[发明专利]光学级聚碳酸酯/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学级聚碳酸酯/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法。

背景技术

近年来随着信息产业的崛起，由光学级聚碳酸酯制成的光盘作为新一代音像信息存储介质，正在以极快的速度迅猛发展，聚碳酸酯以其优良的性能特点因而成为世界光盘制造业的主要原料。目前世界光盘制造业（如CD、DVD和BD等）所耗光学极聚碳酸酯量已超过聚碳酸酯整体消费量的20%，其年均增长速度超过10%，而中国已成为全球聚碳酸酯业的主要拉动力量，年耗光学级聚碳酸酯约20万吨以上且基本依赖进口。中国（包括台湾）成为世界上第二大光盘生产和消费国，仅上海每年产生的废弃光盘总量就在8000万张以上，按照每张光盘质量15克计算总重1200吨，而且这一数字还在每年以平均15％左右的速度增长。我国聚碳酸酯的生产尚处于起步阶段，进口的光学级聚碳酸酯每吨价格高达3万～3.6万元。

由于使用光热的方式进行数字记录，实际上光盘的使用寿命约5~6年，如何处理大量报废的光盘一直是困扰各国科研人员的难题。2002年国家经贸委会同国务院有关部门共同研究制定了《国家产业技术政策》，强调开发并拓展纳米新材料、新型高分子材料和新型复合材料技术的应用，同时又着重提出用高新技术改造传统产业，开发环保产业，变废弃资源为再生资源，保护资源和生态。现阶段中国明确提出建设“资源节约型、环境友好型社会”的两型社会和正在进行的经济结构调整使得聚合物材料的回收日益受到重视。按照生产标准，每张CD、DVD或BD光盘的至少有93％以上的含量是聚碳酸酯，聚碳酸酯在自然中降解需要上百年的时间，因此进行循环回收不仅可以解决环境污染问题，还可以实现资源再利用，废旧光盘回收价值很大，是变白色污染为白色资源的关键。

光盘具有多功能层结构，而光学级聚碳酸酯作为基体材料含量最多，占光盘质量的93％以上；印刷层主要是涂料和油墨，总厚度约20μm；金属反射层通常采用铝、金、银以及铜合金，质量较好的光盘使用金作为反射层，其厚度仅有15～70nm；还有记录数据层的有机染料，主要是指菁蓝、酞菁蓝两种染料。如果按照传统的焚烧获得热能或者压路机压碎后填埋的销毁方法，光盘上含有的金属等有毒物质仍然存在，都会造成二次污染，不能实现资源的循环利用。

由于制作光盘对聚碳酸酯透光性要求高，光学级聚碳酸酯回收后亦难于用来重新制作光盘，因此也无法实现闭环回收。同时由于光学级聚碳酸酯要求高流动性，提高流动性就需降低平均分子量，所以光学级聚碳酸酯的平均分子量一般较低（重均分子量约为18000），只是常规聚碳酸酯的50%，造成光学级聚碳酸酯的力学性能和热学性能较低，回收后难以直接用作工程塑料的原料。

目前从光盘中回收光学级聚碳酸酯后可以使之降解为单体以回收双酚A，但回收成本太高，工艺复杂，仅发达国家掌握。更多的是通过一定的比例（20%~25%质量比）作为回收料添加到其他聚碳酸酯中，也可以通过共混技术对光学级聚碳酸酯进行改性，提高回收光学级聚碳酸酯性价比，从而达到拓展光盘废料的回收应用领域，但无论是添加还是共混到其他新的聚合物中，聚合物材料体系的整体性能并无提高，因而属于效率不高的方法。

发明内容

本发明利用有机化的层状硅酸盐针对回收光学级聚碳酸酯进行纳米改性，将纳米技术和光学级聚碳酸酯的循环利用技术结合起来，制备光学级聚碳酸酯/层状硅酸盐纳米复合材料从而得到力学性能和热学性能提高的工程塑料。本发明原料价廉易得，路线简单，材料进行纳米复合后性能有大幅提高，从而拓展了应用范围，最终形成完善的回收分离-纳米改性-生产制造-产品再生的循环利用技术。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的光学级聚碳酸酯/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法，包括下述步骤：

（1）光学级聚碳酸酯的回收：将废弃光盘放入20wt% NaOH溶液中，浸泡0.5-2小时后捞出，在100℃下烘干后，用塑料破碎机将光盘盘片破碎得到回收的光学级聚碳酸酯颗粒；

（2）层状硅酸盐的有机化：称取5-10重量份的插层剂配置成浓度为10-20wt%的水溶液，称取5-10重量份的蒙脱土分散到蒸馏水中搅拌并加热至80℃，向上述蒙脱土分散液中滴加插层剂溶液，升温至85-95℃并恒温1-2小时，然后抽滤并用蒸馏水洗涤，再静置12小时后抽滤，洗涤，重复多次，直至用硝酸银鉴定无溴离子后，于140℃下干燥至恒重，研磨成300目的粉末，得有机化层状硅酸盐；