您好,欢迎来到尚车旅游网。
搜索
您的当前位置:首页废聚对苯二甲酸乙二醇酯的高温醇解研究

废聚对苯二甲酸乙二醇酯的高温醇解研究

来源:尚车旅游网
研究与开发 C合成纤维工业,HINA SYNTHETIC。FI2B0ER1 I4,3N7D(U1Sr)R:Y9 废聚对苯二甲酸乙二醇酯的高温醇解研究 俞昊 ,黄芳 ,冯淑芹 ,梅锋 (1.东华大学材料学院,上海201620;2.江苏盛虹化纤集团,江苏吴江215200) 摘 要:通过高温高压醇解法对废聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)在催化剂金属醋酸盐作用下,进行乙二醇 醇解得到对苯二甲酸乙二醇酯(BHET),研究了废PET高温醇解的影响因素及工艺条件。结果表明:在高温 醇解反应中,乙二醇与废PET的质量比和反应压力为主要影响因素,反应温度和解聚时间为次要影响因素; BHET收率随反应时间的延长、温度与压力的升高、乙二醇与废PET的质量比加大、催化剂的用量增大而增 加,而二甘醇含量(除质量比因素)及醇解产物的熔点则随其相应降低;最佳醇解反应条件为压力0.4 MPa、 乙二醇与废PET质量比0.5:1.0、反应温度250℃、反应时间4 h,BHET收率达82%。 关键词:聚对苯二甲酸乙二醇酯 回收采用高温高压醇解反应正交实验 中图分类号:TQ323.4 1 文献标识码:A 文章编号:1001.0041(2014)01—0OO9.04 聚酯(PET)广泛用于塑料制品,同时其废弃 虹集团中鲈科技发展股份有限公司产;乙二醇、苯 物带来了环境污染,PET的回收日益受到各界重 酚、四氯乙烷、四甘醇二甲醚、活性炭:分析纯,国 视。但是,再生料由于其纯度以及结构性能的改 药集团化学试剂有限公司产;醋酸锌:分析纯,上 变,目前主要是短纤维的开发,导致其应用受到限 海达瑞精细化工有限公司产;乙二醇锑:分析纯, 制,每年回收的PET仅占产量的37%[1 3。目前 江苏鸿声化工厂产;甲醇:分析纯,上海化学试剂 PET瓶片的回收工业化生产方法主要有水 公司产。 解 ]、甲醇醇解 和乙二醇醇解 ]。其中 1.2仪器与设备 PET水解法的主要缺点是高温、高压及解聚时间 气相色谱仪:Agilent 7890A,安捷伦科技公司 较长、对苯二甲酸(TPA)的提纯成本高_9—12 3;甲 制;高温高压醇解设备:PET聚合釜,江苏盛虹集 醇醇解法的产物存在反应温度高、压力大、PET分 团中鲈科技发展股份有限公司制,有效容积为70 解不完全、成本高等缺点¨ H ;乙二醇醇解法主 L压力0—0.5 MPa,搅拌速率0—100 r/min,温度 要是用乙二醇的降解¨ ,二甘醇的醇解¨ ,丙二 醇的醇解 ,乙二醇超声波降解 引,其降解时间 0—450℃;常压醇解设备:自制玻璃釜反应装置。 降低,获得(BHET)产品纯度较高,成本相对较 1.3废PET的乙二醇醇解方法 低,因此,广泛用于工业生产 7I J。 废PET解聚反应在高压反应釜中进行。首 为了引入工业化的PET降解工艺,扩大其应 先干燥废PET,除去水分及其他挥发性物质;而后 用,有必要对各个醇解反应条件的影响进行探讨, 在反应釜中加入一定量的乙二醇、废PET及催化 以便深人了解和控制醇解程度。PET醇解反应所 剂;密封后开始加热,控制升温速率5—10℃/ 用的催化剂一般有钛酸酯类、醋酸盐类和稀土氧 min,记录加热过程中温度与压力的变化情况,当 化物等。目前关于PET醇解反应中催化剂的作 加热到设定温度时开始记录时间,在维持恒温的 用机理尚未达成统一的认识。作者研究了金属醋 情况下,使解聚反应进行1,2,3,4,5,6 h。可中间 酸盐催化剂对醇解产物BHET的收率及产物性质 取样,反应结束后对解聚产物进行分析。反应温 的影响以及压力、温度、时间、物料配比对乙二醇 度为0—270℃,反应压力为0~0.5 MPa。 解聚产物性质、BHET收率的影响,优化PET降解 1.4分析与测试 工艺。 BHET收率(),):在反应结束后,将反应产物 调节温度至130—140 oC,将醇解产物快速热过 1实验 收稿日期:2013—06.18;修改稿收到日期:2013.12-27。 1.1原料 作者简介:俞吴(1973一),男,博士,副教授,从事材料改性及 废PET:特性黏数([田])0.65 dL/g,江苏盛 成型、功能高分子等领域的研究。E.mail:yuhao@dhu.edu.cn。 10 合成纤维工业 2014年第37卷 滤,得到有色不溶物试样A。然后对滤液进行减 压蒸馏回收乙二醇。将减压蒸馏后的液体(常温 下为固体)溶入溶剂中,加热后热过滤,得到不溶 物B。再向滤液中加人一定量的活性炭脱色,热 过滤,得无色透明滤液,自然冷却结晶,过滤,得晶 体c,在60℃下干燥。 Y=m /mB×100% (1) 式中:m 为晶体C质量;m 为BHET理论值。 [叼]:采用乌氏黏度计法(GB/T l4190— 2008)进行测试。 二甘醇(DEG)含量:用气相色谱法测定PET 乙二醇醇解产物的二甘醇含量。 端羧基:采用0.1 moL/L的KOH一乙醇标准溶 液,10 L的酚酞指示液,PET醇解物溶于二甲苯 与乙醇的混合溶液(体积比为2:1),用碱式滴定 管进行端羧基测定。 2结果与讨论 2.1催化剂对废PET醇解反应的影响 从表1可知,在反应3 h内,醇解物可形成透 明均匀溶液,催化剂含量增加,BHET的Y增加, 当用量达l 000 g时,BHET的Y可达86%。 表1 催化剂用量对醇解产物性质的影响 Tab.1 Effect of catalyst amount on physical index of alcoholysates 注:反应温度为250℃,反应压力为0.4 MPa,反应时间为3 h,mEG:mPET为0.5:1。 2.2 PET醇解反应的影响因素 2.2.1 醇解反应的正交实验 以PET醇解产物BHET的Y为实验指标,选 定4个影响因素:反应压力,反应温度,反应时间, mEG:mPET。选用用量为500 g/g金属醋酸盐催 化剂进行正交实验,结果如表2所示-c定值衡量 不同因子的重要性,表明在PET的醇解反应中, 各因素的影响力由大到小依次为m 。:m唧、反 应压力、反应时间、反应温度,且物料配比及压力 占主要作用。从BHET的Y看,最佳反应条件为 乙二醇与PET质量比为1.8:1,压力为0.4 MPa,温度为260℃,时间为2 h。考虑到设备承 受能力、能源消耗、连续工业化生产的可能性及经 济性等原因,有必要对各个因子对PET乙二醇解 的影响再进行探讨。 表2废PET的乙二醇解正交实验结果 Tab.2 Orthogonai experimental results of ethylene glycol alcoholysis of PET waste 2.2.2 mEG:mPET 从表3可以看出,BHET的y随着m G:mPET 的增大而增加,当mEG:m唧从0.3:1增大至0. 5:1,增加幅度大,而随着配比的继续增加,BHET 的Y增加较缓。醇解物熔点、[叼]均随着配比降 低,但副产物二甘醇量却增多。综合考虑后续实 验问题以及经济效益,m 。:mPET为0.5:1。 表3 m 。:m ET对醇解反应的影响 Tab.3 Effect ofmEc:rrtPET oH alcoholysis reaction 注:反应温度250 ,反应压力为0.4 MPa,反应时间3 h,催 化剂用量500 g/g。 2.2.3反应压力 从表4可以看出,在0.1 MPa压力以上反应 3 h,即可完全溶解。随着压力的增加,BHET的Y 大幅度的增加,醇解聚产物的平均熔点、端羧基与 第1期 俞吴等.废聚对苯二甲酸乙二醇酯的高温醇解研究 [ ]降低。由此说明压力的增大有利于醇解反应 的进行。这是由于高压态的乙二醇分子间的作用 2.2.5 反应温度对PET乙二醇解反应的影响 从表5可见,随着温度的升高,BHET的Y增 力消失,其热运动速率增大,同时又由于其密度随. 多,到260℃时BHET的Y可以达到82%;解聚产 压力的增大而增大,增加了与PET分子碰撞的几 率。另外,高压态的乙二醇对PET有较高的溶解 性,也提高了醇解反应程度。 表4反应压力对PET醇解产物的性质的影响 Tab.4 Effect of reaction pressure on physical index of PET alcoholysatse 压力/MPa Y% DEG’%  ℃ ( /(ot端 ol t・ In]/% %I1)()( dL g ・. ) 溶解情况 注:反应温度250℃,反应时间为3 h,mEG:mPET为0.5:1, 催化剂用量为500 g/g。 醇解产物中二甘醇含量也是控制乙二醇解聚 的控制质量指标。过量二甘醇的存在会降低PET 的热氧化稳定性。随着压力的增加,醇解物中 DEG含量减少,有利于后续的再生PET聚合及纺 丝。因而PET的乙二醇解反应宜在0.35~0.44 MPa下进行。 2.2.4反应时间 从图l可以看出,PET的醇解产物中BHET 的Y随着时间的延长而增多,在反应时间4 h时 BHET的Y达到了82%。这说明时间对PET的解 聚是起着重要作用。在反应时间小于2 h,BHET 的Y大幅度增加,而反应时间大于2 h,BHET的Y 增加较缓慢。PET的乙二醇解反应时间需大于2 h,较适宜的时间为4 h。 图1反应时间对PET醇解反应的影响 Fig.1 Effect of reaction PET alcoholysis mEG:mpET为0.5:1,500 g催化剂, 反应压力0.4 MPa,反应温度250℃。 物的平均熔点与[ ]则相应下降。这些充分地 说明了温度的升高有助于醇解效率的提高。同时 温度的升高也导致副产物二甘醇量的减少。这主 要由于温度的升高导致DEG的醚键的不稳定性 增强,从而二甘醇的量得到减少。由于DEG量的 减少有利于后续的聚合与纺丝,因此高压下的 PET乙二醇解反应宜250~260℃下进行。 表5反应温度对PET醇解产物性质的影响 Tab.5 Effect of reaction temperature on physiacl index of PET alcoholysates ‘:mEG:rrtpET为o.5:1,催化 用量50o Ng/g,Ni ̄NJJo 4 MPa,反应温度230—260℃,反应时间3 h。 3结论 a.压力、时间、物料配比和温度对PET的解 聚反应影响由大到小依次为:配比,压力,温度,时 间,其中物料配比及压力为主要影响因素,时间和 温度为次要影响因素。 b.BHET和Y随反应时间的延长,温度和压 力的升高、乙二醇与回收PET的质量配比的加 大、催化剂的用量增大而增加,而DEG含量(除质 量比因素)及醇解产物的平均熔点、[叩]则随其 相应降低。 c.根据后续的研究发现,醇解产物的平均熔 点、DEG含量对再聚合及纺丝工艺有影响。因 而,在确定最佳回收PET的乙二醇醇解工艺时应 考虑多种因素,如醇解产物的性质、设备承受能 力、能源消耗、经济效益等。因此,确定最佳PET 的乙二醇醇解反,应条件为:压力0.4 MPa, mEG:mpET为0.5:1,温度250℃,反应时间为4 h,BHET的Y达82%。 参考文献 [1]Coelho T M,Castro R,Gobbo J J A.PET containers in Brazil: Opportunities and challenges of a logistics model for post・・con・- sumer waste recycling[J].Resour Conserv Recycl,201 1,55 (3):291—299. 合成纤维工业 2014年第37卷 [2]Siddiqui M N,Achilias D S,Redhwi H H,et a1.Hydrolytic de— polymerization of PET in a microwave reactor[J].Maeromol Mater Eng,2010,295(6):575—584. [1 1]L ̄pez—Fonseca R,Gonzttlez—Marcos M P,Gonztilez-Velasco J R,et a1.A kinetic study of the depolymerisation of poly(ethyl— ene terephthalate)by phase trnsfaer catlysed aalkaline hydroly- [3] Goje A S.Recycling of waste poly(ethylene terephthalate) with naphthalene and neutrla water[j].Polym Plast Tech Eng,2005,44(8/9):1631—1643. sis[J].J Chem Tech Biotech,2009,84(1):92—99. [12]De CarvlahoGM,MunizE C,RubiraA F.mdmlysis ofpost— consume poly(ethylene terephthalate)with sulfuric acid and [4] Kurokawa H,Ohshima M,Sugiyama K,et a1.Methanolysis of olpyethylene terephthalate(PET)in the presence of aluminium tiisopropoxide catalyst to form dimethyl terephthalate and ethyl— product characteirzation by WAXD,”CNMR and DSC[J]. Polym Degrad Stab,2006,91(6):1326—1332. [13]Genta M,Yano F,Knndo Y,et a1.Development of chemical recycling process for post—consumer PET bottle by methanolysis ene glycol[J].Polym Degrad Stab,2003,79(3):529—533. [5]Sako T,Sugeta T,Otake K,et a1.Depolymerization of poly— in supereritical methanol[J].Tech Rev,2003,40(Extra 1): ethylene terephthalate to monomers with supereritical methanol 1—4. [J].J Chem Eng Jpn,1997,30(2):342—346. [14]Genta M,1waya T,Sasaki M,et al Supercritieal methanol for [6]Shukla S R,Harad A M,Jawale L S.Chemical recycling of polyethylene terephthalate dep0Jymerizati0n:Observation using PET waste into hydrophobic textile dyestufs[J].Polym Degrad simulator[J].Waste Manag,2007,27(9):1167—1177. Stab,2009,94(4):604—609. [15]Johnson P L,Teetesr D A.Akinetic study of the depolymeriza- [7]Achilisa D S,Redhwi H H,Siddiqui M N,et a1.Glycolytic tion of poly(ethylene terephthalate)recycled from soft drink depolymerization of PET waste in a microwave reactor[J].J bottles[J].Polym Preprint,1991,32:144. Appl Polym Sci,2010,118(5):3066—3073. [16]Vaidya U R,Nadkami V.M.Unsaturated polyesters from PET [8]Goje A S,Mishra S.Chemicla kinetics,simulation,and ther- waste:kinetics of polycondensation[J].J Appl Polym Sci, modynamics of glycolytic depolymerization of poly(ethylene 1987,34(1):235—245. terephthalate)waste with catalyst optimization for recycling of [17]Vaidya U R,Nadkami V.M.Polyester polyols for polyure— value added monomeric products[J].Macromol Mater Eng, thanes from PET waste:kinetics of polycondensation【J].J 2003,288(4):326—336. Appl Polym Sci,1988,35(3):775—785. [9] Collins Mg J,Zeornina S H.The molecular weisht distirbution [18]Pinglae N D,Shukla S R.Micorwave sasisted ecofriendly recy- and oliegmers of sodium hydroxide hydrolyzed poly(ethylene cling of oply(ethylene terephthalate)bottle waste[J].Eur terephthalate)[J].JAppl Polym Sci,1992,45(5):797—804. Polym J,2008,44(12):4151—4156. [10]YoshiokaT,OtaM,OkuwakiA.Conversion ofa usde poly(eth— [19]Sub D J,Park O O,Yoon K H.The prope ̄ies of unsatuartde ylene terephthalate)bottle into oxalic acid and terephthalie acid polyester based on the glycolyzed poly(ethylene terephthalate) by oxygen oxidation in alkaline solutions at elevatde temperatures wiht various glycol compositions[J].Polymer,2000,41(2): [J].Ind Eng Chem Res,2003,42(4):675—679. 46】一466. Study on high-temperature alcoholysis of PET waste Yu Hao ,Huang Fang ,Feng Shuqin‘,Mei Feng2 (1.College ofMaterial Science and Engineering,Donghua University, Shanghai 201620;2.Shenghong Chemical Fiber Group,Wujiang 215200) Abstract:Polyethylene terephthalate(PET)waste was exposed to high—temperature high-pressure ethylene glycol lacoholysis in pressence of metal acetate catalyst to produce ethylene terephthalate(BHET).The influential factors on the high-temperature la- coholysis of PET waste and the process conditions were studied.The results showed that the mass ratio of ethylene glycol and PET waste and the reaction pressure were the primary influentila factors and the reaction temperature and depolymerizati0n time were the secondary factors on the high—temperature alcoholysis;and the BHET yield was increased with the increase of reaction time, temperature,pressure,ethylene lgycol—and—PET waste mass ratio and catalyst amount,but the amount of diethylene glycol(ex- cept the nlass ratio)and the melting point of alcoholysates were decreased.The BHET yield reached 82%when the lacoholysis conditions were optimized as followed:pressure 0.4 MPa。ethylene glycol-and・PET waste mass ratio 0.5:1.0,temperature 250 oC and time 4 h. Key words:polyethylene terephthalate;recovery and utilization;high-temperature high-pressure;aleoholysis;orthogonal ex- periment 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Copyright © 2019- sceh.cn 版权所有

违法及侵权请联系:TEL:199 1889 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com

本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务