废聚酯制备对苯二甲酸二异辛酯工艺条件的研究

2019-09-13关瑞彪张玉文

山东化工 2019年16期

李蕾，关瑞彪，张玉文

(徐州工业职业技术学院化学工程学院，江苏徐州 221000)

聚酯主要指聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，是一类性能优异、用途广泛的工程塑料，可用于涤纶纤维的制造、饮料瓶、食品包装、工程塑料等多个领域[1]。随着人口的增加和生活水平的提升，对PET聚酯的需求也越来越多，产生了大量的废旧聚酯，例如日常的饮料瓶、废弃的纤维涤纶材质的衣物等，因为本身很难被空气或者是微生物降解，会对环境造成破坏[2]。

对苯二甲酸二异辛酯(DOTP)是一种具有良好的耐热性、耐寒性、耐抽出性、热稳定性、柔软性以及低挥发性的增塑剂，主要用于医用塑料、胶布、鞋材、地板革、水管、胶带等产品中[3]。利用废聚酯可以生产对苯二甲酸二异辛酯(DOTP)，达到降低成本，减少对石油消耗，提高经济效益的作用，同时可以处理废聚酯对环境的污染。

1 实验部分

1.1 实验药品与实验仪器

实验药品：聚酯废料、异辛醇、钛酸四丁酯、无水醋酸锌、活性炭颗粒、碳酸钠、硅藻土等。实验仪器：电子恒速搅拌器、调温电热套、旋转蒸发器、温度计、电子天平、循环水式多用真空泵等。

1.2 实验原理

用过量的异辛醇置换聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的乙二醇，其中包括废聚酯被醇解和酯交换的反应，再分离出乙二醇和过量的异辛醇，从而得到DOTP[4]。

(1)废聚酯与异辛醇的醇解反应：

(2)废聚酯与异辛醇的酯交换反应

1.3 实验步骤

称量计算量的聚酯废料，装入500mL三口烧瓶中，再加入计算量的异辛醇和催化剂，开动搅拌器均匀搅拌，并且缓慢加热，温度控制在200℃左右，保持一段时间，等到乙二醇被异辛醇置换完毕，且完全蒸出在分水器中，终止反应。将得到的产品测量pH值，并为其调制到中性，然后加入活性炭除杂，再抽滤，但抽滤前的液体中含有较多难溶性杂质，粘稠度较高，不易直接抽滤，所以加入硅藻土作助滤剂，用布氏漏斗抽滤，除去难溶性的杂质，然后将过滤后的滤液进行200度以上的常压蒸馏，蒸馏掉过量的异辛醇，最终的产品为有一定粘度的淡黄色液体，称量体积和质量。

2 结果与讨论

2.1 原料配比对反应的影响

反应的温度(200～210℃)，反应的时间(6h)，催化剂(0.2%醋酸锌/钛酸四丁酯1∶1混合催化剂)，测定原料废聚酯和异辛醇物质的量比(废聚酯/异辛醇)的不同(原料配比1∶2、

1∶3、1∶3.5、1∶4、1∶4.5)对产品收率的影响见图1所示。

从图1中可以看出来，产品收率随着原料的物质的量比的增大而出现了极大值，原料的物质的量比为1∶4时，产品收率最高；当继续增大原料物质的量比时，产品收率开始降低。实验过程中观察到原料配比为1∶4.5时，反应温度很难达到200℃，分析可能的原因是过多的异辛醇在反应过程中会带走过多的热量，导致温度降低，从而影响了产品收率。

图1 原料配比对反应收率的影响

2.2 反应时间对反应的影响

反应的温度(200～210℃)，原料的物质的量比(废聚酯/异辛醇1∶4)和催化剂(0.2%醋酸锌/钛酸四丁酯1∶1混合催化剂)，测定不同的反应时间对产品产率的影响见图2所示：

图2 反应时间对收率的影响

图2可以看出来产品收率会随着时间的增长而增大，在2～5h产品收率增长较快，而在5h之后产品收率的增长慢慢降缓。所以本实验的反应时间选为6～7h。

2.3 不同催化剂的使用对反应的影响

(1)在反应温度(200～210℃)，反应时间(7h)和原料配比(废聚酯/异辛醇1∶4)这些反应条件不变的情况下，测定选择不同的催化剂：醋酸锌、钛酸四丁酯以及混合催化剂(醋酸锌/钛酸四丁酯1∶1)对反应收率的影响见图3所示。

由图3可看出来钛酸四丁酯和醋酸锌的混合催化剂的效果最好，但是就单独使用效果来说，钛酸四丁酯的催化效果明显好于醋酸锌。

图3 不同催化剂对反应的影响

(2)在反应时间(6h)和反应温度(200～210℃)不变的情况下，为了考察催化剂加入顺序的不同对反应的影响，分别设计两组实验，一组原料配比为1∶3，两种催化剂同时加入(醋酸锌/钛酸四丁酯为1∶1，质量百分比均为0.2%)和催化剂分批次加入(先加醋酸锌然后在160℃加入钛酸四丁酯，质量百分比均为0.2%)；另一组原料配比为1∶4，催化剂加入情况同上，测定对产品收率的影响见图4所示。

图4 不同的催化剂使用对收率的影响

由图4可以看出来在原料为1∶3和1∶4的情况下两种催化剂同时加入的收率高于催化剂分批次加入，造成这种情况的原因应该是因为反应时间内先后加入催化剂的反应速率较低未使反应达到化学平衡。

2.4 红外光谱表征

图5为产品DOTP的红外光谱图，图中1722cm-1为酯类C=O的伸缩振动，1267 cm-1和1113 cm-1为酯基中C-O伸缩振动的两个特征峰，1612 cm-1、1577 cm-1和1462 cm-1为苯环骨架振动吸收峰，2930 cm-1、2868 cm-1、1404 cm-1和1382 cm-1为-CH3-,-CH2-的伸缩弯曲振动吸收，730 cm-1为苯环的取代吸收，与标准图谱对照基本一致。