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用废聚酯塑料制品生产1730 聚酯绝缘漆
邵建新 (潍坊医学院化学分析实验室, 山东潍坊261042)
高景华 (潍坊市环保局, 山东潍坊261041)
1730 聚酯绝缘漆最早由西德Beck 公司研制成功, 并用于B 级漆包线(使用温度低于130℃) , 现已有50 多年的使用历史。我国于1962 年后将B 级绝缘材料大量用于机电工业, 至今仍在使用。目前, 国内外普遍以对苯二甲酸二甲酯单体为原料, 经过与多元醇醇解、缩聚的工艺路线生产1730 聚酯绝缘漆。我们以废聚酯塑料制品(主要是废弃的矿泉水瓶, 其化学成分是聚对苯二甲酸乙二醇酯) 为原料,经醇解、解聚一步完成, 然后进行缩聚等工艺制得1730 聚酯绝缘漆。研究了原料配比、醇解温度和反应时间、缩聚反应温度、真空度等工艺参数对产品质量的影响。
1 试验部分
1. 1 工艺流程
以废聚酯塑料制品为原料生产1730 聚酯绝缘漆的工艺流程见图1。
图1 生产工艺流程
1. 2 试验原料与试剂
废聚酯塑料(废矿泉水瓶经洗涤、破碎、烘干, 备用) , 甘油、乙二醇、三混甲酚、二甲苯、正钛酸丁酯、醋酸锌、三氧化二锑、磷酸三丁酯等, 均为工业品。
1. 3 试验仪器
2000 mL 三口烧瓶, 电动搅拌器, 减压蒸馏装置, 恒温电热套, 温度计。
1. 4 试验步骤
将一定量的乙二醇、甘油、醋酸锌加入三口烧瓶中, 在搅拌下加热至一定温度, 然后分批加入废聚酯片, 当废聚酯片全部溶解后, 控温醇解7～ 7. 5 h。将回流装置改为减压蒸馏装置, 加入三氧化二锑0. 42g, 在一定温度下真空缩聚, 当乙二醇基本蒸完时, 缩聚反应也近终点,保温40 m in。然后, 于180℃下加入磷酸三丁酯0. 48 g 和甲酚, 搅拌溶解2 h。温度降至120℃以下后, 将预先混合好的二甲苯和正酞酸丁酯的混合物在搅拌条件下慢慢加入三口烧瓶中,搅拌1 h, 用二甲苯调整至粘度合格, 即得成品。
2 试验结果与讨论
2. 1 乙二醇加入量和醇解温度的确定
醇解的作用是使树脂尽可能完全降解为聚合单体。从醇解反应的程度考虑, 醇解温度越高、乙二醇加入量越大, 醇解反应越快、越彻底, 产品的质量也越有保障。但是乙二醇的沸点是197℃, 若加入量过多, 则回流温度难以提高到240℃以上, 而且废聚酯片的溶解时间也因温度低而延长, 从而影响总体的反应速度。另一方面, 乙二醇的加入量过少, 能提高醇解反应温度, 但废聚酯片不能完全降解为聚合单体, 其产品混浊和颜色深。乙二醇加入量与醇解温度的关系如表1 所示。
由表1 可看出, 在甘油和废聚酯片加量不变的情况下, 乙二醇加入量为120 g、醇解温度为242℃较合适, 产品符合标准要求, 其颜色为棕红色透明液体。
2. 2 缩聚反应温度和真空度的确定
在缩聚反应中, 要脱除乙二醇及少量水, 使单体间相互缩合, 逐渐生成大分子的树脂。缩聚反应的温度越高, 真空度越大, 脱乙二醇越快, 缩聚反应也越快。但温度太高, 会使产品的颜色随之加深, 影响产品质量。试验证明, 控制缩聚反应温度在(245±1) ℃是比较合适的。另一方面, 缩聚反应初期, 由于体系中有乙二醇(沸点197℃) 存在, 真空度不可能提得很高, 否则将引起爆沸, 必须逐渐提高真空度才能做到稳定操作。表2 为真空度与反应时间的关系。
由表2 可看出, 在真空度小时, 缩聚反应时间可短些。随着真空度的加大, 缩聚反应时间需加长, 一是避免爆沸, 二是使单体逐渐聚合为大分子量的树脂。当真空度为93. 33 kPa 时, 乙二醇基本蒸完, 真空度达到94. 00 kPa 时, 只需15 m in 乙二醇就能全部被蒸出, 此时缩聚反应已到达终点。
2. 3 溶解温度和时间的确定
在缩聚反应完成后, 生成了含羟基(-OH ) 的大分子量树脂, 树脂分子因含羟基, 所以树脂和树脂分子间可形成作用力较强的氢键, 使树脂即使在较高的温度下也具有很高的粘度。为了降低粘度, 可加入甲酚(含-OH) , 这样大分子树脂可与小分子甲酚之间形成氢键, 使树脂分子充分溶解分散开, 以达到降低粘度的目的。树脂溶解于甲酚时, 溶解温度和时间对绝缘漆粘度指标影响很大。温度过高(超过三混甲酚的沸点) 或溶解时间过长, 都会使甲酚大量挥发损耗, 同时酚也能与聚酯发生酯化反应, 使聚酯降解,分子量减小, 产品的粘度降低。温度过低(低于130℃) , 由于体系的粘度大, 即使溶解3 h 以上得到的产品, 在稀释过滤时, 滤出的不溶物也明显增多,主要是溶解不完全造成的。试验证明, 控温180℃、溶解2 h 是合适的。
2. 4 正酞酸丁酯加入量的确定
正酞酸丁酯在绝缘漆中的主要作用是进一步增加树脂与铜线之间的附着力, 发挥其在有机相和金属相(铜) 之间的偶联性能, 它的加入量过少或过多都会降低漆包线的耐刮强度。正酞酸丁酯的加入量与绝缘漆粘度的关系见表3。
由表3 可看出, 正酞酸丁酯加入量在1%～ 2%(质量分数) 的范围内对绝缘漆的耐刮性影响不大。而在另一方面, 其加入量对绝缘漆的粘度影响却很大。随着加入量的增加, 粘度增加, 在固含量不变的情况下(固含量35% ) , 从粘度、耐刮性指标和成本考虑, 正酞酸丁酯加入量为总原料的115% (质量分数) 较为合适。
经多次试验证明, 用废聚酯塑料为原料生产1730 聚酯绝缘漆的较佳工艺条件为: 醇解温度(242±1) ℃, 醇解时间7～ 7. 5 h, 缩聚温度(245±1) ℃,缩聚时间2. 5～ 3 h, 真空度40. 00～ 94. 00 kPa, 溶解温度180℃, 溶解时间2 h; 原料中废聚酯片、乙二醇、甘油、三混甲酚、二甲苯、正钛酸丁酯的质量比为309∶120∶78∶420∶270∶15, 回流中乙二醇加入量为废聚酯片的38. 8% (质量分数) , 回收率为96%。
3 产品性能
用废聚酯塑料制品代替聚对苯二甲酸乙二醇酯生产1730 聚酯绝缘漆, 中试(300 t?a 规模) 后得到的产品, 经山东省基本化工产品质量监督检验站和潍坊市产品质量监督检验所检测各项指标均达到JB?T 7599. 3- 94 和GB6109. 7- 1990 标准; 经厂家使用, 产品性能优良, 符合要求, 达到国内同类产品标准。
4 结语
(1) 用废聚酯塑料为原料生产1730 聚酯绝缘漆, 工艺简单、操作方便、原料丰富、效益显著, 为废聚酯塑料制品的再生利用提供了一条新的途径。
(2) 生产过程中的馏出物主要是乙二醇和水, 经分离纯化后乙二醇可再利用, 因而能降低成本。本生产工艺无废物排放, 只有少量间接冷却水排出。因此, 该工艺不会造成环境污染。
(3) 用废聚酯塑料制品生产1 t 1730 聚酯绝缘漆的成本约为6500. 00 元, 1 t 1730 绝缘漆的出厂价约为10000 元。该技术可为企业创造良好的经济效益, 同时又能变废为宝, 减少白色污染, 具有良好
的环境效益。
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