廢舊PET聚酯塑料循環(huán)利用的應(yīng)用研究進(jìn)展

李劍

摘 要：廢舊聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯具有較大的排出量，無法有效自然分解。為有效利用廢物資源，減輕環(huán)境污染問題，就需要對(duì)廢PET聚酯進(jìn)行循環(huán)利用。本文對(duì)廢PET聚酯在涂料以及不飽和聚酯、單體原料、增塑劑等方面制備上的發(fā)展以及回收方法進(jìn)行詳細(xì)分析，同時(shí)針對(duì)廢PET聚酯回收再利用前景進(jìn)行探究，希望能夠有效促進(jìn)廢舊PET聚酯塑料的循環(huán)利用。

關(guān)鍵詞：廢舊 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 循環(huán)利用

中圖分類號(hào)：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）07（b）-0127-02

近年來，塑料工業(yè)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展進(jìn)步，這就加劇了廢塑料的產(chǎn)生。在全世界范圍內(nèi)，塑料制品產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了數(shù)億噸之多。但從2009年1月到10月，我國塑料制品就達(dá)到了3587萬噸的產(chǎn)量。多數(shù)塑料制品均在包裝（25%）、電子信息（10%）以及輕工業(yè)（27%）、交通（2%）、機(jī)械（2%）、建筑材料（10%）等工業(yè)領(lǐng)域以及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域（15%）中應(yīng)用，剩余9%在其他行業(yè)中應(yīng)用。塑料工業(yè)獲得發(fā)展的背景下，帶動(dòng)了聚酯工業(yè)的發(fā)展。目前階段，全世界范圍內(nèi)的聚酯年產(chǎn)量可達(dá)到數(shù)千萬噸之多，同時(shí)，其消耗量也在每年逐漸遞增。聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯是聚酯的主要原料之一，具有一定優(yōu)勢(shì)，不僅質(zhì)量較輕，且具有較大的強(qiáng)度，氣密性較好、沒有味道、沒有毒性，并具有較高的透明度。在薄膜、纖維以及片基、飲料瓶、電器絕緣材料中應(yīng)用較多。特別是在食品領(lǐng)域中，礦泉水以及碳酸飲料、食用油等包裝上均采用聚酯瓶[1]。

1 借助廢PET聚酯制取單體原料方法

PET廢料借助解聚方法，能夠?qū)⑸a(chǎn)PET所需要的單體原料制取出來，而單體也可以利用再聚合方式或者改性方式將其他有機(jī)化合物制取出來。氨解法、水解法以及甲醇醇解法、乙二醇醇解法是解聚PET聚酯的主要方法，能夠?qū)⒉煌膯误w原料制取出來。

1.1 甲醇醇解法分析

甲醇醇解法的應(yīng)用，要求反應(yīng)溫度以及反應(yīng)壓力適中，甲醇能夠?qū)UPET聚酯進(jìn)行解聚，分解為對(duì)苯二甲酸二醇酯（DMT）以及乙二醇（EG），之后再借助冷卻以及結(jié)晶方式、離心分離、重結(jié)晶或者采用蒸餾方式提取DMT以及EG，保證循環(huán)利用聚酯廢料。

甲醇醇解法在應(yīng)用時(shí)需要加入催化劑，但是劑量不能過多。因解聚條件限制，甲醇醇解可以分為多種方法，分別為加壓法以及常壓法、超臨界法。通過實(shí)驗(yàn)研究顯示，超臨界流體法在解聚縮聚型高分子材料回收單體過程中較一般溶劑解聚法應(yīng)用效果較好。相關(guān)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，借助超臨界流體法對(duì)回收廢舊聚酯進(jìn)行分解，速度較快，無需加入催化劑，產(chǎn)物中也不會(huì)出現(xiàn)太多的低聚物以及其他副產(chǎn)物，單體回收率可達(dá)到100%[2]。

1.2 乙二醇醇解法分析

在PET聚酯循環(huán)利用中，乙二醇醇解法也較為常見，目前階段，已有多數(shù)公司實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化裝置運(yùn)轉(zhuǎn)，工藝條件較為純熟。解聚劑用乙二醇可達(dá)到180℃～250℃的反應(yīng)溫度，0.1～0.6MPa的壓力值，當(dāng)乙二醇、PET重復(fù)單元摩爾比值為4∶1時(shí)，需要6～8 h的反應(yīng)時(shí)間，并在其中加入固體超強(qiáng)酸以及醋酸鹽等催化劑，但需注意不宜過量使用，一般不能超過聚酯質(zhì)量的1%劑量。

此種反應(yīng)屬于復(fù)雜的可逆反應(yīng)，生成物的成分也會(huì)更復(fù)雜，這與其反應(yīng)條件有直接關(guān)系。當(dāng)進(jìn)料比EG/PET比值較低時(shí)，就會(huì)升高產(chǎn)物中相對(duì)分子質(zhì)量較大的齊聚體總體含量，而單體對(duì)苯二甲酸二乙二醇酯的比值相對(duì)較高。乙二醇醇解法也具有一定優(yōu)勢(shì)，其能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，解聚不同類型的PET，反應(yīng)安全性較好，且不具有腐蝕性特點(diǎn)，反應(yīng)條件較為溫和，在中小規(guī)模商業(yè)化裝置中較為適用。然而，解聚產(chǎn)物具有較為復(fù)雜的特點(diǎn)，在后續(xù)分離操作中難度較大[3]。

1.3 水解法分析

苯二甲酸以及乙二醇具有直接合成PET的功能，由此人們也更能接受借助水解解聚法實(shí)現(xiàn)解聚PET聚酯，這也是報(bào)道較早的方法之一。高溫環(huán)境下，PET能夠借助水解法轉(zhuǎn)化為乙二醇以及苯二甲酸，具體方法為：酸性、堿性以及中性水解法3種類型。

1.4 氨解法分析

利用氨解法對(duì)廢PET進(jìn)行解聚，可以獲取苯二甲酰胺，在重排后，可制取苯二胺，在醫(yī)藥以及燃料、農(nóng)藥中應(yīng)用較多。

2 借助廢PET聚酯對(duì)不飽和聚酯的制備

一般情況下，會(huì)選擇二元醇醇解PET，在制備過程中，所應(yīng)用的設(shè)備較為簡單，且原料成本較低，經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益較為可觀[4]。

3 借助廢PET聚酯對(duì)涂料進(jìn)行制備

聚酯樹脂的耐候性以及電絕緣性、附著力、耐磨性均較好，廢PET聚酯后可當(dāng)作涂料使用。以下針對(duì)幾種典型漆料進(jìn)行詳細(xì)分析。

3.1 合成聚酯絕緣漆

1730聚酯絕緣漆具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其耐熱性以及耐電壓性能、耐刮性等較好，在機(jī)電以及電器、儀表以及通訊器材中得到廣泛應(yīng)用。

3.2 聚酯清漆的制備

將廢棄聚酯飲料瓶作為原料，在解聚后又重新合成聚酯，最終制成聚酯清漆，為廢飲料瓶的回收利用提供了一定途徑。同時(shí)，其作為聚酯清漆的原材料，在價(jià)格成本上也較低，由此，值得廣泛推廣應(yīng)用[5]。

3.3 聚酯粉末涂料的制備

聚酯粉末涂料屬于環(huán)保型的固體涂料之一，具有一定應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)用過程中，不需要用底漆，也不需要應(yīng)用溶劑，具有較好的耐沖擊性能以及耐腐蝕性能。同時(shí)，漆膜具有較高的強(qiáng)度以及附著力，相對(duì)于其他涂料，其綜合成本相對(duì)較低，在機(jī)電以及汽車、化工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。借助廢舊PET聚酯對(duì)聚酯粉末涂料進(jìn)行制備，能夠有效減輕使用成本。

4 通過廢PET聚酯來制備增塑劑

4.1 直接法

通過直接法來制取苯二甲酸二異辛酯主要分兩個(gè)步驟：醇解和脂交換，而根據(jù)醇使用的不同還可分成單醇法和雙醇法[6]。endprint

4.1.1 單醇法

按照配方把催化劑、異辛醇、廢PET投入到酯化反應(yīng)釜中，溫度超過185℃進(jìn)行回流，時(shí)間為1 h，之后滴加帶醇劑（比如二甲苯），溫度185℃～220℃間進(jìn)行回流反應(yīng)直至終點(diǎn)，加熱、滴加帶醇劑停止。之后把物料轉(zhuǎn)移到蒸餾釜中溫度少于180℃、8kPa下進(jìn)行減壓蒸餾，把多余的異辛醇去除并回收。餾分較小時(shí)，通入適合的過熱水蒸氣提到閃電合格，升溫到220℃，6kPa下通過過熱水蒸氣進(jìn)行減壓蒸餾，把260℃以下的餾分取出，分去水而得到粗苯二甲酸二異辛酯，之后把其轉(zhuǎn)到水洗釜，依據(jù)酸值加入碳酸鈉（3%～5%），在80℃～90℃進(jìn)行攪拌，時(shí)間為30min，之后靜置分層，把水相除去，重復(fù)直到酸值合格為止。加入熱水（80℃～85℃），堿洗到水層成中性為止，之后減壓蒸餾進(jìn)行脫水，得到苯二甲酸二異辛酯產(chǎn)品。

4.1.2 雙醇法

先把一定量的無水醋酸鋅、乙二醇投入到反應(yīng)釜中，進(jìn)行攪拌，在加熱180℃～250℃后，投入廢PET，溫度200℃～210℃進(jìn)行回流，時(shí)間為1h，能夠得到透明的醇解液，之后投入異辛醇，異辛醇返回到反應(yīng)釜中進(jìn)行脂交換，在反應(yīng)結(jié)束后，200℃～230℃下把多余醇蒸出，得到粗苯二甲酸二異辛酯（收率88%左右）。減壓蒸餾把殘余辛醇去除，加入醋酸乙酯進(jìn)行微熱溶解，把少量不溶苯二甲酸二乙二醇酯濾出，蒸出醋酸乙酯就能得到精制的苯二甲酸二異辛酯。

4.2 間接法

在堿解、酸化中和后，廢PET聚酯解聚成對(duì)苯二甲酸，再同異辛醇進(jìn)行酯化，從而制得DOTP苯二甲酸二異辛酯。其中堿解過程為：把廢PET同燒堿根據(jù)質(zhì)量比1∶（2～2.5）投入到反應(yīng)釜中，攪拌加熱到150℃，0.2～0.3MPa進(jìn)行回流，時(shí)間為2h，之后過濾，用稀硫酸（30%）對(duì)濾液進(jìn)行中和，在過濾、水洗、烘干，得到對(duì)苯二甲酸；酯化過程為：催化劑作用下，等摩爾量異辛醇同對(duì)苯二甲酸反應(yīng)，在0.5～1h之后，脫水，有單酯-對(duì)苯二甲酸一辛酯生成，之后把單酯對(duì)位上-COOH同異辛醇進(jìn)一步反應(yīng)，在4～6h之后，得到雙酯-對(duì)苯二甲酸二辛酯。

5 其他用途分析

廢PET聚酯能夠?qū)误w原料以及涂料、不飽和聚酯、增塑劑進(jìn)行制備，同時(shí)也可以用作其他化工產(chǎn)品的制備上。例如，實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在間歇反應(yīng)釜中，煤焦瀝青與廢PET聚酯二者在300℃～350℃的環(huán)境下，加之惰性氣氛下，經(jīng)加熱后，就能夠制備出建筑油灰以及密封材料，在建筑中可推廣使用，化學(xué)穩(wěn)定性較好。將線性廢PET聚酯作為原料使用，在高溫條件下，季戊四醇以及甘油聯(lián)合反應(yīng)后，就會(huì)形成官能團(tuán)，交聯(lián)能力較強(qiáng)，能夠完成醚鍵交聯(lián)，形成絕緣漆。借助烯丙基胺或烯丙醇對(duì)廢PET進(jìn)行部分解聚，能夠?qū)⒔宦?lián)聚合的單體制備出來，在與四氫呋喃反應(yīng)后，能夠?qū)⒐こ趟芰现苽涑鰜?。在切割塑料過程中，可以選擇使用破碎機(jī)進(jìn)行切割，破碎機(jī)頂部位置有一個(gè)電機(jī)，第一電機(jī)借助支撐桿以及機(jī)體在頂部實(shí)現(xiàn)連接，其輸出軸在軸承以及機(jī)體上表面位置穿過，與其他零件相連接，借助破碎機(jī)，實(shí)現(xiàn)了塑料二次破碎，其切割速度也有明顯提升，由此，切割工作效率較高。

6 結(jié)語

在固體廢棄物中廢聚酯占據(jù)的比例較大，近年來，聚酯用量有所增加，且人們的環(huán)保意識(shí)有所增強(qiáng)，人們更多地開始關(guān)注廢聚酯的再資源化利用問題。廢聚酯因種類較多，再資源化中也會(huì)涉及不同的方式方法，由此獲得的目標(biāo)產(chǎn)業(yè)會(huì)存在差別。廢舊PET聚酯具有多種用途，不僅可以制備不飽和聚酯，同時(shí)也能夠制備單體原料等，達(dá)到了PET聚酯廢料循環(huán)再利用的目的。借助此種方式，實(shí)現(xiàn)了資源節(jié)約的目的，同時(shí)也有效減輕了環(huán)境污染問題，奠定了其他塑料污染物的循環(huán)再利用基礎(chǔ)，為其提供了一定借鑒。近年來，我國國民經(jīng)濟(jì)得到了顯著提升，而PET聚酯消費(fèi)量出現(xiàn)明顯上升?，F(xiàn)階段，國外PET聚酯循環(huán)利用技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，且相關(guān)技術(shù)也較為成熟，而我國在此方面的研究還較少，且較為落后，這就需要對(duì)廢PET聚酯的循環(huán)利用以及回收問題進(jìn)行重視，從而有效解決我國環(huán)境污染問題。

參考文獻(xiàn)

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