药用铝塑包装材料分离回收研究

张志红 刘玉婷 魏守端 张玉勤 陈艳丽 张 萍

(1-6.昌吉学院化学与应用化学系 新疆 昌吉 831100)

药用铝塑包装材料分离回收研究

张志红1刘玉婷2魏守端3张玉勤4陈艳丽5张 萍6

(1-6.昌吉学院化学与应用化学系 新疆 昌吉 831100)

本文探讨了运用价格低廉的无机试剂分离废弃药用铝塑包装片的方法。考察了不同试剂以及温度、浓度等条件对铝塑包装片中塑料与铝片分离效果的影响。结果表明:在选择的实验试剂中,适宜浓度的硅酸钠溶液对铝塑片有较好的分离效果,具有一定的实际应用价值。分离温度、溶液浓度对分离效果有明显影响。50g·L-1硅酸钠溶液,PH=13,煮沸条件下分离铝塑片效果最佳。该条件下,铝片和塑料 11分钟即可完全分离,且铝片不溶解。

硅酸钠;药用;铝塑包装片;分离;回收

1 引言

铝塑是以铝箔为盖材,聚氯乙烯为底材,由粘合层粘结构成的包装单元。铝塑已成为适于现代化生产的新型药品包装材料,具有防菌、防潮、防变质、延长药效等特点;同时还具有包装速度快、美观大方、使用方便等优点。目前我国生产药品中片剂和胶囊剂的 60%-70%使用铝塑包装材料[1]。铝塑包装材料在医药行业的广泛使用也引发了废弃铝塑包装片的处理问题。我国医药企业每年就有约一万吨以上用于包装药片的废弃铝膜。以往的处理方法是随生活垃圾焚烧或填埋,这不仅造成环境污染,同时也造成铝资源和塑料资源的浪费。把废弃的铝塑包装材料分离成铝片和塑料,再分别加以回收利用,则不仅有利于保护环境,同时还将创造可观的经济效益。因而,铝塑分离技术越来越引起人们的高度关注[2,3]。

目前对铝塑材料分离的研究比较多[4,5]。主要思路都是通过物理或化学方法破坏铝箔与 PVC之间的粘合层将二者分开,再分别回收铝箔和塑料。其中化学分离方法研究的较多,主要有以下几种:(1)烧碱水溶液控温浸煮铝塑片使其分离; (2)稀酸溶液对铝塑进行浸泡渗透,使接合处的铝氧化层进行溶解侵蚀,达到塑料与铝质层的分离;(3)经冷水及四氢化萘、四氢呋喃、冰乙酸等有机溶剂在常温或高温长时间浸泡,达到分离目的。综合铝和塑料的回收利用率及分离效率两方面因素考察上述分离方法。强碱和强酸虽然分离效果好,但是碱和酸都会与铝发生化学反应,在分离的同时,一部分铝会生成铝盐而溶解,使铝的回收率减少,而铝盐溶液的排放又形成新的环境污染源。四氢化萘、四氢呋喃、甲基丙烯酸甲酯、乙酸异戊酯、二氯甲烷等有机溶剂的使用一方面使得分离成本增加,同时也会造成安全和污染的隐患。为克服上述分离方法的不足。我们通过反复对比试验,发现一定浓度的硅酸钠溶液对铝塑具有很好的分离效果,该方法成本低廉、简便易行、无毒无污染,且未见公开报道。

2 实验

2.1 实验材料与试剂

铝塑片来源于各种医用药品铝塑包装。所用试剂:硅酸钠、磷酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、硼酸钠、硫代硫酸钠等均为市售化学纯试剂。

2.2 不同试剂对铝塑片分离效果实验

为便于铝塑片与溶液完全接触,将废铝塑片剪成约 1厘米见方的小块。取若干 200mL烧杯,分别加入等浓度 (50.0g.L-1)的磷酸钠、碳酸钠、硫代硫酸钠、硼酸钠、氢氧化钠、硅酸钠溶液各100mL,贴标签后各放入铝塑板 10片,加热煮沸并开始计时,待铝箔与塑料分离后计时停止。将塑料和铝箔混合物进行搅拌,塑料由于密度较小会浮在液面上,而铝箔密度大会沉于液面下,用镊子将分离出来的塑料和铝片分离。

2.3 温度对硅酸钠分离铝塑效果的影响实验

固定硅酸钠溶液浓度为 50.0g.L-1,其它实验条件与操作同 2.2,将溶液温度分别控制在室温、50℃、70℃、100℃,考查温度对分离效果的影响。

2.4 硅酸钠浓度对铝塑片的分离效果的影响

其它实验条件与操作同 2.2,改变硅酸钠的浓度,在煮沸条件下考查浓度对分离效果的影响。

3 结果与讨论

3.1 不同试剂的分离效果对比

浓度均为 50g·L-1的五种常见弱酸钠盐和氢氧化钠溶液在加热煮沸条件下对铝塑片的分离效果见表1。

表1 不同试剂中铝塑片的分离时间和铝溶解情况

粘接是不同材料界面间接触后相互作用的结果。各种材料之间的胶接都存在聚合物基胶粘剂材料与不同材料之间界面胶接问题。对胶接作用的解释有多种理论,如:吸附理论、化学键理论、弱界层理论、扩散理论、静电理论、机械作用理论等。但这些胶接理论都是从某一方面出发阐述胶接原理,至今还没有全面唯一的理论。铝塑胶粘剂一般是典型的高分子物质,如热塑性嵌段偏氯一醋共聚体系胶粘剂、氯化聚丙烯/甲基丙烯酸缩水甘油酯/苯乙烯三元接枝胶粘剂、热塑性嵌段偏二氯乙烯(VDC),乙酸乙烯酯(VAC)为主体的共聚体系等[5,6]。化学分离铝塑方法的基本原理是使用适当的试剂对铝塑进行浸泡后,胶粘剂层不断溶胀甚至与浸泡试剂发生化学反应而失去粘接能力,从而使铝塑片中塑料与铝箔分离。实验结果表明:硫代硫酸钠、硼酸钠溶液对铝塑片分离效果均不佳,煮沸 1小时不能使其发生明显分离,铝膜也不溶解。氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠虽然能使铝片和塑料在短时间内达到较好的分离效果,但分离过程中同时伴随着铝片与试剂发生反应生成氢氧化铝白色絮状沉淀,因而分离后回收到的铝很少。与上述几种溶液不同的是硅酸钠溶液,既可使铝塑在 11分钟有效分离,又不发生铝膜的溶解。分析原因:除氢氧化钠外,其它五种钠盐都属于强碱弱酸盐,在水溶液中都存在不同程度的水解使溶液呈碱性。硫代硫酸钠水解作用较弱,硼酸钠水解后的产物形成缓冲溶液,因而其溶液碱性也不强,弱碱性的条件既不能使胶粘剂层破坏,也不能溶解铝。碳酸钠、磷酸钠水解能力强,水溶液与氢氧化钠溶液一样呈较强的碱性,在加热煮沸的条件下既能够破坏胶粘层,也可溶解铝。硅酸钠也具有很强的水解性,水溶液也呈强碱性,但浸泡于其中的铝塑片却只发生分离,不出现铝片溶解的现象。原因可能是硅酸根离子水解后能形成以 SiO4为单位的网络状聚合结构,以膜的形式覆盖于铝的表面形成了暂时的保护层,阻止了铝与OH-的反应。因而使铝在短时间内不会溶解于硅酸钠溶液中,而强碱性溶液却可以破坏胶粘层,从而有效分离铝塑包装片。

3.2 温度对分离效果的影响

表2 不同温度条件下硅酸钠溶液分离铝塑片的效果

结果表明:在相同浓度的硅酸钠溶液中,温度越高铝片与塑料的分离越快,而铝在碱液中的溶解越少。室温下铝塑片在硅酸钠溶液中浸泡三小时没有观察到明显分离,铝箔却大量溶解。100℃时,11分钟即可完全分离,没有观察到铝膜明显溶解。分析原因:分离过程中铝与碱液及碱液与胶粘剂的反应应是同时进行的。温度较高条件下,小分子溶剂更容易渗入胶粘剂高分子的本体结构中,从而使溶胀更容易发生,加快胶粘剂的溶解速度,从而缩短塑料与铝片间的分离时间。并且在短时间内,铝在碱液中的溶解量很少,这样就达到了既分离,铝又不溶解的良好效果。温度低时,溶剂小分子在胶粘剂本体中的渗透速度减缓,使分离时间延长,而硅酸钠溶液与铝片较长时间的反应,使铝片大量溶解。因此较高温度有利于铝塑分离,减少铝的溶解。

3.3 硅酸钠溶液浓度对分离效果的影响

不同浓度硅酸钠溶液在 100℃条件下对铝塑片的分离结果见表3 。

表3 硅酸钠溶液浓度对铝塑片分离效果的影响

从实验结果可以看出:随硅酸钠浓度的增大,铝塑分离时间会明显缩短。50.0g·L-1硅酸钠溶液中煮沸 11min铝箔和塑料就会分离,并且铝没有明显的溶解。但浓度进一步增大,虽然分离速度加快,但会出现铝少量溶解的现象。因此,综合分离效率与试剂使用成本,硅酸钠浓度以 50.0g ·L-1较为适宜。

4 结论

选用硅酸钠溶液可对药用铝塑包装片进行有效的分离,且常温与煮沸相比,煮沸可进一步缩短铝塑片中塑料与铝片间的分离时间,也避免了铝箔在碱性溶液中的溶解现象。随着硅酸钠溶液浓度的逐渐增大,铝塑片中塑料与铝片的分离时间相对缩短。但浓度过大,也会使铝部分溶解。综合考察,硅酸钠溶液分离铝塑的最佳条件为:50g ·L-1硅酸钠溶液,PH=13,煮沸条件下分离铝塑片。该条件下,铝片和塑料 11分钟即可完全分离,且铝片不溶解,铝箔和塑料可以很容易分拣回收。

[1]白冰.药品包装行业发展态势[J].包装工程,2004,25(4):124-126.

[2]李卫红,雷文,宰德欣,陈静娜,刘家凯.药用铝塑包装片的分离[J].西北药学杂志,2009,24(6):478-480.

[3]王崇臣,王鹏.聚乙烯铝塑复合包装材料的一种回收与利用技术[J].北京建筑工程学院学报,2005,21(4):63 -64.

[4]顾帼华,张波.含铝废塑料的铝塑分离研究[J].矿冶工程,2007,27(5):47-50.

[5]张鸿福.铝塑符合包装材料胶粘剂的研究[J].辽宁化工,1998,27(2):84-86.

[6]于洁,史振宇.一种改善铝塑复合胶粘剂粘接性能的方法[J].中国胶粘剂,2002,12(5):38-39.

O621

A

1671-6469(2011)02-0095-04

2011-03-21

昌吉学院 2009年教研课题资助项目 (2009Z004)

张志红 (1966—),女,昌吉学院化学与应用化学系,副教授,研究方向:无机化学及实验教学。

(责任编辑:代琴)