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溶剂法回收废旧聚苯乙烯泡沫塑料文章编号:1005—336020l012-0069—05溶剂法回收废旧聚苯乙烯泡沫塑料RecyclingofWastePolystyreneFoambySolvent摘要:根据溶解度参数愿则筛选溶解废旧聚苯乙烯PS泡沫塑料的溶剂.结果表明:冀酸正丁膏和=甲苯以体积比1:2形成的复合溶剂效果较好在40℃时废IEIPS泡沫塑料的溶解度可达o.82g/ml.采用正度烷作为溶卉|回收过程的沉淀剂能够回收得到90%以上的PS原料.伺时对废IBPS泡沫董料的热稳定性爱其溶解前后的化学结构分别进行了TGA和FTIR表征.结果表明:该回收过程仅仅是溶解滑泡.并没有发生解聚反应且无溶剂残留.最后利用黏度法测定回收后的PS黏均分子量约为
2.815×
10.Abstract:ThesolventdissolvingthewastepolystyrenePSfoamwasselectedaccordingtotheruleofsolubilityparameter.Theresultsshowthatcompoundingsolventmixedwithbutylacetateandxylenevolumeratiowas1:2hasthebetterdissolutioneffect.ThedissoIvab-¨tvofthecompoundingsolventreachesto
0.82g/mlunder40℃.DuringtheprocessofrecyclingthewastePSfoam.usingn-heptaneasprecipitantandthentherecoveryofthewastePSismorethan90%.ThethermalstabilityandchemicalstructureofPSwerecharacterlzedbyTGAandFTIR.respectively.Theresultsshowthattheprocessofrecyclingisdissolveddefoamingthedepolymerizationreactiondoesntoccurinthisprocessandthereisnoresiduesolvent.TheviscosityaveragemolecularweightofrecycledPSis
2.815×10measuredbyviscositymethod.关键词:废旧聚苯乙烯;溶剂;溶解度参数;回收中图分类号:TQ
325.1文献标识码:BKeywords:Wastepolystyrene;Solvent;Solubilityparameter;Recycling随着社会的发展电子产品越来越多由此产生的聚苯乙烯Ps泡沫塑料的废弃包装物越来越多.如果不能合理处理这部分垃圾既是对资源的极大浪费又会对环境造成严重的污染….但是废iEtPS泡沫塑料由于密度小体积大回收时运输成本过高所以当前主要的处理方法是从减小体积入手如果使用合适的溶剂溶解可以将废旧PS泡沫塑料的体积减小100倍没有聚合链的降解那么运输成本将会大幅降低.回收方法包括加热回收法和溶剂改性法等】.其中加热回收法需要建立专门装置集中处理成本高且有废气废渣排放容易对环境造成二次污染.目前国内外均有用溶剂改性法回收并将回收料制成胶黏剂的文献报道但大都因为所采用的溶剂如苯氯苯卤代烃有毒或溶剂价格昂贵而未能推广应用.].另外通过天然有机溶剂如桔子油柠檬烯等可以回收废旧Ps泡沫塑料]尽管溶解性较好但天然溶剂的分■■■■■■●■■■■■■■■■■■■●■■■■■■■I!!竺!!:!!:!:离提纯成为制约这一工艺的瓶颈.因此溶剂法回收废旧PS泡沫塑料还需寻找价廉低毒的溶剂.本实验根据溶解度参数原则筛选出适宜的溶解废lHPS塑料泡沫的溶剂利用溶剂回收得~lJPS原料然后通过沉淀或蒸馏回收溶剂旨在找到切实可行的废IHPS泡沫塑料的回收溶剂.1实验部分
1.1原料与试剂废旧聚苯乙烯Ps电脑包装箱泡沫塑料;二甲苯化学纯沈阳市化工五厂;醋酸正丁酯分析纯沈阳市新西试剂厂.
1.2仪器与设备傅里叶红外变换光谱仪SpectrumOne美国PerkinElmer公司;6970微机差热天平TGHC%2北京恒久科学仪器厂.
1.3溶剂的选择原则溶剂选择通常遵循以下规律:1极性相近原则:极性大的溶质溶于极性大的溶剂;极性小的溶质溶于极性小的溶剂.溶质和溶剂的极性越相近二者越易溶;2溶剂化原则:溶剂分子对溶质分子产生的相互作用当作用力大干溶质分子的内聚力时能使溶质分子彼此分开而溶于溶剂中;3溶解度参数原则:如果溶剂的溶解度参数和聚合物的溶解度参数相近或相等时就能使这一聚合物溶解】.综合以上原则实验初步筛选出几种溶剂考察单一和复合溶剂对废IEIPS泡沫塑料的溶解度.
1.4溶解性实验取一定质量的废[RPS泡沫塑料破碎至直径为10mIi1的小块加入一定体积的溶剂进行溶解待完全溶解后静置5rain计算该溶剂的溶解度.溶解度为单位体积的溶剂能够溶解Ps的质量ml.
1.5表征方法
1.
5.1PS原料及回收产物的红外分析利用红外光谱仪对回收前后废旧PS进行结构分析.
1.
5.2废旧PS泡沫塑料热重分析利用TGA对废lHPS泡沫塑料的热稳定性进行分析.具体条件为:升温梯度为1℃升温速率15*C/min最终温度500~C.
1.
5.3回收产物黏均分子量的测定根据文献j在体积比为1:2的醋酸正丁酯和二甲苯的混合液中对不同浓度的废IHPS溶液的相对黏度7进行测定利用半经验公式:Mark.Houwink方程[7卜来求出PS的黏均分子量.其中
[7]是特性黏度;是分子量;口gi是两个参数30℃水浴的实验条件下/~--
7.2×10一=
0.
72.2结果与讨论
2.1废IHPS泡沫塑料TG分析图1曩IBPS范辣曩科的TG曲缉Flg1TGcurveofwastePSfoamplastic图l是废lHPS泡沫塑料的TG曲线.从图l可以看出Ps在IO0~C前略有失重可能是由于原料中含有微量的水分所致.在200℃失重1O%左右说明废lHPS泡沫塑料开始少量分解至375oC完全失重.由此可以推断废IHPs泡沫塑料的热分解温度起始于200℃左右.因此溶剂法回收废lHPS泡沫塑料的温度不能高于200~C.
2.2溶剂的溶解性
2.
2.1单一溶剂的溶解性聚合物的参数取决于化学结构和其他因素如分子质量和交叉耦合程度等.因此Ps的溶解度参数值因其不同的文献来源而存在差异.本实验采用实用溶剂手册给出的值】初步筛选出的溶剂对废IHPS泡沫塑料的溶解度见表
1.表1簟一溶剂的溶解性Tab1SolubilityofsinglesolventPS松节油环己烷醋酸正丁酯四氯化碳二甲苯甲苯醋酸乙酯三氯甲烷
0.
24320.
0973052690.
23540.5443O
4644035440.3333从表l可以看出芳烃类溶剂的溶解度较大可能是由于芳烃类形成氢键的趋势较低.热力学中关于两种物质相溶性与其溶解度参数的关系表明这个差值越小则溶解力越强.实验表明:与PS溶解度参数相近的溶剂有甲苯二甲苯和醋酸乙酯等且其溶解度也较大但溶剂的选择还需从价格毒性货源和挥发性等方面综合考虑有时只使用一种溶剂不能达到较好的效果则应采取多种溶剂的复配技术.综上所述经过初步筛选二甲苯醋酸正丁酯和醋酸乙酯为合适的溶剂.
2.
2.2复合溶剂的溶解性为了研究两种溶剂是否具有协同效应将筛选出的溶解度较大的3种单一溶剂按照一定体积比进行复配测定复合溶剂的溶解度结果见表
2.复合溶剂的溶解度参数[f:的理论计算:自合=+z.其中5为溶剂1和溶~/J]2的溶解度为溶剂l和溶N2所占的体积分数.表2复合溶剂的溶解性Tab2Solubilityofcompoundsolvent一.ll辫醋酸正丁酯:醋酸乙酯1:O4:11:11:40:1醋酸正丁酯:二甲苯1:04:10526904334O.3185O
41060.35440526905034O5179O.
511105991056390.5443从表2可以看出单独使用醋酸正丁酯其溶解度较大但其与醋酸乙酯形成的复合溶剂的溶解度反而降低这可能是由于两者均为酯类互溶性较好降低了对PS的溶解能力.当醋酸正丁酯与二甲苯进行复配两者之间体积比为l:2时溶解度达到最大值
0.5991g/ml可能是由于醋酸正丁酯和二甲苯之间具有一定的协同效应.因此本实验的最佳复合t~-#/4由体积比为1:2的醋酸正丁酯与二甲苯组成.
2.3溶解过程中的影响因素
2.
3.1温度对溶解度的影响温度升高分子间运动速度加快两种物质的溶解能力也将改善.但过度提高温度一方面消耗能源另一方面有可能使废IHPS泡沫塑料解聚和溶剂蒸发.结合废IHPS泡沫塑料的热失重温度及溶剂的沸点本实验选择在30~60℃范围内考察温度对PS溶解度的影响.温匿/C图2温度对溶解度的影响Fig2Influenceoftemperatureonthesolubility从图2可以看出在该温度范围内溶剂对废IHPS泡沫塑料的溶解度有随温度升高而增加的趋势.溶解效果最好的复合溶剂在40℃其溶解度达到了o.82g/ml.因此适当提高温度有利于废IHPS泡沫塑料的溶解.
2.
3.2温度对溶解时问的影响温度/C图3温度对溶解时间的影响Fig3Influenceoftemperatureonthesolubletime从图3可以看出温度升高使废IHPSi容解时间明显缩短从而节省处理时间降低了回收成本.混合溶剂溶解废IHPS泡沫塑料的时间明显比单独使用醋酸正丁酯和二甲苯要长.当温度小于40℃时随着温度的增加溶解时间明显缩短;但是当温度超过40℃以后溶解时间缩短的趋势明显减缓.同时温度的升高增加了能量的消耗.综合考虑本实验选择40℃为混合溶剂溶解的最适宜溶解温度.∞∞∞弱∞∞8889O
8888888722.4回收方法
2.
4.1加入沉淀剂回收废IHPs沉淀剂的选择依据:1安全无毒无污染;2沉淀效果好;3与溶剂不发生反应且与PS不溶解而与溶剂溶解效果好;4与溶剂易分离回收利用率高.据此实验初步筛选以下溶剂作为沉淀剂考察废IHPS泡沫塑料的回收率结果见表
3.表3采用不问沉淀剂废IBPS泡沫望科的回收率Tab3RecoveryofwastePSfoamplasticfilledwithdifferentprecipitant回收率/%
66.26O
00901673.
060.O0从表3可以看出将正庚烷作为沉淀剂废IHPS泡沫塑料的回收率超过90%这可能是由于正庚烷与二甲苯及醋酸丁酯的溶解性较好而与废IHPS泡沫塑料不溶解.
2.
4.2蒸馏回收与沉淀回收对比通过适当的溶剂溶解废IHPS泡沫塑料后还需回收原料使溶剂循环使用常见的回收工艺有蒸馏回收和沉淀回收两种两种回收方法的对比结果见表
4.表4回收方法对比Tab4Comparisonofrecyclingmethods霉整翎黛》回收率/%
901688.89从表4可以看出沉淀回收法得到的废113PS回收率略高于蒸馏回收法且节约能源该回收工艺具有一定的应用前景.
2.5废IHPS泡沫塑料的黏均分子量囤4溶液在无限稀释时的特性黏度曲线g4Intrinsicviscositycurvesofsolutionunderinfinitedilution黏度是高分子溶液的重要性质根据高聚物稀溶液的黏度与高聚物分子的大小性状溶液浓度的关系可以测定高聚物的分子量.将回收后的废IHPS泡沫塑料分别配成浓度为
0.
0280.
0310.
0380.
0430.
0580.065mol/L的溶液通过对比浓黏度7和对数比浓黏度1n7/c对溶液浓度作图结果见图
4.从图4可以看出两条线在轴相交由渐进方程得到了在无限稀释的溶剂下的特性黏度
[7]为
60.
395.根据公式
[7]=
7.2×10~=
0.72进而求得废IEIPS泡沫塑料的相对分子质量约为
2.815X10而PS的分子量在10~】07之间.因此回收后的PS仍然是聚合物说明在溶剂回收过程中没有聚合物的解聚反应发生.
2.6产物红外分析考虑到回收工艺中伴随着溶解和加热等过程可能会改变废IHPS泡沫塑料的结构与性质.为此对回收前后的PS进行红外分析结果见图
5.了~图5回收前后PS的红外谮图Fig5InfraredspectraofPSbeforeandafterrecovery从图5可以看出2930cm.为一C一的反对称伸缩振动2850cm.为一cH一的对称伸缩振动;在2890cm.处有一C—H的弱吸收峰3030cm.是苯环上C—H的吸收峰单核芳烃的C=C键伸缩振动在1626~1650cm.处由此可以判断回收前后的物质均为Ps;又可推断出在回收处理过程中没有引起任何聚合链的降解PS的结构没有改变.其中图5b在2350cm.附近的吸收峰可能是泡沫中的添加剂回收处理后将随溶剂一起被蒸发掉.3结论1根据溶剂筛选原则初步筛选出几种溶剂.通过实验发现醋酸正丁酯和二甲苯对废旧Ps泡沫塑料的溶解度较大且二者以1:2体积比形成的一一TI●1—F—-^z^rlH1t_一■I.1I-二l●=t-复合溶剂溶解效果好于任何一种单一溶剂.2温度对溶解过程的影响较大升高温度有利于溶解能力的增强且溶解速度加快综合考虑选择40~C为最佳溶解温度.3回收过程中采用正庚烷作为沉淀剂效果较好与蒸馏回收相比废旧PS泡沫塑料回收率能够达到90%以上且回收前后的PS经红外表征发现回收后其结构并未发生改变说明仅仅是溶解过程而并未有解聚反应发生.参考文献:
[1]王海涛.天然溶剂回收废聚苯乙烯泡沫塑料的研究[D]天津轻工业学院200112[2】杨震高松亭.废聚苯乙烯塑料热降解回收苯乙烯单体的研究[J]环境科学1997182:43—45【3】叶先运溶剂法回收利用聚苯乙烯泡沫塑料技术研究[J]l湖北汽车工业学院
1999.134:89—91
[4]徐雄立柯清泉陆昶等.废I19聚苯乙烯泡沫塑料的综合利用技术[J]现代塑料加工应用
2001.133:49—51【5]王海涛张天胜王华山天然有机溶剂回收聚苯乙烯泡沫塑料的研究[J]天津轻工业学院2001394:7—1O.【6】郭学益徐刚宋瑜回收废聚苯乙烯泡沫的研究[J]塑料工业2007355:68—
70.
[7]MariaTeresaGarciaIgnacioGraciaGemaDuqueeta
1.Studyofthesolubilityandstabilityofpolystyrenewastesinadissolutionrecyclingprocess[J]Wastemanagement2009291:1814—
1818.【8]高红艳马凤云宋玉萍等用黏度法测定稀土顺丁橡胶的相对分子质量[J].合成橡胶工业2010332:1O1—1O5
[9]穆光照实用溶剂手册[M].上海:上海科学出版社1990:
9.石家庄造新塑料可定时降解白色污染对环境的影响很大有没有可以完全降解的塑料呢近日河北华丹完全生物降解塑料有限公司牵手台湾伟盟集团在石市裕华区投资IIL元开工建设我国第一条玉米发酵生产聚乳酸PLA生物降解材料片材生产线.该生产线年可产全生物降解塑料颗粒及制品l5万t.餐盒使用后暴露在大自然中6至24个月内全部变为水和二氧化碳不留任何痕迹.该公司总工岳光荣称这种塑料产品可定时降解.在空气中就可自行降解餐盒环保袋垃圾袋医疗废物袋水杯垃圾箱……昨It记者在华丹公司看到了用生物降解塑料制成的多种生活用品.和以往的聚乙烯塑料不同这种塑料以玉米淀粉为原料通过聚合发酵再进行吸塑吹塑等过程成型.岳光荣向记者介绍生物降解塑料颗粒及制品不仅本身是纯生物的而且在生产过程也没有任何污染不会产生废气废水废渣.据介绍最终产品废弃后在空气中可以100%生物分解成水和二氧化碳.使用这种制品既可以节约不可再生的石油资源又可消除白色污染.完全生物塑料可定时降解记者看到利用这种完全生物塑料制成的水杯垃圾桶都沉甸甸的外形也很时尚.难道这种长时间用的产品也要降解吗岳光荣解释虽然用的都是生物塑料但由于采用的工艺不同也就决定了产品是否降解.他指着水杯说:像这种水杯的使用寿命都在十年以上而且也摔不坏但尽量不要让细菌侵蚀喝了冷饮牛奶后要记得及时清洗否则容易被降解.随后他把一个医疗垃圾袋放到热水里很快垃圾袋就溶解在水中.这种垃圾袋可溶于水非常适用于医院的洗衣房这样就能避免医疗垃圾二次污染.完全生物降解塑料在空气中就可自行降解成水和二氧化碳在有空气水细菌的环境下降解更快.当然还可根据客户需要通过不同的工艺设定降解时限.岳光荣告诉记者.成本和普通塑料相差无几据了解目前这种完全生物降解塑料已经研发出来有小批量已经投产使用.北京小汤山现代农业科技示范园环保农地膜宾堡面包包装等使用的是华丹公司的完全生物降解产品.如果大批量生产的话完全生物降解塑料和普通塑料成本相差无几.岳光荣表示.塑料复合软管市场发展概况塑料复合软管是一种特殊的包装容器在包装领域中占有重要的地位.我国包装标准包装通用术语中解释为用挠性材料制成的圆柱形包装容器经折合焊封后形成管桶和一端装有的管嘴挤压后内容物由管嘴挤出.软管主要用于包装膏状物如:牙膏药膏发膏洗发膏剃须膏油墨润滑剂光亮剂等.自从1840年法国人用锡制成第一只包装绘画颜料的软管以来第一次世界大战中出现包锡铅管1948年出现铝管.过去传统的软管包装用的软质金属如:锡铅铝等有不耐腐蚀质量重的缺点.近来已逐渐为塑料软管所取代.1950年瑞士发明了用LDPE做的塑料软管由于单一塑料做成的软管抗渗透能力较弱不适宜于要求气密性很好的内容物的包装.20世纪60年代中期世界上出现了由多种材料复合而成的复合软管复合软管中综合了金属和塑料两方面的优点具有良好的阻隔性耐腐蚀性耐破裂性而且成本低外形美观因此很受欢迎.我国自1972年开始研制塑料复合软管近30年来发展很快引进了多条塑料复合软管生产线.目前美国每人消费塑料复合软管10支欧洲每人消费12支.1983年国内有11家牙膏厂化妆品厂使用塑料复合软管包装.我国目前年生产量达15亿支复合软管.73。