废弃纸塑铝复合材料界面反应及解离行为研究

废弃纸塑铝复合包装材料的产生量逐年增加，其中含有大量优质的漂白纤维、塑料和铝箔，我国回收利用率却不高。除了废弃物回收系统建立不完善外，根本原因是缺乏与纤维、铝、塑分离相关的化学反应基础理论和关键技术研究。本课题将界面化学反应动力学研究和表面/界面分析手段应用于纸塑铝界面解离机理研究。首先研究分离剂反应条件对铝塑分离反应速率和分离效率的规律性影响，确定分离最佳工艺；然后解析不同时间和温度得到的铝、塑分离物得率、纯度、组成及物化性能，确定反应级数、活化能等反应动力学参数，科学评价分离剂反应速率对临界浓度和温度的敏感性；在此基础上，采用SEM、XPS、GPC、NMR等，研究解离过程中再生纤维、铝、塑料表面和界面微区形貌和结构变化特性，揭示界面解离行为，阐明界面分离机理，为控制界面分离反应过程提供科学依据，实现铝塑高效分离和资源最大化利用，推动我国纸塑铝复合包装材料再生利用技术的发展和推广应用。

铝塑复合材料界面反应特性及解离行为的解析，是实现铝塑高效分离和高值化再生利用的关键。项目通过界面反应动力学研究和表面/界面分析手段的应用，研究纸塑铝界面解离机理。研究了分离反应条件对分离化学反应速率和分离效率的影响，解析出分离浓度和温度对铝塑分离过程的规律性影响，揭示分离反应速率和分离效率对温度和浓度的敏感性；采用FTIR、SEM-EDS、ICP-OES、XPS等，分析了再生纤维、铝、塑料界面解离过程的微区形貌和结构变化特征，结合相似相容原理，揭示了塑料粘结层结构的解体理论，以及其碎片后的不规则“亮点”颗粒状态。采用固体溶解速率动力学方程，研究了粘结层塑料溶解的动力学特性，明确了界面物质溶解速率曲线，分析了铝塑界面层溶解和分离反应与界面解离行为的相关性。. 研究结果表明，当分离反应温度为60℃，时间为5.85min时，分离剂苯/醇/水的最佳体积比为φ(苯)︰φ(无水乙醇)︰φ(水)=30:20:50，分离率为100%，铝塑总得率可达97.46%；分离反应过程中，分离剂渗透进入铝塑复合物中，PE粘接层结构受到破坏被溶解为颗粒状，因此界面间的黏附作用被破坏，铝塑得到分离。铝塑复合物内外侧聚乙烯（PE）粘接层与铝箔界面间复合作用不同，导致分离效果与分离速率不同，采用扫描电镜-X光微区分析（SEM-EDS）仪，观察到三层界面间存在以“亮点”形式出现的颗粒，且为不规则分布，其中含有Al、O、C元素。另外，通过实验分别测试了55℃、60℃、65℃下塑料在苯中的溶解速率，使用Origin软件将动力学方程 用于实验结果的拟合。结果表明，不同温度下n值分别为4.0、n=0.2、n=0.1时，能得出最佳溶解速率方程，并得出三条动力曲线，经对比曲线特征发现，在55℃时塑料的溶解速率远小于60℃与65℃，其溶解速率在经过一段平稳期后迅速下降，铝塑不能分离。在60℃与65℃时，塑料的溶解速率随时间增加而平稳降低。60℃时，平稳溶解速率大于65℃，但是65℃的起始溶解速率大于60℃，说明在65℃时进行铝塑分离，短时间内会得到更好、更稳定的分离效率。因此65℃时，采用高速搅拌、集中分离等方法，可以提高混合溶剂与铝塑复合物层间界面的有效接触，降低混合溶剂对塑料外层的溶解，提高其在短时间内对铝塑界面的分离效率，同时减小有机溶剂的用量，降低铝塑损失率。.