不饱和聚酯树脂及玻璃钢在高温高压水中分解回收的研究

论文摘要

玻璃钢广泛用于管道与贮罐等压力容器,船舶与汽车等交通工具,玻璃钢风电叶片等领域。但是随着市场需求量的增加,其废弃物也逐年增加,给环境造成沉重的负担。不饱和聚酯树脂是玻璃钢制品生产中用得最多的基体树脂。因此,对不饱和聚酯树脂及其玻璃钢废弃物进行回收处理以获得可再生资源,成为相关领域研究的主要课题。本文以高温高压水作为反应介质,对不饱和聚酯树脂及其玻璃钢进行分解回收,包括高温高压水分解,分解产物表征和动力学分析三个主要部分。高温高压水分解以表观分解率和实际分解率确定分解效果;使用红外光谱、热失重分析、气相色谱-质谱联用、液相色谱-质谱联机和高效液相色谱等分析技术对分解产物进行定性定量分析;总结文献中动力学分析方法,建立不饱和聚酯树脂在高温高压水中分解动力学模型。表观分解率和实际分解率分析表明:反应温度和反应时间对分解反应有正面影响,不饱和聚酯树脂在高温高压水分解的最佳水体积为30mL,玻璃钢在高温高压水分解的最佳水体积为40mL。玻璃钢在350℃,加入水体积为40mL的条件下反应60min,表观分解率为74.32%,实际分解率为90.82%。回收的玻璃纤维表面较洁净,玻璃纤维残留的树脂含量为6.52%。NaOH对不饱和聚酯树脂及其玻璃钢在高温高压水中分解促进作用明显,但对玻璃纤维本体也造成一定损伤。当温度低于280℃,不饱和聚酯树脂交联网状结构几乎没被破坏,仅芳香酸酯键断裂,水相产物主要为邻苯二甲酸和乙酸;当温度为280310℃,不饱和聚酯树脂结构中丁二酸酯键断裂并环化为酸酐,水相产物主要为邻苯二甲酸。当温度为310350℃,部分固相产物溶于乙酸乙酯,水相产物主要为苯甲酸;当温度高于350℃,不饱和聚酯树脂交联网状结构完全被破坏,固体产物完全溶于乙酸乙酯,水相产物主要为苯甲酸。在280310℃温度范围内,求解不饱和聚酯树脂在高温高压水中分解的相对速率常数,分别为0.00932s-1、0.01249s-1、0.01549s-1和0.01720s-1,并根据Arrhenius方程求解反应的活化能为55.21kJ/mol。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 二次回收
• 1.2.2 三次回收
• 1.3 高温高压水
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验材料及设备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验原料的预处理
• 2.2.2 高温高压水分解实验
• 2.3 实验的分析表征
• 2.3.1 表观分解率和实际分解率
• 2.3.2 玻璃钢树脂含量的测定
• 2.3.3 玻璃纤维残留树脂含量的测定
• 2.3.4 仪器分析
• 第3章 不饱和聚酯树脂在高温高压水中分解
• 3.1 固化的不饱和聚酯树脂索氏提取处理
• 3.2 不饱和聚酯树脂在高温高压水中分解
• 3.2.1 水体积对不饱和聚酯树脂分解的影响
• 3.2.2 反应时间对不饱和聚酯树脂分解的影响
• 3.2.3 不饱和聚酯树脂分解的正交实验
• 3.2.4 反应温度对不饱和聚酯树脂分解的影响
• 3.3 不饱和聚酯树脂分解产物的表征
• 3.3.1 红外光谱分析
• 3.3.2 热失重分析
• 3.3.3 气相色谱-质谱联用分析
• 3.3.4 液相色谱-质谱联用分析
• 3.3.5 高效液相色谱分析
• 3.4 不饱和聚酯树脂在高温高压水中分解机制的研究
• 3.5 不饱和聚酯树脂在高温高压水中分解动力学研究
• 3.5.1 高温高压水反应动力学特点
• 3.5.2 不饱和聚酯树脂在高温高压水分解动力学模型的建立
• 3.5.3 数据拟合
• 3.5.4 反应活化能
• 3.6 催化剂对不饱和聚酯树脂分解的影响
• 3.7 本章小结
• 第4章 玻璃钢在高温高压水中分解
• 4.1 玻璃钢树脂含量的测定
• 4.2 玻璃钢在高温高压水中分解
• 4.2.1 水体积对玻璃钢分解的影响
• 4.2.2 反应温度对玻璃钢分解的影响
• 4.2.3 玻璃钢分解的正交实验
• 4.3 回收纤维的表征
• 4.3.1 AFM 观察
• 4.3.2 玻璃纤维残留树脂含量
• 4.4 催化剂NaOH 对玻璃钢分解的影响
• 4.4.1 NaOH 溶液浓度对玻璃钢分解的影响
• 4.4.2 反应温度对玻璃钢分解的影响
• 4.5 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