CN105367769B - 一种利用pet合成不饱和聚酯树脂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用PET合成不饱和聚酯树脂的方法,其包括以下步骤:(1)加入甘油、沸点超过210℃的二元醇、废PET和催化剂,以250‑300r/min的速度进行搅拌,在氮气保护下升温至210℃进行保温反应,当PET全部醇解后继续保温1‑2h,降温;(2)温度降低至150℃以下,加入不饱和二元酸酐、一元醇和沸点低于210℃的剩余二元醇,升温至150‑155℃保温反应0.5h,再逐步升温至195‑200℃进行恒温反应,待出水量达到理论量的85‑90%时,抽真空迫使水分排出,使反应进行至酸值低于25mgKOH/g;(3)降温至155‑160℃,加入适量阻聚剂,并用苯乙烯稀释,冷却过滤,即得不饱和聚酯树脂成品。本发明的方法所制得的树脂固化后具有良好的韧性和物理强度,同时克服了聚酯与苯乙烯溶解性差的缺点,经济环保。
Description
技术领域
本发明属于高分子化学领域,具体涉及一种利用PET合成不聚酯树脂的方法。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是由对苯二甲酸和乙二醇缩合聚合而成,通常称为聚酯或PET。PET于1941年由英国科学家研制成功,1949年英国率先实现了PET的工业化生产,因其具有优良的应用功能和高强度等性能,此后世界各国竞相生产。随着PET产量和消费量的不断增长,废弃PET的量也不断增长废弃的PET已成为环境污染的大问题。PET废弃物虽然不会直接对环境造成危害,但由于其废弃物量大且对大气和微生物的抵抗性很强,因而从环境和生态角度考虑,PET废弃物已成为全球性的环境污染有机物。所以现今将废塑料作为资源加以回收利用,建立资源循环型社会已成为世界各国环保工作的当务之急。以废PET为原料生产不饱和聚酯树脂,不仅使不饱和聚酯树脂的成本降低,而且使废料得到了再利用,不但可以减少环境污染,而且可以变“废”为“宝”。目前世界各国都已开始重视塑料的回收和再生工作,许多国家成立了专门的回收工厂甚至研究机构。
目前国内外利用废PET合成不饱和聚酯树脂一般有以下几种方法:(1)用二元醇直接醇解废PET合成不饱和聚酯树脂;(2)用二元醇醇解后与二元酸反应合成聚酯,在聚酯分子中引入双环戊二烯(DCPD)分子;(3)用二元醇和多元醇混合醇作醇解剂醇解废PET合成不饱和聚酯树脂。以上的各种利用废PET合成不饱和聚酯树脂方法固有优点,但也存在许多不可避免的弊端。例如,对于用二元醇直接醇解废PET合成的不饱和聚酯树脂,由于PET是由乙二醇和对苯二甲酸聚合而成的,这两种分子结构单元都具有对称性的特点,再由乙二醇或二乙二醇来醇解PET,制造的聚酯与苯乙烯的相溶性很差,很容易出现相分离现象,虽然使用丙二醇、2-甲基-1,3丙二醇等不对称结构二元醇可以改善聚酯与苯乙烯的相溶性,但丙二醇、2-甲基-1,3丙二醇较其他原料昂贵,导致树脂生产成本较高,难以获得好的经济效益。用二元醇醇解后合成的聚酯,在聚酯分子中引入DCPD分子,虽然聚酯与苯乙烯的相溶性有所改善,但其合成反应工艺控制较为复杂,对温度的控制要求严格,最终树脂外观也比较深。用多元醇(特别是甘油)代替部分二元醇醇解PET,甘油羟基数比二元醇多使得醇解速度加快,而且甘油来源广、价格低,但甘油是三元醇,含两个伯羟基和一个仲羟基,活性不一样,在合成聚酯过程中会产生网状分子结构,令反应不易控制,后期容易产生凝胶,造成产品报废或产品质量下降。
发明内容
本发明的目的是针对以上要解决的技术问题,提供一种利用甘油及聚酯废料合成不饱和聚酯树脂的方法,利用该方法制得的不饱和聚酯树脂具有良好的相溶性,性能优异,同时又减少环境污染,降低合成不饱和聚酯树脂的成品。
为了实现以上发明目的,本发明提供了以下技术方案:
一种PET合成不饱和聚酯树脂的方法,其包括以下步骤:
(1)加入甘油、沸点超过210℃的二元醇、废PET和催化剂投入反应釜中,开启机械搅拌搅拌以250-300r/min的速度进行搅拌为250-300r/min,在氮气保护下快速升温至210℃进行保温反应,当PET全部醇解后继续保温1-2h,降温;
(2)温度降低至150℃以下,加入不饱和二元酸酐、一元醇和沸点低于210℃的剩余二元醇,升温至150-155℃保温反应0.5h,再逐步升温至195-200℃进行恒温反应,待出水量达到理论量的85-90%时,抽真空迫使水分排出,使反应进行至酸值低于25mgKOH/g;
(3)降温至155-160℃,加入适量阻聚剂,并用苯乙烯稀释,冷却过滤,即得不饱和聚酯树脂成品;
其中,以上各反应物的配比如下:
PET与二元醇的重量比为1:0.8至1:1.5,更优选为1:0.9至1:1.1;
PET与甘油的重量比为1:0.2至1:0.6,更优选为1:0.2至1:0.3;
PET与不饱和二元酸酐的重量比为1:0.8至1:1.4,更优选为1:1.2至1:1.3;
一元醇与甘油的摩尔比为1:0.9至1:1.2,更优选为1:0.9至1:1.1;
总羧酸与总多元醇的摩尔比为1:0.9至:1.05,更优选为1:0.98至1:1.05;
催化剂的加入量为PET重量的0.1~0.5%,更优选为0.3%;
苯乙烯的加入量为聚酯总重量的30~40%,更优选为35%。
作为优选的实施方式,所述PET为从聚酯生产过程和日常生活使用中回收利用的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
作为优选的实施方式,所述二元酸酐包括但不限于顺丁烯二酸酐、或顺丁烯二酸酐与邻苯二甲酸酐的混合物。
作为优选的实施方式,所述二元醇包括但不限于二甘醇、乙二醇、丙二醇、一缩丙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、新戊二醇中的一种或多种。所述二元醇更优选为二甘醇、乙二醇。
作为优选的实施方式,所述一元醇包括但不限于乙醇、异丙醇、环己醇、异辛醇中的一种或多种。所述一元醇更优选为异辛醇。
作为优选的实施方式,所述催化剂包括但不限于醋酸盐类、钛酸酯类、有机锡类、锑系类催化剂中的一种或多种。所述催化剂更优选为醋酸锌。
作为优选的实施方式,所述阻聚剂包括但不限于邻甲基对苯二酚。
在现有用甘油改性不饱和聚酯树脂的技术中,在用甘油合成不饱和聚酯的后期用苯甲酸或双环戊二烯对聚酯进行封端,此方法的优点是可以有效防止凝胶的发生,但缺点也很明显,(1)双环戊二烯封端:由于不饱和聚酯与双环戊二烯反应剧烈,其反应控制较为复杂,对温度的控制要求严格;此外,目前所使用的工业级双环戊二烯纯度为78-85%,酸性强的不饱和二元羧酸很容易与双环戊二烯中的杂质发生复杂的反应,使得树脂的颜色较深;(2)苯甲酸封端:由于苯甲酸在100℃时迅速升华很容易堵塞冷凝装置,还有废水后处理难。而本发明中一元醇的作用是与顺丁烯二酸酐反应生成顺丁烯二酸单酯,顺丁烯二酸单酯再与甘油进行封端反应,从而克服了以上封端的缺点,而且用这种方法合成的不饱和聚酯与苯乙烯的相容性好,解决了醇解PET合成的不饱和聚酯与苯乙烯相容差的问题,同时使整个工艺反应过程平稳可控,所得树脂颜色浅,经济环保。本发明的树脂固化后具有良好的韧性和物理强度,同时克服了聚酯与苯乙烯溶解性差的缺点,并且原料来源广泛,具有减少环境污染,降低生产成本等优点。
具体实施方式
以下结合具体实施例,对本发明作进一步说明。应理解,以下实施例仅用于说明本发明,而非用于限制本发明的范围。
应理解的是,以下实施例中,使用废PET作为原料之一,其为从聚酯生产过程和日常生活使用中回收利用的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。二元酸酐以顺丁烯二酸酐为例,但并不仅限于此,其还包括顺丁烯二酸酐与邻苯二甲酸酐的混合物。二元醇以二甘醇、丙二醇为例,但并不仅限于此,其还可包括乙二醇、一缩丙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、新戊二醇中的一种或多种。一元醇以异辛醇为例,但并不仅限于此,其还可包括乙醇、异丙醇、环己醇中的一种或多种。催化剂以醋酸锌为例,但并不仅限于此,其还可包括其他醋酸盐类、钛酸酯类、有机锡类、锑系类催化剂中的一种或多种。
实施例1
在一个带有温度计、机械搅拌器、氮气导入管及回流冷凝器的2L四口烧瓶中,依次加入97g甘油(工业级,纯度为95%wt.)、272g二甘醇、384g废PET和1g醋酸锌,开启机械搅拌,以260r/min的速度进行搅拌,在氮气保护下快速升温至210℃进行保温反应,当PET全部醇解后继续保温1h,反应釜降温。温度降低至150℃以下,加入461g顺丁烯二酸酐、130g异辛醇和76g丙二醇,升温至150℃保温反应0.5h,再逐步升温至195℃进行恒温反应,注意控制馏头温度,至酸值达到55mgKOH/g,待出水量达到理论量的85-90%时,抽真空迫使水分排出,使反应进行至酸值低于25mgKOH/g。降温至155℃加入0.3g邻甲基对苯二酚,搅拌均匀后冷却至120℃,加入770g苯乙烯稀释,冷却过滤即得不饱和聚酯树脂成品。
实施例2
在一个带有温度计、机械搅拌器、氮气导入管及回流冷凝器的2L四口烧瓶中,依次加入58g甘油(工业级,纯度为95%wt.)、380g二甘醇、384g废PET和1g醋酸锌,开启机械搅拌,以250r/min的速度进行搅拌,在氮气保护下快速升温至210℃进行保温反应,当PET全部醇解后继续保温2h,反应釜降温。温度降低至150℃以下,加入451g顺丁烯二酸酐、78g异辛醇和46g丙二醇,升温至155℃保温反应0.5h,再逐步升温至200℃进行恒温反应,注意控制馏头温度,至酸值达到55mgKOH/g,待出水量达到理论量的85-90%时,抽真空迫使水分排出,使反应进行至酸值低于25mgKOH/g。降温至160℃加入0.3g邻甲基对苯二酚,搅拌均匀后冷却至120℃,加入767g苯乙烯稀释,冷却过滤即得不饱和聚酯树脂成品。
实施例3
在一个带有温度计、机械搅拌器、氮气导入管及回流冷凝器的2L四口烧瓶中,依次加入105g甘油(工业级,纯度为95%wt.)、370g二甘醇、346g废PET和0.9g醋酸锌,开启机械搅拌,以280r/min的速度进行搅拌,在氮气保护下快速升温至210℃进行保温反应,当PET全部醇解后继续保温1.5h,反应釜降温。温度降低至150℃以下,加入459g顺丁烯二酸酐、140g异辛醇,升温至152℃保温反应0.5h,再逐步升温至195℃进行恒温反应,注意控制馏头温度,至酸值达到55mgKOH/g,待出水量达到理论量的85-90%时,抽真空迫使水分排出,使反应进行至酸值低于25mgKOH/g。降温至156℃加入0.3g邻甲基对苯二酚,搅拌均匀后冷却至120℃,加入770g苯乙烯稀释,冷却过滤即得不饱和聚酯树脂成品。
实施例4
在一个带有温度计、机械搅拌器、氮气导入管及回流冷凝器的2L四口烧瓶中,依次加入97g甘油(工业级,纯度为95%wt.)、357g二甘醇、384g废PET和1g醋酸锌,开启机械搅拌,以300r/min的速度进行搅拌,在氮气保护下快速升温至210℃进行保温反应,当PET全部醇解后继续保温1h,反应釜降温。温度降低至150℃以下,加入490g顺丁烯二酸酐、130g异辛醇和46g丙二醇,升温至155℃保温反应0.5h,再逐步升温至198℃进行恒温反应,注意控制馏头温度,至酸值达到55mgKOH/g,待出水量达到理论量的85-90%时,抽真空迫使水分排出,使反应进行至酸值低于25mgKOH/g。降温至160℃加入0.3g邻甲基对苯二酚,搅拌均匀后冷却至120℃,加入820g苯乙烯稀释,冷却过滤即得不饱和聚酯树脂成品。
对比例1
在一个带有温度计、机械搅拌器、氮气导入管及回流冷凝器的2L四口烧瓶中,依次加入97g甘油(工业级,纯度为95%wt.)、357g二甘醇、384g废PET和1g醋酸锌,开启机械搅拌,在氮气保护下快速升温至210℃进行保温反应,当PET全部醇解后继续保温1-2h,反应釜降温。温度降低至150℃以下,加入411g顺丁烯二酸酐、122g苯甲酸和46g丙二醇,升温至150-155℃保温反应0.5h,再逐步升温至200℃进行恒温反应,注意控制馏头温度,至酸值达到55mgKOH/g,待出水量达到理论量的85-90%时,抽真空迫使水分排出,使反应进行至酸值低于25mgKOH/g。降温至155-160℃加入0.3g邻甲基对苯二酚,搅拌均匀后冷却至120℃,加入780g苯乙烯稀释,冷却过滤即得不饱和聚酯树脂成品。
对比例2
在一个带有温度计、机械搅拌器、氮气导入管及回流冷凝器的2L四口烧瓶中,依次加入357g二甘醇、78g丙二醇、384g废PET和1g醋酸锌,开启机械搅拌,在氮气保护下用3h从常温升温至210℃进行保温反应,当PET全部醇解后继续保温1-2h,反应釜降温。温度降低至150℃以下,加入392g顺丁烯二酸酐和46g丙二醇,升温至150-155℃保温反应0.5h,再逐步升温至195-200℃进行恒温反应,注意控制馏头温度,至酸值达到55mgKOH/g,待出水量达到理论量的85-90%时,抽真空迫使水分排出,使反应进行至酸值低于25mgKOH/g。降温至155-160℃加入0.3g邻甲基对苯二酚,搅拌均匀后冷却至120℃,加入700g苯乙烯稀释,冷却过滤即得不饱和聚酯树脂成品。
对比实验及结果:
注:胶凝时间测试方法:25℃水浴,100克树脂+1ml环烷酸钻(1%)+2ml过氧化甲乙酮。
由以上实验结果可见,实施例1-4中利用本发明方法合成的不饱和聚酯与苯乙烯的相容性好,解决了醇解PET合成的不饱和聚酯与苯乙烯相容差的问题,同时使整个工艺反应过程平稳可控,所得树脂颜色浅,经济环保。本发明的方法所制得的树脂固化后具有良好的韧性和物理强度,同时克服了聚酯与苯乙烯溶解性差的缺点,并且原料来源广泛,具有减少环境污染,降低生产成本等优点。
Claims (5)
1.一种利用PET合成不饱和聚酯树脂的方法,其包括以下步骤:
(1)加入甘油、沸点超过210℃的二元醇、废PET和催化剂,以250-300r/min的速度进行搅拌,在氮气保护下升温至210℃进行保温反应,当PET全部醇解后继续保温1-2 h,降温;
(2)温度降低至150℃以下,加入不饱和二元酸酐、一元醇和沸点低于210℃的二元醇,升温至150-155℃保温反应0.5 h,再逐步升温至195-200℃进行恒温反应,待出水量达到理论量的85-90%时,抽真空迫使水分排出,使反应进行至酸值低于25mgKOH/g;
(3)降温至155-160℃,加入适量阻聚剂,并用苯乙烯稀释,冷却过滤,即得不饱和聚酯树脂成品;
其中,以上各反应物的配比如下:
PET与二元醇的重量比为1:0.8至1:1.5,
PET与甘油的重量比为1:0.2至1:0.6,
PET与不饱和二元酸酐的重量比为1:0.8至1:1.4,
一元醇与甘油的摩尔比为1:0.9至1:1.2,
总羧酸与总多元醇的摩尔比为1:0.9至1:1.05,
催化剂的加入量为PET重量的0.1~0.5%,
苯乙烯的加入量为聚酯总重量的30~40%;
所述一元醇为乙醇、异丙醇、环己醇、异辛醇中的一种或多种;
所述沸点超过210℃的二元醇为二甘醇、一缩二丙二醇或2-甲基-1,3-丙二醇;
所述沸点低于210℃的二元醇为乙二醇或丙二醇。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述废PET为从聚酯生产过程和日常生活使用中回收利用的聚对苯二甲酸乙二醇酯。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述不饱和二元酸酐为顺丁烯二酸酐。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述催化剂为醋酸盐类、钛酸酯类、有机锡类、锑系类催化剂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述阻聚剂为邻甲基对苯二酚。
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应用微波法对废PET进行醇解的研究;徐寒松等;《聚酯工业》;20090331;第22卷(第2期);第24页2.4醇解剂官能度对产物的影响 * |
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