用废聚酯塑料生产绝缘漆的研究

用废聚酯塑料生产绝缘漆的研究

邵建新 李 慧 翟 筱 邓树娥 崔 群 孙风祥
(潍坊医学院 山东潍坊 261042)

1730 聚酯绝缘漆是一种漆包线漆,它具有优良的弹性、耐热、耐刮、耐电压等物理与电气性能,被广泛应用于电机、电器及通讯器材中。目前国内外生产1730 绝缘漆,普遍采用对苯二甲酸酯和多元醇进行醇解再进行缩聚的工艺路线。本文用废聚酯塑料制品(主要是废弃的矿泉水瓶等) 代替对苯二甲酸酯经过醇解、缩聚等化工过程生产1730 绝缘漆。研究了用废聚酯塑料为原料生产1730绝缘漆的工艺条件、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,在小试基础上提出了适合工业生产的工艺条件,并进行了中试。

1  实验部分
1. 1  原料和试剂
废聚酯塑料(废矿泉水瓶洗涤、破碎、烘干后使用) 、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. 2  产品质量测试
产品质量测试按GB6109. 7290 进行。

1. 3  实验方法
将乙二醇120g ,甘油78g , 醋酸锌0. 48 g 加入三口烧瓶中,在搅拌下加热至215 ℃,然后分批加入废聚酯片309g。当废聚酯片全部溶解、温度升至240 ℃后,开始记时,控温醇解7~7. 5h。将回流装置改为减压蒸馏装置,加入三氧化二锑0. 42 g ,在245 ±1 ℃下,按表2 条件真空缩聚,当真空度达到93. 33kPa 时,乙二醇已基本蒸完,缩聚反应也近终点,保温40min。在180 ℃下,加入磷酸三丁酯0. 48 g ,加入420g 甲酚,搅拌溶解2h。温度降至120 ℃以下后,将预先混合好的二甲苯270 g 和正酞酸丁酯15g 的混合物,在搅拌下慢慢加入三口烧瓶中,加完后搅拌1h ,用二甲苯调整至粘度合格,即得成品。

2  结果与讨论
2. 1  乙二醇加入量和回流温度对醇解反应的影响
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,回流温度越高,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,但也会使产品的颜色加深。实验表明,在甘油和废旧聚酯片加入量不变的情况下,乙二醇加入量为120 g、温度为242 ℃较合适。乙二醇加入量与回流温度的关系如表1 所示。

2. 2  缩聚反应温度和真空度对产品质量的影响
在缩聚反应中,要脱除乙二醇及反应过程中生成的少量水,单体间相互缩合使分子量逐渐增大而生成树脂。缩聚反应的温度越高,真空度越高,脱乙二醇越快,缩聚反应也越快。但温度越高,使产品的颜色也随之加深,影响产品质量。实验证明,控制缩聚反应温度在245 ±1 ℃之间是比较合适的。另一方面,开始反应初期,由于体系中有乙二醇存在,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。真空度与反应时间的关系见表2。

2. 3  溶解温度和时间对产品质量的影响
在缩聚反应完成后,生成的聚酯树脂分子量大,分子间由于氢键等作用力也较大,使树脂即使在高温情况下也具有很高的粘度。加入甲酚的作用就是将树脂分子充分溶解分散开,以降低粘度,再加入二甲苯稀释成适合使用的绝缘漆产品。加入三混甲酚的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,同时酚中的羟基也与生成的聚酯发生酯化反应而使聚酯降解,分子量降低,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3h 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。因此,控温180 ℃,溶解2h 是合适的。

2. 4  正酞酸丁酯的加入量对产品粘度的影响
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(金属铜) 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。实验证明,加入量在10 ‰~20 ‰的范围内对绝缘漆的耐刮性影响不大。而在另一方面,其加入量对产品漆粘度影响却很大。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 %) ,正酞酸丁酯的加入量与粘度的关系如表3 所示。

 标准为:产品粘度50~150s , 单项耐刮14. 9N。从粘度指标和成本考虑,正酞酸丁酯加入量为15 ‰较为合适。

3  结论
用废聚酯塑料为原料生产1730 绝缘漆的较佳工艺条件为:醇解温度242 ±2 ℃,回流时间7~7. 5h ,缩聚反应时间为2. 5~3h ,真空度为40. 00~94. 00kPa ,溶解时间为2h。产品中原料配比为m
(废聚酯片) ∶m (乙二醇) ∶m (甘油) ∶m (三混甲酚) ∶m (二甲苯) ∶m (正钛酸丁酯) = 309∶120∶78∶420∶270∶15 ,回流中乙二醇加入量为废聚酯片的38. 8 % ,回收率为96 %。用废聚酯塑料为原料生产1730 绝缘漆经中试(300tPY规模) 证明产品质量合格,完全可以代替对苯二甲酸酯。生产过程中的馏出物,经微生物处理,不但可以解决排放后的酚污染问题,还可回收未反应的乙二醇。用废聚酯塑料为原料生产1730 绝缘漆,为废聚酯塑料的再生利用提供了一条新的途径。由于其来源丰富,价格低廉,因此,具有较好的经济和环境效益。

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