本发明涉及一种机械回收聚烯烃的方法，其包括按给定顺序的加工步骤的特定组合，提供高纯度的再生聚烯烃牌号的途径，其机械和光学性能均衡，优于类似再生聚烯烃牌号通常具有的性能；本发明还涉及一种机械回收聚烯烃的装置，该装置用于执行机械回收聚烯烃的方法。
背景技术：
1、过去十年间，人们对塑料及其在当前使用量的环境可持续性日益关注。这带来了有关聚烯烃处置、收集和回收的新立法。此外，一些国家还努力提高塑料材料的回收利用率，而不是将其送往废物填埋场。
2、在欧洲，塑料废物每年的产生量约为2700万吨；2016年，其中的740万吨被填埋，1127万吨被焚烧(以生产能源)，约850万吨被回收利用。聚丙烯系材料是一个特殊问题，因为这些材料被广泛用于包装。考虑到收集的废物数量巨大，而回收再利用的废物数量少(仅占约30％)，因此，塑料废物流的智能再利用和塑料废物的机械回收利用仍有很大潜力。
3、以汽车行业为例。在欧洲，欧盟的报废(elv)指令规定，汽车材料的85％/95％应是可循环利用或可回收的。目前汽车部件的回收率远远低于这一目标。汽车平均由9wt.％的塑料组成，而在这9wt.％的塑料中，目前只有3wt.％被回收利用。因此，如果要实现汽车行业塑料回收利用的目标，仍有许多工作要做。本发明特别侧重于机械回收废物流，而不是将聚烯烃燃烧并用作能源的“能量回收”。然而，由于成本原因、机械性能差和加工性能低等原因，含有交联聚烯烃的废物流通常被用于能量回收(如在区域供热厂焚烧或在水泥工业中用于制热)，而较少被回收利用到新产品中。
4、聚烯烃领域的一个主要趋势是使用各种来源的回收材料。废旧电器设备(wee)或报废车辆(elv)等耐用品流中含有多种塑料。这些材料经加工后可回收丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)、高抗冲聚苯乙烯(hips)、聚丙烯(pp)和聚乙烯(pe)塑料。分离可通过先在水中进行密度分离，然后基于荧光、近红外吸收或拉曼荧光进一步分离。然而，通常很难获得纯再生聚丙烯或再生聚乙烯。一般来说，市场上回收的聚丙烯是聚丙烯(pp)和聚乙烯(pe)的混合物；消费后废物流尤其如此。从消费后废物中提取的商用回收物一般都含有pp和pe的混合物，其中次要成分的含量可达<50wt％。
5、再生聚烯烃的质量越好，即纯度越高，材料就越贵。此外，再生聚烯烃材料通常会与非聚烯烃材料(例如有聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚苯乙烯)或非聚合物物质(或木材、纸张、玻璃或铝等)交叉污染。
6、此外，富含再生聚丙烯的材料通常比原始材料的性能要差得多，除非添加到最终化合物中的再生聚烯烃的量极少。例如，这些材料通常在气味和味道方面表现较差，刚度有限，冲击强度有限，机械性能较差(例如，脆性)，因此不能满足客户的要求。
技术实现思路
1、本发明基于以下观察，即以给定顺序的加工步骤的特定组合提供了获得高纯度的再生聚烯烃牌号的途径，该牌号的机械性能和光学性能非常均衡，优于类似的再生聚烯烃牌号。此外，步骤的特定组合意味着高纯度的再生聚烯烃牌号的质量对原材料质量的依赖性较小，而众所周知，原材料的质量会因原材料的来源不同而有很大差异。
2、因此，在第一方面，本发明涉及一种机械回收聚烯烃的方法，其按给定顺序包括以下步骤：
3、a)提供前体混合塑料回收流(a)；
4、b)筛分前体混合塑料回收流(a)，形成经筛分的混合塑料回收流(b)，其中所述混合塑料回收流(b)只有最长尺寸在30至400mm范围内的物品；
5、c)通过一台以上光学分选机对经筛分的混合塑料回收流(b)进行分选，其中经筛分的混合塑料回收流(b)至少按颜色分选，以及可选的按聚烯烃类型和/或物品形式分选，由此形成单色分选的聚烯烃回收流(c)；
6、d)粉碎单色分选的聚烯烃回收流(c)，形成薄片状聚烯烃回收流(d)；
7、e)在不输入热能的情况下，用第一水洗液(w1)清洗薄片状聚烯烃回收流(d)，形成第一悬浮聚烯烃回收流(e)；
8、f)从第一悬浮聚烯烃回收流(e)中除去至少部分第一水洗液(w1)，优选基本上全部第一水洗液(w1)，以获得第一经清洗的聚烯烃回收流(f)；
9、g)用第二水洗液(w2)清洗第一经清洗的聚烯烃回收流(f)，形成第二悬浮聚烯烃回收流(g)，其中向第二悬浮聚烯烃回收流(g)引入足够的热能，以在清洗过程中提供65至95℃的温度；
10、h)从第二悬浮聚烯烃回收流(g)中去除第二水洗液(w2)和任何未漂浮在第二水洗液表面的材料，获得第二经清洗的聚烯烃回收流(h)；
11、i)干燥第二经清洗的聚烯烃回收流(h)，形成干燥的聚烯烃回收流(i)；
12、j)可选地，将干燥的聚烯烃回收流(i)分离成轻馏分和重馏分聚烯烃回收流(j)；
13、k)通过如下方式进一步分选重馏分聚烯烃回收流(j)，或者在没有步骤j)的情况下进一步分选干燥的聚烯烃回收流(i)，产生纯化的聚烯烃回收流(k)：使用一台以上光学分选机对一种以上目标聚烯烃进行分选，去除任何含有除一种以上目标聚烯烃以外的材料的薄片；
14、l)可选地，对纯化的聚烯烃回收流(k)进行熔融挤出(优选造粒)，优选在熔融状态下添加添加剂(ad)，形成挤出的、优选造粒的再生聚烯烃产物(l)；以及
15、m)可选地，对再生聚烯烃产物(l)进行充气，或在没有步骤l)的情况下，对纯化的聚烯烃回收流(k)进行充气，除去挥发性有机化合物，形成充气的再生聚烯烃产物(m)，所述再生聚烯烃产物(m)是充气的挤出、优选造粒的再生聚烯烃产物(m1)或充气的再生聚烯烃薄片(m2)，
16、其中，步骤l)和m)的顺序可以互换，即首先对纯化的聚烯烃回收流(k)进行充气，形成充气的再生聚烯烃薄片(m2)，然后对其进行挤出，优选在熔融状态下添加添加剂(ad)，形成充气的挤出的、优选造粒的充气再生聚烯烃产物(m3)。
17、在另一方面，本发明涉及一种机械回收聚烯烃的装置，该装置被配置为用于执行前述权利要求中任一项所述的机械回收聚烯烃的方法。
18、定义
19、消费后废物是指至少已完成第一个使用周期(或生命周期)，即已达到其第一个目的的物品；而工业废物是指通常不会到达消费者手中的生产废料。
20、回收流既可以包含用于回收的物品，也可以包含用于回收的物品碎段，例如薄片。在本发明中，回收流所含之物被称为碎片，无论这些碎片是整件物品、物品碎段还是薄片。在某些实施方式中，碎片可以是薄片，而在其他一些实施方式中，碎片可以是在后续阶段转化为薄片的较大物体。
21、在本发明中，混合塑料回收流可以是任何适合回收的流(stream)，该流含有聚烯烃，并非仅包含单一的聚烯烃产物，例如，对于某些工业后废物回收流，其中单一的聚烯烃牌号的生产废物或单一的含聚烯烃物品可能是该流中存在的唯一碎片。一般来说，所有含有聚烯烃的消费后废物回收流都将是混合塑料回收流，许多含有聚烯烃的工业后废物回收流也是如此。
22、本发明中，“物品形式”是指聚烯烃回收流中物品的形状和形态。这些物品可能以薄膜、袋子和小袋等形式存在，可视为柔性物品；也可能以食品容器、护肤品容器和塑料瓶等模制物品的形式存在，可视为刚性物品。商用光学分选机，如tomra autosort、rttsteinert unisort和redwave pellenc等，能够通过空气动力学特性(即通常在上述流中施加气流，而刚性物品的下落弧度与柔性物品不同)将刚性物品与柔性物品分开，从而将含有此类物品的流转换为所谓的刚性流和柔性流。
23、根据本发明，在分选过程中，含有聚烯烃的物品至少要按照颜色进行分选，单色分选的聚烯烃回收流(c)作为中间产物获得。本领域技术人员会意识到，在任何给定的混色回收流中，都有相当数量的含聚烯烃的物品是透明的，即无色的。就本发明而言，任何透明(即无色)的含聚烯烃的物品都被视为一种单独的颜色分选，从而形成单色分选的聚烯烃回收流(c)，其中的“颜色”为无色(即透明)。在某些实施方式中，这种无色聚烯烃回收流经过该方法的后续步骤，产生无色的回收产物，或在其他一些实施方式中，无色聚烯烃回收流与非无色单色回收流(例如，白色聚烯烃回收流)混合，混合流被视为非无色单色回收流(即无色流与白色流的混合后将被视为白色流)。在不拘泥于理论的前提下，在非无色聚烯烃回收流中加入无色聚烯烃不会对再生产物的最终颜色产生明显影响。
24、根据本发明，单色分选回收流必须经过后续的处理步骤d)至m)。在本发明中，“单色”一词应解释为基本相同的颜色，即含有不同深浅红色碎片的聚烯烃流会被归类为单色流，而含有黄色碎片和红色碎片的聚烯烃流则不会被归类为单色流。选择单一颜色的精确度取决于按颜色分选的技术，因此受到现有技术的限制。由于人眼对颜色的印象不能严格按照波长来定义，考虑到同一种颜色可以用单一波长的光和不同波长的光组合来实现，cielab色标上的定义是最合适的描述符。特别优选的是，同色是指δe<50，优选δe<40，更优选δe<30和最优选。δe由下式定义：
25、
26、其中，
27、表示样品与预定义颜色之间的亮度差异；
28、表示样品与预定义颜色之间的红度或灰度差异；以及
29、表示样品与预定义颜色之间的蓝黄度差异。
30、此外，本领域技术人员会意识到，最先进的分选方法，例如涉及下文公开的自动分选机的分选方法，并不能实现完美的分选，这意味着任何诸如“其中，所述流只包含一种颜色”或“其中，所述流只包含一种聚烯烃类型”的措辞都应作广义的解释，其中所描述的流基本上只包含所述的颜色或聚烯烃类型，但由于分选工艺的技术限制，并不能达到100％的纯度。
31、尽管如此，本领域技术人员会意识到，使用光学分选机(即下文公开的自动分选机)进行分选，会比所谓的“粗略分选”准确得多，在“粗略分选”中，通过简单的目视检查将物品分开，并分配到与其主要颜色相对应的颜色部分。这种“粗略分选”的结果并不构成本发明所指的单色聚烯烃流。
32、本领域技术人员会意识到，ph值大于14.0和小于0.0在理论上是可能的；但是，他们也会意识到，使用传统的ph探针测定这种ph值是非常困难的。因此，在本发明中，有效ph值大于14.0的水溶液被认为具有14.0的ph值，而有效ph值小于0.0的水溶液被认为具有0.0的ph值。
33、在本发明中，“冲洗(rinse)”是指加入溶剂(通常是水)，用于去除聚烯烃表面的异物或残留液体。这可以在很短的时间内实现，即不到5分钟，通常不到1分钟，与通常需要更长时间和搅拌的“清洗(washing)”步骤相比，“冲洗”可以去除聚烯烃表面附着的异物，并有可能从聚烯烃中萃取挥发性有机化合物。
34、在本说明书和权利要求书中使用“包括”一词时，并不排除其他具有主要或次要功能的未说明的要素。就本发明而言，“由......组成”一词被认为是术语“包括......”一词的优选实施方式。如果在下文中将一个组定义为至少包括一定数量的要素，那么也可以理解为公开了这样一个组，该组优选仅由这些要素组成。
35、为指代单数名词时，如而使用不定冠词或定冠词，如“一个”、“一种”或“该”时，除非另有特别说明，则包括该名词的复数情形。
1.一种机械回收聚烯烃的方法，按给定顺序包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的机械回收聚烯烃的方法，其中步骤c)中的光学分选机通过选自摄像系统(在em光谱的可见光范围内工作)、可见光反射光谱分析、近红外光谱仪分析、中红外光谱仪分析、高速激光光谱分析、拉曼光谱分析和傅立叶变换红外(ft-ir)光谱分析的方法进行分选。
3.根据权利要求1或2所述的机械回收聚烯烃的方法，其中步骤d)的粉碎是湿法粉碎工艺，其中分选的聚烯烃回收流(c)首先与水溶液(w0)接触，提供悬浮的分选的聚烯烃回收流，然后将其粉碎。
4.根据前述权利要求中任一项所述的机械回收聚烯烃的方法，其中所述第二水洗液(w2)是碱性水洗液，优选选自氢氧化钙、氢氧化钾、氢氧化镁、氢氧化锂、碳酸氢钠、氢氧化钠及它们的混合物的碱的水溶液，优选氢氧化钠的水溶液。
5.根据权利要求4所述的机械回收聚烯烃的方法，其中碱性水溶液的ph范围为9.0至14.0，优选为12.0至14.0。
6.根据权利要求4或5所述的机械回收聚烯烃的方法，其中相对于所述碱性水溶液的总重量，碱性水溶液中碱的量为0.05至10wt％，更优选0.10至7.0wt％，最优选0.50至5.0wt％。
7.根据前述权利要求中任一项所述的机械回收聚烯烃的方法，其中如果存在水洗液(w2)，那么在步骤h)中去除的水洗液的至少一部分被回收用作第一水洗液(w1)和/或水溶液(w0)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的机械回收聚烯烃的方法，其中如果存在所述第一水洗液(w1)和/或水溶液(w0)，那么所述第一水洗液(w1)和/或水溶液(w0)具有在8.0至14.0之间的ph值，优选在12.0至14.0之间的ph值。
9.根据前述权利要求中任一项所述的机械回收聚烯烃的方法，其中所述前体混合塑料回收流(a)来自消费后废物、工业后废物或它们的组合，优选来自消费后废物。
10.根据前述权利要求中任一项所述的机械回收聚烯烃的方法，其中所述单色分选的聚烯烃回收流(c)是单色分选聚乙烯回收流或单色分选聚丙烯回收流。
11.一种机械回收聚烯烃的装置，所述装置用于执行前述权利要求中任一项所述的机械回收聚烯烃的方法。
