专利名称：光学介质的脱金属工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及从聚合物基片上去除(金属的、有机的和/或无机的)涂层。更具体地说，本发明涉及一种光学介质脱金属工艺。最为具体地说，本发明涉及在存在含水的介质中以高剪切(shear)进行光学介质脱金属。特别在本发明的优选实施例涉及在高剪切条件下对存在有机酸的光学介质进行脱金属。本发明还用于从各种其它产品中去除漆和/或金属，包括但不限于照明灯透镜或汽车装饰构件。
用于光学介质的聚碳酸酯，例如紧致盘(CD)和/或数字视频盘(DVD)存在一个特殊的问题。CD用铝涂覆，然后用可选择地印刷在其上的漆对表面进行密封。DVD两半体分别用金和铝涂覆。然后用粘合剂将两个半体粘结在一起。然后，可选择地用丙烯酸或漆涂覆DVD，并且可选择地在其上进一步进行印刷。
由于在日常生活中变得越来越平常的CD和DVD的增加，聚碳酸酯工业中的聚合材料的最终用户和制造者已经面临更大的环境问题。在这些产品的表面上使用金属出现了对它们进行处理的重要的环境问题。缺少以有利于环境的方式对表面脱金属的适当手段使得CD和DVD难以回收。因此，掩埋通常成为选择的处理方法，这造成严重的环境问题。
当前用于光学介质脱金属的工艺通常涉及使用诸如氢氧化钠的腐蚀溶剂。例如见Eddy-Helenek等人的美国专利No.5,817,183；Nee的美国专利No.5,306,349；和Franci的美国专利No.5,464,877。尽管这些工艺已经表现出在脱金属方面具有一定效果，但是腐蚀溶剂可能由于减小聚碳酸酯分子重量而导致对聚碳酸酯聚合体基片的明显的损伤。存在与在聚碳酸酯上使用腐蚀溶剂有关的另外的环境问题和OSHA(职业安全与卫生条例)问题。这些问题之一是在工艺排出物流中可能产生双酚A单分子。
在Fennhoff等人的美国专利No.5,151,452中也提到了，该专利公开了在回流温度和低剪切条件下使用酸性介质。尽管这种工艺在对CD进行脱金属时具有一些有益的效果，但是不能认为高剪切条件下需要有效的对DVD中的金进行脱金属提出在许多应用中这种工艺效率低。而且，很清楚，Fennhoff等人的‘452专利的除漆工艺是在酸和目标材料之间相互的化学作用，因此与通过本发明的高剪切机械方法去除漆/金属的建议相去甚远。
因此，如果开发在环境上相对良好的工艺用于从聚合物废料处理的多种金属表面上去除涂层(可以包含金属)，则这种工艺将代表在目前的技术状态下的显著的先进。
在DVD的情况下，本发明也令人惊异地提供从DVD中去除贵重的含金量的有效工艺。因此，本发明的工艺也可以在闭环结构中进行，以便减少环境影响，其中烟尘和流出物的释放保持在相对低的水平并且保存任何活性的化学物质。
在本发明的一个实施例中，提供用于清理在其上具有涂覆物的聚合物基片的工艺，该工艺包括以下步骤(a)机械地剥落或粉碎聚合物基片为相对小的颗粒；(b)传送聚合物基片的颗粒给机械的剪切设备；(c)流体化该聚合物基片颗粒；(d)可选择地在存在催化剂的情况下以相对高的剪切率剪切该流体的颗粒，以清洁该聚合物基片，所述催化剂从由羧酸、羧酸酯及其混合物构成的组中选择；以及(e)回收清洁的聚合物颗粒。在本发明的特别优选的实施例中，聚合物颗粒上的涂覆物包括金属物质，并且本发明的工艺基本上完全脱金属该聚合物颗粒，即降到20ppmw或更少的金属。本发明的详细说明本发明提供用于从涂覆的聚合物基片上去除涂覆物的工艺，该工艺包括步骤(a)破碎聚合物基片为相当小的聚合物颗粒；(b)传送该聚合物基片的颗粒给机械的剪切设备；(c)流体化该聚合物基片颗粒；(d)可选择地在存在催化剂的情况下以相对高的剪切率剪切该颗粒，以便从聚合物基片中去除涂覆物，所述催化剂从由羧酸、羧酸酯及其混合物构成的组中选择；以及(e)回收清洁的聚合物颗粒。
尽管本发明始终说明性地使用聚碳酸酯基片例如紧致盘，但是应当理解，本发明的工艺应用于经过表面涂覆的各种聚合物基片，任选地该表面涂覆物也包括金属。例如，本发明的方法还可以用于清洁芳族聚酯碳酸盐，它聚积在用于眼睛或其它光学应用的透镜产品中、或者灯或头灯反射镜中。
聚合物基片首先通过本领域普通技术人员已知的方式缩小成颗粒、碎片、薄片、颗粒、片等。例如，聚合的材料可以切割或切碎、切片、破碎、粉碎、压碎或磨碎成相对小的单个颗粒。在剪切过程中该薄片有助于增强浆体的流动特性。不要求该颗粒具有规则的尺寸和形状，并且在优选的实施例中，所述颗粒是不规则的形状且包括在最长的方向上从大约2到大约20毫米、优选地从到大约4到大约10毫米的尺寸范围的颗粒。这些颗粒可以由DVD、CD或其它塑料基片单独或相互混合构成。
然后，这些颗粒传送给机械的剪切设备并且流体化。通过使用高强度剪切混合，流体化颗粒的涂覆物去除和/或脱金属化作用显著地增强，所述高强度剪切混合促进浆体紊流并且增加颗粒与颗粒的相互作用，和/或在剪切容器中颗粒与搅拌刀片的相互作用和/或颗粒与任何固体夹具(壁、装配件等)之间的相互作用。在有利于高剪切混合的几乎任何工业设备中均可以再现良好的结果。
例如，刀片的速度大于约500rpm，优选地大于800rpm，更优选地大于1000rpm并且最优选地大于1250rpm的高速旋转刀片工业搅拌器适用于本发明的实践中。在搅拌器中刀片顶端的速度应当相对高，至少大约为10m/s数量级，优选地至少大约为15m/s，并且最优选地至少大约18m/s。通过使用适当的推进器设计，即数目、几何形状、直径和位置；一个适当的容器设计，即减少在死区中的时间；以及其它的设计因素，即扫掠笼的设置和设计，也可以设计该机器用以增强剪切作用。根据本发明没有碾磨介质的磨碎机适于用作的机械的剪切设备。
在机械的剪切设备中的流体化颗粒的手段可以是例如来自鼓风机的空气、水或其它液体系统。水是特别优选的。
在机械的剪切设备中，聚合物基片的切片也可以与催化剂相接触。在本发明的实践中有用的催化剂包括羧酸、羧酸酯及其混合物。虽然单独使用水，即没有催化剂可以获得极好的结果，但是，使用催化剂，诸如含水的羧酸或羧酸酯可以减少进行脱层和/或脱金属所需的剪切时间和/或剪切温度。在这些情况下，酸或酯的浓度优选地在大约0.1到20重量百分比的范围内，更优选地从大约0.1到大约10重量百分比，并且最优选从大约0.25到大约1重量百分比。
其它材料也可以加上催化剂，诸如清洁聚脂基片颗粒所需的常规的表面活性剂、皂和盐。
在本发明的实践中有用的羧酸包括本领域的普通技术人员已知的所有的羧酸。特别优选的是醋酸。尽管本发明人不希望受任何特殊的理论的限制，相信醋酸也起着脆化DVD剥片上的粘合剂的作用，从而提高该高剪切工艺的效果。此外，尽管本发明人也不希望受任何特定的理论限制，也相信醋酸可以防止金属或涂覆颗粒再沉积在聚合片状基片上，或许是由于电荷的耗散或表面活化特性。同样地，尽管乳酸盐诸如乳酸乙酯是优选的，但是任何已知的羧酸酯均可以用于本发明的实践中。
在将热塑性基片的碎片和催化剂装入机械的剪切设备中，流体化介质中的固体含量应该达到实际可用的高度，例如大约60％，以便获得最佳的结果，只要保持帮助碎片搅拌的流动性。在优选实施例中，固体含量的范围从大约20％到60％。取决于所述设备，较高的固体含量是可能的，但是材料处理(抽吸)和搅拌特性的困难可能导致该工艺效率低。
机械的剪切设备中的混合物温度应当保持低于在剪切工艺期间使用的特定条件回流温度。剪切温度在大约50℃到大约95℃范围内是优选的，更优选地从大约60℃到大约95℃，而最优选地从大约80℃到大约95℃。由于高剪切通常产生足够的热量，通常不需要增加热。实际上在一些例子中，可能需要搅拌设备上的冷却护套约防止温度上升得太高。因此，本发明工艺的剪切部分可以在室温下开始，并且仅通过摩擦便可以获得所需的升高的剪切温度。替代地，可以预热剪切设备中的混合物到所需的预热温度，例如从大约50℃到大约70℃，或者甚至高到所需的剪切温度。
流体化的颗粒在这些相对高的剪切条件下剪切，直到完成涂覆物去除或者任选地脱金属化为止，通常这需要大约0.5到大约3.0小时，优选地大约1.0到2小时。剪切时间取决于催化剂(如果使用的话)的量和类型、固体含量、剪切率、温度和小片的尺寸及厚度。
本发明人已注意到，固体含量和剪切率的组合效果呈现最佳的协同作用在于这两个参数的组合效果大于单独地每个参数的叠加效果。在根据本发明的处理之前和之后各种金属含量的光学介质的测定中，铝含量始终从90-100ppmw减少到大约6-9ppmw。类似地，金始终从大于150ppmw减少到小于大约20ppmw。
在涂覆物去除和任选的脱金属完成之后，通过本领域技术人员已知的常规设备中的冲洗、过滤和/或干燥工序回收清洁的聚合物基片。回收的热塑性颗粒是适合在模塑操作中回收和再利用的清洁的金属、粘合剂、颜料、染料和呈完好状态的其它涂覆物。在冲洗阶段中，如果需要或希望的话，冲洗可以包括洗涤添加剂，诸如有机酸(包括醋酸)或其它常规的表面活性剂(皂)，以便增强CD和/或DVD片的清洁度。
过滤步骤的流出物可以进行进一步处理，以便通过过滤或本领域普通技术人员已知的其它分离或提取技术回收金属。在DVD的情况下，本发明还意想不到地提供从DVD中回收贵重的金。
本发明还希望，本发明的工艺也可以在闭环结构中实施以便减少环境的影响，其中烟尘和流出物的释放保持在相对低的水平并且保存任何活性的化学物。在这种类型的实施例中，通过过滤和本领域技术人员已知的其它分离工艺该过滤的流出物是清除金属和其它污染物的，并且再循环到剪切步骤，以便作为催化剂再次使用。
例160％剥落的紧致盘(2220g)和40％的20％醋酸溶液(1184g水/296g醋酸)的浆体在室温下不加碾磨介质放置于以1025rpm工作的磨碎机中。在2小时之后该机器加热到53℃。在两小时之后100％的脱层和脱金属化。
例260％剥落的数字视频盘(2220g)和40％的20％醋酸溶液(1184g水/296g醋酸)的浆体在室温下不加碾磨介质放置于以1025rpm工作的磨碎机中。在2小时之后该机器加热到58℃，并且DVD的聚碳酸酯被100％的脱层，而且显得非常干净，尽管存在细微的残留金。
例360％剥落的紧致盘(2220g)和40％的20％醋酸溶液(1184g水/296g醋酸)的浆体在室温下不加碾磨介质放置于以1025rpm工作的磨碎机中。还添加1％(14.8g)的NaCl溶液。在30分钟时，脱层少于50％。在60分钟之后，脱层80～90％。在90分钟之后，脱层95～99％。在2小时之后该机器加热到53℃并且100％的脱层和脱金属化。
例460％剥落的数字视频盘(2220g)和40％的20％醋酸溶液(1184g水/296g醋酸)的浆体在室温下不加碾磨介质放置于以1025rpm工作的磨碎机中。还添加3％(44.8g)的NaCl溶液。在30分钟时，脱层少于50％。在60分钟之后，脱层80～90％。在90分钟之后，脱层95～99％。在2小时之后该机器加热到53℃并且100％的脱层和脱金属化。与1％NaCl的实验(例3)在2小时相比，产品显得稍微更加干净。
例5
60％剥落的紧致盘(2220g)和40％的10％醋酸溶液(1332g水/148g醋酸)的浆体在室温下不加碾磨介质放置于以1025rpm工作的磨碎机中。在2小时之后该机器加热到51℃，并且95％脱层和脱金属化。
例660％剥落的紧致盘(2220g)和40％的15％醋酸溶液(1258g水/222g醋酸)的浆体在室温下不加碾磨介质放置于以1025rpm工作的磨碎机中。在2小时之后该机器加热到49℃，并且100％脱层和脱金属化。
例760％剥落的紧致盘(150kg)和40％的1％醋酸溶液(10kg)放置于在室温下以1350rpm工作的250升高速工业分散搅拌器中。在2.75小时之后该机器加热到93℃并且100％脱层。
例853％剥落的紧致盘(125kg)和47％的1％醋酸溶液(110kg)放置于最初以800rpm工作的250升高速工业分散搅拌器中，以利于薄片的“打湿”。将该液体在60℃引入。在大约10分钟之后，薄片被打湿并且搅拌器速度增至1350rpm。在3小时之后，机器加热至90℃，并且大多数(70～80％)脱层且脱金属化。
例912％剥落的紧致盘(5kg)、48％剥落的数字化视频盘(20kg)和40％的1％醋酸溶液(17kg)放置于以1600rpm工作的50升高速工业分散搅拌器中。该液体在60℃引入。在30分钟后温度升至94℃。在90分钟内观察到完全脱金属化。
例1060％剥落的数字化视频盘(127kg)和40％的1％醋酸溶液(84.5kg)放置于在室温以1350rpm到1600rpm之间工作的250升高速工业分散搅拌器中。在大约4小时之后温度已升至92℃。最初，加入更多的溶液以增强流动性并促进浆体的混合(总的固体含量减少到大约45％)。在温度已经达到60℃之后，这些额外的流体被排出。在大约4小时之后，薄片几乎完全脱金属化，在较大的薄片上保留残余金属，而在较小的薄片中100％脱金属化和脱层。
例1160％剥落的数字化视频盘(26kg)和40％的水(17kg)放置于在室温下以2000rpm工作的50升高速分散搅拌器中。在5小时之后，坯料温度已上升至98℃，部分(80～90％)脱金属化并且明显地全部脱层。在大薄片上保留有残余金属，在小薄片中明显的100％脱金属和脱层。
根据上述详细说明，本领域技术人员可以自己得出本发明的许多变形。所有这些明显的改变全部在所附的权利要求的范围之内。
上面确定的专利全部引用在此作为参考。
权利要求
1.一种从具有涂覆物的聚合物基片上去除涂覆物的工艺，该工艺包括步骤(a)粉碎所述聚合物热塑基片为相对小的聚合物基片颗粒；(b)传送所述聚合物基片的颗粒给机械的剪切设备；(c)流体化所述机械的剪切设备中的聚合物基片颗粒；(d)以相对高的剪切率剪切所述流体化的颗粒以便从该聚合物基片中去除涂覆物；以及(e)回收清洁的聚合物颗粒。
2.根据权利要求1所述的工艺，其中所述聚合物基片颗粒利用从空气和水构成的组中选择的流动介质流体化。
3.根据权利要求1所述的工艺，其中所述流动介质包含水。
4.根据权利要求1所述的工艺，其中所述聚合物基片包含聚碳酸酯。
5.根据权利要求2所述的工艺，其中所述聚碳酸酯基片包括光学介质。
6.根据权利要求2所述的工艺，其中所述光学介质包括紧致盘、数字视频盘或它们的混合物。
7.根据权利要求1所述的工艺，其中所述聚合物基片颗粒包括在最长方向上的尺寸范围从2大约2到大约20毫米的颗粒。
8.根据权利要求1所述的工艺，其中从由羧酸、羧酸酯及其混合物构成的组中选择的催化剂进一步添加到所述剪切工艺中。
9.根据权利要求8所述的工艺，其中所述催化剂包括含水羧酸。
10.根据权利要求9所述的工艺，其中该羧酸的浓度范围以含水羧酸的重量为基础的重量从大约0.1％到大约20％。
11.根据权利要求10所述的工艺，其中该羧酸的浓度范围从大约0.1到大约10重量百分比。
12.根据权利要求11所述的工艺，其中该羧酸的浓度范围从大约0.25到1重量百分比。
13.根据权利要求8所述工艺，其中所述催化剂包括乳酸盐。
14.根据权利要求1所述的工艺，其中在该剪切设备中的混合物包括从大约10到大约60重量百分比的固体。
15.根据权利要求14所述的工艺，其中在该剪切设备中的混合物包括从大约10到大约60重量百分比的固体。
16.根据权利要求1所述的工艺，其中该剪切的温度低于大约95℃。
17.根据权利要求16所述的工艺，其中该剪切的温度范围从大约50到大约95℃。
18.根据权利要求1所述的工艺，其中所述剪切设备包括以至少大约1000rpm的混合速度工作的旋转刀片搅拌器。
19.根据权利要求1所述的工艺，其中步骤(d)包括冲洗所述剪切的聚合物颗粒。
20.根据权利要求19所述的工艺，其中所述冲洗步骤包括水洗。
21.根据权利要求20所述的工艺，其中所述冲洗步骤包括在存在有机酸、表面活性剂或它们的混合物的情况下的水洗。
22.根据权利要求5所述的工艺，进一步包括从该混合的流出物中回收铝的步骤。
23.根据权利要求6所述的工艺，进一步包括从该混合的流出物中回收金的步骤。
24.一种从具有涂覆金属的涂覆物的聚合物基片脱金属和去除涂覆物的工艺，所述工艺包括步骤(a)粉碎聚合物基片为相对小的聚合物颗粒；(b)传送所述聚合物基片的颗粒给机械的剪切设备；(c)流体化所述机械的剪切设备中的所述聚合物基片颗粒；(d)可选择地在存在催化剂的情况下以相对高的剪切率剪切所述流体化的颗粒，以便从该聚合物基片中去除涂覆物，所述催化剂从由羧酸、羧酸酯及其混合物构成的组中选择；以及(e)回收清洁的聚合物颗粒。
25.根据权利要求24所述的工艺，其中所述流动介质包含水。
全文摘要
通过任选地在存在催化剂的情况下对聚合物基片的流动颗粒施加高剪切条件从聚合物基片例如紧致盘(CD)和数字视频盘(DVD)中去除涂覆物和任何金属的一种工艺。
文档编号C08J11/06GK1449311SQ01814757
公开日2003年10月15日 申请日期2001年8月31日 优先权日2000年9月5日
发明者理查德·萨皮恩扎, 肯尼思·希特, J·迈克尔·格拉布, R·马克·霍奇, 乔舒亚·R·麦克尔斯 申请人:迈特斯公司