廢聚酯解聚技術(shù)研究現(xiàn)狀

李 蕾，高志豪，魏金星

(徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221000)

聚酯主要指的是聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)，是由對(duì)苯二甲酸與乙二醇發(fā)生聚合反應(yīng)得到的高分子物質(zhì)，因其優(yōu)良的性能被廣泛應(yīng)用于合成纖維、食品包裝、薄膜制品等方面。隨著科技的發(fā)展和生活水平的提高，我國每年產(chǎn)生的聚酯廢料高達(dá)4000kt，這些難以被自然降解的廢聚酯勢(shì)必會(huì)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染問題。若將其進(jìn)行有效的回收利用變廢為寶，將大大解決這個(gè)問題，還能創(chuàng)造新的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。

目前廢聚酯的回收技術(shù)的研究已經(jīng)是解決聚酯工業(yè)發(fā)展的重要課題，并已廣泛應(yīng)用于國民生產(chǎn)中，帶來極大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，本文將對(duì)廢聚酯的主要回收技術(shù)進(jìn)行闡述。

1 廢聚酯回收的來源

廢聚酯的來源主要有兩個(gè)：(1)聚酯生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢料，如滌綸拉絲廢布廢絲、聚酯薄膜廢料、聚酯廢絲等。每年會(huì)有幾十萬噸的廢料產(chǎn)生，但在每年產(chǎn)生的廢聚酯總量中只占一小部分；(2)利用聚酯生產(chǎn)的服裝、聚酯瓶、聚酯薄膜，最終都會(huì)被廢棄，這部分占的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生產(chǎn)中的廢料[1]。

各種不同來源的廢聚酯中都會(huì)含有一定的雜質(zhì)，有部分雜質(zhì)是附著上的污染物，經(jīng)過簡(jiǎn)單的洗滌分離即可除去；有的雜質(zhì)則是在生產(chǎn)聚酯成品時(shí)加進(jìn)去的用于改性的物質(zhì)，這部分雜質(zhì)在回收過程中往往會(huì)繼續(xù)存在于產(chǎn)品中，若要除去就要采取一些特殊辦法，比如染色劑；另外在廢聚酯回收過程中也可能會(huì)產(chǎn)生雜質(zhì)，如乙醛、酸性物質(zhì)、水等。

2 廢聚酯回收方式

2.1 物理回收

物理回收主要是用機(jī)械的相對(duì)較簡(jiǎn)單的沒有明顯化學(xué)反應(yīng)的方法，將廢聚酯主要通過粉碎、干燥、熔融、凝聚、造粒等過程重新加工成可用的形態(tài)。物理回收相對(duì)成本較低，但是在機(jī)械加工過程中會(huì)降低聚酯的相對(duì)分子量，降低黏度，造成經(jīng)物理回收制成的PET產(chǎn)品很難再重復(fù)使用。所以廢聚酯的物理回收是有一定的局限性的。

2.2 化學(xué)回收

化學(xué)回收主要在催化劑的作用下通過化學(xué)反應(yīng)(解聚、酯化、酯交換等)將廢聚酯制備成另一種有用的產(chǎn)品，例如廢聚酯經(jīng)過化學(xué)作用可以用來制備熱熔膠、增塑劑、偶氮分散染料、油漆、涂料等等。其中涉及到的主要化學(xué)過程分別為：

(1)解聚：將大分子的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)在適宜的反應(yīng)條件下(溫度、催化劑、原料配比、反應(yīng)時(shí)間等)進(jìn)行解聚，產(chǎn)生大量的PET的單體(對(duì)苯二甲酸、乙二醇)、二聚體或多聚體等。解聚會(huì)將廢聚酯的分子量降低，反應(yīng)條件不同，解聚的程度就不同，就會(huì)影響到最終的解聚產(chǎn)物的組成。

(2)酯化：不管產(chǎn)生什么成分和組成的解聚產(chǎn)物，都有活潑的反應(yīng)基團(tuán)，如羧基、羥基等，而且多為二元的，另外在解聚過程中還可能會(huì)有目的性的加入一些醇、松香等物質(zhì)，那么這些物質(zhì)在一定的條件下就會(huì)發(fā)生酯化反應(yīng)生成新的酯。

(3)酯交換：酯化過程生成的酯之間，與生成的羧酸、醇或者新加入的醇之間，在一定的條件下會(huì)發(fā)生重新組合，生成新的酯和一個(gè)新醇或酸。

那么在對(duì)廢聚酯進(jìn)行化學(xué)回收時(shí)，就要根據(jù)需求讓反應(yīng)終止在某一步，如回收的目的就是為了得到PET單體，或者目的是為了生成一種新的酯，那就應(yīng)該通過控制反應(yīng)條件、設(shè)置生產(chǎn)工藝讓反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn)。如用廢聚酯制備增塑劑DOTP(對(duì)苯二甲酸二異辛酯)，生產(chǎn)的新酯DOTP比PET更加穩(wěn)定，或者在反應(yīng)過程中能夠?qū)⑸傻男迈ゲ粩嗾舫?，反?yīng)才能夠順利進(jìn)行。另外，催化劑的選擇在加速化學(xué)反應(yīng)速率，提高反應(yīng)選擇性上也起著很重要的作用。

3 廢聚酯解聚技術(shù)

PET化學(xué)解聚的目的是獲得單體TPA(對(duì)苯二甲酸)和EG(乙二醇)，這是PET聚合的逆反應(yīng)，要求分解率和回收率盡可能的高，解聚速度快。解聚的方法主要有水解、醇解、酸解、堿解，其中醇解又有甲醇醇解、乙二醇醇解等。單純的酸解、堿解、甲醇醇解等因排廢量大、不能實(shí)現(xiàn)兩種單體同時(shí)回收、解聚溫度高、解聚不完全、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等問題，造成應(yīng)用受限。

3.1 醇?jí)A聯(lián)合解聚

江濤[2]等人提出的醇?jí)A聯(lián)合解聚，即選擇乙二醇、路易斯堿(碳酸氫鈉)為復(fù)合解聚介質(zhì)，在催化劑氧化鋅的作用下，可以實(shí)現(xiàn)常壓、溫度不超過180℃、30min內(nèi)快速解聚，分解率達(dá)到99%以上，回收率為98%和96%。

3.2 微波解聚

同傳統(tǒng)的加熱方式相比，微波輻射能夠縮短反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)收率、減少副反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。陸大東[3]等人將一定配比的物料(礦泉水瓶碎片、碳酸氫鈉、乙二醇、氧化鋅)，放入微波爐中，利用微波輻射加熱，反應(yīng)20min，得到白色稠漿狀的產(chǎn)品，經(jīng)洗滌脫色酸化抽濾等處理后，得到對(duì)苯二甲酸粗品，減壓蒸餾回收乙二醇。

3.3 超臨界流體解聚

利用超臨界流體特殊的理化性質(zhì)，將廢聚酯在超臨界介質(zhì)中解聚可以降低解聚溫度、提高轉(zhuǎn)化率和選擇性、簡(jiǎn)化后續(xù)分離過程等優(yōu)點(diǎn)。Ghaemy M[4]等采用超臨界甲醇對(duì)廢聚酯解聚，溫度為270～350℃，壓力為8～10MPa，反應(yīng)30min，聚酯解聚完全，對(duì)苯二甲酸二甲酯收率為100%，同時(shí)可回收甲醇和乙二醇。

3.4 離子液體催化醇解

離子液體具有溶解性能好、催化活性好、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，作為反應(yīng)的溶劑和催化劑應(yīng)用于化學(xué)研究的很多領(lǐng)域。聚酯乙二醇降解的催化劑通常選用醋酸鹽，這類催化劑活性和選擇性都不是太理想，尋找新的催化劑來促進(jìn)廢聚酯的降解是一項(xiàng)有意義的課題。有學(xué)者研究了功能性離子液體催化劑在廢聚酯乙二醇解聚過程中的應(yīng)用及機(jī)理，使醇解反應(yīng)能夠在較溫和的條件下進(jìn)行，且催化劑易分離回收。如堿性離子液體(3-氨基-丙基)-三丁基鏻甘氨酸、(3-氨基-丙基)-三丁基鏻丙氨酸，中性離子液體 1-丁基-3-甲基咪唑氯化物、1-丁基-3-甲基咪唑溴化物以及酸性離子液體 1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二氫、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽等[5]，不同的離子液體的效果有所差異。

4 結(jié)論

作為廢聚酯回收的有效的方法--醇解法，不僅可以解決廢聚酯的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)的問題，還能獲得合成聚酯的原料或進(jìn)一步酯化得到其他產(chǎn)品，研究人員在醇解介質(zhì)、加熱方式、催化劑等方面做的研究都將會(huì)對(duì)醇解工藝的改進(jìn)起到積極的作用。