專利名稱：分層處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種循環(huán)利用如CDs和DVDs的光記錄介質(zhì)的廢舊電子材料的處理方法。該方法還涉及為了回收廢舊電子材料的組分而采取的分層處理。
已知的用于循環(huán)利用廢舊電子材料的方法包括熔煉法和化學(xué)分解處理，這能直接得到稀有金屬。這些方法對塑料材料有破壞性，并且，塑料材料的處理會導(dǎo)致環(huán)境問題。相應(yīng)的，化學(xué)處理方法也容易導(dǎo)致對環(huán)境的損害。
轉(zhuǎn)讓給索尼音樂娛樂公司的美國專利NO.5,306,349，公開了一種將CD中漆涂層和鋁層從聚碳酸酯基底中分離的方法。該方法將CD浸于堿液中，并在CD上加超聲波能量。但是，當(dāng)金存在下該方法的效果就不太理想；此外，該方法還會降解聚碳酸酯塑料。
還用了利用物理機(jī)理的而不是化學(xué)機(jī)理的循環(huán)處理方法。例如，嘗試使用切開和刮削技術(shù)將金屬層和聚合物基底分離。但是，當(dāng)大量物質(zhì)用于循環(huán)處理時，利用這種技術(shù)的生產(chǎn)量很低并且也不經(jīng)濟(jì)。此外，出于安全的考慮，廠商通常先將產(chǎn)品(如CDs和DVDs)切成小塊然后再運(yùn)往循環(huán)處理廠。切開和刮削技術(shù)不能被用于切成小塊的產(chǎn)品上。
基于現(xiàn)有的這些技術(shù)，本發(fā)明提供的這種循環(huán)處理廢舊電子材料的方法不涉及到有毒害的化學(xué)物質(zhì)，不影響環(huán)境，處理量高，并且不需要材料以整體形式存在。該方法容易操作又經(jīng)濟(jì)。此外，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，我們希望回收的聚合物在循環(huán)處理過程中并不降解，這也使得我們能得到高質(zhì)量的回收產(chǎn)物。
說明書中術(shù)語“碾磨”用來表示廢舊電子材料表面和顆粒材料接觸進(jìn)行磨損的任何處理。這種磨掉刮擦材料表面層是本發(fā)明的基本原理。在本發(fā)明內(nèi)容中，術(shù)語“碾磨”和“磨損”除了他們在顆?？茖W(xué)產(chǎn)業(yè)中的通常意思外，兩者經(jīng)常互換使用。
用于碾磨的廢舊材料是碎片狀的。這意味這刮擦材料，例如CD或DVD被切成了一個個碎片。這可以使用傳統(tǒng)的切碎機(jī)或制粒機(jī)來實現(xiàn)。切碎/制粒機(jī)整潔地切割材料，沒有任何彎曲和變形，因此所得到的碎片也是平坦的(認(rèn)定初始整體材料是平坦的)。刮擦材料在切碎/制粒中的彎曲和變形可以導(dǎo)致聚合物基質(zhì)材料上的金屬污點，和/或由于物質(zhì)間的遮掩導(dǎo)致碾磨工序效率的降低。
刮擦材料需要在回收時候被切成碎片或者以碎片狀運(yùn)送來用于回收處理。因此，本方法的預(yù)處理步驟包括將廢舊電子材料運(yùn)送到碎片加工廠切割成碎片。切割后的碎片然后被運(yùn)送到回收廠進(jìn)行前面描述的加工步驟。如果刮擦材料需要用于回收處理，很明顯在加工處理過程之前的碎片制備是必需的。實際上，刮擦材料都是以碎片形式用于回收處理，根據(jù)碎片的大小，在回收處理前進(jìn)行進(jìn)一步的切割。
在實施例中，碾磨之前的碎片大小通常是1-20mm，比如1-15mm，優(yōu)選4-8mm，更優(yōu)選4-6mm。合適的碎片大小有賴于諸如在碾磨中顆粒撞擊材料的大小。如果碎片太小，有價值的聚合物材料會在后續(xù)的操作步驟中丟失。
碎片大小和碾磨過程中的顆粒撞擊材料大小是有關(guān)聯(lián)的。對于大一點的碎片，碾磨所用的顆粒撞擊材料大小和小碎片所用的顆粒撞擊材料的大小是不同的。
在一個優(yōu)選的實施例中，碎片大小分布在一個很狹窄的范圍內(nèi)，因此相應(yīng)地在碾磨步驟中顆粒撞擊材料大小的分布也在一個狹窄的范圍里。例如，至少50wt％，如至少75wt％的碎片具有4-8mm的大小，優(yōu)選4-6mm。一般情況下，用于處理的一批碎片包含有一個較寬的碎片大小分布范圍，為了碾磨充分，顆粒撞擊材料也包含一定范圍的大小分布。
在發(fā)明的一個實施例中，用于處理的碎片可能包含一定范圍分布的碎片大小，所以用第一種直徑大小的顆粒撞擊材料碾磨碎片能很有效地碾磨至預(yù)定尺度之上，然后用第二種直徑大小的顆粒撞擊材料碾磨碎片至預(yù)定尺度或預(yù)定尺度以下。該發(fā)明的實施例包括如下步驟有水存在下，用第一種直徑大小的顆粒撞擊材料碾磨碎片狀的廢舊電子材料，該廢舊電子材料的碎片大小在預(yù)定尺度之上，碾磨后得到清潔的多聚物基底碎片；有水存在下，用第二種直徑大小的顆粒撞擊材料碾磨碎片狀的廢舊電子材料，該廢舊電子材料的碎片大小為預(yù)定尺度或之下，碾磨后得到清潔的多聚物基底碎片；在磨料中加入水，并從含金屬的材料中分離清潔的多聚物基底碎片；將清潔的多聚物基底碎片去水并干燥；處理含金屬的材料來回收金屬。
在這一實施例中，預(yù)定的大小通常是3mm。第一種直徑大小的顆粒撞擊材料通常大于1000μm，第二種直徑大小的顆粒撞擊材料通常小于1000μm。第一步的磨損或切割步驟能將聚合物基底的金屬去掉80-90％。
作為這個實施例的進(jìn)一步特征，在第一步的碾磨之前，還包括如下步驟將廢舊電子材料運(yùn)送到碎片加工廠；在加工廠將刮擦材料切割成碎片；然后將碎片運(yùn)送到碾磨廠。
對于一般預(yù)定的碎片尺度(1-20mm)，碾磨過程可能會使用顆粒大小如50μm小的顆粒撞擊材料。如果碎片或碎片大部分(例如超過50wt％)具有20mm的尺度大小，顆粒撞擊材料的顆粒大小就需要高達(dá)3mm。顆粒撞擊材料的功能是通過磨損分離出金屬、以及金屬外的膜層。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)需要以及下文表述的其它相關(guān)操作參數(shù)，可以選擇出合適的顆粒撞擊材料的顆粒大小。
任何能去除金屬的以及除任何金屬外的其它涂層顆粒撞擊材料都可以使用。因此，顆粒撞擊材料需要有合適的表面硬度。不同碎片間的相互作用在磨損中也起到一定的作用。為了有最好的效果，優(yōu)選顆粒撞擊材料的顆粒具有不規(guī)則的表面。同樣優(yōu)選顆粒撞擊材料具有較硬的表面。當(dāng)碾磨過程在水中進(jìn)行時，該材料在水中也應(yīng)該是穩(wěn)定的。在本發(fā)明的過程中，通常溫度會逐漸升高，要求顆粒撞擊材料在反應(yīng)的最高溫度也能保持完整性。
顆粒撞擊材料可以使用塑料、含硅材料、陶瓷和金屬粉末。實施例中包括浮石、沙、玻璃粉、硅藻土和硅碳化物。這些材料都是可以買到的。也可以使用市場上有的洗滌劑，這種洗滌劑在液體或者膏中包含有研磨顆粒，例如Ajax和Jif。優(yōu)選使用顆粒大小在大約300μm或更小的浮石，或者顆粒大小在150μm或更小的硅。使用金屬作為顆粒撞擊材料常常由于研磨導(dǎo)致聚合物基底的漂白退色。陶瓷材料表現(xiàn)出了極好的磨損特性，但是這一點往往被它易碎的特性所抵消。在一個實施例中，還使用了此文描述的回收方法的聚合物材料本身作為顆粒撞擊材料。由此，在聚合物材料是聚碳酸酯的CDs和DVDs中，顆粒撞擊材料可以是回收的聚碳酸酯。
在本發(fā)明的一個實施例中，優(yōu)選顆粒撞擊材料的密度和要回收的聚合物基底材料密度基本相似(±50％)。這樣做的效果是有利于顆粒撞擊材料和碎片的混合與分散。如果顆粒撞擊材料的密度和聚合物基底不相同，兩者分離可能會導(dǎo)致磨損效率降低。為了有利于顆粒撞擊材料和碎片間的混合與分散，兩者的大小應(yīng)相互匹配。
顆粒撞擊材料的數(shù)量會根據(jù)碎片材料的數(shù)目而變化，這會影響磨損的速度。因此，相對于碎片數(shù)目，顆粒撞擊材料的比例高時，去除金屬和外膜層的速度也相應(yīng)的會快。但是，磨損的速度也要和材料和/或后續(xù)的設(shè)備的損耗速率相平衡。通常情況下，顆粒撞擊材料和碎片的質(zhì)量比為1∶30，比如1∶20。實際上，處理質(zhì)量受到處理時間的影響，而處理時間又是受到諸如耗電影響。
本發(fā)明一個重要方面是碾磨步驟在有水存在下進(jìn)行。水在此起到潤滑劑和熱傳導(dǎo)介質(zhì)以及碾磨產(chǎn)物的輔助傳輸作用。如果不想被下述的假說所限制，可以相信，高強(qiáng)度的磨損是由于顆粒撞擊材料導(dǎo)致在各種膜層之間的界面的碎片產(chǎn)生的快速變性和高溫，例如在金屬/聚合物基質(zhì)界面，導(dǎo)致連接和分層減少。通常，水和碎片的重量比范圍在1∶3到3∶1，優(yōu)選1∶1。如果水的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這一范圍，這處理過程就會降低效率。
盡管碾磨步驟由于摩擦作用會導(dǎo)致溫度升高，發(fā)明處理還是在環(huán)境溫度和壓力條件下進(jìn)行的。通常，在使用低溫的處理步驟中，需要更多的顆粒撞擊材料。本發(fā)明在碾磨步驟中可以使用熱水來達(dá)到在高溫下進(jìn)行處理反應(yīng)。實際中，溫度升高可以通過外部加熱，如使用熱水和/或熱套管，或者通過摩擦過程在確定位置達(dá)到升溫。例如CDs，它在金屬層外有丙烯酸酯外層，升高的溫度能夠降低丙烯酸酯外層的整合性，使它更易分離。在高溫情況下，丙烯酸酯變得有粘度，這一特性也使得丙烯酸酯層分離時加速了下面的金屬層的的分離。因此發(fā)明過程可以在高溫下進(jìn)行，而不會希望回收的聚合物基底不會有不良影響。所以，當(dāng)聚合物基底是聚碳酸酯時，處理過程可以在例如120℃以上進(jìn)行(該過程要在壓力下進(jìn)行)。當(dāng)處理過程是在大氣壓下進(jìn)行時，最高溫度將是100℃。在決定反應(yīng)溫度時，由于碾磨處理本身引起的溫度升高也應(yīng)該考慮進(jìn)去。
碾磨在合適的設(shè)備中進(jìn)行，這種設(shè)備必須能夠在碎片和顆粒撞擊材料之間產(chǎn)生高剪切應(yīng)力。因此，高剪切混合設(shè)備，震動磨損碾磨設(shè)備，木質(zhì)碾磨混合設(shè)備或顆粒碾磨設(shè)備都可以使用。碾磨的時間依賴于混合物產(chǎn)生的剪切應(yīng)力、顆粒撞擊材料的種類和比例、碎片大小和溫度這些因素，最佳結(jié)果需要根據(jù)不同的例子分別考慮。
在碾磨之前，將碎片置于含有去污劑和表面活性劑的溶液中洗滌，以去處碎片表面的顆粒和污染物。
碾磨之后，在聚合物基質(zhì)材料的碎片中加入水。這樣，有效地將磨損物和顆粒撞擊材料從碎片上洗去。最好僅用水清洗碎片。在這一步中使用的水可以在碾磨步驟中重復(fù)使用，以減少可能存在的有價值的組分的損失。
然后，使用常規(guī)技術(shù)，將清洗后的聚合物基底碎片從含金屬的材料及其它物質(zhì)，如外膜層物質(zhì)中分離出來。分離的聚合物基底碎片采用常規(guī)技術(shù)去水、干燥?，F(xiàn)在，聚合物基底就可以用于進(jìn)一步應(yīng)用了。根據(jù)得到的聚合物等級不同，它可以在電子材料中重復(fù)使用，例如CD或DVD。這種聚合物材料也可以在材料的等級不是很關(guān)鍵的情況下應(yīng)用。
回收含金屬物質(zhì)中的金屬。這可以通過使用稠化劑來實現(xiàn)，例如Lamella稠化劑，它可以讓固體金屬沉淀，分離水份。在這一步中可以使用常規(guī)的絮凝劑。金屬可以通過滲透技術(shù)回收，如使用壓力滲透，膜滲透和帶滲透。通過這種方法就得到了塊狀金屬。
在CDs和DVDs中，刮擦電子材料主要包括聚碳酸酯聚合物，鋁和金，也可能有其它物質(zhì)。包括各種黏合劑，聚合材料，漆和印墨。為了達(dá)到聚碳酸酯聚合物的最大價值，非常重要的就是在回收中沒有污染物，并且在回收過程中物質(zhì)的分子量沒有顯著降低。任何不希望的分子量的降低都可以通過常規(guī)技術(shù)增加分子量來得到補(bǔ)償。將金從其它材料中分離出并不是很重要，因為金的重量百分含量很低，通常只有10ppm。
在本發(fā)明的實施例中，從CD和DVD中回收聚碳酸酯和金屬。一般的，CDs的聚碳酸酯基底一面涂復(fù)有金屬襯墊層(通常是鋁)。CD在金屬襯墊層外還有丙烯酸酯外層。本發(fā)明也可應(yīng)用于去除丙烯酸酯層和金屬層，以便分離聚碳酸酯。金屬也可回收。DVDs可以是單面和雙面的。在雙面DVDs中，金屬層，尤其是金或合金夾在兩層聚碳酸酯基底層之間，丙烯酸酯層可涂復(fù)在聚碳酸酯基底層外。金屬經(jīng)常是通過粘合方式和聚碳酸酯基底層連接。為了得到金屬層，就必須將DVD結(jié)構(gòu)分層。開始將DVD切成碎片，然后再進(jìn)一步碾磨。用這種碾磨方法可以分離得到聚碳酸酯。
在一個實際的例子中，當(dāng)循環(huán)處理前述的CD和DVD時，優(yōu)選CD或DVD被切成碎片，顆粒大小均勻分布在6mm左右。水和碎片的質(zhì)量比通常為1∶1，處理中溫度為80℃。顆粒撞擊材料最大粒徑可以是150μm的硅石粉或者硅石顆粒大小在1-2mm的聚碳酸酯小球。在這兩種情況下，顆粒撞擊材料和碎片的重量比大約是1∶20。
盡管上述方法應(yīng)用于傳統(tǒng)的電子材料，但是該發(fā)明方法可應(yīng)用在任何以聚合物為基底的廢舊材料上。例如，該發(fā)明可用于循環(huán)處理飛機(jī)窗戶和汽車后部反光鏡。
具體實施例方式
通過下述實施例將詳細(xì)描述該發(fā)明，該實施例不限制本發(fā)明。在實施例中，樣品的潔凈度是借助光學(xué)放大器來觀察評價的。
實施例1100張DVD片被刨片機(jī)切割成最大直徑為10mm的破碎的碎片。碎片然后在清洗房進(jìn)行化學(xué)清洗，以去處表面的污染物。用篩子將碎片材料分成粒徑大于3mm和小于3mm的。小于3mm的部分用Ballotini介質(zhì)(直徑小于1mm的玻璃顆粒)碾磨1小時。大于3mm的部分用Ballotini介質(zhì)單獨碾磨。將清潔的碎片裝入震動顆粒碾磨機(jī)，用Ballotini介質(zhì)碾磨15分鐘。驚人的是，據(jù)估計通過顆粒碾磨和熱水作用，大約有80％的粘連表面層被除去。
碾磨后的材料按照大小分為含金和含聚合物兩部分。聚合物部分經(jīng)過去水和干燥得到高純度的聚碳酸酯。
實施例22kg的6mm碎片CD和0.24kg的水(加熱到80℃)，在一個90mm直徑的容器內(nèi)用木質(zhì)葉輪碾磨，容器的外面包著一個110mm直徑的容器作為套管。顆粒接觸介質(zhì)是最大顆粒在大于300μm的10g浮石。葉輪在以大約1500rpm的速度轉(zhuǎn)動。在1個小時中，能觀察到溫度上升8℃(水溫開始時下降至72℃)。僅過了15分鐘，碎片據(jù)估計就有99％已清潔。
實施例3處理步驟同實施例2，除了容器直徑為88mm，葉輪轉(zhuǎn)速為2095rpm，測試進(jìn)行60分鐘。加到容器中的水溫經(jīng)過1小時，從開始的35℃升到了65℃。處理30分鐘得到的樣品經(jīng)估計有97％已清潔，60分鐘得到的樣品有99％已清潔。
實施例4重復(fù)實施例3步驟，除了浮石用最大粒徑為150μm的10g硅石來替代。過了15分鐘，水溫達(dá)到75℃，再過15分鐘升到87℃。在5分鐘和30分鐘分別取樣，據(jù)測清潔度達(dá)到95-97％之間。
實施例5重復(fù)實施例3步驟，5分鐘后水溫達(dá)到72℃，15分鐘后升至95℃。5分鐘后取樣測得清潔度達(dá)99％。
實施例6在一個83mm的PVC容器中，使用最大顆粒為300μm的5g浮石，將0.1kg的6mmDVD碎片和0.28kg的水混合用木質(zhì)葉輪碾磨。5分鐘后水溫達(dá)到35℃，30分鐘后升至65℃。在15分鐘和30分鐘分別取樣，據(jù)測清潔度分別達(dá)到至少96％和98％。
作為本發(fā)明一個獨立的方案，廢舊碎片材料也可用作顆粒撞擊材料，比如為了達(dá)到磨損的目的，并不一定需要加入額外的研磨劑?？梢杂眠@種方式來理解本發(fā)明。這一點在循環(huán)處理CDs時尤其有用。
本說明書和權(quán)利要求書中，除非上下文另有說明，“包括”應(yīng)理解為包含所述序號的步驟，但并不排除還有其它步驟。
權(quán)利要求
1.一種用于回收聚合物基底上有金屬的廢舊電子材料的方法，該方法包括如下步驟有水存在下，用顆粒撞擊材料碾磨碎片狀的廢舊電子材料，獲得清潔的聚合物基底；加水碾磨，將清潔的聚合物基底碎片從含金屬的材料中分離開來；將清潔的聚合物基底去水并干燥；然后從含金屬的材料中回收金屬。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，廢舊電子材料是CD或DVD。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，該方法在環(huán)境溫度高于85℃下進(jìn)行。
4.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，該方法在環(huán)境溫度高于120℃下進(jìn)行。
5.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，水和碎片的重量比為1∶3到3∶1。
6.按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，水和碎片的重量比為1∶1。
7.按上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，碎片大小為1-20mm。
8.按權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，碎片大小為4-8mm。
9.按上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，顆粒撞擊材料選自塑料、含硅材料、陶瓷和金屬粉。
10.按上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，顆粒撞擊材料是浮石或硅。
11.按權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，浮石顆粒大小為300μm或以下。
12.按權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，浮石顆粒大小為150μm或以下。
13.按上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，顆粒撞擊材料是回收的聚合物基底材料。
14.按上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，包括如下步驟有水存在下，用第一種直徑大小的顆粒撞擊材料碾磨碎片狀的廢舊電子材料，該廢舊電子材料的碎片大小在預(yù)定尺度之上，碾磨后得到清潔的多聚物基底碎片；有水存在下，用第二種直徑大小的顆粒撞擊材料碾磨碎片狀的廢舊電子材料，該廢舊電子材料的碎片大小為預(yù)定尺度或之下，碾磨后得到清潔的多聚物基底碎片；在磨料中加水，并從含金屬的材料中分離清潔的多聚物基底碎片；將清潔的多聚物基底碎片去水并干燥；處理含金屬的材料來回收金屬。
15.按權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在第一步碾磨之前還包括將廢舊電子材料廢棄物運(yùn)送到碎片加工廠；在加工廠將廢的材料切割成碎片；然后將碎片運(yùn)送到碾磨廠。
16.一種用于回收聚合物基底上有金屬的廢舊電子材料的方法，該方法包括如下步驟有水存在下，用顆粒撞擊材料碾磨碎片狀的廢舊電子材料，獲得清潔的聚合物基底；加水碾磨，將清潔的聚合物基底碎片從含金屬的材料中分離開來；將清潔的聚合物基底去水并干燥；然后從含金屬的材料中回收金屬，其中顆粒撞擊材料包括刮擦電子材料碎片。
全文摘要
一種用于回收聚合物基底上有金屬的廢舊電子材料的方法，該方法包括如下步驟有水存在下，用顆粒撞擊材料碾磨碎片狀的廢舊電子材料，獲得清潔的聚合物基底；加水碾磨，將清潔的聚合物基底碎片從含金屬的材料中分離出來；將清潔的聚合物基底去水并干燥；然后從含金屬的材料中回收金屬。
文檔編號B29B17/02GK1427757SQ01809288
公開日2003年7月2日 申請日期2001年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月11日
發(fā)明者肯尼思·希特, 馬克·R·霍奇, 約翰·悉尼·霍爾, 邁克爾·斯科特·麥克雷-威廉斯 申請人:邁特斯公司