微波環境下聚對苯二甲酸乙二醇酯的催化解聚方法
2023-05-28 01:20:41 2
專利名稱：微波環境下聚對苯二甲酸乙二醇酯的催化解聚方法
技術領域：
本發明涉及一種微波環境下聚對苯二甲酸乙二醇酯的催化解聚方法。
背景技術：
聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)以其優異的性能而廣泛用於飲料瓶、纖維、 薄膜、片基及電器絕緣材料等領域。2008年世界聚酯總生產能力為6700萬噸/ 年，我國的聚酯生產能力約為2200萬噸/年，佔到世界的33%。聚酯工業的迅猛 發展，伴隨而來的是聚酯廢料的劇增，排入自然界的聚酯廢棄物正以幾何級數 增長，如不加以合理的回收利用，不僅造成巨大的資源浪費，而且將產生嚴重 的環境汙染。例如，深埋在土裡的聚酯廢料幾乎不被降解，更會影響植物的生 長，甚至汙染地下水；即使將其焚燒處理，如果技術不當，也會產生大量有害 氣體從而汙染大氣。因此無論從資源節約還是環境保護上看，對聚酯廢棄物的 回收利用都應當成為今天人們重視的問題。
目前國內外PET的解聚方法包括水解法、甲醇解聚法、乙二醇解聚法、超 臨界解聚法及其它化學解聚方法，這些方法在國內外均已獲得實際應用。在US 4355175中，Pusztaszeri採用濃硫酸(〉14.5mol/L)對PET進行酸催化水解。在 US 822834中，Pitat於1959年最早發表了鹼水解的專利。在US 4605762中， 美國的DuPont公司開發出了常壓氣相甲醇解聚法，該方法是以N2和甲醇將聚酯 粉末以氣溶膠的形式導入反應器，然後在常壓，250 300'C下湍流通過反應管 進行解聚反應。日本學者佐古猛採用超臨界甲醇在270 35(TC、大於8.0MPa的 反應條件下解聚廢PET聚酯，30min內完全解聚，但是該方法反應條件苛刻，需要高溫、高壓，工藝上實現較困難且成本高。
在CN1239461C、 CN101066905和CN101066904中，張東分別提出了 PET的 微波解聚方法以及微波輻射下PET的催化解聚方法。用純水作解聚劑，以PET: 水=10: 1的重量比，在溫度220 230°C、壓力2.0 2.5MPa條件下，用微波 輻射120 60min，或使用催化劑，在溫度100 200°C，壓力0 1.3MPa下，用 微波輻射100 200min， PET可完全解聚。但以上方法需在較高溫度和壓力條件 下進行，或使用的催化劑價格較高，且催化劑不易分離、重新使用，使生產成 本較高。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種節能環保、反應快速簡單、成本較 低且催化劑易回收的微波環境下聚對苯二甲酸乙二醇酯的催化解聚方法。
為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案 一種微波環境下聚對苯 二甲酸乙二醇酯的催化解聚方法，在硫酸鹽催化劑的存在下，以水為反應介質， 將一定重量比的聚對苯二甲酸乙二醇酯和水放入反應器中，在反應溫度100 200°C、反應壓力0 1.3MPa條件下，用微波輻射進行解聚反應，聚對苯二甲酸 乙二醇酯解聚形成對苯二甲酸和乙二醇。
所述硫酸鹽催化劑為硫酸鋰、硫酸鋅、硫酸銅、硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸鉻。
以聚對苯二甲酸乙二醇酯的重量計硫酸鹽催化劑所佔重量百分數較佳的範 圍是O. 5% 5. 0%。
聚對苯二甲酸乙二醇酯和水的重量比值較佳的範圍是1: 3 1:15。
較佳的微波輻射功率在200 300W。
上述解聚化學反應依據的基本原理可用下述方程式表示formula see original document page 5
本發明利用微波技術在純水中進行PET的硫酸鹽催化解聚研究，結合了原 料成本、微波解聚和催化解聚的優點。微波加熱具有加熱均勻，選擇性好，加 熱無滯後效應，能量利用效率高，物質升溫迅速等優點。在微波體系中加入硫 酸鹽催化劑解聚聚對苯二甲酸乙二醇酯有利於降低反應體系的活化能，提高反 應速率，縮短反應時間；催化劑來源容易獲得，成本低，且易循環利用。
下面結合具體實施方式
對本發明微波環境下聚對苯二甲酸乙二醇酯的催化 解聚方法作進一步詳細說明。
具體實施例方式
實驗儀器反應器為CEM discover微波裝置。
實驗試劑PET粒子；二次蒸餾水；硫酸鋰(分析純)；硫酸鐵(分析純)； 硫酸銅(分析純)；硫酸鋅(分析純)；硫酸鋁(分析純)；硫酸鉻(分析純)； 0.5mol/L的Na0H溶液；0. 5mol/L的鹽酸溶液。
實驗方法
1、 將PET粒、水、硫酸鹽催化劑放入反應器，PET和水的重量比為1:3 1:15，催化劑佔PET質量的O. 5% 5.0%;
2、 設置反應溫度為100 200°C，反應壓力為0 1. 3MPa，微波功率為200 300W，反應時間100 200min;
3、 解聚完畢，冷卻15min，反應產物為粗TPA、 EG和催化劑；
4、 過濾解聚產物，並用少量去離子水洗滌固體，乾燥固體；
5、 蒸餾過濾出EG，得到了EG產品，可重新作為單體合成聚合物；6、 粗TPA用0.5mol/L的NaOH溶液溶解後，加入與鈉離子等當量的鹽酸， 過濾，用去離子水洗滌除去NaCl水溶液，得到了純淨的TPA固體；
7、 乾燥TPA固體，得到白色的精TPA固體產品。 實驗例1:
將PET粒、水、硫酸鋰催化劑放入反應器，PET和水的重量比為1:12，硫 酸鋰催化劑重量比佔0.5%。設置反應溫度為190°C，反應壓力為1.3MPa，微波 功率為250W，解聚210min以後，冷卻20min。過濾解聚產物，並用少量去離子 水洗滌固體，乾燥固體至恆重。蒸餾濾液，得到EG產品。粗TPA用0. 5mol/L 的NaOH溶液溶解後，加入於鈉離子等當量的鹽酸，過濾，用去離子水洗滌除去 NaCl水溶液，得到了純淨的TPA晶體，乾燥，得到白色的精TPA固體產品，PET 解聚率達到61. 32%。
實驗例2:
將PET粒、水、硫酸鉻催化劑放入反應器，PET和水的重量比為1:10，硫 酸絡催化劑重量比佔0.6%。設置反應溫度為200°C，反應壓力為1.2MPa，微波 功率為250W，解聚210min以後，冷卻20min。過濾解聚產物，並用少量去離子 水洗滌固體，乾燥固體至恆重。蒸餾濾液，得到EG產品。粗TPA用0. 5mol/L 的NaOH溶液溶解後，加入於鈉離子等當量的鹽酸，過濾，用去離子水洗滌除去 NaCl水溶液，得到了純淨的TPA晶體，乾燥，得到白色的精TPA固體產品，PET 解聚率達到64. 80%。
實驗例3:
將PET粒、水、硫酸鋁催化劑放入反應器，PET和水的重量比為1:10,硫 酸鋁催化劑重量比佔0.6%。設置反應溫度為190°C，反應壓力為1.2MPa，微波 功率為250W，解聚190min以後，冷卻20min。過濾解聚產物，並用少量去離子水洗滌固體，乾燥固體至恆重。蒸餾濾液，得到EG產品。粗TPA用0. 5mol/L 的NaOH溶液溶解後，加入於鈉離子等當量的鹽酸，過濾，用去離子水洗滌除去 NaCl水溶液，得到了純淨的TPA晶體，乾燥，得到白色的精TPA固體產品，PET 解聚率達到67. 34%。 實驗例4:
將PET粒、水、硫酸鐵催化劑放入反應器，PET和水的重量比為1:15，硫 酸鐵催化劑重量比佔1.0%。設置反應溫度為190°C，反應壓力為1.0MPa，微波 功率為250W，解聚190min以後，冷卻20min。過濾解聚產物，並用少量去離子 水洗漆固體，乾燥固體至恆重。蒸餾濾液，得到EG產品。粗TPA用0. 5mol/L 的NaOH溶液溶解後，加入於鈉離子等當量的鹽酸,過濾，用去離子水洗滌除去 NaCl水溶液，得到了純淨的TPA固體，乾燥，得到白色的精TPA固體產品，PET 解聚率達到69. 21%。
實驗例5:
將PET粒、水、硫酸銅催化劑放入反應器，PET和水的重量比為1:12，硫 酸銅催化劑重量比佔0.9%。設置反應溫度為2(XTC，反應壓力為l.lMPa，微波 功率為250W，解聚190min以後，冷卻20min。過濾解聚產物，並用少量去離子 水洗滌固體，乾燥固體至恆重。蒸餾濾液，得到EG產品。粗TPA用0. 5mol/L 的NaOH溶液溶解後，加入於鈉離子等當量的鹽酸，過濾，用去離子水洗滌除去 NaCl水溶液，得到了純淨的TPA固體，乾燥，得到白色的精TPA固體產品，PET 解聚率達到79. 12%。
實驗例6:
將PET粒、水、硫酸鋅催化劑放入反應器，PET和水的重量比為1:13，硫 酸鋅催化劑重量比佔0.8%。設置反應溫度為190。C壓力為1.2MPa，微波功率為250W，解聚180min以後，冷卻20min。過濾解聚產物，並用少量去離子水 洗滌固體，乾燥固體至恆重。蒸餾濾液，得到EG產品。粗TPA用0. 5mol/L 的NaOH溶液溶解後，加入於鈉離子等當量的鹽酸，過濾，用去離子水洗滌除 去NaCl水溶液，得到了純淨的TPA固體，乾燥，得到白色的精TPA固體產品， PET解聚率達到80. 89%。
權利要求
1、一種微波環境下聚對苯二甲酸乙二醇酯的催化解聚方法，其特徵在於在硫酸鹽催化劑的存在下，以水為反應介質，將一定重量比的聚對苯二甲酸乙二醇酯和水放入反應器中，在反應溫度100～200℃、反應壓力0～1.3MPa條件下，用微波輻射進行解聚反應，聚對苯二甲酸乙二醇酯解聚形成對苯二甲酸和乙二醇。
2、 根據權利要求1所述微波環境下聚對苯二甲酸乙二醇酯的催化解聚方法， 其特徵在於所述硫酸鹽催化劑為硫酸鋰、硫酸鋅、硫酸銅、硫酸鋁、硫酸鐵、 硫酸鉻。
3、 根據權利要求1或2所述微波環境下聚對苯二甲酸乙二醇酯的催化解聚 方法，其特徵在於以聚對苯二甲酸乙二醇酯的重量計硫酸鹽催化劑所佔重量 百分數為0. 5% 5. 0%。
4、 根據權利要求1或2所述微波環境下聚對苯二甲酸乙二醇酯的催化解聚 方法，其特徵在於聚對苯二甲酸乙二醇酯和水的重量比為1:3 1:15。
5、 根據權利要求3所述微波環境下聚對苯二甲酸乙二醇酯的催化解聚方法， 其特徵在於聚對苯二甲酸乙二醇酯和水的重量比為1:3 1:15。
6、 根據權利要求1或2所述微波環境下聚對苯二甲酸乙二醇酯的催化解聚 方法，其特徵在於微波輻射功率在200 300W。
7、 根據權利要求3所述微波環境下聚對苯二甲酸乙二醇酯的催化解聚方法， 其特徵在於微波輻射功率在20(T300W。
8、 根據權利要求4所述微波環境下聚對苯二甲酸乙二醇酯的催化解聚方法， 其特徵在於微波輻射功率在200 300W。
9、 根據權利要求5所述微波環境下聚對苯二甲酸乙二醇酯的催化解聚方法， 其特徵在於微波輻射功率在20(T300W。
全文摘要
本發明涉及一種節能環保、反應快速簡單、成本較低且催化劑易回收的微波環境下聚對苯二甲酸乙二醇酯的催化解聚方法，其特徵在於在硫酸鹽催化劑的存在下，以水為反應介質，將一定重量比的聚對苯二甲酸乙二醇酯和水放入反應器中，在反應溫度100～200℃、反應壓力0～1.3MPa條件下，用微波輻射進行解聚反應，聚對苯二甲酸乙二醇酯解聚形成對苯二甲酸和乙二醇。
文檔編號C07C31/20GK101671232SQ20091015309
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月30日 優先權日2009年9月30日
發明者東 張, 鑫 張, 賈延華 申請人:溫州大學