废旧聚酯材料的解聚及产物结构分析

废旧聚酯材料的解聚及产物结构分析

韩刚

江苏赛维尔新材料科技有限公司 江苏省镇江市 212000

摘要：聚酯材料出现后，发展迅猛，主要应用于生产聚酯纤维、聚酯瓶、聚酯薄膜等。在这些产品中，涤纶被广泛应用于家居、体育、旅游等行业，同时在交通、建筑、石化、航天等行业中有着无可取代的地位。世界上聚酯材料的消耗量达数十亿吨，而且还在持续增长。其中，大量的废旧纺织品积压已经造成了"布料污染、资源浪费"的新形势。废弃聚酯材料的回收利用和功能性用途越来越受到国际社会的重视，聚酯纤维不易在自然环境中分解，进入自然环境后，不会产生有毒、有害物质，但却会占用天然空间，造成动物不能消化，造成生命危险，如果不加以处理，就会造成大量的石油、煤气等自然资源的浪费。如果能够将这些"白色污染"转化为单体、小分子，再用到其他用途的产品中，不仅可以缓解环境的压力，还可以将废弃聚酯的废物利用转化为资源，从而彻底解决废弃聚酯的问题。

关键词：废旧聚酯材料；解聚；产物结构；有关分析

前言

聚酯材料是目前世界上除聚烯烃外最多、需求最多的聚合物，尤其是对苯二甲酸乙烯(聚酯材料)的产量和需求量最大。2007年全球聚酯材料产量达到62980吨/年，而国内聚酯材料的生产能力为2350吨/年。随着聚酯材料原料产量和销售的快速增长，废旧聚酯材料原料的产量也在不断增长。尽管废弃聚酯类物质自身并无毒性，但是它们的体积较大，难以在自然条件下进行降解，不仅会污染环境，还会造成大量的资源浪费。近年来，废旧涤纶回收再利用越来越成为人们关注的焦点。从80年代起，国外对废旧涤纶制品回收利用技术进行了探索，以解决环保和生态问题。美国、德国和日本等国家的废旧涤纶再生技术已经比较成熟，具有相当的商品化程度。19世纪六十年代中国已开始商品化，其强度高、模量大、易洗易干、易使用等优点，因而迅速发展，废旧涤纶的回收率和再生技术也得到了进一步提高。

一、实验部分

（一）试剂与仪器

纯化1，4-丁二醇，乙酸锌，废聚酯原料，蒸馏水(二次过滤)，南京科尔仪表设备有限公司;奥豪斯公司(AR1530/C);恒速搅拌设备(S212)，上海梅颖浦仪表生产;上海亚荣化工有限公司，两个纯净水装置;上海森信测试仪器有限公司，DGG-9140系列产品，采用电子式恒温式干燥器.

（二）实验步骤

1、1，4-丁二醇解聚废旧聚酯材料的工艺

在四个加热套的四个烧瓶中，分别向醋酸锌和解聚剂1，4-丁二醇进行连续添加。结果表明:1，4-丁二醇和废弃聚酯材料纤维的重量比分别为60:40和0.3%。接着，打开搅拌机，将系统的温度慢慢提高，在高温下加入氮气，以避免某些材料在高温下被氧化。将1，4-丁二醇煮沸后，将废弃的聚酯原料进行清洗和干燥。反应系统维持在190~228℃，使聚酯原料充分解聚，5-6小时。反应完成后，冷却，转移，提纯[1]。

2、解聚产物的提纯

利用重结晶方法对解聚产物进行了纯化。首先，将产品于沸水中溶解，以除去1，4-丁二醇及其副产品，过滤过滤，冷却到室温，沉淀出大量的结晶，这种结晶是溶解于热水中的解聚物，再进行干燥。这样反复清洗三遍，就可以获得完全的产品

3、性能表征

3.1红外光谱仪

红外光谱法可以用于测定材料的成分和结构。本文利用尼科莱蒂斯10傅立叶变换红外分光光度计测定了该产品的解聚率。该产品在常温下为固态，可用KBr压片法进行常规透射光谱测定。在进行压片前，必须将样品置于40摄氏度的烤箱中进行烘干，同时还要保证其干燥，避免水分的产生，从而影响试验的效果。

3.2液质联用(LC-MS)

南京科尔仪器有限公司的1，4丁二醇(纯化)，乙酸锌，废聚酯原料，蒸馏水(二次过滤)，采用高效液相色谱法和电喷雾质谱法，特别适用于水溶解物的测定。测试中使用了正电荷、氢气和氨。这种材料具有M+1，M+17等多种性质，能实现产品的纯度测定。采用WATERSMALDISYNAPTQ-TOFMS对其进行了分析。实验的前提是:质谱法:电喷雾的离子化技术。色谱条件:使用WATERSACQUITYUPLC色谱柱;试验条件:0.3毫升/分钟的流量;该溶剂是2毫克/毫升的甲醇;100%的流动相中的甲醇[2]。

3.3核磁共振(1HNMR和13CNMR)

NMR技术是利用谱线谱线的特征参数(比如谱线宽度、谱线轮廓形状、谱线面积、谱线位置等)，对物质的分子构造和性质进行了研究。本文利用BRUKER公司生产的NMRSpectrometerAVANCEII400MHz)，利用HNMR和CMRI对其进行了NMRI和CR分析，均使用氘氯甲烷作溶剂。

3.4差示扫描量热仪(DSC)

DSC)是指在同一环境下，在程序加热或冷却过程中，通过补偿装置测定热-温度(或时间)之间的关系，从而将两者之间的温差维持为0。用Q200型DSC法测定了产品的解聚率。将少量的样品放在铝制的坩埚内进行试验，然后将其置于参考的坩埚内。其中，20℃/分钟的加温速率和35~160℃的加温速率。

二、结果与分析

（一）产物的结构分析

用IR法对所含的化合物进行了初步的分析;通过液相结合，对产品进行了分子量、纯度的测定;利用NMR对其进行了分子结构鉴定。测定其分子结构，为进一步的物化利用奠定基础。

1、红外光谱

用IR法对所含的化合物进行了初步的分析;通过液相结合，对产品进行了分子量、纯度的测定;利用NMR对其进行了分子结构鉴定。测定其分子结构，为进一步的物化利用奠定基础。

2、液质联用

液相层析解聚合产物在245nm的紫外线下，样品的停留时间在3.36分钟，对应的最大离子流强度为4.10e4cps。结果表明，所得到的产物是纯度99.12%的单一组份[12]。图3是在3.36分钟出峰时间时的质谱曲线。用正离子源进行轰击，得到的正电荷和铵根的正电荷均能得到M+1、M+17+1的电离。从质量荷比(m/z)是311.06，328.07，可以判断该聚酯物质已经通过1，4-丁二醇进行了解聚，核磁共振技术是通过分析谱线谱线的特性(例如谱线宽度，谱线轮廓形状，谱线面积，谱线位置)来分析材料的结构和特性。采用BRUKER公司研制的NMRSpectrometerAVANCEII400MHz)，采用HNMR和CMRI技术对NMRI和CR进行了NMRI和CR的研究[3]。

（二）产物的热分析

热分析是一种研究材料的物性随着温度的改变而发生的一种技术，它能反映产品的熔融、熔点等性能，这对研究产品的物性具有重要意义，同时也为产品的回收利用打下了良好的基础。结果表明，反应产物在65.1℃时熔化，84.7℃时熔化，75.5℃出现一个尖峰。由于该曲线仅存在一个吸收峰，再次证明了该反应的产物是单一的。从最大吸收峰可以看出，这种材料的熔点在75.5摄氏度左右。

三、结语

 聚酯材料是一种用途最广的聚酯，它具有优良的物理和化学特性，被广泛地用于食品包装、纤维、薄膜、片基等行业。随着 聚酯材料 聚酯材料生产规模的不断扩大，废弃 聚酯材料 聚酯材料将被大量排放到自然界中;尤其是近几年,随着各大饮料品牌的大力推广，瓶装工艺的日趋成熟,欧美等国家的广泛应用，聚酯材料的再生原料将会在瓶装生产中与废旧 聚酯材料瓶进行竞争。所以,只有增加产品的附加值,回收的纤维才能得到充足的原材料供应。另外，由于聚酯工业的迅速发展，聚酯废料的大量增长。根据统计，在涤纶的生产中，大约有3%~5%的产品会被废弃。尽管 聚酯材料具有较高的化学惰性，但是其在环境中不易被微生物直接降解。废旧涤纶再生利用在世界范围内有着重要的战略地位。首先，1，4-丁二醇对聚酯进行了解聚，并获得了纯度99.12%的产品。本发明具有操作简便、操作方便等优点。其次，通过液-质联用和DSC技术，对所得到的产物进行了分析，通过质谱分析，得到了产品的分子量，并对产品进行了初步鉴定;然后将其与傅里叶红外光谱、核磁共振(1H-NMR和13CNMR)结合，证实了该化合物的分子结构，从而为其在功能上的应用奠定了基础。

参考文献

[1]张大省，饶小坚，王遵元.废旧聚酯服装的回收再生利用路径[J].纺织导报，2022(04):52-55.

[2]林树光， 废旧聚酯材料资源综合利用技术研发及产业化项目. 广东省，树业环保科技股份有限公司，2019-12-31.

[3]张文彩，冯刚，余天石，葛明桥.废旧聚酯材料的解聚及产物结构分析[J].化工新型材料，2014，42(11):144-146.