專利名稱：光學(xué)級聚碳酸酯/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種光學(xué)級聚碳酸酯/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
近年來隨著信息產(chǎn)業(yè)的崛起，由光學(xué)級聚碳酸酯制成的光盤作為新一代音像信息存儲介質(zhì)，正在以極快的速度迅猛發(fā)展，聚碳酸酯以其優(yōu)良的性能特點(diǎn)因而成為世界光盤制造業(yè)的主要原料。目前世界光盤制造業(yè)(如⑶、DVD和BD等)所耗光學(xué)極聚碳酸酯量已超過聚碳酸酯整體消費(fèi)量的20%，其年均增長速度超過10%，而中國已成為全球聚碳酸酯業(yè)的主要拉動(dòng)力量，年耗光學(xué)級聚碳酸酯約20萬噸以上且基本依賴進(jìn)ロ。中國(包括臺灣)成為世界上第二大光盤生產(chǎn)和消費(fèi)國，僅上海每年產(chǎn)生的廢棄光盤總量就在8000萬張以上， 按照每張光盤質(zhì)量15克計(jì)算總重1200噸，而且這ー數(shù)字還在每年以平均15%左右的速度增長。我國聚碳酸酷的生產(chǎn)尚處于起步階段，進(jìn)ロ的光學(xué)級聚碳酸酯每噸價(jià)格高達(dá)3萬 3. 6萬兀。由于使用光熱的方式進(jìn)行數(shù)字記錄，實(shí)際上光盤的使用壽命約5飛年，如何處理大量報(bào)廢的光盤一直是困擾各國科研人員的難題。2002年國家經(jīng)貿(mào)委會同國務(wù)院有關(guān)部門共同研究制定了《國家產(chǎn)業(yè)技術(shù)政策》，強(qiáng)調(diào)開發(fā)并拓展納米新材料、新型高分子材料和新型復(fù)合材料技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)又著重提出用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，開發(fā)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，變廢棄資源為再生資源，保護(hù)資源和生態(tài)。現(xiàn)階段中國明確提出建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”的兩型社會和正在進(jìn)行的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整使得聚合物材料的回收日益受到重視。按照生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，每張CD、DVD或BD光盤的至少有93%以上的含量是聚碳酸酷，聚碳酸酯在自然中降解需要上百年的時(shí)間，因此進(jìn)行循環(huán)回收不僅可以解決環(huán)境污染問題，還可以實(shí)現(xiàn)資源再利用，廢舊光盤回收價(jià)值很大，是變“白色污染“為“白色資源“的關(guān)鍵。光盤具有多功能層結(jié)構(gòu)，而光學(xué)級聚碳酸酯作為基體材料含量最多，占光盤質(zhì)量的93%以上；印刷層主要是涂料和油墨，總厚度約20 μ m ；金屬反射層通常采用鋁、金、銀以及銅合金，質(zhì)量較好的光盤使用金作為反射層，其厚度僅有15 70nm ；還有記錄數(shù)據(jù)層的有機(jī)染料，主要是指菁藍(lán)、酞菁藍(lán)兩種染料。如果按照傳統(tǒng)的焚燒獲得熱能或者壓路機(jī)壓碎后填埋的銷毀方法，光盤上含有的金屬等有毒物質(zhì)仍然存在，都會造成二次污染，不能實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。由于制作光盤對聚碳酸酯透光性要求高，光學(xué)級聚碳酸酯回收后亦難于用來重新制作光盤，因此也無法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)回收。同時(shí)由于光學(xué)級聚碳酸酯要求高流動(dòng)性，提高流動(dòng)性就需降低平均分子量，所以光學(xué)級聚碳酸酯的平均分子量一般較低(重均分子量約為 18000)，只是常規(guī)聚碳酸酯的50%，造成光學(xué)級聚碳酸酯的力學(xué)性能和熱學(xué)性能較低，回收后難以直接用作工程塑料的原料。目前從光盤中回收光學(xué)級聚碳酸酯后可以使之降解為單體以回收雙酚A，但回收成本太高，ェ藝復(fù)雜，僅發(fā)達(dá)國家掌握。更多的是通過一定的比例(209Γ25%質(zhì)量比)作為回收料添加到其他聚碳酸酯中，也可以通過共混技術(shù)對光學(xué)級聚碳酸酯進(jìn)行改性，提高回收光學(xué)級聚碳酸酯性價(jià)比，從而達(dá)到拓展光盤廢料的回收應(yīng)用領(lǐng)域，但無論是添加還是共混到其他新的聚合物中，聚合物材料體系的整體性能并無提高，因而屬于效率不高的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明利用有機(jī)化的層狀硅酸鹽針對回收光學(xué)級聚碳酸酯進(jìn)行納米改性，將納米技術(shù)和光學(xué)級聚碳酸酯的循環(huán)利用技術(shù)結(jié)合起來，制備光學(xué)級聚碳酸酯/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料從而得到力學(xué)性能和熱學(xué)性能提高的工程塑料。本發(fā)明原料價(jià)廉易得，路線簡単，材料進(jìn)行納米復(fù)合后性能有大幅提高，從而拓展了應(yīng)用范圍，最終形成完善的回收分離-納米改性-生產(chǎn)制造-產(chǎn)品再生的循環(huán)利用技木。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
本發(fā)明的光學(xué)級聚碳酸酯/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的制備方法，包括下述步驟
(1)光學(xué)級聚碳酸酯的回收將廢棄光盤放入20wt%NaOH溶液中，浸泡0. 5-2小時(shí)后撈出，在100°C下烘干后，用塑料破碎機(jī)將光盤盤片破碎得到回收的光學(xué)級聚碳酸酯顆粒；
(2)層狀硅酸鹽的有機(jī)化稱取5-10重量份的插層劑配置成濃度為10-20wt%的水溶液，稱取5-10重量份的蒙脫土分散到蒸餾水中攪拌并加熱至80°C，向上述蒙脫土分散液中滴加插層劑溶液，升溫至85-95°C并恒溫1-2小時(shí)，然后抽濾并用蒸餾水洗滌，再靜置12小時(shí)后抽濾，洗滌，重復(fù)多次，直至用硝酸銀鑒定無溴離子后，于140°C下干燥至恒重，研磨成 300目的粉末，得有機(jī)化層狀硅酸鹽；
(3)光學(xué)級聚碳酸酷/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的制備將塑料捏合機(jī)加熱到 18(T200°C后加入100重量份回收的光學(xué)級聚碳酸酯和0. 4-0. 6份潤滑劑進(jìn)行捏合，5分鐘后加入5 10份有機(jī)化層狀硅酸鹽和3飛份、加工助劑CBT、10份增韌劑，繼續(xù)捏合，10-15分鐘后停止捏合并冷卻捏合機(jī)里的物料，取出物料后利用塑料破碎機(jī)進(jìn)行破碎即得本發(fā)明的光學(xué)級聚碳酸酯/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料。所述的插層劑為長鏈烷基季銨鹽，優(yōu)選為十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基氯化銨或雙十八烷基ニ甲基氯化銨。所述的增韌劑為丙烯酸酯類聚合物，苯乙烯-丁ニ烯熱塑性弾性體，甲基丙烯酸甲酷-丁ニ烯-苯乙烯三元共聚物或氯化聚乙烯。所述的潤滑劑為硬脂酸，液體石蠟，固體石蠟或氧化聚乙烯蠟。所述的加工助劑為聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯解聚樹脂(功能性樹脂CBT)。本發(fā)明涉及利用納米復(fù)合技術(shù)改性從光盤中回收的光學(xué)級聚碳酸酷，得到力學(xué)性能和熱學(xué)性能提高的工程塑料(改性后的光學(xué)級聚碳酸酷)，從而實(shí)現(xiàn)資源的高效循環(huán)利用。光學(xué)級聚碳酸酯的來源可以是CD，VCD, DVD, BD等傳統(tǒng)光學(xué)介質(zhì)。本發(fā)明所涉及納米級層狀硅酸鹽主要是膨潤蒙脫土(MMT)，膨潤蒙脫土是由兩層 Si-O四面體中間夾ー層Al-O八面體組成的層狀硅酸鹽晶體，層內(nèi)有可交換的陽離子Na+、 K+、Ca2+、Mg2+等。本發(fā)明所涉及的膨潤蒙脫土可以是鈉基蒙脫土、鈣基蒙脫土或鎂基蒙脫土。單純的膨潤蒙脫土片層間的距離在0. 2 0. 5nm之間，利用蒙脫土的陽離子交換特性，將有機(jī)離子、插層劑或聚合物單體插入蒙脫土片層間，使其以單層或數(shù)層(納米級尺寸)分散于聚合物基體中，形成納米復(fù)合材料。本發(fā)明所采用的插層劑為長鏈烷基季銨鹽， 可以是十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基氯化銨和雙十八烷基ニ甲基氯化銨等。在插層劑進(jìn)入到膨潤蒙脫土片層間后撐開了片層使其間距達(dá)到1 2nm，形成有機(jī)化的膨潤蒙脫土 (納米級層狀硅酸鹽)，為下一歩光學(xué)級聚碳酸酯熔融插層做準(zhǔn)備。本發(fā)明所涉及制備光學(xué)級聚碳酸酯/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的設(shè)備簡単，可以在塑料捏合機(jī)中進(jìn)行，光學(xué)級聚碳酸酯在捏合機(jī)的熔融剪切作用下可以進(jìn)入MMT的層間使其發(fā)生膨脹(間距達(dá)到3 5nm)或片層剝離形成納米復(fù)合材料，從而使光學(xué)級聚碳酸酯的力學(xué)性能和熱學(xué)性能等性能提高，可以當(dāng)作工程塑料來使用。本發(fā)明使用有機(jī)化的層狀硅酸鹽，光學(xué)級聚碳酸酯在熔融剪切作用下可以進(jìn)入層狀硅酸鹽的層間使其發(fā)生膨脹或剝離形成納米復(fù)合材料，由于納米分散相(尺度小于100 nm)的比表面積大，與聚合物基體的結(jié)合能力強(qiáng)，5%含量的納米分散相即可使聚合物的性能得到很大的提高，如改善力學(xué)性能和提高熱性能等，使回收光學(xué)級的性能指標(biāo)接近常用エ 程塑料。本發(fā)明エ藝路線簡單，僅利用塑料捏合機(jī)和破碎機(jī)，原料價(jià)廉易得，最終實(shí)現(xiàn)難以回收應(yīng)用的光學(xué)級聚碳酸酯的高效循環(huán)利用。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
(1)光學(xué)級聚碳酸酯的回收在燒杯中分別配制20wt% NaOH溶液3000mL，置于 500mmX300mm超聲波水槽中，超聲波頻率^KHz,功率0. 4W / cm2，控制溫度 50°C。將廢棄光盤放入堿清洗液中，浸泡1小時(shí)后將其撈出水洗，染料層和反射層即可去除，得到了表觀合格的透明光盤基片，溶液反應(yīng)活性未觀察到明顯變化，可以重復(fù)使用。堿液處理前每片光盤平均重量15. 028g，堿液處理干燥后每片光盤平均重量14. 899g。在100°C用鼓風(fēng)干燥烘箱將光盤盤片烘干后，用塑料破碎機(jī)將光盤盤片破碎待用。(2)層狀硅酸鹽的有機(jī)化稱取5重量份十六烷基三甲基溴化銨并配成10wt%的水溶液，稱取5重量份鈉基蒙脫土分散到蒸餾水中攪拌并加熱至80°C，滴加十六烷基三甲基溴化銨溶液，升溫至90°C并恒溫2小時(shí)，然后抽濾并用蒸餾水洗滌，再靜置12小時(shí)后抽濾， 洗滌，重復(fù)多次，直至用硝酸銀鑒定無溴離子后，放入鼓風(fēng)干燥箱中于140°C下干燥至恒重， 研磨成300目的粉末，得有機(jī)化層狀硅酸鹽。(3)光學(xué)級聚碳酸酯/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的制備先將前述回收顆粒料在 100°c用鼓風(fēng)干燥烘箱烘M小吋，再將塑料捏合機(jī)加熱到 200で后加入回收的100份光學(xué)級聚碳酸酯和0. 5份硬脂酸潤滑劑進(jìn)行捏合，5分鐘后加入5份有機(jī)化層狀硅酸鹽和5份加 エ助劑CBT，10份丙烯酸酯類聚合物做為增韌劑，繼續(xù)捏合，光學(xué)級聚碳酸酯在熔融剪切作用下可以進(jìn)入MMT的層間使其發(fā)生膨脹或剝離形成納米復(fù)合材料。10分鐘后停止捏合并冷卻捏合機(jī)里的物料，取出物料后利用塑料破碎機(jī)進(jìn)行破碎，得到直徑約5毫米的小顆粒即可。根據(jù)塑料性能測試相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)所得到的力學(xué)性能和熱學(xué)性能見表一。表一
權(quán)利要求
1.ー種光學(xué)級聚碳酸酯/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括下述步驟(1)光學(xué)級聚碳酸酯的回收將廢棄光盤放入20wt%NaOH溶液中，浸泡0. 5-2小時(shí)后撈出，在100°C下烘干后，用塑料破碎機(jī)將光盤盤片破碎得到回收的光學(xué)級聚碳酸酯顆粒；(2)層狀硅酸鹽的有機(jī)化稱取5-10重量份的插層劑配置成濃度為10-20wt%的水溶液，稱取5-10重量份的蒙脫土分散到蒸餾水中攪拌并加熱至80°C，向上述蒙脫土分散液中滴加插層劑溶液，升溫至85-95°C并恒溫1-2小時(shí)，然后抽濾并用蒸餾水洗滌，再靜置12小時(shí)后抽濾，洗滌，重復(fù)多次，直至用硝酸銀鑒定無溴離子后，于140°C下干燥至恒重，研磨成 300目的粉末，得有機(jī)化層狀硅酸鹽；(3)光學(xué)級聚碳酸酷/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的制備將塑料捏合機(jī)加熱到 18(T200°C后加入100重量份回收的光學(xué)級聚碳酸酯和0. 4-0. 6份潤滑劑進(jìn)行捏合，5分鐘后加入5 10份有機(jī)化層狀硅酸鹽和5份加工助劑CBT、10份增韌劑，繼續(xù)捏合，10-15分鐘后停止捏合并冷卻捏合機(jī)里的物料，取出物料后利用塑料破碎機(jī)進(jìn)行破碎即得本發(fā)明的光學(xué)級聚碳酸酯/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)級聚碳酸酯/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在干所述的蒙脫土為鈉基蒙脫土、鈣基蒙脫土或鎂基蒙脫土。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)級聚碳酸酯/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在干所述的插層劑為長鏈烷基季銨鹽，具體為十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基三甲基氯化銨或雙十八烷基ニ甲基氯化銨。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)級聚碳酸酯/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的增韌劑為丙烯酸酯類聚合物，苯乙烯-丁ニ烯熱塑性弾性體，甲基丙烯酸甲酷-丁ニ烯-苯乙烯三元共聚物或氯化聚乙烯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)級聚碳酸酯/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的潤滑劑為硬脂酸，液體石蠟，固體石蠟或氧化聚乙烯蠟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)級聚碳酸酯/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在干所述的加工助劑為聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯解聚樹脂。
全文摘要
一種光學(xué)級聚碳酸酯/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的制備方法，包括下述步驟(1)光學(xué)級聚碳酸酯的回收(2)層狀硅酸鹽的有機(jī)化(3)光學(xué)級聚碳酸酯/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的制備。本發(fā)明所涉及制備光學(xué)級聚碳酸酯/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的設(shè)備簡單，可以在塑料捏合機(jī)中進(jìn)行，光學(xué)級聚碳酸酯在捏合機(jī)的熔融剪切作用下可以進(jìn)入MMT的層間使其發(fā)生膨脹(間距達(dá)到3～5nm)或片層剝離形成納米復(fù)合材料，從而使光學(xué)級聚碳酸酯的力學(xué)性能和熱學(xué)性能等性能提高，可以當(dāng)作工程塑料來使用。
文檔編號C08L69/00GK102558819SQ201210000888
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者彭琦, 李瑩瑩, 胡驥, 謝富春, 郭福全 申請人:洛陽理工學(xué)院