气泡辅助快速剥离铝塑复合材料的方法

摘要

本发明公开了一种气泡辅助快速剥离铝塑复合材料的方法，包括：将铝塑复合材料粉碎成碎片，置于分离剂中，每升分离剂中以50ml/min～500ml/min的流速通入气体，升温至80～90℃，保温10～40min使铝和塑料完全分离，再经过滤、浮选分离、干燥分别得到铝和塑料；所述气体相对于所述分离剂成惰性；所述分离剂由如下重量百分比的组分组成：有机羧酸10％～99.9％，表面活性剂0.1％～1％，余量为水。该方法不需要特殊的设备，操作简单，所需成本低，利于工业化生产，可实现铝和塑料的分别回收，不仅提高了铝塑复合材料的回收利用价值，而且减少了废弃物对环境的污染。

权利要求

1.一种气泡辅助快速剥离铝塑复合材料的方法，包括：将铝塑复合材料粉碎成碎片，置于分离剂中，每升分离剂中以50ml/min～500ml/min的流速通入气体，升温至80～

90℃，保温10～40min使铝和塑料完全分离，再经过滤、浮选分离、干燥分别得到铝和塑料；

所述气体相对于所述分离剂成惰性；

所述分离剂由如下重量百分比的组分组成：有机羧酸10％～99.9％，表面活性剂

0.1％～1％，余量为水；

所述有机羧酸为具有结构通式RCOOH的化合物或甲酸，式中R为C1～C10的烷基、C3～C10的环烷基或C6～C10的芳香基；

所述分离剂与铝塑复合材料的重量比为2∶1～6∶1。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述气体为空气、氮气、二氧化碳、氧气或氢气。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述具有结构通式RCOOH的化合物为乙酸。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述表面活性剂为阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的一种或几种。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述阴离子表面活性剂为脂肪酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐或磷酸酯盐。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述非离子表面活性剂为聚氧乙烯醚、多元醇或烷基醇酰胺。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述气体流速为100ml/min～400ml/min。

说明书

气泡辅助快速剥离铝塑复合材料的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及铝塑复合材料的分离方法，具体涉及利用化学方法和气泡辅助的共同作用来快速破坏铝塑复合材料中铝箔和塑料间的作用力，实现铝箔和塑料自动剥离的方法，属于环保领域。

背景技术

[0002] 铝塑复合包装材料是铝箔和塑料通过热压合或粘合而成的具有多层结构的复合材料。该复合材料既利用了铝箔质地柔软，延展性好，便于加工，阻隔性好，轻便美观等特点，也利用了塑料易加工，耐酸碱腐蚀，强度好的特点。铝塑复合包装材料具有阻光、恒温、无毒安全和成本低廉的特点，尤其适合制成复合软包装及包装衬里，广泛应用于食品、医药、化学品及日用品等商品的包装。铝塑复合包装材料主要包括：铝塑复合纸、铝塑复合罐材、铝塑复合软膜、铝塑复合软管包装材料及铝塑复合泡罩包装材料等，比如利乐包装系列、牙膏管包装等，都是典型的铝塑复合包装材料。

[0003] 从铝箔的消费数据可以了解铝塑复合包装材料的使用情况。据欧洲铝箔工业协会统计，欧洲70％以上的铝箔应用于各类包装制品，在美国这一比率高达75％，在日本包装用铝箔消费占70％。而中国已成为仅次于美国和日本的第三包装大国，随着我国包装工业的快速发展，铝箔在包装领域的应用也实现了迅速的增加。目前我国包装用铝箔消费量约为11万吨/年，其中卷烟包装用铝箔约3.8万吨，食品包装用铝箔约2万吨，奶制品包装用铝箔约9000吨，日化品包装用铝箔约5000吨，其它包装用铝箔约1万吨。我国铝箔在包装业的应用比率与发达国家比还有很大的差距，如欧美日等发达国家有90％以上的牙膏采用铝塑复合软管包装，而目前我国采用此包装的比率还不足5％，因此，我国的铝箔消费还有很大的潜力，这也为铝箔包装在中国市场的快速发展提供了机会，目前是全球发展最快的市场，据统计，到“十一五”末期，我国包装用铝箔年需求量将达到25万吨左右，将是目前包装用铝箔消费量的1.3倍。在所有的铝塑复合包装材料中，铝箔只占铝塑复合材料重量的20％，照此计算，目前约为55万吨，到“十一五”期末，将达到125万吨。可见，铝塑复合包装材料应用广泛、使用量很大。

[0004] 铝塑复合包装材料的快速发展，也带来了巨大的环保问题，即会产生数量庞大的废弃物，如果处理不当，会给环境保护带来巨大的压力。因为铝箔和塑料的不相容，废弃的铝塑复合包装材料混在一起没有任何回收利用价值，必须把铝箔和塑料分离开来得到铝箔和塑料，这样才具有较高的回收价值，尤其是铝箔，它的价格高、货源少，如果能有效回收利用，必定会带来可观的经济效益，同时也消除了复合材料废弃物因为不能回收利用而对环境的污染。因此，铝塑复合包装材料的回收再利用，具有十分重要的经济效益和社会效益，这也成为研究的热点。

[0005] 在国际上，已有研究机构进行了铝塑复合材料的回收处理，开发了相关的技术及处理工艺。Muther(Muther C.，Separation of laminates usingResult technology，Proc.rdSPE 3 Ann.Recycling Conf.，Chicago，IL，1996：37)设计了一种处理工艺，针对用机械法在干燥的工艺中将复合材料制成薄片，对层压产品进行简单研磨只能得到平常的混合物产品，很难从复合材料中分离出单组分的铝薄和塑料的问题，提出用高速旋转层压产品可得到稳定单相组成的分布，其原理是铝塑复合材料在加速和专门设计的机器里发生涡流时的行为不同而得以分离，根据该原理，奥地利的ResultTechnology AG公司设计了相应的商用处理系统。对于这种系统，需要高速加速器来产生很强的涡流和很高的加速度，对设备要求很高，分离成本也高，但对于有粘结层的复合材料，分离程度不高。美国铝公司(Alcoa)的巴西分公司Alcoa Aluminio S A与Tetra pak公司、Klabin公司和TSLEngenharia Ambiental公司合作(Alcoa，Tetra Pak，Klabin and TSLEngenharia Ambiental，Chemical Engineering Progress，2005，101(7)：13)，开发了一套铝塑回收系统，利用电能在15000℃产生一股等离子体射流，使铝和塑料的混合物加热，塑料被深度回收成低分子物质转化为石蜡，铝则以高纯铝锭的形式回收，该技术需要产生高温等离子体，对设备要求高，投资运行成本很高，同时把塑料转化成石蜡，实际上是降低了回收价值。

[0006] 相比于国外的研究，国内的研究更多，有大量的专利和技术文献存在，这可能与中国大量利用回收塑料有关，也与存在巨大的废旧物资拆解企业和从事相关产业生产和研究的人员有关。总结起来，国内在分离铝塑复合材料方面主要有两种方法：即物理方法和化学方法。

[0007] 物理方法包括两种方法，一是物理静电方法，把铝塑复合材料粉碎，再经过磨粉机械研磨，在摩擦力的作用下把铝和塑料分开，再将磨好后的材料经静电分选机多次分选分离开塑料和铝，这种方法一般只能分离铝塑复合管材，缺点是要求把复合材料粉碎得很细，耗费大量电能，并不经济，其次分离效果也不佳，通过电场的方法分离开塑料和铝的前提是铝和塑料不能粘连在一起，而对于铝塑复合包装材料而言，这种方法是失效的；二是采用有机溶剂浸泡的方法，如公开号为CN1066413A和CN1718408A的中国专利申请中分别提到使用有机溶剂来分离铝塑膜，然后离心分离，这种分离方法由于使用高浓度的有机溶剂，而塑料层对溶剂的吸附量很大，即便通过离心甩干机，仍有将近30％的吸附量，因此分离成本过高，且只有纯溶剂，分离速率很慢，而且也不是任何有机溶剂都有效，还必须是合适的溶剂，而寻找合适的有机溶剂也并不容易，为了提高效率，公开号为CN1559704A中国专利申请在使用有机溶剂的同时，可以添加一定的表面活性剂，但专利中并未指明用何种表面活性剂，该方法使用大量高浓度的有机溶剂，会带来环境污染的问题。

[0008] 化学方法是通过一定的化学溶剂，在渗透和反应的基础上实现铝和塑料的分离，这是研究得最多的方法。这里面主要有：一是如公开号为CN1337280A中国专利申请中所描述，利用金属铝和氧化铝均可溶解于酸或碱的原理，使用酸溶或碱溶的方法把材料中的铝溶解，从而回收塑料，然后再将含铝废液制成聚合氯化铝或硫酸铝，该方法将不能得到铝箔，降低了回收的价值，已很少使用该方法进行铝塑复合材料的分离；二是利用酸性物质渗透入塑料层，先使得塑料与铝间的界面(氧化铝)溶解，再加入一定的氧化剂，保护铝，从而可以得到一部分的铝箔和塑料，在该方法中有选用强酸性物质，如公开号为CN1401443A中国专利申请中选用硝酸，在公开号为CN101054446A中国专利申请中选用了硫酸或磷酸等，在文献含铝废塑料的铝塑分离研究(顾帼华，张波，矿冶工程，27(5)：47-50，2007)中选用了盐酸，在这些选用强酸的方法中，由于酸性太强，铝箔会与酸反应掉而使得铝的回收率变得很低，也会降低回收的经济性。在公开号为CN1903965A中国专利申请中提出选用酸性略低的乙酸水溶液来作为分离剂，该法在低浓度乙酸水溶液下分离速度很慢，分离效率低，而选用高浓度的乙酸溶液则分离成本高。

[0009] 综观前述已有的分离方法，存在分离成功率低、分离成本高、铝箔回收率低以及分离速度慢的缺点。此外，大多的分离方法都忽略了一个问题，即铝箔和塑料层间的粘合力被破坏后，实际上并没有剥离开来，而是叠合在一起，它们中间由于存在分离剂，因此仍有一定的作用力，放入水中进行浮选分离时铝箔和塑料仍然在一起，实际上并没有完成铝箔和塑料间的剥离。因此，对于铝塑分离，仍需要研究新型的高效快速低成本的分离方法，使铝箔和塑料层不能叠合在一起，实现自动剥离。

发明内容

[0010] 本发明提供了一种气泡辅助快速剥离铝塑复合材料的方法，在用化学分离剂浸泡铝塑复合材料的同时，通入一定流量的气体，使气体渗入铝和塑料间，并在层间成泡、冒泡，从而加速铝和塑料的分离，实现铝箔和塑料的自动剥离。该方法操作方便，成本低，实现了铝和塑料的分别回收，且回收率高。

[0011] 一种气泡辅助快速剥离铝塑复合材料的方法，包括：将铝塑复合材料粉碎成碎片，置于分离剂中，每升分离剂中以50ml/min～500ml/min(优选100ml/min～400ml/min)的流速通入气体，升温至80～90℃，保温10～40min使铝和塑料完全分离，再经过滤、浮选分离、干燥分别得到铝和塑料；所述气体相对于所述分离剂成惰性。

[0012] 所述的分离剂由如下重量百分比的组分组成：有机羧酸10％～99.9％，表面活性剂0.1％～1％，余量为水。

[0013] 其中有机羧酸为具有结构通式RCOOH的化合物，式中R为C1～C10的烷基、C3～C10的环烷基或C6～C10的芳香基，优选C1～C10的直链烷基，更优选C1～C4的直链烷基，如甲酸、乙酸等，其中以乙酸(即醋酸)效果最好。

[0014] 由于常规的有机溶剂，如卤代烃、烷烃、芳烃等，虽然能渗透通过塑料层，但其只能对塑料层产生物理溶涨作用，对铝箔却没有任何作用，因此只能依靠有机溶剂对塑料的物理溶涨作用来破坏塑料和铝箔间的相互作用力，这种破坏的效率较低，分离的成功率低，而且速度慢，并不能作为有效的分离剂组分。因此，应该考虑既能渗透通过塑料层，又能对铝箔产生作用的分离剂组分。

[0015] 经过分析发现，铝是一种活泼金属，容易受到酸的腐蚀，因此酸性物质能对其产生作用，铝箔的表面是一层薄层的氧化铝，也容易受到酸的腐蚀。但在选择酸性物质时，如果酸性过强，则容易消耗掉大量的铝，使铝的回收率降低，同时也会消耗大量的酸性物质，降低分离剂的使用效率。因此本发明选择具有合适酸性的有机羧酸，同时还需要考虑该物质在塑料层中的渗透，渗透速度的大小与分子大小有关，即R基团的大小，R基团越大，渗透速度越慢，因此兼顾渗透速度和酸性大小，为了达到好的分离效果，一般选用C1～C10的烷基羧酸、C3～C10的环烷基羧酸或C6～C10的芳香基羧酸等，优选C1～C10的直链烷基羧酸，更优选C1～C4的直链烷基羧酸。这些物质均可以很好地渗透通过塑料层，对塑料层产生溶涨作用，同时又可以提供一定的酸性，腐蚀铝表面的氧化铝，在物理溶涨和化学腐蚀的共同作用下，快速破坏铝箔和塑料间的粘合力。

[0016] 所述表面活性剂选用阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的一种或几种，其中阴离子表面活性剂可选用常用的脂肪酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐或磷酸酯盐等，从降低表面张力以及提高有机羧酸在塑料层中的渗透速度来看，优选月桂醇硫酸酯盐；非离子表面活性剂可选用常用的聚氧乙烯醚、多元醇或烷基醇酰胺等，从降低表面张力以及提高有机羧酸在塑料层中的渗透速度来看，优选烷基酚聚氧乙烯醚。

[0017] 表面活性剂可以降低有机羧酸在渗透过程中与塑料间产生的表面作用力，提高有机羧酸在塑料层中的渗透速率，常规的阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂均可以达到此种效果。

[0018] 水的作用是稀释分离剂中有机羧酸和表面活性剂的浓度，保持分离剂中一定的酸性和表面活性剂浓度。

[0019] 为了达到好的分离效果，分离剂与铝塑复合材料的重量比优选2∶1～6∶1。

[0020] 本发明方法中，将铝塑复合材料浸泡在分离剂中形成分离体系，在分离剂作用的同时通入与分离剂成惰性(即不相溶且不发生化学反应)的气体，该气体会以气泡的形式存在分离体系中，并以鼓泡的方式离开分离体系。由于铝箔和塑料层间的粘合力已被分离剂的化学作用所破坏，因此在通入气体时，气体会渗入到叠合在一起的、仅仅存在弱相互作用力的铝箔和塑料层间，在成泡和冒泡的过程中，由于气体体积的膨胀，会产生一定的压力，这个压力可以克服铝箔和塑料层间的弱相互作用力，即可实现铝箔和塑料层间的自动剥离。

[0021] 为了使得气体体积发生足够的膨胀，即能产生足够的压力来克服铝箔和塑料层间的弱相互作用力，本发明对所通入的气体流速有一定的要求，每升分离剂中通入的气体流速为50ml/min～500ml/min，优选为100ml/min～400ml/min。

[0022] 如果气体流速过低，在铝塑复合材料层间渗透力不足，形成的气泡较小，那么气体体积膨胀较小，所产生的压力就不足以克服层间弱相互作用力，不能达到铝箔和塑料层自动剥离的效果；气体流速过大，则会引起分离体系内物料的剧烈震荡，使气体渗入层间的机会减小，降低分离效率，同时也会夹带大量的分离剂组分，降低分离剂的使用效率，增加分离成本。

[0023] 所通入的气体相对于分离剂必需成惰性(即不相溶且不发生化学反应)。对于本发明所用的含有有机羧酸的分离剂，不能使用氨气，因为氨气会与有机羧酸反应而使分离体系中没有气泡形成，并会消耗一部分有机羧酸而使分离剂中有机羧酸的浓度降低，影响铝和塑料分离的效果。本发明根据所用分离剂的理化性质来选择合适的气体，一般可选用空气、氮气、二氧化碳、氧气或氢气，优选空气、氮气或二氧化碳。

[0024] 为了更好地实现铝箔和塑料的自动剥离，铝塑复合材料碎片可选用能通过直径为1～80mm的粉碎机筛孔的碎片，优选能通过直径为5～50mm的粉碎机筛孔的碎片，更优选通能过直径为10～30mm的粉碎机筛孔的碎片。

[0025] 所述过滤、浮选分离、干燥过程中，过滤所得滤液为消耗后剩余的分离剂，可重复使用；浮选分离是利用铝和塑料密度的差异来浮选分离铝和塑料。

[0026] 本发明具有如下优点：

[0027] 本发明方法操作方便，成本低，不需要特殊的设备，利于工业化生产。同时，该方法可以实现铝塑复合材料中铝箔和塑料的快速自动剥离，从而实现铝箔和塑料的分别回收，不仅提高了铝塑复合材料的回收利用价值，而且减少了废弃物对环境的污染。

[0028] 与通过快速升温降温产生温度内应力达到自动剥离的方法相比，气泡辅助法操作更简单，分离速度更快，能耗更低，分离成本也更低。

具体实施方式

[0029] 实施例1

[0030] 在1000ml的带夹套玻璃釜中，加入500ml含有质量百分比浓度0.1％的月桂醇硫酸酯钠、质量百分比浓度15％的醋酸水溶液，再加入100g能通过直径为10～15mm的粉碎机筛孔的铝塑复合材料碎片，夹套釜中通入热介质，升高温度，同时以200ml/min的流速通入空气，形成气泡，温度至80℃，保持25min，铝和塑料达到完全分离，经过滤得到铝碎片和塑料碎片的混合物，再置于水池中浮选分离铝和塑料(塑料浮于水面上，而铝沉于池底)，分别干燥铝和塑料，称量得到19.9g铝箔，79.9g塑料。

[0031] 实施例2

[0032] 在1000ml的带夹套玻璃釜中，加入500ml含有质量百分比浓度0.5％的十二烷基酚聚氧乙烯醚、质量百分比浓度20％的醋酸水溶液，再加入100g能通过直径为10～15mm的粉碎机筛孔的铝塑复合材料碎片，夹套釜中通入热介质，升高温度，同时以200ml/min的流速通入氮气，形成气泡，温度至90℃，保持20min，铝和塑料达到完全分离，经过滤得到铝碎片和塑料碎片的混合物，再置于水池中浮选分离铝和塑料(塑料浮于水面上，而铝沉于池底)，分别干燥铝和塑料，称量得到19.9g铝箔，79.9g塑料。

[0033] 实施例3

[0034] 在1000ml的带夹套玻璃釜中，加入500ml含有质量百分比浓度1％的月桂醇硫酸酯钠、质量百分比浓度50％的醋酸水溶液，再加入100g能通过直径为10～15mm的粉碎机筛孔的铝塑复合材料碎片，夹套釜中通入热介质，升高温度，同时以200ml/min的流速通入二氧化碳气体，形成气泡，温度至80℃，保持15min，铝和塑料达到完全分离，经过滤得到铝碎片和塑料碎片的混合物，再置于水池中浮选分离铝和塑料(塑料浮于水面上，而铝沉于池底)，分别干燥铝和塑料，称量得到19.9g铝箔，79.9g塑料。

[0035] 实施例4

[0036] 在1000ml的带夹套玻璃釜中，加入500ml含有质量百分比浓度0.3％的月桂醇硫酸酯钠、质量百分比浓度70％的醋酸水溶液，再加入100g能通过直径为10～15mm的粉碎机筛孔的铝塑复合材料碎片，夹套釜中通入热介质，升高温度，同时以50ml/min的流速通入空气，形成气泡，温度至80℃，保持10min，铝和塑料达到完全分离，经过滤得到铝碎片和塑料碎片的混合物，再置于水池中浮选分离铝和塑料(塑料浮于水面上，而铝沉于池底)，分别干燥铝和塑料，称量得到19.9g铝箔，79.9g塑料。

[0037] 实施例5

[0038] 在1000ml的带夹套玻璃釜中，加入200ml含有质量百分比浓度0.6％的月桂醇硫酸酯钠、质量百分比浓度15％的甲酸水溶液，再加入100g能通过直径为10～15mm的粉碎机筛孔的铝塑复合材料碎片，夹套釜中通入热介质，升高温度，同时以50ml/min的流速通入空气，形成气泡，温度至80℃，保持40min，铝和塑料达到完全分离，经过滤得到铝碎片和塑料碎片的混合物，再置于水池中浮选分离铝和塑料(塑料浮于水面上，而铝沉于池底)，分别干燥铝和塑料，称量得到19.8g铝箔，79.9g塑料。