用聚酯废料合成粉末涂料用饱和树脂的研究

＊王 凯

（沈阳科技学院 化学工程系 辽宁 110167）

用聚酯废料合成粉末涂料用饱和树脂的研究

＊王 凯

（沈阳科技学院 化学工程系 辽宁 110167）

采用回收废料聚酯(PET)瓶片的降解新工艺,以降解产物对苯二甲酸（TPA）为主要反应物，聚合成粉末涂料用饱和树脂。结果表明：降解产物TPA的回收率达到97%；聚合反应温度为220℃时，产品外观颜色最佳，黏度为0.20/Pa·s，维卡软化点温度达到48℃。利用PET回收废料为原料降解后合成粉末涂料用饱和树脂，具有良好的经济效益和环保效应。

聚酯废料；降解；聚合；饱和树脂

近年来，我国每年约有40万吨的聚酯(PET)废旧塑料产生，瓶用聚酯（PET）消费量将增加到300万吨，不但对环境造成污染，而且造成资源浪费。因此，研究PET降解反应及其产物的再利用已成为当前研究的热点课题。

目前，国外对废PET的处理方法主要采用化学方法，该方法工艺路线长，能量消耗高。国内对废PET的处理方法则多是物理方法制备附加值较低的产品，此法操作简单，成本低廉，但再生材料的力学性能下降，使废PET的回收价值大为降低。

本研究采用回收废料聚酯(PET)瓶片的化学降解新工艺，以降解产物对苯二甲酸与新戊二醇等原料聚合成粉末涂料用饱和聚酯树脂，为用废PET为原料制备饱和聚酯树脂的工业化生产提供一些基础数据。

1.实验部分

(1)主要原料

回收PET 废料（农夫山泉牌矿泉水瓶）、氢氧化钠、乙二醇、浓硫酸、新戊二醇、三羟甲基丙烷、间苯二甲酸、间苯二甲酸酐、己二酸、醋酸锌均为分析纯。

(2)试验方法

①PET废料的降解

按一定配比将PET碎片、醋酸锌、乙二醇加入三口瓶中，加热控温在190～200℃，待反应2h后降温至110℃，并分多次加入一定比例氢氧化钠，升温至140℃反应40min后，倒入烧杯中，用适量温水稀释，并加入30%硫酸调节溶液呈酸性，用布氏漏斗真空抽滤后，装入表面皿中于100℃干燥12h以上得到白色粉状TPA。

②饱和树脂的合成

按一定配比将新戊二醇、三羟甲基丙烷加入三口瓶中，调节温度至190℃，完全融化后分多次加入TPA，待瓶中液体透明时保温2h，加入己二酸升温至240℃，反应30min后降温至230℃，加入一定量间苯二甲酸，升温至240℃反应2h后减压蒸馏40min，降温至225℃加入适量助剂，保温15min后，倒入模具冷却得到饱和树脂。

(3)产物检测

采用FT-IR EQUINOX55 型傅里叶变换红外光谱仪进行峰值分析；采用XLY-II型毛细管流变仪进行粘度的测定；采用XWB-300C型热变形维卡软化点温度测定仪测定。

2.结果与讨论

(1)PET降解产物TPA收率的影响因素分析

图1 氢氧化钠用量对降解产物TPA收率的影响

由图1可知，随着氢氧化钠用量的增加，当氢氧化钠用量达到36g时，氢氧化钠的用量超过理论值的3%，TPA收率达到97%，继续增加其用量，TPA收率变化不大，说明BHET和低聚物已分解完全。

(2)PET降解产物TPA的红外谱图

由图2可知，在3066～2555cm-1区宽峰为O-H伸缩振动；1576～1511cm-1双峰为苯环的骨架振动；1287cm-1处为C-O伸缩振动；1686cm-1附近出现强峰，表明分子中含有与苯环共轭的C=O；另外732～938cm-1处为苯环吸收，732cm-1处为苯环上的对位二取代，说明回收得到的物质是对苯二甲酸。

图2 PET降解产物TPA的红外谱图

(3)聚合反应条件对饱和树脂产品性能的影响

①反应温度对合成饱和树脂颜色的影响

表1 反应温度对合成饱和树脂颜色的影响

由表1可知，随着聚合反应温度的升高，产物的颜色逐渐加深。若回收产物不纯净伴有氧化裂解等副反应的发生影响产物的质量。本试验适宜聚合反应温度为220℃，合成饱和树脂颜色为白色，色泽最佳。

②真空减压蒸馏时间对合成饱和树脂粘度的影响

图3 真空减压蒸馏时间对合成饱和树脂粘度的影响

由图3可知，饱和树脂粘度随着真空减压蒸馏时间的增加而升高，当聚合反应完全时，其粘度变化不大。真空度越高，缩短高温反应时间，减少端基的羧基化，产物外观粘度逐渐增加，从而获得更高的分子量和高质量的聚酯树脂。本试验真空减压蒸馏时间为40分钟比较适宜。

③反应时间对合成饱和树脂维卡软化温度的影响

由图4可知，随着反应时间的增加，反应物之间反应越完全，维卡软化温度逐渐增大。为了达到对比说明的效果，将无锡巨旺塑化材料公司生产的粉末涂料专用饱和树脂的进行维卡软化温度测定，得到的数值为52℃。而本试验合成饱和树脂的平均维卡软化温度为48℃，二者仅相差4℃，而其它主要性能基本符合企业通用型粉末涂料用饱和树脂产品标准，可替代同类产品使用。

图4 反应时间对合成饱和树脂维卡软化温度的影响

(4)聚合产物饱和树脂红外谱图

图5 聚合产物饱和树脂红外谱图

由图5可知，3431cm-1是C=O的伸缩振动倍频吸收峰；1266cm-1是C-O-C的不对称伸缩振动；1129～1018cm-1是C-O-C的对称伸缩振动；1700～1600cm-1（C=C伸缩振动）没有出现中等强度吸收峰；3095～3300 cm-1（双键旁C-H伸缩振动）没有出现中强吸收峰，说明聚合产物没有双键存在，即为饱和树脂。由于用PET降解回收的TPA进行的二次合成，其中含有一些的杂质组分的影响。

3.结论

(1)废料聚酯(PET)降解工艺TPA的回收率达到97%，聚合反应温度为220℃时，产品外观颜色最佳；抽真空时间40分钟，黏度为0.20/Pa·s，维卡软化点达到48℃。

(2)用废PET回收料为原料，经降解、聚合合成粉末涂料用饱和树脂，其工艺简单、高效，质量稳定，不但可以减少环境污染，而且还可以节省资源，发展循环经济，具有良好的经济效益。

[1]唐赛珍．塑料包装废弃物与环境污染．再生资源研究,2000,3:29-31．

[2]U．Thiele,柳宝琴,李毓陵．聚酯回收应用现状[J]．国际纺织导报, 2012(11):4-4．

[3]江涛,杨光,武丽梅．聚酯废料化学解聚新工艺[J]．重庆大学学报,2000,23(5):70-73．

[4]罗成．PET废料制备不饱和聚酯树脂[J]．上海化工,2010,35(10): 9-12．

[5]张燃．近期PET系列产品循环利用新技术[J]．聚酯工业,2010, 23(4):11-13．

王凯（1982～），男，沈阳科技学院 化学工程系，研究方向：新材料的制备及材料物理化学。

(责任编辑 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