藥用鋁塑包裝材料分離回收研究

張志紅 劉玉婷 魏守端 張玉勤 陳艷麗 張 萍

(1-6.昌吉學院化學與應用化學系 新疆 昌吉 831100)

藥用鋁塑包裝材料分離回收研究

張志紅1劉玉婷2魏守端3張玉勤4陳艷麗5張 萍6

(1-6.昌吉學院化學與應用化學系 新疆 昌吉 831100)

本文探討了運用價格低廉的無機試劑分離廢棄藥用鋁塑包裝片的方法。考察了不同試劑以及溫度、濃度等條件對鋁塑包裝片中塑料與鋁片分離效果的影響。結果表明:在選擇的實驗試劑中,適宜濃度的硅酸鈉溶液對鋁塑片有較好的分離效果,具有一定的實際應用價值。分離溫度、溶液濃度對分離效果有明顯影響。50g·L-1硅酸鈉溶液,PH=13,煮沸條件下分離鋁塑片效果最佳。該條件下,鋁片和塑料 11分鐘即可完全分離,且鋁片不溶解。

硅酸鈉;藥用;鋁塑包裝片;分離;回收

1 引言

鋁塑是以鋁箔為蓋材,聚氯乙烯為底材,由粘合層粘結構成的包裝單元。鋁塑已成為適于現代化生產的新型藥品包裝材料,具有防菌、防潮、防變質、延長藥效等特點;同時還具有包裝速度快、美觀大方、使用方便等優點。目前我國生產藥品中片劑和膠囊劑的 60%-70%使用鋁塑包裝材料[1]。鋁塑包裝材料在醫藥行業的廣泛使用也引發了廢棄鋁塑包裝片的處理問題。我國醫藥企業每年就有約一萬噸以上用于包裝藥片的廢棄鋁膜。以往的處理方法是隨生活垃圾焚燒或填埋,這不僅造成環境污染,同時也造成鋁資源和塑料資源的浪費。把廢棄的鋁塑包裝材料分離成鋁片和塑料,再分別加以回收利用,則不僅有利于保護環境,同時還將創造可觀的經濟效益。因而,鋁塑分離技術越來越引起人們的高度關注[2,3]。

目前對鋁塑材料分離的研究比較多[4,5]。主要思路都是通過物理或化學方法破壞鋁箔與 PVC之間的粘合層將二者分開,再分別回收鋁箔和塑料。其中化學分離方法研究的較多,主要有以下幾種:(1)燒堿水溶液控溫浸煮鋁塑片使其分離; (2)稀酸溶液對鋁塑進行浸泡滲透,使接合處的鋁氧化層進行溶解侵蝕,達到塑料與鋁質層的分離;(3)經冷水及四氫化萘、四氫呋喃、冰乙酸等有機溶劑在常溫或高溫長時間浸泡,達到分離目的。綜合鋁和塑料的回收利用率及分離效率兩方面因素考察上述分離方法。強堿和強酸雖然分離效果好,但是堿和酸都會與鋁發生化學反應,在分離的同時,一部分鋁會生成鋁鹽而溶解,使鋁的回收率減少,而鋁鹽溶液的排放又形成新的環境污染源。四氫化萘、四氫呋喃、甲基丙烯酸甲酯、乙酸異戊酯、二氯甲烷等有機溶劑的使用一方面使得分離成本增加,同時也會造成安全和污染的隱患。為克服上述分離方法的不足。我們通過反復對比試驗,發現一定濃度的硅酸鈉溶液對鋁塑具有很好的分離效果,該方法成本低廉、簡便易行、無毒無污染,且未見公開報道。

2 實驗

2.1 實驗材料與試劑

鋁塑片來源于各種醫用藥品鋁塑包裝。所用試劑:硅酸鈉、磷酸鈉、氫氧化鈉、碳酸鈉、硼酸鈉、硫代硫酸鈉等均為市售化學純試劑。

2.2 不同試劑對鋁塑片分離效果實驗

為便于鋁塑片與溶液完全接觸,將廢鋁塑片剪成約 1厘米見方的小塊。取若干 200mL燒杯,分別加入等濃度 (50.0g.L-1)的磷酸鈉、碳酸鈉、硫代硫酸鈉、硼酸鈉、氫氧化鈉、硅酸鈉溶液各100mL,貼標簽后各放入鋁塑板 10片,加熱煮沸并開始計時,待鋁箔與塑料分離后計時停止。將塑料和鋁箔混合物進行攪拌,塑料由于密度較小會浮在液面上,而鋁箔密度大會沉于液面下,用鑷子將分離出來的塑料和鋁片分離。

2.3 溫度對硅酸鈉分離鋁塑效果的影響實驗

固定硅酸鈉溶液濃度為 50.0g.L-1,其它實驗條件與操作同 2.2,將溶液溫度分別控制在室溫、50℃、70℃、100℃,考查溫度對分離效果的影響。

2.4 硅酸鈉濃度對鋁塑片的分離效果的影響

其它實驗條件與操作同 2.2,改變硅酸鈉的濃度,在煮沸條件下考查濃度對分離效果的影響。

3 結果與討論

3.1 不同試劑的分離效果對比

濃度均為 50g·L-1的五種常見弱酸鈉鹽和氫氧化鈉溶液在加熱煮沸條件下對鋁塑片的分離效果見表1。

表1 不同試劑中鋁塑片的分離時間和鋁溶解情況

粘接是不同材料界面間接觸后相互作用的結果。各種材料之間的膠接都存在聚合物基膠粘劑材料與不同材料之間界面膠接問題。對膠接作用的解釋有多種理論,如:吸附理論、化學鍵理論、弱界層理論、擴散理論、靜電理論、機械作用理論等。但這些膠接理論都是從某一方面出發闡述膠接原理,至今還沒有全面唯一的理論。鋁塑膠粘劑一般是典型的高分子物質,如熱塑性嵌段偏氯一醋共聚體系膠粘劑、氯化聚丙烯/甲基丙烯酸縮水甘油酯/苯乙烯三元接枝膠粘劑、熱塑性嵌段偏二氯乙烯(VDC),乙酸乙烯酯(VAC)為主體的共聚體系等[5,6]。化學分離鋁塑方法的基本原理是使用適當的試劑對鋁塑進行浸泡后,膠粘劑層不斷溶脹甚至與浸泡試劑發生化學反應而失去粘接能力,從而使鋁塑片中塑料與鋁箔分離。實驗結果表明:硫代硫酸鈉、硼酸鈉溶液對鋁塑片分離效果均不佳,煮沸 1小時不能使其發生明顯分離,鋁膜也不溶解。氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸鈉雖然能使鋁片和塑料在短時間內達到較好的分離效果,但分離過程中同時伴隨著鋁片與試劑發生反應生成氫氧化鋁白色絮狀沉淀,因而分離后回收到的鋁很少。與上述幾種溶液不同的是硅酸鈉溶液,既可使鋁塑在 11分鐘有效分離,又不發生鋁膜的溶解。分析原因:除氫氧化鈉外,其它五種鈉鹽都屬于強堿弱酸鹽,在水溶液中都存在不同程度的水解使溶液呈堿性。硫代硫酸鈉水解作用較弱,硼酸鈉水解后的產物形成緩沖溶液,因而其溶液堿性也不強,弱堿性的條件既不能使膠粘劑層破壞,也不能溶解鋁。碳酸鈉、磷酸鈉水解能力強,水溶液與氫氧化鈉溶液一樣呈較強的堿性,在加熱煮沸的條件下既能夠破壞膠粘層,也可溶解鋁。硅酸鈉也具有很強的水解性,水溶液也呈強堿性,但浸泡于其中的鋁塑片卻只發生分離,不出現鋁片溶解的現象。原因可能是硅酸根離子水解后能形成以 SiO4為單位的網絡狀聚合結構,以膜的形式覆蓋于鋁的表面形成了暫時的保護層,阻止了鋁與OH-的反應。因而使鋁在短時間內不會溶解于硅酸鈉溶液中,而強堿性溶液卻可以破壞膠粘層,從而有效分離鋁塑包裝片。

3.2 溫度對分離效果的影響

表2 不同溫度條件下硅酸鈉溶液分離鋁塑片的效果

結果表明:在相同濃度的硅酸鈉溶液中,溫度越高鋁片與塑料的分離越快,而鋁在堿液中的溶解越少。室溫下鋁塑片在硅酸鈉溶液中浸泡三小時沒有觀察到明顯分離,鋁箔卻大量溶解。100℃時,11分鐘即可完全分離,沒有觀察到鋁膜明顯溶解。分析原因:分離過程中鋁與堿液及堿液與膠粘劑的反應應是同時進行的。溫度較高條件下,小分子溶劑更容易滲入膠粘劑高分子的本體結構中,從而使溶脹更容易發生,加快膠粘劑的溶解速度,從而縮短塑料與鋁片間的分離時間。并且在短時間內,鋁在堿液中的溶解量很少,這樣就達到了既分離,鋁又不溶解的良好效果。溫度低時,溶劑小分子在膠粘劑本體中的滲透速度減緩,使分離時間延長,而硅酸鈉溶液與鋁片較長時間的反應,使鋁片大量溶解。因此較高溫度有利于鋁塑分離,減少鋁的溶解。

3.3 硅酸鈉溶液濃度對分離效果的影響

不同濃度硅酸鈉溶液在 100℃條件下對鋁塑片的分離結果見表3 。

表3 硅酸鈉溶液濃度對鋁塑片分離效果的影響

從實驗結果可以看出:隨硅酸鈉濃度的增大,鋁塑分離時間會明顯縮短。50.0g·L-1硅酸鈉溶液中煮沸 11min鋁箔和塑料就會分離,并且鋁沒有明顯的溶解。但濃度進一步增大,雖然分離速度加快,但會出現鋁少量溶解的現象。因此,綜合分離效率與試劑使用成本,硅酸鈉濃度以 50.0g ·L-1較為適宜。

4 結論

選用硅酸鈉溶液可對藥用鋁塑包裝片進行有效的分離,且常溫與煮沸相比,煮沸可進一步縮短鋁塑片中塑料與鋁片間的分離時間,也避免了鋁箔在堿性溶液中的溶解現象。隨著硅酸鈉溶液濃度的逐漸增大,鋁塑片中塑料與鋁片的分離時間相對縮短。但濃度過大,也會使鋁部分溶解。綜合考察,硅酸鈉溶液分離鋁塑的最佳條件為:50g ·L-1硅酸鈉溶液,PH=13,煮沸條件下分離鋁塑片。該條件下,鋁片和塑料 11分鐘即可完全分離,且鋁片不溶解,鋁箔和塑料可以很容易分揀回收。

[1]白冰.藥品包裝行業發展態勢[J].包裝工程,2004,25(4):124-126.

[2]李衛紅,雷文,宰德欣,陳靜娜,劉家凱.藥用鋁塑包裝片的分離[J].西北藥學雜志,2009,24(6):478-480.

[3]王崇臣,王鵬.聚乙烯鋁塑復合包裝材料的一種回收與利用技術[J].北京建筑工程學院學報,2005,21(4):63 -64.

[4]顧幗華,張波.含鋁廢塑料的鋁塑分離研究[J].礦冶工程,2007,27(5):47-50.

[5]張鴻福.鋁塑符合包裝材料膠粘劑的研究[J].遼寧化工,1998,27(2):84-86.

[6]于潔,史振宇.一種改善鋁塑復合膠粘劑粘接性能的方法[J].中國膠粘劑,2002,12(5):38-39.

O621

A

1671-6469(2011)02-0095-04

2011-03-21

昌吉學院 2009年教研課題資助項目 (2009Z004)

張志紅 (1966—),女,昌吉學院化學與應用化學系,副教授,研究方向:無機化學及實驗教學。

(責任編輯:代琴)