废弃纸铝塑复合材料界面解离行为研究

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纸铝塑复合材料含有大量优质的纤维、塑料和铝箔,其废弃物具有很高的回收利用价值。这一材料结构紧密,性能稳定,使用水力疏解和混合有机溶剂处理,可以实现对纤维、塑料和铝箔的回收。由于缺乏解离过程中界面解离行为的研究,导致对分离过程和分离机理认识的不足,无法实现废弃纸铝塑复合材料的高值化利用。本课题首先对纸铝塑复合材料和铝塑复合物的结构进行分析。通过测量纸铝塑复合材料、铝塑复合物及铝塑复合物中的塑料与铝箔的厚度,观察复合材料的横截面微观结构来表征这一材料的多层结构特点,为回用过程中复合材料界面研究打下基础。结果表明:纸铝塑复合材料整体厚度均匀,结构紧密,具有明显的多层结构,总厚度为381-385μm;其中外侧塑料层的厚度最小,铝塑复合物次之,纸板层厚度最大。在复合材料中形成了4个界面,分别为外侧聚乙烯层与纸板层界面,纸板层与聚乙烯粘合层界面,铝箔与聚乙烯粘合层、内侧聚乙烯层界面。纸板与外侧塑料、铝塑复合物界面明显;铝塑复合物结合紧密,在扫描电镜下难以辨认到其中塑料与铝箔的界面。其次,在不同的解离条件下,研究了废弃纸铝塑复合材料纤维回收工艺;对回收的纤维采用多媒体电子显微镜,Morfi compact纤维分析仪进行纤维性能分析;并用FBRM颗粒度分析仪观察铝塑小颗粒在纤维上的附着情况。采用扫描电子显微镜(SEM)、X光电子能谱仪(XPS)考察铝塑复合物的表面特性,研究纤维与铝塑复合物界面解离行为,并分析纤维解离机理。研究结果表明:原料尺寸2×2cm,转数2000r/min,温度50℃,固液比10g:2000mL时,为纤维回收最佳的解离工艺条件;回收的纤维形态质量良好;解离过程中铝塑会发生破损,纤维会有铝塑小颗粒的附着,纤维分散越好,铝塑小颗粒附着越少。水力疏解没有对聚乙烯塑料表面造成较大的破坏,铝塑复合物内侧塑料表面在解离后依旧保持很好的平整性。铝塑复合物与纸板的界面破坏后,粘合层聚乙烯表面出现凸凹不平、纵横交错的纹理现象;其表面微区元素含量表明,解离后的表面存在少量氧化,界面处的纤维在解离过程中被破坏。纤维为被粘物,由于被粘物本身的破坏导致界面粘合作用被破坏,从而发生解离行为。第三,分别选用苯-乙醇-水、甲苯-乙醇-水、苯乙烯-乙醇-水混合液作为分离剂处理铝塑复合物,考察3种混合溶剂的分离效果,分析各组分不同体积比时混合溶剂的安全性。采用扫面电子显微镜(SEM)、光射线能谱仪(EDS)考察回收塑料、铝箔表面特性,分析界面解离行为。结果表明:从各自的铝塑损失率和安全性考虑,苯-乙醇-水、苯乙烯-乙醇-水的最佳配比为30:20:50;而甲苯-乙醇-水分离剂的最佳配比分别为20:40:40、20:30:50。对比3种分离剂,甲苯-乙醇-水分离剂配比为20:30:50时,安全性最高。通过混合溶剂溶解度参数计算公式得出的理想溶解度参数范围为29.14-34.85,在这一范围内,分离剂极性越大,分离效果越好。铝塑复合物分离后,塑料表面存在少量的O元素,铝箔表面残留聚乙烯。由于铝箔与塑料发生了黏附破坏,从而导致铝箔和塑料之间的界面被破坏,从而发生解离行为。最后,通过傅里叶红外光谱法(FTIR)、TG-DSC,分析再生塑料的结构特点。采用万能材料试验机,分析再生铝箔的力学性能,为回收的聚乙烯塑料、铝箔再利用提供依据。通过对回收聚乙烯塑料的性能研究发现,在解离过程中塑料分子链未发生支链化、氧化现象,纯度很高。有机溶剂在分离过程中对塑料起着溶胀的作用,并没有破坏聚乙烯的分子结构,因此回收塑料具有很好的再利用价值。通过对回收铝箔的性能研究发现,铝箔在分离过程中,拉伸强度和撕裂强度下降,物理性能变差。
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