廢聚酯制備對苯二甲酸二異辛酯工藝條件的研究

李 蕾，關瑞彪，張玉文

(徐州工業職業技術學院 化學工程學院，江蘇 徐州 221000)

聚酯主要指聚對苯二甲酸乙二酯(PET)，是一類性能優異、用途廣泛的工程塑料，可用于滌綸纖維的制造、飲料瓶、食品包裝、工程塑料等多個領域[1]。隨著人口的增加和生活水平的提升，對PET聚酯的需求也越來越多，產生了大量的廢舊聚酯，例如日常的飲料瓶、廢棄的纖維滌綸材質的衣物等，因為本身很難被空氣或者是微生物降解，會對環境造成破壞[2]。

對苯二甲酸二異辛酯(DOTP)是一種具有良好的耐熱性、耐寒性、耐抽出性、熱穩定性、柔軟性以及低揮發性的增塑劑，主要用于醫用塑料、膠布、鞋材、地板革、水管、膠帶等產品中[3]。利用廢聚酯可以生產對苯二甲酸二異辛酯(DOTP)，達到降低成本，減少對石油消耗，提高經濟效益的作用，同時可以處理廢聚酯對環境的污染。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品與實驗儀器

實驗藥品：聚酯廢料、異辛醇、鈦酸四丁酯、無水醋酸鋅、活性炭顆粒、碳酸鈉、硅藻土等。實驗儀器：電子恒速攪拌器、調溫電熱套、旋轉蒸發器、溫度計、電子天平、循環水式多用真空泵等。

1.2 實驗原理

用過量的異辛醇置換聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的乙二醇，其中包括廢聚酯被醇解和酯交換的反應，再分離出乙二醇和過量的異辛醇，從而得到DOTP[4]。

(1)廢聚酯與異辛醇的醇解反應：

(2)廢聚酯與異辛醇的酯交換反應

1.3 實驗步驟

稱量計算量的聚酯廢料，裝入500mL三口燒瓶中，再加入計算量的異辛醇和催化劑，開動攪拌器均勻攪拌，并且緩慢加熱，溫度控制在200℃左右，保持一段時間，等到乙二醇被異辛醇置換完畢，且完全蒸出在分水器中，終止反應。將得到的產品測量pH值，并為其調制到中性，然后加入活性炭除雜，再抽濾，但抽濾前的液體中含有較多難溶性雜質，粘稠度較高，不易直接抽濾，所以加入硅藻土作助濾劑，用布氏漏斗抽濾，除去難溶性的雜質，然后將過濾后的濾液進行200度以上的常壓蒸餾，蒸餾掉過量的異辛醇，最終的產品為有一定粘度的淡黃色液體，稱量體積和質量。

2 結果與討論

2.1 原料配比對反應的影響

反應的溫度(200～210℃)，反應的時間(6h)，催化劑(0.2%醋酸鋅/鈦酸四丁酯1∶1混合催化劑)，測定原料廢聚酯和異辛醇物質的量比(廢聚酯/異辛醇)的不同(原料配比1∶2、

1∶3、1∶3.5、1∶4、1∶4.5)對產品收率的影響見圖1所示。

從圖1中可以看出來，產品收率隨著原料的物質的量比的增大而出現了極大值，原料的物質的量比為1∶4時，產品收率最高；當繼續增大原料物質的量比時，產品收率開始降低。實驗過程中觀察到原料配比為1∶4.5時，反應溫度很難達到200℃，分析可能的原因是過多的異辛醇在反應過程中會帶走過多的熱量，導致溫度降低，從而影響了產品收率。

圖1 原料配比對反應收率的影響

2.2 反應時間對反應的影響

反應的溫度(200～210℃)，原料的物質的量比(廢聚酯/異辛醇1∶4)和催化劑(0.2%醋酸鋅/鈦酸四丁酯1∶1混合催化劑)，測定不同的反應時間對產品產率的影響見圖2所示：

圖2 反應時間對收率的影響

圖2可以看出來產品收率會隨著時間的增長而增大，在2～5h產品收率增長較快，而在5h之后產品收率的增長慢慢降緩。所以本實驗的反應時間選為6～7h。

2.3 不同催化劑的使用對反應的影響

(1)在反應溫度(200～210℃)，反應時間(7h)和原料配比(廢聚酯/異辛醇1∶4)這些反應條件不變的情況下，測定選擇不同的催化劑：醋酸鋅、鈦酸四丁酯以及混合催化劑(醋酸鋅/鈦酸四丁酯1∶1)對反應收率的影響見圖3所示。

由圖3可看出來鈦酸四丁酯和醋酸鋅的混合催化劑的效果最好，但是就單獨使用效果來說，鈦酸四丁酯的催化效果明顯好于醋酸鋅。

圖3 不同催化劑對反應的影響

(2)在反應時間(6h)和反應溫度(200～210℃)不變的情況下，為了考察催化劑加入順序的不同對反應的影響，分別設計兩組實驗，一組原料配比為1∶3，兩種催化劑同時加入(醋酸鋅/鈦酸四丁酯為1∶1，質量百分比均為0.2%)和催化劑分批次加入(先加醋酸鋅然后在160℃加入鈦酸四丁酯，質量百分比均為0.2%)；另一組原料配比為1∶4，催化劑加入情況同上，測定對產品收率的影響見圖4所示。

圖4 不同的催化劑使用對收率的影響

由圖4可以看出來在原料為1∶3和1∶4的情況下兩種催化劑同時加入的收率高于催化劑分批次加入，造成這種情況的原因應該是因為反應時間內先后加入催化劑的反應速率較低未使反應達到化學平衡。

2.4 紅外光譜表征

圖5為產品DOTP的紅外光譜圖，圖中1722cm-1為酯類C=O的伸縮振動，1267 cm-1和1113 cm-1為酯基中C-O伸縮振動的兩個特征峰，1612 cm-1、1577 cm-1和1462 cm-1為苯環骨架振動吸收峰，2930 cm-1、2868 cm-1、1404 cm-1和1382 cm-1為-CH3-,-CH2-的伸縮彎曲振動吸收，730 cm-1為苯環的取代吸收，與標準圖譜對照基本一致。

圖5 產品DOTP的紅外光譜圖

3 結論

本實驗通過利用聚酯廢料為原料制備對本二甲酸二異辛酯的研究，得到以下結論：

(1)原料應來自純聚酯瓶，聚酯瓶片越小越容易反應。

(2)混合催化劑用量為原料總量的0.4%，催化劑投放時間為160℃一起加入，在原料配比為1∶4、反應溫度在200～210℃、反應7h的條件下，DOTP的收率達到86%以上，精致過的產品其質量能夠達到國家的標準。

(3)中和與水洗的過程中水的溫度不可過低，70℃以下都會有乳化現象，導致分離困難，80℃以上乳化現象消失，所以水洗溫度應該保持在80℃。