鋁塑復(fù)合材料的分離研究

張群安，謝英男

（南陽理工學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，河南 南陽473004）

0 前言

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展，越來越多的鋁塑制品已廣泛應(yīng)用到了人們生活各種領(lǐng)域中，僅鋁塑包裝材料我國每年需求達(dá)8000kt，鋁塑包裝材料給人們帶來了方便，同時也帶來了諸如廢料處理和回收利用等問題［1－2］。

含鋁廢塑料的回收研究剛起步，還沒有比較有效的分 離 回 收 方 法 和 工 藝。顧 幗 華［3］、張 素 風(fēng)［4］、張波［5］、張冀飛等［6］對回收鋁塑藥品包裝材料分別用酸分離法、溶劑分離法及溶塑分離法進(jìn)行回收利用，三者都能很好地把鋁塑進(jìn)行分離，而酸溶法分離流程簡單，溶劑耗量少，成本低，分離出的塑料片質(zhì)量最好；溶塑法溶劑耗量最大，成本高。王崇臣等［7］以工業(yè)純醋酸或甲酸滲透紙層和塑料層，將各層之間的物質(zhì)溶解，把它作為分層剝離劑，將聚乙烯鋁塑復(fù)合材料中的可回收利用物質(zhì)完整分離，并且分離后所得各種材料純度高、質(zhì)量好。西班牙和巴西［8－9］采用等離子技術(shù)，通過電解惰性氣體而產(chǎn)生高溫，使鋁和塑料汽化從而得到高純度的鋁錠和石蠟。徐考伸［10］將廢棄鋁塑復(fù)合材料進(jìn)行粉碎成條狀和塊狀，置于耐壓封閉容器內(nèi)，而后抽真空；加熱使塑料熱解氣化［11］；然后抽真空將熱解氣化后的塑料直接抽至塑料回收設(shè)備中；容器內(nèi)所剩即為鋁金屬材料。本文擬采用混合溶劑使塑料溶脹的方法，使溶脹的塑料樹脂與不溶脹的鋁箔分離，獲得利用價值較高的金屬鋁和塑料片，力求降低成本，簡化處理工藝。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

乙酸乙酯，分析純，天津市德恩化學(xué)試劑有限公司；

無水乙醇，分析純，天津市德恩化學(xué)試劑有限公司；

丙酮，分析純，利安隆博華醫(yī)藥化學(xué)有限公司；

乙酸丁酯，分析純，天津化學(xué)試劑有限公司；

四氫呋喃，分析純，天津市凱通化學(xué)試劑有限公司；

環(huán)氧氯丙烷，化學(xué)純，天津市化學(xué)試劑一廠；

甲苯，分析純，煙臺市雙雙化工有限公司；

1，2－二氯乙烷，分析純，天津市巨星圣源化學(xué)試劑有限公司；

鋁塑泡罩復(fù)合材料膠囊板（單硝酸異山梨酯片鋁塑包裝板），魯南貝特制藥有限公司；

鋁塑泡罩復(fù)合材料膠囊板（酒石酸美托洛爾片藥板），珠海經(jīng)濟(jì)特區(qū)生物化學(xué)制藥廠；

鋁塑泡罩復(fù)合材料膠囊板（苯磺酸氨氯地平片），東瑞制藥有限公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

攪拌器，JJ－1，常州國華電器有限公司；

數(shù)顯攪拌器，BOS－110，上海標(biāo)本模型廠；

電子天平，WT2002N，常州萬泰天平儀器有限公司；

恒溫水浴鍋，HH－S6，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

由于常溫下某些有機(jī)溶劑使鋁塑復(fù)合材料溶脹的時間太長，故采用加熱、攪拌等方式以加快溶脹速率，分別用四氫呋喃、丙酮、甲苯、1，2－二氯乙烷、乙酸乙酯、環(huán)氧氯丙烷、無水乙醇、乙酸正丁酯以及乙酸乙酯、無水乙醇和水的混合溶劑等浸泡，觀察現(xiàn)象并記錄，以分離時間作為評定標(biāo)準(zhǔn)，初步確定最佳溶脹劑；

鋁塑復(fù)合材料分離率計(jì)算公式如式（1）所示：

式中 S——鋁塑復(fù)合材料分離率

m1——分離后鋁箔和塑料的總質(zhì)量，g

m2——分離后鋁箔、塑料及未分離鋁塑片總質(zhì)量，g

鋁塑復(fù)合材料分離損失率的計(jì)算公式如式（2）所示：

式中 T——鋁塑復(fù)合材料分離損失率

m——分離前所有鋁塑復(fù)合材料的總質(zhì)量，g

鋁塑分離后鋁收率的計(jì)算公式如式（3）所示：

式中 Y——鋁收率

m3——分離后，鋁箔經(jīng)清洗干燥后的質(zhì)量，g

2 結(jié)果與討論

2.1 分離后的樣品

實(shí)驗(yàn)樣品和分離后樣品的照片如圖1 所示，由于實(shí)驗(yàn)在燒杯內(nèi)進(jìn)行，燒杯的體積有限，實(shí)驗(yàn)前先將樣品剪成一個泡罩大小，而后進(jìn)行分離實(shí)驗(yàn)。

圖1 實(shí)驗(yàn)樣品和分離后樣品Fig.1 Experimental samples and samples after separation

2.2 分離劑的影響

本實(shí)驗(yàn)設(shè)定溫度為60 ℃，攪拌速度為350r／min，分離劑體積為100mL，得出各分離劑對鋁塑材料的分離率、損失率、鋁收率以及分離時間，結(jié)果如表1所示。

表1 各種分離劑的分離結(jié)果對比Tab.1 Comparison of the separation results of various separating agents

根據(jù)表1所示，通過對鋁塑分離率、損失率、鋁收率以及分離時間的綜合考慮，使用甲苯、無水乙醇和水的混合液分離鋁塑復(fù)合材料較適宜。

2.3 攪拌速度的影響

將3g膠囊片與分離劑（甲苯、無水乙醇、水按體積比為30∶20∶50配制的混合液）按液固比100mL∶3g混配，溫度為60 ℃。在不同攪拌速度下，測試鋁塑片的分離效率，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，攪拌速度對鋁塑分離率，損失率以及鋁收率沒有太大影響，但對分離時間卻有較大影響，隨著攪拌速度的增加，分離時間逐漸縮短，但當(dāng)攪拌速度過大時，會導(dǎo)致液體飛濺，不利于鋁塑材料與分離液的接觸，導(dǎo)致分離時間延長。因此在保證反應(yīng)時間較短、損失率較低的條件下，最佳攪拌速度選擇為450r／min。

表2 攪拌速度對鋁塑分離的影響Tab.2 Effect of stirring speed on the aluminum－plastic separation

2.4 溫度對鋁塑分離效果的影響

將3g膠囊片與分離劑（甲苯、無水乙醇、水按體積比 為30∶20∶50配制的混合液）按液固比100mL∶3g混配，攪拌速度為450r／min。在不同溫度下，測試鋁塑片的分離效率，結(jié)果如表3所示。

由表3 可以看出，分離劑溫度小于50 ℃時，鋁塑分離時間過長；隨著溫度升高到50 ℃，分離時間大幅縮短；溫度繼續(xù)升高至60℃，鋁塑分離時間為13min，此后溫度再升高，分離時間無明顯變化。最高溫度為70 ℃即分離劑沸點(diǎn)。溫度越高，損失率越高，因此在保證反應(yīng)時間較短、損失率較低的條件下，最佳分離溫度選擇為60 ℃。

表3 溫度對鋁塑分離效果的影響Tab.3 Effect of temperature on the aluminum－plastic separation

2.5 正交試驗(yàn)法

鋁塑分離實(shí)驗(yàn)的影響因素涉及分離劑溫度，攪拌速度以及分離劑各組分體積比，因此，運(yùn)用正交試驗(yàn)法可以簡單、有效、快速得出最佳分離結(jié)果下的分離劑溫度、攪拌速度以及分離劑各組分體積比的參數(shù)，結(jié)果如表4所示。由表4看出，鋁塑分離率均為100%，6#實(shí)驗(yàn)的分離時間最短，損失率適中，為最佳實(shí)驗(yàn)組。此時，溫度為60 ℃，攪拌速度為450r／min，V甲苯∶V無水乙醇∶V水＝30∶20∶50。本實(shí)驗(yàn)考察分離劑溫度、攪拌速度以及分離劑各組分體積比對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合影響，由單因素實(shí)驗(yàn)得知：最佳試驗(yàn)溫度為60 ℃，最佳攪拌速度為450r／min。又因?yàn)闊o水乙醇極性弱，無水乙醇比例最少時，分離效果最佳。綜合以上因素也可得知：6#實(shí)驗(yàn)分離時間最短，損失率適中，為最佳實(shí)驗(yàn)組。

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析Tab.4 Analysis of orthogonal test results

3 結(jié)論

（1）甲苯－無水乙醇－水混合液是鋁塑復(fù)合包裝材料中鋁塑分離效果較好的分離劑，短時間內(nèi)即可達(dá)到完全分離，最佳的反應(yīng)溫度為60 ℃，攪拌速度為450r／min，V甲苯∶V無水乙醇∶V水＝30∶20∶50；

（2）攪拌速度對鋁塑分離率、損失率以及鋁收率的影響不大，但對分離時間卻有較大影響，隨著攪拌速度的增加，分離時間逐漸縮短，但當(dāng)攪拌速度過大時，會導(dǎo)致液體飛濺，不利于鋁塑材料與分離液的接觸，導(dǎo)致分離時間延長；

（3）溫度對鋁塑分離時間以及損失率有很大影響，隨著溫度的升高，分離時間顯著縮短，損失率增大，因此在保證反應(yīng)時間較短、損失率較低的條件下，最佳分離溫度選擇為60 ℃。

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