浅谈废弃PET聚酯回收及制备粉末涂料用聚酯树脂.docx

浅谈废弃PET聚酯回收及制备粉末涂料用聚酯树脂 摘 要：PET即聚对苯二甲酸二乙醇酯，这种产品在生活中具有应用的广泛性，消耗也最大。文章即以废弃PET聚酯回收为研究主题，梳理废PET聚酯的回收办法，梳理废PET聚酯再资源化制备涂料的方法与进展，并在此基础上做出醇解产物改性制备粉末涂料用聚酯相关实验，给出讨论总结。下载 关键词：废弃；PET聚酯；回收利用；粉末涂料；节能环保 中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）11-0181-02 PET即聚对苯二甲酸二乙醇酯，这种产品在生活中具有应用的广泛性，消耗也最大。本文即以聚对苯二甲酸二乙醇酯以下简用PET为研究对象，探讨PET聚酯回收及制备粉末涂料用聚酯树脂。PET具有化学稳定性、耐腐蚀性、电绝缘性、绝热性不易自然消解，长期置留于环境中会造成极大的环境损害，不利于可持续发展。与此同时，以原油或天然气为第一手的高分子材料成本的不断增加，资源的不断减少，使PET聚酯的回收与利用成为一个新兴的话题及亟待解决的研究领域。论文拟梳理目前废PET聚酯的回收办法，即废PET聚酯的物理回收办法及运用、废PET聚酯的化学循环回收办法及运用、废PET聚酯的微波辅助回收利用办法及运用，并提出废PET聚酯再资源化制备涂料的方法与进展，包括聚酯树酯涂料制备、醇酸树脂涂料制备、聚氨酯的涂料制备，并在此基础上做出醇解产物改性制备粉末涂料用聚酯的实验及讨论总结。 1 废PET聚酯的回收办法梳理 PET聚酯的主要特点如透明性较好、柔韧度较强、质量较轻、稳定性较好，日常生活中常用的饮料瓶、薄膜、电器绝缘材料等PET聚酯都可以应用于此。废PET聚酯主要来源于两个途径，辟如废旧的PET包装材料、已经使用过的PET产品，另一个主要途径就是在生产或加工过程中产生的废料、边角料等。生产或加工过程中的废料、边角料由于清洁度难以达到，所以可以综粘、增粘等方面直接回收利用；第二种废料由因附带其他成分或污渍，必须经过纯化、分离等处理后才可回收利用。PET聚酯的大量应用与化学惰性难以自然降解，使得其造成的环境问题及回收利用在当前受到了极大的重视与关注。梳理废PET聚酯的回收办法，包括物理回收办法、化学循环回收办法、微波辅助回收利用办法，现在对以下办法的具体运用做出论述。 1.1 废PET聚酯的物理回收办法及运用 传统废PET聚酯的物理回收办法主要是填埋、粉碎、焚烧等简易办法，然而填埋占地面积大，并且污染大气与水环境，已被多数国家明令禁止。焚烧的办法则会产生多环芳烃化合物、酸性化合物、一氧化碳和重金属化合物等有害物质对环境不利。简单再生是将废旧塑料破碎、洗涤、除杂质、造粒，然后加工成品或加入部分新聚合物，由于清洁的不彻底，不能直接当作食品包装再使用，只能作为次等产品运用于生产、生活中。物理回收办法在当前困境下做出进一步进展与改进，典型的废PET物理回收工艺流程主要是：PET废料颜色分选杂质分选破碎比重分选洗涤脱水清洁PET片造粒或再加工制品。物理循环新工艺办法显然较之传统单一方法有所改进，并且以其简单性、易于控制性、低成本性，在欧美一些国家也较广泛的应用，但由于新工艺对原材料、分离、净化等方面有严格的要求，如果未达标则不能作为食品包装使用，只能作为次等产品使用，所以其常与化学办法共同处理。 1.2 废PET聚酯的化学循环回收办法及运用 传统废PET聚酯的化学回收办法主要是高温热解、解聚、化学接枝改性等办法，高温热解法应用于聚乙烯、聚丙稀、聚苯乙烯等非极性塑料和一般废物中的混杂废塑料的分解，是通过加热有机物，破坏有机物的共价键，使其分解成低分子物，生成气体、油、焦炭等生成物。解聚则可以用水、甲醇、乙醇、乙二醇、丁二醇、氨水等溶剂物对其提纯，重新合成高品质材料，但其使用只能用于解聚型聚合物，其适用范围非常有限。水解根据水质的不同分为酸性水解、碱性水解、中性水解。醇解与水解是化学回收办法中使用最多的办法，其中醇解包括一元醇解与二元醇解，因其比水解更容易实施、降解速度更快，近年来在化学循环回收中应用最广，且得到进一步研究进展与改进，根据操作条件的不同，甲醉降解法可分为低压甲醇降解法、中压甲醉降解法和超临界甲醇降解法。低压甲醇降解法将将废PET加入熔融釜内，用过热水蒸气加热熔融，冷却固化后被输送到旋风研磨机内，经过分馏、冷凝、结晶、离心分离后获得DMT产品，低压甲醇降解法成本低、程序易，但转化率低且含一定量低聚物；中压甲醉降解法一般在180280、2.04.0 MPa下进行其转化率有所提高，但仍然含有一定低聚物，对产品精制化不利；超临界甲醇降解法，采用超临界甲醇在270350、大于8.0MPa的反应条件下解聚废PET，反应时间缩短，转化率提高，市场化价值最大。 1.3 废PET聚酯的微波红外辅助回收利用办法及运用 微波与红外辐射最早是发现于19世纪初，20世纪70年代陆续得到广泛使用，用微波红外在废PET聚酯的降解领域中应用对于废PET的使用还是一个较近发现的新技术。微波红外辅助回收相对于物理、化学回收办法来说，环境污染更小、对资源的提取效率高，对于一般的化学反应处理办法有更好的效果。微波在当代已有了一定的应用，如微波无机、微波有机合成、微波离子体化学合成等，微波醇解的主要影响在于时间、功率、醇的类型与配料比、量的多少等方面。红热辐射较之微波在聚酯降解中则应用尚欠缺，需要进一步研发。总之，微波红外辅助回收利用办法尚处于初级阶段，但就目前应用来看对于资源转化率、环境污染度等方面都有较好的改善，红外辐射尚处研发阶段，有待进一步试验与考证。 2 废PET聚酯再资源化制备涂料的方法与进展 PET废料降解后所得到的单体分子与其他单体分子聚合后可以重新共聚、共键链，用此制备新的涂料，是一项新的工艺突破。目前以废聚酯作原料可制备的涂料主要有聚酯树脂涂料、环氧树脂涂料、醇酸树脂涂料和聚氨酯涂料等。以下介绍聚酯树脂涂料醇酸树脂涂料和聚氨酯三种涂料及其制备。 2.1 聚酯树酯涂料制备 聚酯树脂通常由二元醇、三元醇和二元酸等混合物缩聚而成，一般是低分子量、无定形、含有支链可交联的聚合物。废PET聚酯发生醇解反应的条件是催化剂与二元醇，经过醇解后获得的单体分子就可以作为聚酯树脂的原材料。以醇解的PET废聚酯为原料，通过高温与甘油和乙二醇反应，经过与钦酸丁酯进行醚键交联，形成共键反应，就可以生成聚酯绝缘漆。国内毕玉遂等团队已经成功尝试，具有较强的市场与经济价值。假如聚酯树脂需要改变性能，可以通过物料比例的改变以达到，如涂膜柔顺性不足，则可以加入三元以上的醇加强其分化度，如果需要加快固化速度，可以加强长链二元醇与支链三元醇，二元酸则可以降低关联度，增强柔韧度，总之，聚酯树脂涂料制备工艺过程中依据产品需要突出的性能，适当调成PET废聚酯与二元醇、三元醇、二元酸的比例以达到。 2.2 醇酸树脂涂料制备 醇酸树脂是通过缩聚反应由多元醇、多元酸及脂肪酸为主要成分制备的。废聚酯PET的引入，改变了传统单体分子的树脂涂料制备中官能度的效用，影响涂料的附着性与粘力性，性能上有所降低，但通过减少一些导致低官能度的单体分子或增加高官能度共聚单体的用量则可以有效弥补此缺失，也可减少成本和保护环境。国外学者PilatiF等人已经成功适用。此外，加拿大专利发明了改性的醇酸树脂涂料。它是将废聚酯酸解后再醇解成低分子量聚酯，加入烯类单体与醇酸树脂中的双键共聚，以达到改性的目的。其中，用甲基丙烯酸甲酯改性的醇酸树脂能快速干燥，保色性和耐候性都有很大改进。 2.3 聚氨酯的涂料制备 聚氨酯是由多异氰酸酯与多元醇（包括含轻基的低聚物）反应生成的。废弃PET用于聚氨酯的涂料的制备中既可满足聚氨酯的涂料耐磨性与附着力的标准，是满足高级涂料的要求，而且极大节省聚氨酯的涂料的生产成本，对于节能环保、环境改进等都大有帮助，具有较高的市场研发价值。国内孙永增等人也已成功研发与应用。综合以上聚酯树脂涂料、醇酸树脂涂料和聚氨酯涂料等产品，其主要研发集中于废弃PET再回收利用的工艺条件改进、环保型涂料的运用上、对环境的最少伤害上，但其回收及利用总体上存在反应时间长、工艺复杂等问题。基于此，以下以醇解产物改性制备粉末涂料用聚酯为实验对象，以期为废弃PET聚酯回收及制备粉末涂料用聚酯树脂提出些理论建议。 3 醇解产物改性制备粉末涂料用聚酯的具体尝试 降解反应与聚合反应是相互互动且逆反的过程。当废旧高分子通过降解反应可以得到分子的全部单体，再通过聚合反应可以实现资源化的重新利用，实现一个循环的资源再利用过程。聚酯PET是废旧高分子材料中的典型代表，废旧聚酯PET经过降解获得全部单体，再聚合重新生产，则可以实现材料再利用。而作为废旧高分子材料的典型代表聚酯PET如果通过复合降解得到的低聚物能重新作为生产聚酯的原料，就可实现材料的再利用。在此基本原理的指导下，醇解产物改性制备粉末涂料用聚酯的具体实验选择PET复合醇解体系作为研究对象，通过红外与微波辅助，以缓解微波醇解反应不易控制、加热不均的缺点。实验以废PET为复合醇解对象，二元醇作为醇解剂，红外和微波作为热源，研究微波功率、微波辐射时间、红外辐照时间、物料配比等对醇挥发率及醇解程度的影响，并通过一定的科技手段完成实验分析。 3.1 实验部分 实验原料：废聚酯、乙二醇、新戊二醇、酯酸锌、乙酸钾、四氢吠喃、苯酚、l,l,2,2-四氯乙烷；实验仪器：WPSOOTL23-K3型微波炉、766-3型远红外辐射加热箱、Pyris1Dsc差示扫描量热仪、PL-GPC22O凝胶色谱仪、平型乌氏粘度计、85-1磁力搅拌器、电热恒温鼓风干燥箱；实验路线：废PET、二元醇、催化剂通过红外辐射、微波辐射产生醇解产物；实验方法：以二元醇作为醇解剂，将废PET瓶片，二元醇与催化剂投入反应器中，用磁力搅拌机下搅拌，搅拌均匀后，先放入温度为210红外加热箱内观察半小时预反应。 3.2 实验结果及总结 废PET聚酯复合醇解影响因