta duas etapas sendo a primeira delas, um banho de imersão em meio alcalino de solução de NaOH, visando separar a camada plástica da embalagem da camada metalizada; e a segunda etapa consistindo de um novo banho de imersão em meio alcalino a base de NaOH, reagindo diretamente com a metalização, resultando em Al ³⁺ , o qual é posteriormente tratado.

[0012] A desvantagem do processo apresentado pelo documento de patente PI0706115-3 reside no fato de o processo apresentar apenas uma solução para a camada metalizada da embalagem de estrutura laminada. Sendo assim, os compostos poliméricos demandam um processamento posterior, tornando o processo ensinado pelo documento pouco efetivo, além de não atuar no universo amplo de embalagens que combinem PET e PE ou PP sem ter, na interface de união, uma camada metalizada ou filme de alumínio.

[0013] O documento de patente BR102013023494-0, depositado em 13/09/2013, sob o título “PROCESSO DE SEPARAÇÃO E RECICLAGEM QUÍMICA DE EMBALAGENS MULTICAMADAS", apresenta, de acordo com o seu resumo uma alternativa para a reciclagem de embalagens multicamadas contendo PET (Politerefialato de etileno), alumínio e PE (Polietileno) por meio de reciclagem química deste tipo de embalagem através da delaminação dos polímeros e a despolimerização do PET utilizando reação de hidrólise.

[0014] O documento BR102013023494-0 introduz a utilização de um álcool para reciclagem da embalagem laminar, entretanto, o produto do processo ainda resultará em PE e PET juntos de maneira que a extrusão dos polímeros será inviável dada a diferença de densidade de ambos.

[0015] Algumas outras soluções são apresentadas em outros documentos de patente como por exemplo US2009011213 e WO2018025058 os quais comungam das mesmas dificuldades, ou seja, apresentam processos baseados em banho alcalino em NaOH, que ataca a camada de metalização de alumínio por meio da dissolução seletiva, porém, não possibilitam o reaproveitamento de polímeros como PE e PP, ou PET, sempre que houver PET ligado diretamente ao PE ou PP sem alumínio intercalado na interface de ligação.

[0016] Desta maneira, o estado da técnica se beneficiaria do advindo de um processo que possibilite a separação completa do PET através de sua dissolução seletiva em etilenoglicol, assim como a separação dos filmes de PE e PP através de sua completa fusão no meio, gerando um sistema de fases heterogéneo, em que o PP e PE possam ser coletados diretamente na superfície do meio e em que o alumínio, se presente, possa ser coletado em sua forma metálica por meio da formação de um precipitado (decantação) de maneira que o PET e os demais componentes citados possam ser separados e reaproveitados.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0017] A presente invenção tem como objetivo apresentar um processo de reciclagem aplicado a embalagens poliméricas com estrutura laminada, que possibilite a separação e o reaproveitamento em economia circular de suas respectivas camadas, independentemente da forma ou sequência que estas são combinadas. [0018] Outro objetivo da invenção é apresentar um processo que permita que a camada de alumínio seja reaproveitada em sua forma metálica, e não em formato de sais.

[0019] Também é objetivo da presente invenção apresentar um processo em que o banho seja aproveitado como matéria-prima na produção de PET, configurando assim uma economia circular.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0020] A invenção alcança os objetivos descritos a partir da utilização de um banho a base de etilenoglicol, podendo utilizar as suas formas: mono, di ou tri ao invés de um banho alcalino de NaOH.

[0021] Tendo em vista que o etilenoglicol é percursor da fabricação de polietileno tereftalato (PET), o produto da dissolução seletiva do PET em monoetilenoglicol poder ser reintroduzido diretamente na etapa de policondensação na fabricação de PET, servindo como matéria prima para este processo.

[0022] A forma final do PET após o banho permite a sua reutilização por meio de reciclagem química na produção de novos polímeros de PET, configurando, assim, uma economia circular com o mínimo de perda de material.

[0023] O banho em etilenoglicol permite também uma efetiva separação da camada de alumínio em uma reação que resulta em alumínio metálico, que possui maior valor económico frente aos sais de alumínio obtidos em banho de NaOH.

[0024] Por fim, a própria reação do etilenoglicol resulta em um composto que pode retornar à produção de PET, necessitando apenas de enriquecimento com ácido tereftálico na etapa de policondensação, de maneira que o reaproveitamento de materiais é quase completo.

BREVE DECRICAO DOS DESENHOS [0025] A matéria objeto desta Invenção ficará totalmente clara em seus aspectos técnicos a partir da descrição pormenorizada que será feita com base nas figuras abaixo relacionadas, nas quais: a figura 1 apresenta um diagrama de blocos referente as etapas e subetapas compreendidas pelo processo de reciclagem de embalagens poliméricas por meio de etilenoglicol, referenciado a correlação entre elas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0026] Em conformidade com os objetivos apresentados por meio da breve descrição, o presente pedido de patente “PROCESSO DE RECICLAGEM DE EMBALAGENS POLIMÉRICAS COM ETILENOGLICOL”, apresenta um processo (P) que visa a reciclagem de embalagens poliméricas (E) dotadas de estrutura laminar compreendendo PET, PE, PP e ou alumínio, independentemente da quantidade ou combinação entre eles.

[0027] Neste processo (P), o PET é separado através de uma reação química, enquanto o alumínio, PE e PP são separados por processos físicos. Em detalhes, o PET é separado quimicamente através de sua completa dissolução seletiva, que se dá por meio de uma reação com o glicol, que pode ser tratada como: glicólise, transesterificação ou alcóolise na literatura. O PE e PP se separam por processo físico ao atingirem uma temperatura acima de seus pontos de fusão, então sofrem fusão e, por formarem um sistema heterogéneo com o glicol, flutuam na solução. O alumínio se mantém sólido, sem a presença de nenhum polímero adesivo. Por fim, o alumínio metálico precipita e decanta no fundo do banho.

[0028] O processo (P) apresenta as seguintes etapas consecutivas:

(i) granulação (1 ) da embalagem polimérica (E);

(ii) imersão (2) da embalagem polimérica (E) em banho de glicol; (iii) dissolução seletiva (3) da embalagem polimérica (E);

(iv) separação (4) de polímeros;

(v) lavagem (5) dos polímeros;

(vi) moagem (6) dos polímeros;

(vii) separação de alumínio (7) após a etapa de dissolução seletiva (3) e;

(viii) limpeza e secagem (8) do alumínio.

[0029] A etapa de granulação (1 ) da embalagem polimérica (E) consiste na fragmentação da embalagem em pequenas porções, visando 0 menor tamanho possível de partículas, no intuito de acelerar a etapa de dissolução seletiva (3) do PET.

[0030] A etapa de granulação (1 ) é realizada com 0 auxílio de um equipamento industrial capaz de cortar e moer as embalagens (E). O referido equipamento industrial também realiza a limpeza das ditas embalagens (E) através da passagem destas após 0 corte e moagem, em uma calha com água. Após a passagem das embalagens (E) na calha com água, as mesmas são secas pelo próprio equipamento industrial através de um processo de centrifugação e sopro de ar.

[0031] A etapa de imersão (2) se dá após a etapa de granulação (1 ), de maneira que as embalagens (E) se encontram cortadas. Esta etapa de imersão (2) é realizada em um reator químico, preferencialmente construído em aço inox; e em atmosfera inerte com N2, onde 0 referido reator químico possui uma entrada superior para purga de nitrogénio a um fluxo entre cinco a dez L/min.

[0032] Ainda na etapa de imersão (2), as embalagens (E) são imersas em uma solução de glicol puro, preferencialmente em monoetilenoglicol, podendo ser realizada em dietilenoglicol ou trietilenoglicol, sem, no entanto, se limitar a esses tipos de glicóis. O glicol puro compreende estrutura molecular I mostrada abaixo: que,

[0033] os ¹ colchetes “[ ]” representam uma única unidade glicol e “n” é o índice referente ao número de unidades glicol para um determinado glicol puro utilizado no processo (P). Para fins da presente invenção, o valor de “n” compreende a faixa entre 1 e 10, preferencialmente n = 1 , n = 2 ou n = 3, sem, no entanto, se limitar a esses valores. Quando n = 1 , n = 2 e n = 3 o glicol puro resultante é, respectivamente, o monoetilenoglicol, dietilenoglicol e trietilenoglicol.

[0034] A etapa de imersão (2) pode compreender subetapas de aquecimento e agitação, de maneira que na subetapa de aquecimento, o glicol é aquecido por meio de um aquecedor de fluído térmico, aquecendo o reator via serpentina, elevando a temperatura do glicol a uma faixa entre 180°C e 240°C, com respeito à temperatura de ebulição do glicol utilizado, ou seja, 197,6°C para o monoetilenoglicol, 245°C para o dietilenoglicol e 285°C para o trietilenoglicol. Um condensador de topo pode ser instalado para recuperar vapores do glicol, aumentando o rendimento do processo.

[0035] Na subetapa de agitação, da etapa de imersão (2), o reator químico é agitado através de um sistema compreendendo motor e motoredutor, de forma que as embalagens (E) misturam-se uniformemente ao glicol, facilitando, assim, a dissolução seletiva do PET. Como a etapa de imersão (2) é realizada em uma condição de vaso fechado, o volume de embalagens (E) deve respeitar a faixa entre 40 a 60% do volume de glicol, facilitando, assim, a separação do PE e do PP sobrenadantes e do alumínio precipitado. [0036] A etapa de dissolução seletiva (3) da embalagem (E) se inicia após a estabilização da temperatura do glicol, na etapa de imersão (2). A referida etapa de dissolução seletiva (3) pode ser acelerada, ou seja, com o glicol em temperatura adequada, as embalagens (E) imersas são aceleradas por meio de hélices tipo cowles, circulação e/ou bombeamento de engrenagens ou circulação através de telas metálicas; de maneira que a aceleração contribua com o cisalhamento do material sobrenadante composto por PE ou PP que podem aprisionar partículas que se deseja separar.

[0037] A duração da etapa de dissolução seletiva (3) dependerá do tamanho das embalagens (E), mais precisamente do tamanho das porções alcançadas na etapa de granulação (1 ), variando entre 20 e 60 minutos. Um indicador visual do encerramento da etapa de dissolução seletiva (3) é que não será possível visualizar filmes em suspensão no glicol, sendo visível apenas uma espécie de borra sobrenadante correspondente ao PP e ao PE. Ao final da etapa de dissolução seletiva (3), o resultado da reação do glicol e a embalagem (E) será uma suspensão de PP e PE, ou um dos dois, dependendo da configuração inicial da embalagem; alumínio precipitado em sua forma metálica, caso a embalagem (E) possua alumínio; e pelo menos um tipo de poliol à base de ácido tereftálico.

[0038] A reação química entre o glicol e o PET, denominada glicólise, transesterificação ou alcóolise, é representada adiante para fins de melhor compreensão da presente invenção, sem, no entanto, se limitar a esse tipo de reação. Nesse exemplo não restritivo, o glicol, de estrutura molecular I, reage quimicamente com o PET, de estrutura molecular II, para formação de um primeiro tipo de poliol à base de ácido tereftálico de estrutura molecular III, sendo um subproduto da reação. Nessa reação, independentemente do tipo de glicol utilizado para a reação com PET, outro subproduto formado será o monoetilenoglicol, de estrutura molecular IV, visto que este subproduto é oriundo das unidades monoetileno presentes no PET. A estrutura molecular II do PET compreende “m” unidades tereftalato representadas entre colchetes “[ ]”, de modo que “m” é igual ou maior do que 1. O dito poliol de estrutura molecular III compreende “x” unidades tereftalato representadas entre colchetes “[ ]”, de modo que “x” é igual ou maior do que 1 e apresenta valores menores do que “m”. Nesse contexto, “m” sempre será maior do que “x” (m > x). Ainda sobre o dito poliol de estrutura molecular III, este pode indefinidamente sofrer novas reações com o subproduto monoetilenoglicol de estrutura molecular IV ou com o glicol de estrutura molecular I, em caso de excesso do dito glicol no meio, resultando em um segundo tipo de poliol à base de ácido tereftálico de estrutura molecular V, um produto da reação completa. Este segundo tipo de poliol compreende o produto bis(2-hidroxialquil) tereftalato, sem, no entanto, se limitar a esse segundo tipo de poliol. Embora a completa reação entre o PET e glicol seja desejada, pelo menos dois tipos de poliol podem estar simultaneamente presentes. Em uma reação entre PET e o glicol que compreende valores de n = 1 (monoetilenoglicol), 2 (dietilenoglicol), 3 (trietilenoglicol), 4 (tetraetilenoglicol), 5 (pentaetilenoglicol), 6 (hexaetilenoglicol), 7 (heptaetilenoglicol), 8 (octaetilenoglicol), 9 (nonaetilenoglicol) ou 10 (decaetilenoglicol), a função alquil do segundo tipo de poliol bis(2-hidroxialquil) formado será selecionada, respectivamente, do grupo compreendendo o etileno, dietileno, trietileno, tetraetileno, pentaetileno, hexaetileno, heptaetileno, octaetileno, nonaetileno ou decaetileno, sem, no entanto, se limitar aos referidos valores de “n” e aos possíveis produtos bis(2-hidroxialquil) mencionados. Dentre inúmeras possibilidades do segundo tipo de poliol, os produtos bis(2-hidroxietileno), bis(2-hidroxidietileno) e o bis(2-hidroxitrietileno) são preferenciais quando o glicol compreende os valores de n = 1 , 2 ou 3, respectivamente.

[0039] Na etapa de dissolução seletiva (3), o glicol reage na embalagem, atacando especificamente o PET, de maneira que o PET é dissolvido, liberando o alumínio que precipita no glicol por diferença de densidade, enquanto que o PET reage com o glicol formando pelo menos um poliol. Já as porções de PP e PE se fundem devido à alta temperatura do meio, mas se mantém insolúveis no glicol, com isso sobem à superfície do líquido, também por diferença de densidade.

[0040] A etapa de separação (4) ocorre após a etapa de dissolução seletiva (3) e fusão completa dos filmes de PP e/ou PE. A referida etapa de separação (4) compreende as subetapas de separação do alumínio (4.1 ) e separação do PE/PP (4.2).

[0041 ] A subetapa de separação do alumínio (4.1 ) consiste da drenagem de uma pequena fração do banho pelo fundo do reator, à quente, seguido de passagem do líquido deste banho por uma linha de filtração, de maneira que o alumínio já precipitado fique retido e o glicol retorne ao reator. Visando facilitar a etapa de separação do alumínio (4.1 ), o reator apresenta, preferencialmente, um fundo cónico ou torisférico, auxiliando, assim, a remoção do alumínio precipitado pela válvula de fundo do reator. Por sua vez, a linha filtração apresenta um visor, através do qual é possível visualizar a quantidade de alumínio retido, uma vez que a etapa de separação do alumínio (4.1 ) somente será encerrada quando todo o alumínio precipitado estiver retido na linha de filtragem.

[0042] A subetapa de separação do PE/PP (4.2) consiste na drenagem do banho e da porção sobrenadante através de bombeamento, por meio de drenos laterais localizados no reator, direcionando-os para um filtro de tela metálica fina, no intuito de retirar ou reter qualquer partícula indesejada que esteja aderida à porção sobrenadante. Após a retirada das partículas indesejadas, a mistura entre banho e porção sobrenadante é resfriada para que a porção sobrenadante solidifique e seja, em seguida, removida fisicamente, enquanto o líquido do banho retorna para o reator por bombeamento.

[0043] A etapa de lavagem (5) dos polímeros se dá após a etapa de separação (4), e é realizada através de água para retirada dos resíduos de glicol presentes, tanto no PE quanto no PP, em um equipamento semelhante ao utilizado na etapa de granulação (1). Sendo assim, polímeros são submetidos a uma etapa de moagem (6), antes da etapa de lavagem (5) e em seguida seguem para uma calha com água, configurando a etapa de lavagem (5), onde todo os resíduos de glicol são retirados e, após a descontaminação, os polímeros, já limpos, são secos. Dada a baixa solubilidade do glicol no PE ou PP, a etapa de lavagem (5) é altamente efetiva, minimizando por completo as partículas de glicol.

[0044] A etapa de moagem (6) dos polímeros é realizada antes da etapa de lavagem (5), visando aumentar a área de contato do material com a água na etapa de lavagem (5).

[0045] A etapa de limpeza e secagem (7) do alumínio se dá após a subetapa de separação do alumínio (4.1 ) e tem a finalidade de retirar as partículas de glicol no mesmo, preparando o material para posterior uso. A referida etapa de limpeza e secagem (7) do alumínio é realizada através de enxagúe direto, tipo cortina d’água, em esteira ou em calha. [0046] Os polióis resultantes da dissolução seletiva do PET poderão ser reutilizados de duas maneiras, sendo a primeira como reagente em processos consecutivos, retornando ao reator em formato de banho. Entretanto, a utilização de polióis em processos consecutivos eleva gradativamente a sua viscosidade, dada a reação entre o PET e os próprios polióis, de maneira que sua utilização consecutiva somente será possível enquanto a sua viscosidade permitir.

[0047] A segunda maneira se dá quando o glicol já estiver com uma viscosidade impeditiva para a utilização em processos consecutivos, sendo submetido a um processo de repolimerização através do acréscimo de ácido tereftálico na policondensação de PET. Para saber a quantidade de ácido tereftálico necessário para o processo de repolimerização, é imprescindível a medição do número de hidroxila livre dos polióis obtidos (mgKOH/g).

[0048] A grande vantagem do processo (P) frente aos demais processos de reciclagem de embalagens poliméricas (E) dotadas de estrutura laminada é apresentar uma maneira economicamente viável e eficaz de reaproveitar o PET presente nesse tipo de embalagem polimérica (E). Sem contar que este processo logra remover completamente o PET dos demais materiais e esta é uma grande vantagem, uma vez que presença de resíduos de PET cria problemas técnicos importantes na recuperação do PE e PP, pois o mesmo tem características de fusão muito distintas e essa é a principal razão prática pela qual, atualmente, a reciclagem de laminados multicamadas é inviabilizada.

[0049] Outra vantagem importantíssima do referido processo (P) reside no fato de configurar uma economia circular, ou seja, todos os produtos do processo (P) podem ser reaproveitadas nas próprias cadeias de produção de embalagens poliméricas (E).

[0050] Deve ficar entendido que a presente descrição não limita a aplicação aos detalhes aqui descritos e que a invenção é capaz de outras modalidades e de ser praticada ou executada em uma variedade de modos, dentro do escopo das reivindicações. Embora tenham sido usados termos específicos, tais termos devem ser interpretados em sentido genérico e descritivo, e não com o propósito de limitação.