一种使用胺对塑料材料脱墨和/或分层的方法

本发明涉及一种使塑料材料，例如塑料废料，脱墨和/或分层的方法。本发明还涉及一种使塑料材料脱墨和/或分层的装置。

背景技术：

1、如今，塑料包装被大量使用。由于塑料包装具有优异的功能性能，包括氧气、水分和光阻隔特性、可印刷性和食品合规性等，对塑料包装的需求持续大幅增长。然而，塑料包装的回收率仍然很低。

2、塑料包装上通常印有大量油墨，例如用于提供所包装物品的有关信息，或以营销目的，增加对消费者的吸引力。尽管油墨被认为是塑料包装的必要组分，但它们却是塑料回收中的一个重要污染源。由于所有印刷的塑料膜通常都是一起收集和加工的，因此得到的回收品质量低劣，呈褐色、灰色或黑色，使回收产品仅适用于降级使用。与原始材料相比，油墨的存在还会导致回收膜硬度较低、强度较低且密度较高。此外，在加工或再加工过程中，残留的油墨会分解并产生气体，导致腐臭气味的形成，并且还会降低原材料的物理特性。因此，塑料脱墨可以解决各种问题，并且提高塑料废料的质量、应用潜力和价格。

3、塑料材料上的油墨结构化学性质复杂，并且包含树脂(15-50％)、溶剂(高达65％)、着色剂(5-30％)和添加剂(高达10％)。油墨的组成可能差别很大，并且取决于例如印刷工艺和基体。对于大多数基体，使用其中树脂溶解在合适溶剂中的溶剂基油墨，因为这种油墨允许充分的润湿和附着力。水基油墨一般用于可促进吸收机制的基体，例如纸张和纸板。除了溶剂基油墨和水基油墨是通过液体介质的蒸发来干燥油墨外，uv基油墨是通过紫外线辐射来干燥的，该方法可以使油墨立即形成三维交联膜。uv基油墨需要活性树脂，如丙烯酸酯，它可以与紫外线辐射产生的自由基发生反应。

4、塑料包装通常是不同聚合物层的层压结构，以提高其物理化学特性。每种聚合物的功能组合为塑料膜提供了优异的性能，例如延长保质期，高机械强度，良好的密封性。例如，聚对苯二甲酸乙二酯(pet)的密封特性较差，因此它通常与聚烯烃层一起层压。同样，使用铝层可以防止紫外线照射，从而更长时间地保存产品的营养价值。

5、虽然不同聚合物层的组合扩展了塑料包装的功能和应用领域，但也使多层包装的回收变得更加复杂。例如，在机械回收过程中，由于聚合物混合物(例如聚乙烯(pe)和聚对苯二甲酸乙二酯(pet))的物理化学特性不同，可能会出现不兼容的问题。同样，在热化学回收过程中，聚对苯二甲酸乙二酯(pet)、聚酰胺(pa)、聚碳酸酯(pc)等非均相聚合物也会污染聚烯烃塑料废料。因此，迄今为止，多层塑料膜碎片的处理方式仍主要以焚烧或填埋为主。在这种情况下，分层成为多层包装材料的解决方案。通过分离层压结构的不同层，可以获得聚合物组成更加纯净的废料流，并从而提高回收率。

6、虽然对脱墨和/或分层工艺的需求量很大，但到目前为止，有效的脱墨工艺的工业应用还很有限。

7、本领域已公开包含表面活性剂的水基液体溶液可对塑料进行脱墨(ep2832459和ep1419829)。虽然从安全角度考虑，水基液体溶液易于处理，但使用此类溶液进行处理通常无法对目前市场上所有类型的油墨和/或所有类型的塑料膜进行脱墨。如果油墨位于单层或多层结构的顶部，这些处理通常能很好地处理具有定义明确的组成的消费后废料流和工业膜废料流。然而，消费后的废料流通常包括单层和多层膜的混合物。对于一些塑料废料，油墨在两层之间。特别是用于直接接触食品的塑料膜，为了防止油墨浸出，油墨通常会被一层或多层覆盖。

8、de19651571描述了一种使用乙酸乙酯作为萃取剂回收塑料材料的方法。这种方法只适用于在单层或多层结构上有油墨的塑料材料。这就意味着，这种方法不适用于真正的(消费后)废料流的脱墨，这些(消费后)废料流包含具有由一层或多层聚合物层保护的油墨层的塑料材料。对于食品接触包装材料，油墨层通常由一层或多层聚合物层保护，以防止任何浸出。此外，这种使用乙酸乙酯作为萃取剂的方法并不适用于所有类型的油墨脱墨，例如，由于交联而不能溶解的油墨。特别是使用乙酸乙酯的方法无法使uv基油墨脱墨，即使油墨位于单层或多层结构之上。uv基油墨具有例如耐光性、抗晕染性、光泽度和/或锐利收缩性等诸多优点，因此常用于包装材料中。

9、wo2021/198437描述了一种使用氧化性无机酸对塑料材料脱墨的方法。由于这种方法使用的是具有侵蚀性的介质，因此可以有效地对不同类型的塑料材料进行脱墨处理，但在工业应用中仍需要许多预防措施。

10、对于单层或多层塑料材料(例如单层或多层塑料废料)的脱墨仍然具有挑战性，需要改进脱墨方法。此外，还需要提供一种方法，允许分层和脱墨在一个步骤中。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种使塑料材料，例如塑料废料，脱墨和/或分层的方法，以避免现有技术中的一个或多个缺陷。

2、本发明的目的是提供一种使塑料材料，例如塑料废料脱墨的方法，以避免现有技术中的一个或多个缺陷。

3、本发明的目的是提供一种使塑料材料，例如塑料废料，分层的方法，以避免现有技术中的一个或多个缺陷。

4、本发明的另一个目的是提供一种使塑料材料，例如塑料废料脱墨和分层的方法，以避免现有技术中的一个或多个缺陷。

5、本发明的另一个目的是提供一种在单个步骤中使塑料材料脱墨和分层的方法。

6、本发明的另一个目的是提供一种方法，该方法允许对具有不同类型的油墨和/或包括不同类型多层塑料膜的各种塑料材料、外表面具有油墨的塑料材料以及具有被一层或多层(例如一层或多层聚合物层)覆盖的油墨的塑料材料进行脱墨和/或分层和脱墨。

7、本发明的另一个目的是提供一种使塑料材料脱墨或分层和脱墨的方法，该方法不引起聚合物材料的主要塑料组分的溶解或降解。

8、本发明的另一个目的是提供一种使塑料材料脱墨或分层和脱墨的方法，该方法有效地去除膜产生的腐败气味。

9、本发明的另一个目的是提供一种方法，该方法允许从塑料材料上，从单层或多层塑料材料上去除任何类型的油墨，如溶剂基油墨、水基油墨和uv基油墨。

10、本发明的另一个目的是提供一种经济可行的使塑料材料脱墨或使塑料材料、特别是塑料废料分层和脱墨方法。

11、本发明的另一个目的是提供一种使塑料材料，特别是塑料废料脱墨或分层和脱墨的装置。

12、根据本发明的第一方面，提供了一种使塑料材料，例如塑料废料，脱墨和/或分层的方法。该方法包括以下步骤：

13、-提供塑料材料，该塑料材料包括或提供有油墨；

14、-将塑料材料与如本文所定义的至少一种胺接触，其中至少一种胺包括被一、二或三个烃基取代基取代的氮原子。在氮原子被两个或三个烃基取代基取代的情况下，这些烃基取代基可以相互独立地选择。氮原子上的至少一个且优选全部烃基取代基包括一个非环烷基或一个环烷基。氮原子的所有烃基取代基中的碳原子总数至少为5个。

15、在某些实施方案中，本发明涉及一种使塑料材料脱墨或分层的方法，该方法包括以下步骤：

16、-提供塑料材料，任选地包括或提供有油墨；

17、-将塑料材料与包含至少一种胺的组合物接触，

18、其中至少一种胺包括被一、二或三个烃基取代基取代的氮原子，其中至少一个烃基取代基包含非环烷基或环烷基，在氮原子被两个或三个烃基取代基取代的情况下，该烃基取代基相互独立地选择。并且至少一种胺的氮原子上的所有烃基取代基的碳原子总数为至少5，并且优选至多12，且其中所述组合物包含小于0.010重量％的内酰胺，其中，重量％基于组合物的总重量表示。

19、根据本发明的方法还可以包括以下步骤：

20、-将由此获得的塑料材料与至少一种胺或与包含所述至少一种胺的所述组合物分离。

21、在本发明的某些实施方案中，提供了一种使塑料材料脱墨的方法，该方法包括以下步骤：

22、-提供塑料材料，该塑料材料包括或提供有油墨；

23、-任选地，减小塑料材料的尺寸，以获得筛孔直径为0.01cm到20cm之间的塑料材料；

24、-将塑料材料与如本文所定义的至少一种胺或与包含如本文所定义的至少一种胺的如本文所定义的组合物接触，并且

25、-任选地，将由此获得的塑料材料与至少一种胺或包含所述至少一种胺的所述组合物分离。

26、在本发明的某些实施方案中，提供了一种使塑料材料分层的方法，该方法包括以下步骤：

27、-提供塑料材料，任选地包括或提供有油墨；

28、-任选地，减小塑料材料的尺寸，以获得筛孔直径为0.01cm到20cm之间的塑料材料；

29、-将塑料材料与如本文所定义的至少一种胺或与包含如本文所定义的至少一种胺的如本文所定义的组合物接触，并且

30、-任选地，将由此获得的塑料材料与至少一种胺或包含所述至少一种胺的所述组合物分离。

31、在本发明的某些实施方案中，提供了一种使塑料材料脱墨和分层的方法，优选在单个步骤中进行，该方法包括以下步骤：

32、-提供塑料材料，该塑料材料包括或提供有油墨；

33、-任选地，减小塑料材料的尺寸，以获得筛孔直径在为0.01cm和20cm之间的塑料材料；

34、-将塑料材料与如本文所定义的至少一种胺或与包含如本文所定义的至少一种胺的如本文所定义的组合物接触，并且

35、-任选地，将由此获得的塑料材料与至少一种胺或包含所述至少一种胺的所述组合物分离。

36、通过使塑料材料与如上所述的至少一种胺或如本文所定义的包含所述至少一种胺的组合物接触，以使塑料材料(i)脱墨，(ii)分层，或(iii)脱墨和分层。在根据本发明的优选方法中，塑料材料优选在单个步骤中脱墨和分层。

37、虽然申请人不想受任何理论的约束，但在有如上所述的胺的存在的情况下，油墨似乎非常容易溶解和/或氨解。通过将塑料材料与这样的胺接触，油墨结构的聚合物树脂会发生溶解和/或选择性氨解，而聚合物层的其他成分或聚合物层可以在不发生任何溶解和/或降解的情况下回收。

38、此外，将多层结构与根据本发明的胺接触以允许多层结构的聚合物层膨胀。由于胺可以在聚合物层中扩散，因此可以到达多层结构的内层。因此，将多层结构与根据本发明的胺接触，以允许多层结构分层。

39、实验结果证实，根据本发明的方法导致不同类型的油墨或不同类型的油墨的组合的塑料材料脱墨。实验结果还证实，根据本发明的方法导致不同类型的塑料材料或塑料材料的组合，例如塑料材料的多层结构脱墨和/或分层。此外，实验结果证实，根据本发明的方法导致包括不同类型的油墨或不同类型的油墨的组合的塑料材料，以及包括不同类型的塑料材料或塑料材料的组合(如塑料材料的多层结构)的塑料材料脱墨和分层。

40、根据本发明的方法，允许对溶剂基油墨的塑料材料进行脱墨，例如包含硝化纤维素基树脂、聚氨酯基树脂、聚氯乙烯基树脂、乙基纤维素基树脂、乙酸丙酸纤维素基树脂、乙酸丁酸纤维素基树脂、聚乙烯醇缩丁醛基树脂、聚丙烯酸酯基树脂、聚酰胺基树脂及其组合的油墨。

41、根据本发明的方法，还允许对包含或提供有水基油墨的塑料材料进行脱墨，该水基油墨为例如包含丙烯酸酯基树脂、马来酸基树脂或其组合的油墨。

42、根据本发明的方法，还允许对包含或提供有胶印油墨的塑料材料进行脱墨，该胶印油墨为例如改性松香树脂，特别是酚醛改性松香树脂、醇酸树脂及其组合。

43、根据本发明的方法，还允许对包含或提供有紫外线固化(uv)和/或电子束固化(eb)树脂，例如丙烯酸酯类树脂，例如环氧丙烯酸酯类树脂，的塑料材料进行脱墨。

44、根据本发明的方法一个重要优点是，它允许对不同类型的油墨的塑料材料进行脱墨，该油墨为例如溶剂型油墨、水基油墨、胶印油墨、uv和/或eb固化油墨以及它们的任意组合。

45、此外，实验结果证实，根据本发明的方法导致不同类型的塑料材料，例如塑料废料，脱墨和分层，该塑料材料包括单层或多层聚合物结构，包括不同类型的多层聚合物结构，其外表面有油墨，以及油墨被一层或多层，例如一层或多层聚合物层，覆盖。

46、在塑料材料与本文所述的胺或包含所述胺的组合物接触时或接触后，对塑料材料施加剪切力，可进一步改善脱墨和/或分层效果。剪切力可以通过本领域已知的任何方法施加，例如搅拌、混合或搅动。可以考虑本领域已知的任何类型的搅拌、混合或搅动。为了本发明的目的，“搅拌”、“混合”和“搅动”可以互换使用。

47、搅拌的实例包括在连续搅拌釜式反应器(cstr)中使用旋转搅拌器进行搅拌，搅拌器的转速为例如至少100rpm(每分钟转数)、至少250rpm、至少300rpm或至少500rpm。可替代地或附加地，也可以考虑引起剪切的其他方法。

48、在本发明的优选实施方案中，优选在与胺或如本文所述的包含所述胺的组合物接触之前，减小塑料材料的尺寸。尺寸的减小可以通过本领域已知的任何技术实现，例如研磨、切碎、磨碎和/或粉碎。优选减小塑料材料的尺寸以获得筛孔直径在0.01cm和20.00cm之间，例如在0.01cm和10.00cm之间，或在0.10cm和4.00cm之间，或在0.50cm和4.00cm之间的塑料材料。上述范围有利于提高脱墨和/或分层工艺的效率。术语“筛孔直径”是指颗粒通过的筛孔的尺寸(方形孔径的宽度)。

49、根据本发明的脱墨和/或分层方法可包括连续或非连续(分批)工艺。在连续工艺中，可连续地引入塑料材料、至少一种胺或塑料材料和至少一种胺。在优选方法中，至少一种胺被重新引入，与塑料材料接触。例如，在分离步骤中从塑料材料中分离后重新引入至少一种胺，以便在接触步骤中通过循环系统与塑料材料接触。