酸碱催化剂对近临界水中环氧树脂分解特性的影响

论文摘要

环氧树脂广泛应用于胶黏剂、印刷电路板以及先进复合材料中。但是由于热固性环氧树脂具有三维网络结构,难以回收处理,大量的废弃物已经引起很多环境问题。因此,环氧树脂的分解回收问题迫切需要解决。本文以4,4’-二氨基二苯甲烷（DDM）和甲基四氢邻苯二甲酸酐（MeTHPA）为固化剂,研究了这两种固化剂固化的E-51型环氧树脂体系在近临界水中的分解行为。实验主要研究反应温度、时间、催化剂种类和用量等工艺参数对树脂分解率的影响。在近临界水中,以氢氧化钾、硫酸和磷钨杂多酸作为催化剂,树脂体系可以在较低的温度下实现100%的分解。氢氧化钾的催化效果最佳,可以有效提高树脂的分解率,并且降低分解反应中的炭化率。利用红外光谱分析（IR）表征近临界水分解的固相产物,并和热分解的产物相对比。采用气相色谱-质谱联用分析液相分解产物的组成和分布。结果表明:苯酚、取代苯酚、双酚A和固化剂是液相产物的主要成分,同时还研究了分解条件对主要产物产率的影响。根据测试表征的结果,分析了近临界水中环氧树脂的分解机理。分解产物主要通过水解的方式产生,E-51/DDM环氧体系的主要断键方式为主链混醚键的断裂,交联键碳氮键的断裂也在一定程度上促进了降解反应;以硫酸和磷钨酸作催化剂进行分解时,体系的断键方式以醚键的断裂为主;加入氢氧化钾作催化剂时,可以有效促进树脂体系交联键的断裂。E-51/MeTHPA环氧体系的主要断键方式为主链上混醚键和交联键酯键的断裂。催化剂的加入会改变分解反应的途径。氢氧化钾催化剂对混醚键水解的促进作用最强,同时酯键的水解受到抑制;而以硫酸作催化剂时,两种键的断裂比例相当;以磷钨酸作催化剂时,体系中的化学键主要发生随机断裂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景与意义
• 1.2 塑料的分解回收现状
• 1.2.1 机械回收法
• 1.2.2 热解法
• 1.2.3 溶剂分解法
• 1.2.4 超（近）临界分解法
• 1.2.5 其他分解方法
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验仪器和药品
• 2.1.1 主要实验设备
• 2.1.2 实验药品与试剂
• 2.2 实验内容
• 2.2.1 实验方法与流程
• 2.2.2 环氧树脂分解试样的制备
• 2.2.3 环氧树脂分解实验及产物表征
• 第3章 近临界水分解E-51/DDM 体系的研究
• 3.1 E-51/DDM 体系分解特性研究
• 3.1.1 反应温度对E-51/DDM 体系分解率的影响
• 3.1.2 KOH 催化剂对E-51/DDM 体系分解率的影响
• 2SO₄ 催化剂对E-51/DDM 体系分解率的影响'>3.1.3 H₂SO₄ 催化剂对E-51/DDM 体系分解率的影响
• 3.1.4 磷钨酸催化剂对E-51/DDM 体系分解率的影响
• 3.2 E-51/DDM 体系分解产物表征
• 3.2.1 E-51/DDM 体系热重分析
• 3.2.2 E-51/DDM 体系固相分解产物的红外光谱分析
• 3.2.3 E-51/DDM 体系液相分解产物的气质联用分析
• 3.3 E-51/DDM 体系分解机理推断
• 3.4 本章小结
• 第4章 近临界水分解E-51/MeTHPA 体系的研究
• 4.1 E-51/MeTHPA 体系分解特性研究
• 4.1.1 反应温度对E-51/MeTHPA 体系分解率的影响
• 4.1.2 反应时间对E-51/MeTHPA 体系分解率的影响
• 4.1.3 KOH 催化剂对E-51/MeTHPA 体系分解率的影响
• 2SO₄ 催化剂对E-51/MeTHPA 体系分解率的影响'>4.1.4 H₂SO₄ 催化剂对E-51/MeTHPA 体系分解率的影响
• 4.1.5 磷钨酸催化剂对E-51/MeTHPA 体系分解率的影响
• 4.2 E-51/MeTHPA 体系分解产物表征
• 4.2.1 E-51/MeTHPA 体系热重分析
• 4.2.2 E-51/MeTHPA 体系固相分解产物的红外光谱分析
• 4.2.3 E-51/MeTHPA 体系液相分解产物的气质联用分析
• 4.3 E-51/MeTHPA 体系分解机理推断
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢