RU2600637C2 - Method of processing wastes containing thermosetting polymers - Google Patents

Method of processing wastes containing thermosetting polymers Download PDF

Info

Publication number
RU2600637C2
RU2600637C2 RU2015110013/05A RU2015110013A RU2600637C2 RU 2600637 C2 RU2600637 C2 RU 2600637C2 RU 2015110013/05 A RU2015110013/05 A RU 2015110013/05A RU 2015110013 A RU2015110013 A RU 2015110013A RU 2600637 C2 RU2600637 C2 RU 2600637C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
products
tar pitch
phenolic
coal tar
thermosetting polymers
Prior art date
Application number
RU2015110013/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015110013A (en
Inventor
Владимир Семенович Загайнов
Евгений Иосифович Андрейков
Александр Сергеевич Кабак
Инна Сергеевна Амосова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук (ИОС УрО РАН)
Акционерное общество "Восточный научно-исследовательский углехимический институт" (АО "ВУХИН")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук (ИОС УрО РАН), Акционерное общество "Восточный научно-исследовательский углехимический институт" (АО "ВУХИН") filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук (ИОС УрО РАН)
Priority to RU2015110013/05A priority Critical patent/RU2600637C2/en
Publication of RU2015110013A publication Critical patent/RU2015110013A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2600637C2 publication Critical patent/RU2600637C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J11/00Recovery or working-up of waste materials
    • C08J11/04Recovery or working-up of waste materials of polymers
    • C08J11/10Recovery or working-up of waste materials of polymers by chemically breaking down the molecular chains of polymers or breaking of crosslinks, e.g. devulcanisation
    • C08J11/18Recovery or working-up of waste materials of polymers by chemically breaking down the molecular chains of polymers or breaking of crosslinks, e.g. devulcanisation by treatment with organic material
    • C08J11/20Recovery or working-up of waste materials of polymers by chemically breaking down the molecular chains of polymers or breaking of crosslinks, e.g. devulcanisation by treatment with organic material by treatment with hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/62Plastics recycling; Rubber recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

FIELD: recycling.
SUBSTANCE: invention relates to a method of processing wastes containing thermosetting polymers in the form of cured or uncured phenol or epoxy resins, and can be used in machine building, instrument making, aircraft and space industry and other departments. Method involves thermal decomposition of wastes in a solvent with extraction of phenol products. At that processing is carried out in coal-tar pitch or material containing coal-tar pitch, at a weight ratio of polymer: peck or material containing peck, -1: (3-10) at a temperature of 320-420 °C at atmospheric pressure. Solvolysis in a solvent medium can be used for spent polymer products, both without filler, and with filler. Use of coal-tar pitch as solvent allows to carry out solvolysis of thermosetting polymers at atmospheric pressure and to receive phenol compounds with high output as a result of decomposition.
EFFECT: technical result consists in improvement of efficiency of process of processing wastes.
1 cl, 4 dwg, 8 ex

Description

Изобретение относится к области переработки отработанных изделий, содержащих термореактивные полимеры, в частности полимеры на основе фенольных и эпоксидных смол. Изделия могут состоять полностью из полимерного материала или представлять собой композитный материал, в котором полимер служит матрицей для твердого наполнителя, например углеродных или других волокон. Композитные полимерные материалы, обладающие высокой прочностью и небольшим удельным весом, легко обрабатываются и широко применяются в машиностроении, приборостроении, авиационной и космической промышленности. Постоянно увеличивающийся объем изделий на основе термореактивных полимеров требует разработки методов их утилизации, желательно с возвратом для повторного использования, особенно таких дорогостоящих наполнителей, как углеродные волокна.The invention relates to the field of processing waste products containing thermosetting polymers, in particular polymers based on phenolic and epoxy resins. Products may consist entirely of polymeric material or be a composite material in which the polymer serves as a matrix for a solid filler, for example carbon or other fibers. Composite polymeric materials with high strength and low specific gravity are easily processed and are widely used in mechanical engineering, instrument making, aviation and space industries. The ever-increasing volume of products based on thermosetting polymers requires the development of methods for their disposal, preferably with a return for reuse, especially of such expensive fillers as carbon fibers.

Получение индивидуальных фенольных соединений из термореактивных полимеров возможно после их деструкции, для чего могут быть использованы пиролиз (термическая деструкция органических соединений при повышенных температурах, обычно выше 550°С) и термический сольволиз (термическая обработка в растворителях).The preparation of individual phenolic compounds from thermosetting polymers is possible after their destruction, for which pyrolysis (thermal destruction of organic compounds at elevated temperatures, usually above 550 ° C) and thermal solvolysis (heat treatment in solvents) can be used.

Пиролиз приводит к образованию газообразных продуктов, конденсирующихся органических соединений и обуглероженного твердого остатка. Применение пиролиза для получения химического сырья из отходов, содержащих термореактивные полимеры, неэффективно, поскольку образующиеся при термическом распаде радикалы реагируют между собой с образованием конденсированных соединений, приводя, в конечном счете, к образованию обуглероженного твердого остатка. Поэтому трудно получить с хорошим выходом жидкие продукты пиролиза, особенно из сшитых фенольных смол.Pyrolysis leads to the formation of gaseous products, condensable organic compounds and a carbonized solid residue. The use of pyrolysis to obtain chemical raw materials from wastes containing thermosetting polymers is inefficient, since the radicals formed during thermal decomposition react with each other to form condensed compounds, ultimately leading to the formation of a carbonized solid residue. Therefore, it is difficult to obtain liquid pyrolysis products in good yield, especially from crosslinked phenolic resins.

Выход твердого остатка пиролиза фенольной новолачной смолы, отвержденной уротропином, при 500°С составляет 33%, при 700°С - 47% [S. Theodoropoulou, D. Papadimitriou, L. Zoumpoulakis, J. Simitzis //Structural and optical characterization of pyrolyticcarbon derived from novolacresin. BioanalChem (2004) 379: 788-791]. Выход фенольных продуктов при пиролизе термореактивных сшитых полимеров невысок и для фенольных смол не превышает 33% от исходного сырья [US 6,465,702 В1].The yield of the pyrolysis solid residue of phenolic novolac resin cured with urotropine at 33 ° C is 33%, at 700 ° C - 47% [S. Theodoropoulou, D. Papadimitriou, L. Zoumpoulakis, J. Simitzis // Structural and optical characterization of pyrolyticcarbon derived from novolacresin. BioanalChem (2004) 379: 788-791]. The yield of phenolic products during the pyrolysis of thermoset crosslinked polymers is low and for phenolic resins does not exceed 33% of the feedstock [US 6,465,702 B1].

Известны способы переработки отходов, содержащих термореактивные полимеры, с использованием термического сольволиза в среде растворителя. В качестве растворителя используют тетралин [D. Braun und R. Steffan Chemische Untersuchungenzum Abbauvernetzter Phenol-Formaldehyd-Harze// Die Angewandte Makromolekulare Chemie 92 (1980) 169-189 (Nr. 1523)] и другие гидроароматические соединения, которые действуют как доноры водорода, в присутствии аминов [US 6465702]. В патенте US 61628694 эпоксидный полимер подвергают деструкции с получением жидких продуктов в гидроароматическом растворителе в присутствии катализатора - активного углерода или технического углерода, в интервале температур 300-400°С.Known methods for processing waste containing thermosetting polymers using thermal solvolysis in a solvent environment. As the solvent used tetralin [D. Braun und R. Steffan Chemische Untersuchungenzum Abbauvernetzter Phenol-Formaldehyd-Harze // Die Angewandte Makromolekulare Chemie 92 (1980) 169-189 (Nr. 1523)] and other hydroaromatic compounds that act as hydrogen donors in the presence of amines [US 6465702] . In US patent 61628694, the epoxy polymer is subjected to degradation to obtain liquid products in a hydroaromatic solvent in the presence of a catalyst, active carbon or carbon black, in the temperature range 300-400 ° C.

Эффективной реакционной средой для разложения термореактивных полимеров являются докритические и суперкритические жидкости, такие как вода, гликоли и спирты [G. Motonobu. Chemical recycling of plastics using sub-and supercritical fluids // Journal of Supercritical Fluids 47 (2009) 500-507; Jiang, G.Z.; Pickering, S.J.; Lester, E.; Blood, P.; Warrior, N. Characterisation of carbon fibres recycled from carbon fibre/epoxy resin composites using supercritical n-propanol// Compos. Sci. Technol. 2009, 69, 192-198]. Термореактивные полимеры, в частности, на основе фенольных и эпоксидных смол, для получения фенольных соединений подвергают термическому сольволизу в суперкритической или докритической воде, содержащей кислород или перекись водорода, в интервале температур 180-1000°С и давлении 2-100 МПа [JPH 10287766]. Использование в качестве растворителя воды или органических растворителей в суперкритическом или докритическом состояниях требует применения специальной аппаратуры, работающей под давлением и выполненной из дорогостоящих материалов. Критические температура и давление для воды 647 K и 22.1 МПа, соответственно, для метанола - 513 K и 8.1 МПа. Проведение процесса под давлением усложняет технологический процесс и снижает его производительность.Effective reaction medium for the decomposition of thermosetting polymers are subcritical and supercritical fluids such as water, glycols and alcohols [G. Motonobu. Chemical recycling of plastics using sub-and supercritical fluids // Journal of Supercritical Fluids 47 (2009) 500-507; Jiang, G.Z .; Pickering, S.J .; Lester, E .; Blood, P .; Warrior, N. Characterization of carbon fibers recycled from carbon fiber / epoxy resin composites using supercritical n-propanol // Compos. Sci. Technol. 2009, 69, 192-198]. Thermosetting polymers, in particular, based on phenolic and epoxy resins, are subjected to thermal solvolysis in supercritical or subcritical water containing oxygen or hydrogen peroxide to obtain phenolic compounds in the temperature range 180-1000 ° C and a pressure of 2-100 MPa [JPH 10287766] . The use of water or organic solvents in a supercritical or subcritical state as a solvent requires the use of special equipment operating under pressure and made of expensive materials. The critical temperature and pressure for water are 647 K and 22.1 MPa, respectively, for methanol - 513 K and 8.1 MPa. Carrying out the process under pressure complicates the process and reduces its productivity.

Наиболее близким по технической сущности является способ переработки термореактивных материалов [US 6465702] - прототип, в котором материал, полимерная составляющая которого представляет собой сшитые фенольные или эпоксидные смолы, подвергают обработке в гидроароматическом растворителе при температуре 200-350°С в присутствии амина, для эпоксидных смол возможен вариант обработки при 300-350°С в отсутствие амина. В качестве гидроароматических растворителей используют тетралин и дигидроантрацен. Предложенный способ может быть применен также для композитов на основе термореактивных полимеров с такими наполнителями, как углеродные волокна. Деструкцию осуществляют в течение 2-5 часов в растворителях при температуре выше 300°С под давлением, проведение процесса без давления при температуре ниже температуры кипения растворителя увеличивает время деструкции полимера в несколько раз. Фенольные продукты деструкции термореактивных полимеров остаются в растворителе, получение их в чистом виде требует дополнительных технологических операций, например ректификации, которая осложняется близостью температур кипения образовавшихся фенолов (фенола, алкилфенолов) и компонентов растворителя - тетралина и нафталина.The closest in technical essence is a method of processing thermosetting materials [US 6465702] - a prototype in which a material whose polymer component is a cross-linked phenolic or epoxy resin is subjected to processing in a hydroaromatic solvent at a temperature of 200-350 ° C in the presence of an amine, for epoxy resin processing option at 300-350 ° C in the absence of amine. As hydroaromatic solvents, tetralin and dihydroanthracene are used. The proposed method can also be applied to composites based on thermosetting polymers with fillers such as carbon fibers. The destruction is carried out for 2-5 hours in solvents at a temperature above 300 ° C under pressure, the process without pressure at a temperature below the boiling point of the solvent increases the polymer destruction time by several times. Phenolic degradation products of thermosetting polymers remain in the solvent; obtaining them in pure form requires additional technological operations, for example rectification, which is complicated by the proximity of the boiling points of the phenols formed (phenol, alkyl phenols) and the solvent components tetralin and naphthalene.

Задачей изобретения является упрощение технологии переработки отходов, содержащих термореактивные полимеры, с использованием термического сольволиза и получением фенольных соединений, пригодных для повторного использования.The objective of the invention is to simplify the processing of wastes containing thermosetting polymers using thermal solvolysis and obtaining phenolic compounds suitable for reuse.

Поставленная задача решается тем, что в способе переработки отходов, содержащих термореактивные полимеры, термическую обработку проводят при температуре 320-420°С при атмосферном давлении в растворителе с выделением фенольных продуктов. В качестве растворителя может быть использован каменноугольный пек или материал, содержащий каменноугольный пек, при массовом соотношении термореактивный полимер:пек или материал, содержащий пек, 1:(3-10).The problem is solved in that in the method of processing waste containing thermosetting polymers, heat treatment is carried out at a temperature of 320-420 ° C at atmospheric pressure in a solvent with the release of phenolic products. As a solvent, coal tar pitch or a material containing coal tar pitch can be used, with a mass ratio of thermosetting polymer: pitch or a material containing pitch, 1: (3-10).

Каменноугольный пек представляет собой остаток дистилляции каменноугольной смолы после достижения температуры в паровой фазе 360°С. Авторами обнаружено, что проведение термической обработки термореактивных фенольных и эпоксидных смол в среде каменноугольного пека в интервале температур 320-420°С позволяет разрушить термореактивный полимер и получить с высоким выходом фенольные соединения, преимущественно фенол и метилзамещенные фенолы из фенольных смол и смесь фенола и р-изопропилфенола из эпоксидных смол. Получение при термическом сольволизе термореактивных полимеров с использованием каменноугольного пека в качестве растворителя с высоким выходом жидких продуктов свидетельствует о реакции свободных радикалов, образующихся при термическом распаде полимеров, с молекулами пека, в результате которых предотвращаются реакции конденсации с образованием нерастворимого остатка деструкции полимеров. Каменноугольный пек является дешевым многотоннажным промышленным продуктом. Отсутствие в каменноугольном пеке соединений с низкой температурой кипения позволяет проводить процесс при атмосферном давлении и легко отделять образовавшиеся одноатомные фенолы, которые выделяются из растворителя в виде паров и конденсируются в качестведистиллятных продуктов. Небольшое количество испарившихся в ходе процесса многоядерных ароматических углеводородов, компонентов пека, таких как антрацен, фенантрен и др., имеющих температуру кипения значительно более высокую, чем одноядерные фенолы, может быть отделено от фенолов ректификацией или с использованием фракционной конденсации дистиллятных продуктов во время процесса термического сольволиза. Полученные фенольные продукты состоят из фенола и его метальных и алкильных гомологов и могут быть использованы для повторного синтеза фенольных смол, решая этим задачу рециркуляции исходного химического сырья.Coal tar pitch is the residue of distillation of coal tar after reaching a temperature in the vapor phase of 360 ° C. The authors found that the thermal treatment of thermosetting phenolic and epoxy resins in coal tar pitch in the temperature range of 320-420 ° C allows the thermosetting polymer to be destroyed and phenolic compounds, mainly phenol and methyl substituted phenols from phenolic resins and a mixture of phenol and p- isopropylphenol from epoxies. The preparation of thermoset polymers during thermal solvolysis using coal tar pitch as a solvent with a high yield of liquid products indicates the reaction of free radicals formed during the thermal decomposition of polymers with pitch molecules, which prevent condensation reactions with the formation of an insoluble polymer degradation residue. Coal tar pitch is a cheap large tonnage industrial product. The absence of compounds with a low boiling point in the coal tar pitch allows the process to be carried out at atmospheric pressure and it is easy to separate the formed monatomic phenols, which are released from the solvent in the form of vapors and condense as distillate products. A small amount of multinuclear aromatic hydrocarbons, pitch components, such as anthracene, phenanthrene, etc., which have a boiling point significantly higher than mononuclear phenols, evaporated during the process, can be separated from phenols by distillation or using fractional condensation of distillate products during the thermal process solvolysis. The obtained phenolic products consist of phenol and its methyl and alkyl homologs and can be used for the re-synthesis of phenolic resins, thereby solving the problem of recycling the original chemical feedstock.

Предлагаемый способ может быть использован для отработанных полимерных изделий из термореактивных полимеров на основе фенольных и эпоксидных смол, как без наполнителя, так и с наполнителем. В последнем случае разрушается цементирующая функция полимерной матрицы и наполнитель в виде углеродных или других волокон может быть легко выделен в чистом виде и снова использован в производстве. Наполнитель в виде углеродных или других волокон является химически инертным материалом по отношению к каменноугольному пеку и продуктам, образующимся в процессе термического сольволиза термореактивных полимеров, и не оказывает влияния на выход фенольных соединений. Для полной очистки волокон от налипшего каменноугольного пека может быть использована обработка различными растворителями. Могут быть использованы обладающие высокой растворяющей способностью по отношению к каменноугольному пеку фракции переработки каменноугольной смолы, такие как поглотительная фракция (интервал температур кипения 230-270°С) и антраценовая фракция (интервал температур кипения 270-360°С).The proposed method can be used for spent polymer products from thermosetting polymers based on phenolic and epoxy resins, both without filler and with filler. In the latter case, the cementing function of the polymer matrix is destroyed and the filler in the form of carbon or other fibers can be easily isolated in pure form and again used in production. The filler in the form of carbon or other fibers is a chemically inert material with respect to coal tar pitch and products formed in the process of thermal solvolysis of thermosetting polymers, and does not affect the yield of phenolic compounds. For complete cleaning of fibers from adhering coal tar pitch, treatment with various solvents can be used. Fractions of a coal tar processing having a high solubility with respect to coal tar pitch can be used, such as an absorption fraction (boiling range 230-270 ° C.) and anthracene fraction (boiling range 270-360 ° C.).

Для термического сольволиза в качестве растворителя используют промышленный каменноугольный пек. Пек представляет собой остаток дистилляции каменноугольной смолы, поэтому в качестве растворителя для термического сольволиза может быть использована также каменноугольная смола, содержащая в своем составе пек. Но в этом случае полученные дистиллятные продукты будут содержать кроме фенольных продуктов некоторое количество низкокипящих соединений каменноугольной смолы. Для предотвращения этого явления возникает необходимость использования повышенного давления при термическом сольволизе, что накладывает определенные трудности на проведение процесса. С этой точки зрения, более пригодной для использования в качестве растворителя является смесь каменноугольного пека и нефтяного пека т.е. нефтекаменноугольный пек, полученный путем совместной дистилляции каталитического газойля и каменноугольной смолы, смешанных в соотношении 40:60 [Perez М., Granda М., Garcia R. et. al. Preparation of binder pitches by blending coal-tar and petroleum pitches // Light Metals. 2001. P. 573].For thermal solvolysis, industrial coal tar pitch is used as a solvent. The pitch is the remainder of the distillation of coal tar, so coal tar containing tar can also be used as a solvent for thermal solvolysis. But in this case, the obtained distillate products will contain, in addition to phenolic products, a certain amount of low-boiling coal tar compounds. To prevent this phenomenon, it becomes necessary to use increased pressure during thermal solvolysis, which imposes certain difficulties on the process. From this point of view, a mixture of coal tar pitch and oil pitch i.e. petroleum tar pitch obtained by the joint distillation of catalytic gas oil and coal tar mixed in a ratio of 40:60 [Perez M., Granda M., Garcia R. et. al. Preparation of binder pitches by blending coal-tar and petroleum pitches // Light Metals. 2001. P. 573].

Для термического сольволиза авторами использовался промышленный среднетемпературный каменноугольный пек со следующими характеристиками по ГОСТ 10200: температура размягчения 69°С по методу «Кольцо и стержень», выход летучих веществ 60%. В качестве смеси, содержащей в своем составе каменноугольный пек, использовался нефтекаменноугольный пек, который содержит 60% каменноугольного пека и имеет температуру размягчения Тр=55°С.For thermal solvolysis, the authors used industrial medium-temperature coal tar pitch with the following characteristics according to GOST 10200: softening temperature 69 ° C according to the “Ring and Rod” method, the yield of volatile substances 60%. As a mixture containing coal tar pitch, oil-tar pitch was used, which contains 60% coal tar pitch and has a softening temperature T p = 55 ° C.

Термический сольволиз проводят в изотермических условиях в металлическом реакторе при атмосферном давлении при интенсивном перемешивании пропеллерной мешалкой. В реактор загружают исходные вещества в заданном соотношении, перемешивание включают после расплавления пека и достижения температуры в реакторе 180-200°С. После нагрева реактора до необходимой температуры в интервале 320-420°С проводят процесс в изотермических условиях в течение 1-1,5 часа. Выделившиеся из реактора и сконденсированные дистиллятные продукты, а также остаток в реакторе взвешивают, количество газообразных продуктов определяют по разности между массой загрузки и суммой масс выделившихся из реактора жидких продуктов и остатка в реакторе. Дистиллятные продукты представляют собой смесь органических продуктов, преимущественно фенольного характера, образовавшихся при разложении полимера, и ароматических углеводородов, испарившихся из пека. Качественный состав дистиллятных продуктов определяют методом газожидкостной хроматографии - масс-спектроскопии, содержание отдельных фенолов - с использованием газо-жидкостной хроматографии.Thermal solvolysis is carried out under isothermal conditions in a metal reactor at atmospheric pressure with vigorous stirring with a propeller stirrer. The starting materials are loaded into the reactor in a predetermined ratio, mixing is switched on after the pitch is melted and the temperature in the reactor reaches 180-200 ° C. After heating the reactor to the required temperature in the range of 320-420 ° C, the process is carried out in isothermal conditions for 1-1.5 hours. Distilled products separated from the reactor and condensed, as well as the residue in the reactor, are weighed, the amount of gaseous products is determined by the difference between the loading mass and the sum of the masses of liquid products released from the reactor and the residue in the reactor. Distillate products are a mixture of organic products, mainly phenolic in nature, formed during the decomposition of the polymer, and aromatic hydrocarbons evaporated from the pitch. The qualitative composition of distillate products is determined by gas-liquid chromatography - mass spectroscopy, the content of individual phenols - using gas-liquid chromatography.

На стр. 12 приведены фотографии образцов композита до и после термического сольволиза в каменноугольном пеке и обработки в поглотительной фракции.On page 12 are photographs of composite samples before and after thermal solvolysis in coal tar pitch and processing in the absorption fraction.

На фиг. 1 представлен образец исходного композита на основе стекловолокна с эпоксидным связующим.In FIG. 1 shows a sample of an initial composite based on fiberglass with an epoxy binder.

На фиг. 2 видны чистые волокна композита после обработки.In FIG. 2 shows the pure fibers of the composite after processing.

На фиг. 3 помещена фотография исходного композита на основе углеродного волокна с эпоксидным связующим.In FIG. Figure 3 shows a photograph of an initial carbon fiber composite with an epoxy binder.

На фиг. 4 показаны чистые углеродные волокна композита после обработки.In FIG. 4 shows the pure carbon fibers of the composite after processing.

Хотя настоящее изобретение описано с использованием наиболее предпочтительных примеров, они не могут быть интерпретированы как единственно верные. Имеется в виду, что прилагаемая формула изобретения может включать все варианты и модификации, отражающие его сущность.Although the present invention has been described using the most preferred examples, they cannot be interpreted as the only true ones. It is understood that the appended claims may include all variations and modifications reflecting its nature.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1.Example 1

В реактор загружают смесь, содержащую 50,2 г каменноугольного пека и 10,2 г неотвержденной новолачной смолы. Термический сольволиз проводят при температуре 380°С в течение 45 минут, затем поднимают температуру до 400°С и выдерживают еще в течение 45 минут. Получено 51,8 г остатка в реакторе, 7,5 г дистиллятных жидких продуктов и 1,1 г газообразных продуктов. Суммарное содержание фенолов в жидких продуктах 87%, или 6,5 г, в том числе 49,0% фенола, 8,6% 2-метилфенола, 33,6% 4-метилфенола, 5,4% диметилфенолов и 0,3% триметилфенолов. Выход фенольных продуктов в расчете на исходную фенольную смолу 64%.A mixture containing 50.2 g of coal tar pitch and 10.2 g of uncured novolac resin was charged into the reactor. Thermal solvolysis is carried out at a temperature of 380 ° C for 45 minutes, then the temperature is raised to 400 ° C and incubated for another 45 minutes. Obtained 51.8 g of residue in the reactor, 7.5 g of distillate liquid products and 1.1 g of gaseous products. The total phenol content in liquid products is 87%, or 6.5 g, including 49.0% phenol, 8.6% 2-methylphenol, 33.6% 4-methylphenol, 5.4% dimethylphenols and 0.3% trimethylphenols. The yield of phenolic products based on the initial phenolic resin is 64%.

Пример 2. В реактор загружают смесь 45,1 г каменноугольного пека и 15,1 г неотвержденной новолачной смолы. Термический сольволиз проводят при температуре 400°С в течение 60 минут. Получено 47,2 г остатка в реакторе, 11,5 г дистиллятных жидких продуктов и 1,5 г газообразных продуктов. Суммарное содержание фенолов в жидких продуктах 85%, или 9,8 г, в том числе 51,7% фенола, 28,2% метилфенолов, 4,3% диметилфенолов и 0,9% триметилфенолов. Выход фенольных продуктов в расчете на исходную фенольную смолу 65%.Example 2. A mixture of 45.1 g of coal tar pitch and 15.1 g of uncured novolac resin was loaded into the reactor. Thermal solvolysis is carried out at a temperature of 400 ° C for 60 minutes. Received 47.2 g of residue in the reactor, 11.5 g of distillate liquid products and 1.5 g of gaseous products. The total phenol content in liquid products is 85%, or 9.8 g, including 51.7% phenol, 28.2% methyl phenols, 4.3% dimethyl phenols and 0.9% trimethyl phenols. The yield of phenolic products based on the initial phenolic resin is 65%.

Пример 3. В реактор загружают смесь 44,9 г каменноугольного пека и 15 г отвержденной новолачной смолы, которую получают нагреванием исходной неотвержденной новолачной смолы с 10% гексаметилентетрамина до температуры 150-160°С и выдержкой в течение 30 минут при этой температуре, а затем в течение 1 часа при 180°С. Термический сольволиз проводят при температуре 380°С в течение 60 минут. Получено 51,0 г остатка в реакторе, 7,0 г дистиллятных жидких продуктов и 1,9 г газообразных продуктов. Суммарное содержание фенолов в жидких продуктах 82,2%, или 5,8 г, в том числе 33,5% фенола, 35,6% метилфенолов, 12,0% диметилфенолов и 1,0% триметилфенолов. Выход фенольных продуктов в расчете на исходную фенольную смолу 43%.Example 3. A mixture of 44.9 g of coal tar pitch and 15 g of cured novolac resin, which is obtained by heating the initial uncured novolac resin with 10% hexamethylenetetramine to a temperature of 150-160 ° C and holding for 30 minutes at this temperature, is loaded into the reactor. for 1 hour at 180 ° C. Thermal solvolysis is carried out at a temperature of 380 ° C for 60 minutes. Obtained 51.0 g of residue in the reactor, 7.0 g of distillate liquid products and 1.9 g of gaseous products. The total phenol content in liquid products is 82.2%, or 5.8 g, including 33.5% phenol, 35.6% methyl phenols, 12.0% dimethyl phenols and 1.0% trimethyl phenols. The yield of phenolic products based on the initial phenolic resin is 43%.

Пример 4. В реактор загружают смесь 45,1 г каменноугольного пека и 15,3 г отвержденной новолачной смолы, полученной тем же способом, что и в примере 3. Термический сольволиз проводят при температуре 400°С в течение 60 минут. Получено 49,8 г остатка в реакторе, 9,4 г дистиллятных жидких продуктов и 1,2 г газообразных продуктов. Суммарное содержание фенолов в жидких продуктах 62%, или 5,8 г, в том числе 26,7% фенола, 27,8% метилфенолов, 5,5% диметилфенолов и 2,0% триметилфенолов. Выход фенольных продуктов в расчете на исходную фенольную смолу 43%.Example 4. A mixture of 45.1 g of coal tar pitch and 15.3 g of cured novolac resin obtained in the same manner as in Example 3 was loaded into the reactor. Thermal solvolysis was carried out at a temperature of 400 ° C. for 60 minutes. Received 49.8 g of residue in the reactor, 9.4 g of distillate liquid products and 1.2 g of gaseous products. The total phenol content in liquid products is 62%, or 5.8 g, including 26.7% phenol, 27.8% methyl phenols, 5.5% dimethyl phenols and 2.0% trimethyl phenols. The yield of phenolic products based on the initial phenolic resin is 43%.

Пример 5. В реактор загружают смесь 40,0 г каменноугольного пека и 8,0 г отвержденной эпоксидной смолы, полученной отверждением исходной неотвержденной эпоксидной смолы с полиэтилендиамином при соотношении смола:отвердитель 5:1. Термический сольволиз проводят при температуре 360°С в течение 15 минут, затем температуру повышают до 400°С и выдерживают при этой температуре в течение 60 минут. Получено 40,4 г остатка в реакторе, 6,6 г дистиллятных жидких продуктов и 1,0 г газообразных продуктов. Суммарное содержание фенолов в жидких продуктах 78,4%, или 5,2 г, в том числе 31,2% фенола, 36,6% р-изопропилфенола и 10,6% других фенолов. Выход фенольных продуктов в расчете на исходную эпоксидную смолу 65%.Example 5. A mixture of 40.0 g of coal tar pitch and 8.0 g of cured epoxy obtained by curing the initial uncured epoxy with polyethylene diamine at a ratio of resin: hardener 5: 1 was loaded into the reactor. Thermal solvolysis is carried out at a temperature of 360 ° C for 15 minutes, then the temperature is increased to 400 ° C and maintained at this temperature for 60 minutes. Received 40.4 g of residue in the reactor, 6.6 g of distillate liquid products and 1.0 g of gaseous products. The total phenol content in liquid products is 78.4%, or 5.2 g, including 31.2% phenol, 36.6% p-isopropylphenol and 10.6% other phenols. The yield of phenolic products based on the starting epoxy resin is 65%.

Пример 6. В реактор загружают смесь 40,0 г каменноугольного пека и 8,0 г отвержденной эпоксидной смолы, полученной отверждением исходной неотвержденной эпоксидной смолы с изо-метилтетрагидрофталевым ангидридом при соотношении смола:отвердитель 5:1. Термический сольволиз проводят при температуре 360°С в течение 15 минут, затем температуру повышают до 380°С и выдерживают при этой температуре в течение 60 минут. Получено 40,2 г остатка в реакторе, 6,0 г дистиллятных жидких продуктов и 1,8 г газообразных продуктов. Суммарное содержание фенолов в жидких продуктах 65,9%, или 4,0 г, в том числе 23,4% фенола, 32,2% р-изопропилфенола и 10,3% других фенолов. Выход фенольных продуктов в расчете на исходную эпоксидную смолу 65%.Example 6. A mixture of 40.0 g of coal tar pitch and 8.0 g of cured epoxy obtained by curing the starting uncured epoxy with isomethyltetrahydrophthalic anhydride at a ratio of resin: hardener 5: 1 was loaded into the reactor. Thermal solvolysis is carried out at a temperature of 360 ° C for 15 minutes, then the temperature is increased to 380 ° C and maintained at this temperature for 60 minutes. 40.2 g of residue are obtained in the reactor, 6.0 g of distillate liquid products and 1.8 g of gaseous products. The total phenol content in liquid products is 65.9%, or 4.0 g, including 23.4% phenol, 32.2% p-isopropylphenol and 10.3% other phenols. The yield of phenolic products based on the starting epoxy resin is 65%.

Пример 7. В реактор загружают 29,0 г каменноугольного пека и 5,8 г композита, состоящего из стекловолокна в качестве наполнителя и отвержденной эпоксидной смолы в качестве связующего. При этом композит помещен в корзинку из металлической сетки. Проводят термический сольволиз композита при температуре 360°С и выдерживают при этой температуре в течение 60 минут. Получено 33,0 г остатка в реакторе вместе с волокнами композита, 1,0 г дистиллятных жидких продуктов и 0,8 г газообразных продуктов. После проведения сольволиза металлическую корзинку с композитом достают из расплавленного каменноугольного пека и остатки каменноугольного пека удаляют с поверхности стекловолокна обработкой в горячей поглотительной фракции. Масса обработанных волокон составляет 3,8 г. Example 7. 29.0 g of coal tar pitch and 5.8 g of a composite consisting of fiberglass as a filler and a cured epoxy resin as a binder are loaded into the reactor. In this case, the composite is placed in a basket of metal mesh. Thermal solvolysis of the composite is carried out at a temperature of 360 ° C and maintained at this temperature for 60 minutes. Obtained 33.0 g of the residue in the reactor together with the fibers of the composite, 1.0 g of distillate liquid products and 0.8 g of gaseous products. After solvolysis, the metal basket with the composite is removed from the molten coal tar pitch and the remains of the coal tar pitch are removed from the surface of the fiberglass by treatment in a hot absorption fraction. The weight of the processed fibers is 3.8 g.

Пример 8. В реактор загружают смесь 45,0 г нефтекаменноугольного пека и 15,0 г неотвержденной новолачной смолы. Термический сольволиз проводят при температуре 400°С в течение 60 минут. Получено 46,6 г остатка в реакторе, 11,6 г дистиллятных жидких продуктов и 1,8 г газообразных продуктов. Суммарное содержание фенолов в жидких продуктах 97,6%, или 11,3 г, в том числе 59,4% фенола, 10,1% о-метилфенола, 22,1% n-метилфенола и 6,0% других фенолов.Example 8. A mixture of 45.0 g of coal tar pitch and 15.0 g of uncured novolac resin was charged into the reactor. Thermal solvolysis is carried out at a temperature of 400 ° C for 60 minutes. 46.6 g of a residue were obtained in the reactor, 11.6 g of distillate liquid products and 1.8 g of gaseous products. The total phenol content in liquid products is 97.6%, or 11.3 g, including 59.4% phenol, 10.1% o-methylphenol, 22.1% n-methylphenol and 6.0% other phenols.

Предлагаемый способ переработки отходов, содержащих термореактивные полимеры, позволяет проводить процесс при относительно низких температурах 320-420°С и при атмосферном давлении, что является главным достоинством данного изобретения. Кроме того, каменноугольный пек, использующийся в качестве растворителя для термического сольволиза, является дешевым многотоннажным промышленным продуктом. Результаты опытов указывают на возможность практического применения предлагаемого способа для переработки полимерных изделий как без наполнителя, так и с наполнителем в виде стекловолокна, углеродных, кварцевых и арамидных волокон. Результаты переработки образцов композита представлены в виде фотографий.The proposed method of processing waste containing thermosetting polymers allows the process to be carried out at relatively low temperatures of 320-420 ° C and at atmospheric pressure, which is the main advantage of this invention. In addition, coal tar pitch, used as a solvent for thermal solvolysis, is a low-cost, large-tonnage industrial product. The results of the experiments indicate the possibility of practical application of the proposed method for processing polymer products both without filler and with filler in the form of fiberglass, carbon, quartz and aramid fibers. The results of processing composite samples are presented in the form of photographs.

Claims (2)

1. Способ переработки отходов, содержащих термореактивные полимеры в виде отвержденных или неотвержденных фенольных или эпоксидных смол, путем их термической деструкции в растворителе с выделением фенольных продуктов, отличающийся тем, что переработку проводят в каменноугольном пеке или материале, содержащем каменноугольный пек, при массовом соотношении термореактивный полимер:пек или материал, содержащий пек, 1:(3-10) при температуре 320-420°С при атмосферном давлении.1. The method of processing waste containing thermosetting polymers in the form of cured or uncured phenolic or epoxy resins by thermal destruction in a solvent with the release of phenolic products, characterized in that the processing is carried out in coal tar pitch or material containing coal tar pitch, in the mass ratio of thermosetting polymer: pitch or a material containing pitch, 1: (3-10) at a temperature of 320-420 ° C at atmospheric pressure. 2. Способ по п.1, в котором в качестве термореактивных полимеров, содержащих отвержденные фенольные или эпоксидные смолы, используют композитные полимерные материалы с наполнителем в виде стекловолокна, углеродных и арамидных волокон. 2. The method according to claim 1, in which, as thermosetting polymers containing cured phenolic or epoxy resins, composite polymeric materials are used with a filler in the form of fiberglass, carbon and aramid fibers.
RU2015110013/05A 2015-03-20 2015-03-20 Method of processing wastes containing thermosetting polymers RU2600637C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015110013/05A RU2600637C2 (en) 2015-03-20 2015-03-20 Method of processing wastes containing thermosetting polymers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015110013/05A RU2600637C2 (en) 2015-03-20 2015-03-20 Method of processing wastes containing thermosetting polymers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015110013A RU2015110013A (en) 2016-10-10
RU2600637C2 true RU2600637C2 (en) 2016-10-27

Family

ID=57122255

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015110013/05A RU2600637C2 (en) 2015-03-20 2015-03-20 Method of processing wastes containing thermosetting polymers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2600637C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2686932C1 (en) * 2018-11-26 2019-05-06 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Mandrel for production of large-size housings from polymer composite materials
RU2734676C1 (en) * 2020-02-14 2020-10-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук Method of recycling filler from wastes of polymer composite materials (pcm)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU889670A1 (en) * 1980-04-11 1981-12-15 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Технологический Институт Электроизоляционных Материалов И Фольгированных Диэлектриков Method of depolymerizing hardened epoxy resin
JPH10287766A (en) * 1997-04-11 1998-10-27 Sumitomo Bakelite Co Ltd Decomposing and recycling methods for thermosetting resin
RU2126438C1 (en) * 1993-10-04 1999-02-20 Тексако Дивелопмент Корпорейшн Liquefaction and incomplete oxidation of plastic materials
US6465702B1 (en) * 1998-08-27 2002-10-15 Siemens Aktiengesellschaft Process for recycling of thermoset materials

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU889670A1 (en) * 1980-04-11 1981-12-15 Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Технологический Институт Электроизоляционных Материалов И Фольгированных Диэлектриков Method of depolymerizing hardened epoxy resin
RU2126438C1 (en) * 1993-10-04 1999-02-20 Тексако Дивелопмент Корпорейшн Liquefaction and incomplete oxidation of plastic materials
JPH10287766A (en) * 1997-04-11 1998-10-27 Sumitomo Bakelite Co Ltd Decomposing and recycling methods for thermosetting resin
US6465702B1 (en) * 1998-08-27 2002-10-15 Siemens Aktiengesellschaft Process for recycling of thermoset materials

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2686932C1 (en) * 2018-11-26 2019-05-06 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Mandrel for production of large-size housings from polymer composite materials
RU2734676C1 (en) * 2020-02-14 2020-10-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук Method of recycling filler from wastes of polymer composite materials (pcm)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015110013A (en) 2016-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Das et al. An efficient method of recycling of CFRP waste using peracetic acid
Liu et al. Recycling of carbon/epoxy composites
Knappich et al. Recycling process for carbon fiber reinforced plastics with polyamide 6, polyurethane and epoxy matrix by gentle solvent treatment
Liu et al. Chemical recycling of carbon fibre reinforced epoxy resin composites in subcritical water: Synergistic effect of phenol and KOH on the decomposition efficiency
Giorgini et al. Recovery of carbon fibers from cured and uncured carbon fiber reinforced composites wastes and their use as feedstock for a new composite production
Marco et al. Recycling polymeric wastes by means of pyrolysis
RU2600637C2 (en) Method of processing wastes containing thermosetting polymers
Grause et al. Recovery of glass fibers from glass fiber reinforced plastics by pyrolysis
Miskolczi et al. Production of oil with low organobromine content from the pyrolysis of flame retarded HIPS and ABS plastics
Hanaoka et al. New approach to recycling of epoxy resins using nitric acid: Regeneration of decomposed products through hydrogenation
Baiseitov et al. Obtaining of liquid fuel from coal in the presence of the polymers
Onwudili et al. Autoclave pyrolysis of carbon reinforced composite plastic waste for carbon fibre and chemicals recovery
Gastelu et al. Evaluation of HZSM-5 zeolite as cracking catalyst for upgrading the vapours generated in the pyrolysis of an epoxy-carbon fibre waste composite
US6465702B1 (en) Process for recycling of thermoset materials
Sokoli et al. Towards understanding the breakdown and mechanisms of glass fiber reinforced polyester composites in sub-critical water using some of the most employed and efficient additives from literature
Blazsó Pyrolysis for recycling waste composites
Schamel et al. Chemical recycling of carbon fiber reinforced epoxy composites using mild conditions
Singha et al. Mechanical, morphological, and thermal properties of chemically treated pine needles reinforced thermosetting composites
Abdou et al. Recovering of carbon fiber present in an industrial polymeric composite waste through pyrolysis method while studying the influence of resin impregnation process: Prepreg
Yang et al. Regeneration and utilization of waste phenolic formaldehyde resin: A performance investigation
Guo et al. Effects of particle size of fiberglass–resin powder from PCBs on the properties and volatile behavior of phenolic molding compound
RU2734676C1 (en) Method of recycling filler from wastes of polymer composite materials (pcm)
Srivastava et al. Studies on the synthesis and curing of thermosetting novolac resin using renewable resource material
RU2797543C1 (en) Method for recycling filler from waste polymer composite materials with epoxy vinyl ester matrix
Barraza et al. Asphaltenes and preasphaltenes from coal liquid extracts: feedstocks to obtain carbon mesophase