用聚酯廢料合成粉末涂料用飽和樹脂的研究

＊王 凱

（沈陽科技學院 化學工程系 遼寧 110167）

用聚酯廢料合成粉末涂料用飽和樹脂的研究

＊王 凱

（沈陽科技學院 化學工程系 遼寧 110167）

采用回收廢料聚酯(PET)瓶片的降解新工藝,以降解產物對苯二甲酸（TPA）為主要反應物，聚合成粉末涂料用飽和樹脂。結果表明：降解產物TPA的回收率達到97%；聚合反應溫度為220℃時，產品外觀顏色最佳，黏度為0.20/Pa·s，維卡軟化點溫度達到48℃。利用PET回收廢料為原料降解后合成粉末涂料用飽和樹脂，具有良好的經濟效益和環保效應。

聚酯廢料；降解；聚合；飽和樹脂

近年來，我國每年約有40萬噸的聚酯(PET)廢舊塑料產生，瓶用聚酯（PET）消費量將增加到300萬噸，不但對環境造成污染，而且造成資源浪費。因此，研究PET降解反應及其產物的再利用已成為當前研究的熱點課題。

目前，國外對廢PET的處理方法主要采用化學方法，該方法工藝路線長，能量消耗高。國內對廢PET的處理方法則多是物理方法制備附加值較低的產品，此法操作簡單，成本低廉，但再生材料的力學性能下降，使廢PET的回收價值大為降低。

本研究采用回收廢料聚酯(PET)瓶片的化學降解新工藝，以降解產物對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脂，為用廢PET為原料制備飽和聚酯樹脂的工業化生產提供一些基礎數據。

1.實驗部分

(1)主要原料

回收PET 廢料（農夫山泉牌礦泉水瓶）、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40min后，倒入燒杯中，用適量溫水稀釋，并加入30%硫酸調節溶液呈酸性，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，調節溫度至190℃，完全融化后分多次加入TPA，待瓶中液體透明時保溫2h，加入己二酸升溫至240℃，反應30min后降溫至230℃，加入一定量間苯二甲酸，升溫至240℃反應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脂。

(3)產物檢測

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

2.結果與討論

(1)PET降解產物TPA收率的影響因素分析

圖1 氫氧化鈉用量對降解產物TPA收率的影響

由圖1可知，隨著氫氧化鈉用量的增加，當氫氧化鈉用量達到36g時，氫氧化鈉的用量超過理論值的3%，TPA收率達到97%，繼續增加其用量，TPA收率變化不大，說明BHET和低聚物已分解完全。

(2)PET降解產物TPA的紅外譜圖

由圖2可知，在3066～2555cm-1區寬峰為O-H伸縮振動；1576～1511cm-1雙峰為苯環的骨架振動；1287cm-1處為C-O伸縮振動；1686cm-1附近出現強峰，表明分子中含有與苯環共軛的C=O；另外732～938cm-1處為苯環吸收，732cm-1處為苯環上的對位二取代，說明回收得到的物質是對苯二甲酸。

圖2 PET降解產物TPA的紅外譜圖

(3)聚合反應條件對飽和樹脂產品性能的影響

①反應溫度對合成飽和樹脂顏色的影響

表1 反應溫度對合成飽和樹脂顏色的影響

由表1可知，隨著聚合反應溫度的升高，產物的顏色逐漸加深。若回收產物不純凈伴有氧化裂解等副反應的發生影響產物的質量。本試驗適宜聚合反應溫度為220℃，合成飽和樹脂顏色為白色，色澤最佳。

②真空減壓蒸餾時間對合成飽和樹脂粘度的影響

圖3 真空減壓蒸餾時間對合成飽和樹脂粘度的影響

由圖3可知，飽和樹脂粘度隨著真空減壓蒸餾時間的增加而升高，當聚合反應完全時，其粘度變化不大。真空度越高，縮短高溫反應時間，減少端基的羧基化，產物外觀粘度逐漸增加，從而獲得更高的分子量和高質量的聚酯樹脂。本試驗真空減壓蒸餾時間為40分鐘比較適宜。

③反應時間對合成飽和樹脂維卡軟化溫度的影響

由圖4可知，隨著反應時間的增加，反應物之間反應越完全，維卡軟化溫度逐漸增大。為了達到對比說明的效果，將無錫巨旺塑化材料公司生產的粉末涂料專用飽和樹脂的進行維卡軟化溫度測定，得到的數值為52℃。而本試驗合成飽和樹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通用型粉末涂料用飽和樹脂產品標準，可替代同類產品使用。

圖4 反應時間對合成飽和樹脂維卡軟化溫度的影響

(4)聚合產物飽和樹脂紅外譜圖

圖5 聚合產物飽和樹脂紅外譜圖

由圖5可知，3431cm-1是C=O的伸縮振動倍頻吸收峰；1266cm-1是C-O-C的不對稱伸縮振動；1129～1018cm-1是C-O-C的對稱伸縮振動；1700～1600cm-1（C=C伸縮振動）沒有出現中等強度吸收峰；3095～3300 cm-1（雙鍵旁C-H伸縮振動）沒有出現中強吸收峰，說明聚合產物沒有雙鍵存在，即為飽和樹脂。由于用PET降解回收的TPA進行的二次合成，其中含有一些的雜質組分的影響。

3.結論

(1)廢料聚酯(PET)降解工藝TPA的回收率達到97%，聚合反應溫度為220℃時，產品外觀顏色最佳；抽真空時間40分鐘，黏度為0.20/Pa·s，維卡軟化點達到48℃。

(2)用廢PET回收料為原料，經降解、聚合合成粉末涂料用飽和樹脂，其工藝簡單、高效，質量穩定，不但可以減少環境污染，而且還可以節省資源，發展循環經濟，具有良好的經濟效益。

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

[2]U．Thiele,柳寶琴,李毓陵．聚酯回收應用現狀[J]．國際紡織導報, 2012(11):4-4．

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

[4]羅成．PET廢料制備不飽和聚酯樹脂[J]．上海化工,2010,35(10): 9-12．

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

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

(責任編輯 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