＊王 凱

（沈陽(yáng)科技學(xué)院 化學(xué)工程系 遼寧 110167）

用聚酯廢料合成粉末涂料用飽和樹(shù)脂的研究

＊王 凱

（沈陽(yáng)科技學(xué)院 化學(xué)工程系 遼寧 110167）

采用回收廢料聚酯(PET)瓶片的降解新工藝,以降解產(chǎn)物對(duì)苯二甲酸（TPA）為主要反應(yīng)物，聚合成粉末涂料用飽和樹(shù)脂。結(jié)果表明：降解產(chǎn)物TPA的回收率達(dá)到97%；聚合反應(yīng)溫度為220℃時(shí)，產(chǎn)品外觀顏色最佳，黏度為0.20/Pa·s，維卡軟化點(diǎn)溫度達(dá)到48℃。利用PET回收廢料為原料降解后合成粉末涂料用飽和樹(shù)脂，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效應(yīng)。

聚酯廢料；降解；聚合；飽和樹(shù)脂

近年來(lái)，我國(guó)每年約有40萬(wàn)噸的聚酯(PET)廢舊塑料產(chǎn)生，瓶用聚酯（PET）消費(fèi)量將增加到300萬(wàn)噸，不但對(duì)環(huán)境造成污染，而且造成資源浪費(fèi)。因此，研究PET降解反應(yīng)及其產(chǎn)物的再利用已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)課題。

目前，國(guó)外對(duì)廢PET的處理方法主要采用化學(xué)方法，該方法工藝路線長(zhǎng)，能量消耗高。國(guó)內(nèi)對(duì)廢PET的處理方法則多是物理方法制備附加值較低的產(chǎn)品，此法操作簡(jiǎn)單，成本低廉，但再生材料的力學(xué)性能下降，使廢PET的回收價(jià)值大為降低。

本研究采用回收廢料聚酯(PET)瓶片的化學(xué)降解新工藝，以降解產(chǎn)物對(duì)苯二甲酸與新戊二醇等原料聚合成粉末涂料用飽和聚酯樹(shù)脂，為用廢PET為原料制備飽和聚酯樹(shù)脂的工業(yè)化生產(chǎn)提供一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.實(shí)驗(yàn)部分

(1)主要原料

回收PET 廢料（農(nóng)夫山泉牌礦泉水瓶）、氫氧化鈉、乙二醇、濃硫酸、新戊二醇、三羥甲基丙烷、間苯二甲酸、間苯二甲酸酐、己二酸、醋酸鋅均為分析純。

(2)試驗(yàn)方法

①PET廢料的降解

按一定配比將PET碎片、醋酸鋅、乙二醇加入三口瓶中，加熱控溫在190～200℃，待反應(yīng)2h后降溫至110℃，并分多次加入一定比例氫氧化鈉，升溫至140℃反應(yīng)40min后，倒入燒杯中，用適量溫水稀釋?zhuān)⒓尤?0%硫酸調(diào)節(jié)溶液呈酸性，用布氏漏斗真空抽濾后，裝入表面皿中于100℃干燥12h以上得到白色粉狀TPA。

②飽和樹(shù)脂的合成

按一定配比將新戊二醇、三羥甲基丙烷加入三口瓶中，調(diào)節(jié)溫度至190℃，完全融化后分多次加入TPA，待瓶中液體透明時(shí)保溫2h，加入己二酸升溫至240℃，反應(yīng)30min后降溫至230℃，加入一定量間苯二甲酸，升溫至240℃反應(yīng)2h后減壓蒸餾40min，降溫至225℃加入適量助劑，保溫15min后，倒入模具冷卻得到飽和樹(shù)脂。

(3)產(chǎn)物檢測(cè)

采用FT-IR EQUINOX55 型傅里葉變換紅外光譜儀進(jìn)行峰值分析；采用XLY-II型毛細(xì)管流變儀進(jìn)行粘度的測(cè)定；采用XWB-300C型熱變形維卡軟化點(diǎn)溫度測(cè)定儀測(cè)定。

2.結(jié)果與討論

(1)PET降解產(chǎn)物TPA收率的影響因素分析

圖1 氫氧化鈉用量對(duì)降解產(chǎn)物TPA收率的影響

由圖1可知，隨著氫氧化鈉用量的增加，當(dāng)氫氧化鈉用量達(dá)到36g時(shí)，氫氧化鈉的用量超過(guò)理論值的3%，TPA收率達(dá)到97%，繼續(xù)增加其用量，TPA收率變化不大，說(shuō)明BHET和低聚物已分解完全。

(2)PET降解產(chǎn)物TPA的紅外譜圖

由圖2可知，在3066～2555cm-1區(qū)寬峰為O-H伸縮振動(dòng)；1576～1511cm-1雙峰為苯環(huán)的骨架振動(dòng)；1287cm-1處為C-O伸縮振動(dòng)；1686cm-1附近出現(xiàn)強(qiáng)峰，表明分子中含有與苯環(huán)共軛的C=O；另外732～938cm-1處為苯環(huán)吸收，732cm-1處為苯環(huán)上的對(duì)位二取代，說(shuō)明回收得到的物質(zhì)是對(duì)苯二甲酸。

圖2 PET降解產(chǎn)物TPA的紅外譜圖

(3)聚合反應(yīng)條件對(duì)飽和樹(shù)脂產(chǎn)品性能的影響

①反應(yīng)溫度對(duì)合成飽和樹(shù)脂顏色的影響

表1 反應(yīng)溫度對(duì)合成飽和樹(shù)脂顏色的影響

由表1可知，隨著聚合反應(yīng)溫度的升高，產(chǎn)物的顏色逐漸加深。若回收產(chǎn)物不純凈伴有氧化裂解等副反應(yīng)的發(fā)生影響產(chǎn)物的質(zhì)量。本試驗(yàn)適宜聚合反應(yīng)溫度為220℃，合成飽和樹(shù)脂顏色為白色，色澤最佳。

②真空減壓蒸餾時(shí)間對(duì)合成飽和樹(shù)脂粘度的影響

圖3 真空減壓蒸餾時(shí)間對(duì)合成飽和樹(shù)脂粘度的影響

由圖3可知，飽和樹(shù)脂粘度隨著真空減壓蒸餾時(shí)間的增加而升高，當(dāng)聚合反應(yīng)完全時(shí)，其粘度變化不大。真空度越高，縮短高溫反應(yīng)時(shí)間，減少端基的羧基化，產(chǎn)物外觀粘度逐漸增加，從而獲得更高的分子量和高質(zhì)量的聚酯樹(shù)脂。本試驗(yàn)真空減壓蒸餾時(shí)間為40分鐘比較適宜。

③反應(yīng)時(shí)間對(duì)合成飽和樹(shù)脂維卡軟化溫度的影響

由圖4可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，反應(yīng)物之間反應(yīng)越完全，維卡軟化溫度逐漸增大。為了達(dá)到對(duì)比說(shuō)明的效果，將無(wú)錫巨旺塑化材料公司生產(chǎn)的粉末涂料專(zhuān)用飽和樹(shù)脂的進(jìn)行維卡軟化溫度測(cè)定，得到的數(shù)值為52℃。而本試驗(yàn)合成飽和樹(shù)脂的平均維卡軟化溫度為48℃，二者僅相差4℃，而其它主要性能基本符合企業(yè)通用型粉末涂料用飽和樹(shù)脂產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，可替代同類(lèi)產(chǎn)品使用。

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)合成飽和樹(shù)脂維卡軟化溫度的影響

(4)聚合產(chǎn)物飽和樹(shù)脂紅外譜圖

圖5 聚合產(chǎn)物飽和樹(shù)脂紅外譜圖

由圖5可知，3431cm-1是C=O的伸縮振動(dòng)倍頻吸收峰；1266cm-1是C-O-C的不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)；1129～1018cm-1是C-O-C的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)；1700～1600cm-1（C=C伸縮振動(dòng)）沒(méi)有出現(xiàn)中等強(qiáng)度吸收峰；3095～3300 cm-1（雙鍵旁C-H伸縮振動(dòng)）沒(méi)有出現(xiàn)中強(qiáng)吸收峰，說(shuō)明聚合產(chǎn)物沒(méi)有雙鍵存在，即為飽和樹(shù)脂。由于用PET降解回收的TPA進(jìn)行的二次合成，其中含有一些的雜質(zhì)組分的影響。

3.結(jié)論

(1)廢料聚酯(PET)降解工藝TPA的回收率達(dá)到97%，聚合反應(yīng)溫度為220℃時(shí)，產(chǎn)品外觀顏色最佳；抽真空時(shí)間40分鐘，黏度為0.20/Pa·s，維卡軟化點(diǎn)達(dá)到48℃。

(2)用廢PET回收料為原料，經(jīng)降解、聚合合成粉末涂料用飽和樹(shù)脂，其工藝簡(jiǎn)單、高效，質(zhì)量穩(wěn)定，不但可以減少環(huán)境污染，而且還可以節(jié)省資源，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]唐賽珍．塑料包裝廢棄物與環(huán)境污染．再生資源研究,2000,3:29-31．

[2]U．Thiele,柳寶琴,李毓陵．聚酯回收應(yīng)用現(xiàn)狀[J]．國(guó)際紡織導(dǎo)報(bào), 2012(11):4-4．

[3]江濤,楊光,武麗梅．聚酯廢料化學(xué)解聚新工藝[J]．重慶大學(xué)學(xué)報(bào),2000,23(5):70-73．

[4]羅成．PET廢料制備不飽和聚酯樹(shù)脂[J]．上?；?2010,35(10): 9-12．

[5]張燃．近期PET系列產(chǎn)品循環(huán)利用新技術(shù)[J]．聚酯工業(yè),2010, 23(4):11-13．

王凱（1982～），男，沈陽(yáng)科技學(xué)院 化學(xué)工程系，研究方向：新材料的制備及材料物理化學(xué)。

(責(zé)任編輯 李田田)

Study of the Saturated Resin As the Powder Coating Compounded by Polyester Garbage

Wang Kai

（Department of Chemical Engineering，Shenyang Institute of Science and Technology, Liaoning, 110167）

Adopting the new degradation technology of recycling polyester garbage (PET) in bottle or piece and take the degraded products terephthalic acid (TPA) as the main reactants and then aggregate into saturated resin in the state of powder coating. The results show that the recovery rate of degradation products TPA can reach 97%; When the polymerization reaction temperature is 220 ℃, the product appearance color is the best with viscosity of 0.20 / Pa.S and the temperature of vicat softening point of 48 ℃. Utilizing the degradation products PET to recycle waste materials as raw material, after degradation, the saturated resin in powder coating is made and it has good economic benefit and environmental effect.

polyester garbage；degradation；polymerization；saturated resin

TQ

A