精餾芳樟醇的釜?dú)堃喝芙鈴U棄聚苯乙烯泡沫的研究

陳廣明, 劉小兵, 趙小麗，林俊岳

(井岡山大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院, 江西 吉安 343009)

聚苯乙烯泡沫塑料被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和家用電器制品的外包裝，此種塑料用過即被丟棄，自行降解能力弱，導(dǎo)致了“白色污染”的出現(xiàn)[1-3].回收、再生及再利用廢棄聚苯乙烯塑料[4-9]，不但可以減輕環(huán)境污染，而且還能變廢為寶和節(jié)約資源.目前，回收的主要方法有加熱熔融回收、溶劑溶解回收、裂解回收等[10-14]，其中溶劑法工藝簡單、能耗低，可直接得到聚苯乙烯樹脂，回收得到的聚苯乙烯由于可保持原聚苯乙烯分子鏈不斷裂，與用懸浮聚合法制備的聚苯乙烯性能相差無幾[2, 15-17].

目前報(bào)道溶解聚苯乙烯的溶劑主要有苯烴類、有機(jī)酯和水等.如劉英俊等[18]報(bào)道了以氯化鋰、硝酸鈉、碳酸鈣、氯化鈣、碳酸鎂、燒堿和鹽鹵等無機(jī)助劑的水溶液為溶劑，溫度控制在80～280 ℃的回收工藝；李俊鋒等[19]公開了一種回收處理聚苯乙烯樹脂發(fā)泡材料的方法，但所用的柑橘油難于得到.上述溶劑存在或易燃易爆，使用不安全，對環(huán)境造成危害，或是操作溫度高，或是成本高等缺點(diǎn).本文探索了用精餾生產(chǎn)芳樟醇后的精餾釜?dú)埓娴母叻悬c(diǎn)物質(zhì)進(jìn)行溶解聚苯乙烯泡沫的可能性.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

芳樟醇釜?dú)堃簛碓从诮魉寂伤蓟び邢薰?，常壓下沸點(diǎn)在220 ℃以上.廢棄聚苯乙烯泡沫塑料來自實(shí)驗(yàn)設(shè)備的包裝材料，預(yù)先粉碎成1 mm左右的顆粒.

1.2 溶解量的測定

在三口燒瓶中放入磁力攪拌子和20 mL溶劑，并稱量質(zhì)量，記為m1.在一定溫度下，向三口燒瓶中緩慢加入一定質(zhì)量的聚苯乙烯泡沫，并開始計(jì)時，經(jīng)溶解一段時間后停止投入聚苯乙烯泡沫，并記錄此時的三口燒瓶質(zhì)量，記為m2.計(jì)算溶劑溶解聚苯乙烯的溶解度大小(g/mL).

1.3 芳樟醇釜?dú)堃旱某煞址治?/h3>

采用氣質(zhì)聯(lián)用進(jìn)行分析.氣相柱溫箱：100 ℃保持1 min，25 ℃/min 升至150 ℃， 再以10 ℃/min 的速率升至250 ℃，最后以5 ℃/min 的速率升溫至300 ℃，保持3 min,離子源溫度為300 ℃.

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對溶劑溶解度的影響

本實(shí)驗(yàn)量取20 mL五種不同溶劑分別在室溫、30、40、50和80 ℃五種溫度下進(jìn)行相同時間(50 min)的溶解度試驗(yàn)，其結(jié)果如圖1所示.從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，各種溶劑的溶解度在26～50 ℃隨著溫度上升而上升，在50 ℃基本上達(dá)到最大溶解度(二氯甲烷除外)；50 ℃之后再升高溫度溶解度變化得不明顯，甚至在乙酸乙酯的實(shí)驗(yàn)組中溶解度反而隨溫度升高而下降，主要是因?yàn)槭钱?dāng)溫度超過50 ℃時，低沸點(diǎn)溶劑的揮發(fā)性增大，溶解度降低.當(dāng)芳樟醇釜?dú)堃鹤鳛槿軇r，因芳樟醇釜?dú)堃旱姆悬c(diǎn)較高，在一定的溫度范圍下，它的溶解度與溫度成線性關(guān)系.這是芳樟醇釜?dú)堃鹤鳛槿軇┑膬?yōu)勢，揮發(fā)性小，操作安全.綜合上述結(jié)果，考慮到在50 ℃之后溫度對溶解度變化沒有明顯作用，而升高溫度造成能耗高，因此本工藝的溶解度的最適溫度定為50 ℃.

圖1 溫度對溶解度的影響Fig.1 Effect of temperature on solubility

2.2 溶解時間對溶劑溶解度的影響

在50 ℃下加入20 mL溶劑，將溶解時間調(diào)為30、40、50、60和70 min.其中由于二氯甲烷的沸點(diǎn)低，在50 ℃下的溶解度已經(jīng)下降得很低，所以在研究時間因素時，只考慮四種溶劑受時間的影響，從圖2中發(fā)現(xiàn)：甲苯和乙酸丁酯受時間的影響變化程度最大.各溶劑的溶解度差別也明顯增大，并且在50 min時，溶解度達(dá)到最大，之后溶解度幾乎不隨時間變化.芳樟醇釜?dú)堃旱娜芙舛扰c時間成線性關(guān)系，即溶解時間超過了50 min，溶解度依然在增加.這是由于經(jīng)過一樣的操作，芳樟醇釜?dú)堃涸?0 min的時間溶解沒有達(dá)到飽和，說明芳樟醇釜?dú)堃旱娜芙舛却笥谄渌娜軇?但考慮溶解時間過長將造成生產(chǎn)效率低，所以認(rèn)定最佳的溶解時間為50 min.

圖2 溶解時間對溶劑溶解度的影響Fig.2 Effect of dissolution time on solubility of solvent

2.3 沉淀劑對回收率的影響

為使聚苯乙烯從溶劑中析出，需選擇合適的沉淀劑，主要的選擇原則有：能夠很好地使聚苯乙烯聚沉，不能和各種溶劑發(fā)生反應(yīng)，沉淀不存在其他能夠溶解的雜質(zhì)、生成的沉淀能夠很好處理，無毒或毒性小，無污染，且對聚苯乙烯泡沫溶解性小而與溶劑互溶性好; 為了能夠很好地分離回收溶劑，沉淀劑的沸點(diǎn)要明顯高于或低于溶劑，原料易得，成本低.所以本實(shí)驗(yàn)選擇了正丁醇，正丙醇，無水乙醇，75%乙醇，50%乙醇作為沉淀劑探究沉淀劑對回收率的影響.將60 mL各種沉淀劑從恒壓滴液漏斗加入三口燒瓶中，并將磁力攪拌開到最大，讓其充分沉淀后，過濾聚苯乙烯泡沫，稱重，計(jì)算回收率，并將濾液進(jìn)行旋蒸，回收沉淀劑和芳樟醇釜?dú)堃?數(shù)據(jù)如表1、2所示.從表中可以看出，使用正丁醇回收聚苯乙烯和芳樟醇釜?dú)堃旱幕厥章瘦^高.

表1 不同沉淀劑對聚苯乙烯的回收率

表2 沉淀劑對芳樟醇釜?dú)堃旱幕厥章蔜able 2 Recovery of residual liquid from linalool kettle by precipitant

2.3 芳樟醇釜?dú)堃旱慕M成研究

聚苯乙烯很難溶于有機(jī)酸、堿鹽、低級醇、某些礦物油及其水溶液，但易受大量烴類、高級脂肪以及酮類等的腐蝕而軟化，而在苯、甲苯、乙苯和苯乙烯單體等大多數(shù)芳香族化合中有很好的溶解性.經(jīng)氣質(zhì)分析和相關(guān)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)芳樟醇釜?dú)堃褐?6%是倍半萜烯，但是哪幾種倍半萜烯，有待進(jìn)一步研究.

圖3 芳樟醇釜?dú)堃旱臍赓|(zhì)譜圖Fig.3 GC-MS spectrogram on the residue of rectifying still for production of linalool

3 結(jié)論

1) 芳樟醇釜?dú)堃耗苋芙鈴U棄的聚苯乙烯泡沫塑料，在50 ℃，溶解時間為50 min時，1 mL芳樟醇釜?dú)堃耗苋芙?.29 g廢棄聚苯乙烯泡沫塑料.

2) 使用正丁醇作為沉淀劑，可回收86%的聚苯乙烯.

3) 經(jīng)氣質(zhì)分析，芳樟醇釜?dú)堃旱闹饕煞质潜栋胼葡?，比苯、甲苯、乙苯和苯乙烯單體等大多數(shù)芳香族化合物和二氯甲烷、乙酸乙酯的毒性小而且沸點(diǎn)高.因此，芳樟醇釜?dú)堃鹤鳛閺U棄的聚苯乙烯泡沫塑料的溶劑，具有操作安全和環(huán)境友好的特點(diǎn).