СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАДИИ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА
METHOD OF PRODUCING POLYMER COMPOSITIONS USING POLYETHYLENE TEREPHTHALATE WASTE TREATMENT STEP

Изобретение относится к способу получения полимерных композиций с использованием стадии переработки отходов полиэтилентерефталата (ПЭТФ) в порошкообразный продукт. Описывается способ переработки отходов ПЭТФ, включающий термообработку отходов в реакторе при температуре 240-260°C в течение 1-2 часов в присутствии олигопропилендиола или олигопропилентриола, с последующим введением новолачного олигомера. Предложенный способ позволяет получать твердый продукт, который легко перерабатывается в порошок и может служить основой для получения прессматериалов, порошковых покрытий, пенопластов и литых изделий конструкционного назначения, а также для модификации эпоксидных смол.
В настоящее время проблема утилизации полиэфирных полимеров на основе терефталевой кислоты и этиленгликоля (ПЭТФ) является важной экологической проблемой, т.к. изделия из него в виде полимерной тары, бутылок, ковров и тканей в природе не разлагаются и засоряют не только свалки, но и водоемы.
Известен способ переработки ПЭТФ-контейнеров от хранения пищевых продуктов разложением ПЭТФ на исходные мономеры, а именно на этиленгликоль и терефталевую кислоту с получением сырья для дальнейшей переработки (Патент №2137787). Это дорогой многооперационный энергоемкий процесс, с низким коэффициентом использования ПЭТФ.
2
По патенту №2384592 описывается способ получения порошкообразного продукта путем переработки отходов ПЭТФ, включающий термообработку отходов в замкнутом герметизированном объеме в среде смеси паров, выделяющихся из отходов ПЭТФ при термообработке, и находящихся в объеме атмосферного воздуха, при условии 160°C≤t<200°C и избыточном давлении пара и воздуха, равном 1.5÷4.5 кгс/см, в течение 20-40 часов. Предложенный способ позволяет получать порошкообразный продукт размером частиц 5-50 мкм, обладающий повышенной растворимостью в щелочном растворе и низкой степенью термодеструкции.
2
Недостатком способа является то, что для достижения заявленных результатов отходы ПЭТФ необходимо нагревать при избыточном давлении пара и воздуха (1.5÷4.5 кгс/см) в течение 20-40 часов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ по патенту №2200175, в котором предлагается переработка отходов полиэтилентерефталата в порошкообразный продукт алкоголизом вторичного полиэтилентерефталата многоатомным спиртом, охлаждение полученной смеси до 20-25°C и размол в шаровой мельнице. Для этого бытовые отходы ПЭТФ смешивают с многоатомным спиртом, затем проводят этерификацию полученного гидроксилсодержащего полиэфира отходом дистилляции фталевого ангидрида при мольном соотношении фталевого ангидрида, входящего в состав отходов, и гидроксилсодержащего полиэфира 0,31-0,35:1 до получения твердой карбоксилсодержащей полиэфирной смолы. Далее эту смолу (30-56%) смешивают с твердой эпоксидиановой смолой (28-54%), катализатором отверждения - оксидом цинка (3-5%), регулятором розлива - винилином (1-2%), пигментом (1,5-9%) и наполнителем - отходом производства ферросплавов (6-9%). Полученную смесь гомогенизируют и измельчают. В качестве отходов производства ферросплавов используют феррованадиевый шлам или силикатную пыль ферросилиция. Изобретение позволяет расширить ассортимент исходных материалов, утилизировать бытовые и производственные отходы, снизить себестоимость производства, улучшить физико-механические свойства покрытий.
Задачей предлагаемого изобретения является утилизация отходов из ПЭТФ и получение полимерных композиций, которые легко перерабатываются в порошок и могут служить основой для получения прессматериалов, порошковых покрытий, пенопластов и литых изделий конструкционного назначения, а также для модификации эпоксидных смол.
Технический результат, достигаемый с помощью предложенного способа, заключается в получении новых полимер-олигомерных композиций из отходов ПЭТФ, для этого отходы ПЭТФ подвергают переэтерификации в присутствии олигопропилендиола или олигопропилентриола, с последующим введением новолачной смолы. Алкоголизом ПЭТФ в присутствии катализатора ацетата цинка в количестве 0,5% получают гидроксилсодержащий полиэфир, который хорошо совмещается с новолачной смолой.
Предлагается способ получения полимерных композиций с использованием стадии переработки отходов полиэтилентерефталата в порошкообразный продукт алкоголизом вторичного полиэтилентерефталата многоатомным спиртом, отличающийся тем, что полимерную композицию готовят в обогреваемом реакторе с мешалкой в среде инертного газа - азота, при этом сначала вторичный полиэтилентерефталат - измельченные отходы полиэтилентерефталата и многоатомный спирт - олигопропилендиол или олигопропилентриол, загружают в реактор, расплавляют и вводят катализатор ацетат цинка; затем в реактор добавляют модификатор - новолачную смолу; полученную смесь нагревают до температуры 240-260°C в течение 1-2 часов; охлаждают до 20-25°C, подвергают размолу в шаровой мельнице до размера 100-1000 мкм; причем указанные компоненты берут в следующем соотношении, мас.%:
вторичный полиэтилентерефталат - 4-45
многоатомный спирт - 2-45
новолачная смола - 10-94.
Способ отличается тем, что используют новолачную смолу с температурой каплепадения по Уббелоде 105-150°C.
Синтез смолы из отходов ПЭТФ проводили в обогреваемом реакторе с мешалкой в среде инертного газа (азот). Сначала измельченные бытовые отходы ПЭТФ и олигопропилендиол марки «Лапрол 202» или олигопропилентриол марки «Лапрол 503» загружали в реактор, расплавляли и вводили катализатор (ацетат цинка). Затем в реактор загружали новолачную смолу марки СФ 0112. Процесс осуществляли при 240-260°C в течение 1-2 часов, полученную смесь охлаждали до 20-25°C, подвергали размолу в шаровой мельнице до размера 100-1000 мкм.
Из данных табл.1 следует, что соотношение компонентов и технологические параметры синтеза можно варьировать в достаточно широких пределах с целью получением требуемых свойств смолы. Предложенный способ позволяет получать порошкообразные композиции переработки отходов ПЭТФ, что расширяет арсенал технических средств переработки отходов полиэтилентерефталата.
Осуществление заявляемого изобретения проиллюстрировано следующими примерами, сведенными в таблицу 1.
Таблица 1
Рецептуры получения олигоэфиров и свойства продуктов
Компоненты
Содержание компонентов, мас.%.:
Примеры
1
2
3
4
5
6
7
8
9
ПЭТ (вторичный)
4
4
5
10
15
20
25
45
15
Лапрол - 503
2
4
5
10
15
20
25
45
25
СФ-0112
94
92
90
80
70
60
50
10
60
Zn(Ac)<sub>2</sub>
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
Свойства продукта
Температура каплепадения по Уббелоде, °C
116
107
104
95
99
92
84
62
102
Компоненты
Содержание компонентов, масс.%.:
Примеры
10
11
12
13
14
15
16
17
18
ПЭТ (вторичный)
4
4
5
10
15
20
25
45
5
Лапрол 202
2
4
5
10
15
20
25
45
15
СФ-0112
94
92
90
80
70
60
50
10
80
Zn(Ac)<sub>2</sub>
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
Свойства продукта
Температура каплепадения по Уббелоде, °C
98
91
86
64
56
52
48
42
62
Пример 1. В стальной аппарат, снабженный крышкой с мешалкой, манометром и тефлоновой уплотнительной прокладкой, с внутренним объемом 2,5 л, загружено 40 г отходов из ПЭТФ, 20 г лапрола 503 и 5 г ацетата цинка. Смесь в аппарате перемешивают и подвергают термообработке при 240°C в течение 20 мин. Затем загружают при перемешивании новолачную смолу 940 г и продолжают нагревать в течение 1 часа. Получают материал с температурой каплепадения по Уббелоде 116°C. После измельчения порошок может быть использован для изготовления пресспорошков новолачного типа.
Пример 2. В стальной аппарат, снабженный крышкой с мешалкой, манометром и тефлоновой уплотнительной прокладкой, с внутренним объемом 2,5 л, загружено 40 г отходов из ПЭТФ, 40 г лапрола 503 и 5 г ацетата цинка. Смесь в аппарате перемешивают и подвергают термообработке при 240°C в течение 20 мин. Затем загружают при перемешивании новолачную смолу 920 г и продолжают нагревать в течение 1 часа. Получают материал с температурой каплепадения по Уббелоде 107°C. После измельчения порошок может быть использован для изготовления пресспорошков новолачного типа.
Пример 3. В стальной аппарат, снабженный крышкой с мешалкой, манометром и тефлоновой уплотнительной прокладкой, с внутренним объемом 2,5 л, загружено 50 г отходов из ПЭТФ, 50 г лапрола 503 и 5 г ацетата цинка. Смесь в аппарате перемешивают и подвергают термообработке при 240°C в течение 20 мин. Затем загружают при перемешивании новолачную смолу 900 г и продолжают нагревать в течение 1 часа. Получают материал с температурой каплепадения по Уббелоде 104°C. После измельчения порошок может быть использован для изготовления пресспорошков новолачного типа и пенопластов.
Пример 4. В стальной аппарат, снабженный крышкой с мешалкой, манометром и тефлоновой уплотнительной прокладкой, с внутренним объемом 2,5 л, загружено 100 г отходов из ПЭТФ, 100 г лапрола 503 и 5 г ацетата цинка. Смесь в аппарате перемешивают и подвергают термообработке при 240°C в течение 20 мин. Затем загружают при перемешивании новолачную смолу 800 г и продолжают нагревать в течение 1 часа. Получают материал с температурой каплепадения по Уббелоде 95°C. После измельчения порошок может быть использован для изготовления пресспорошков новолачного типа, пенопластов и литых изделий.
Пример 5. В стальной аппарат, снабженный крышкой с мешалкой, манометром и тефлоновой уплотнительной прокладкой, с внутренним объемом 2,5 л, загружено 150 г отходов из ПЭТФ, 150 г лапрола 503 и 5 г ацетата цинка. Смесь в аппарате перемешивают и подвергают термообработке при 240°C в течение 20 мин. Затем загружают при перемешивании новолачную смолу 700 г и продолжают нагревать в течение 1 часа. Получают материал с температурой каплепадения по Уббелоде 99°C. После измельчения порошок может быть использован для изготовления пресспорошков новолачного типа, пенопластов и литых изделий.
Пример 6. В стальной аппарат, снабженный крышкой с мешалкой, манометром и тефлоновой уплотнительной прокладкой, с внутренним объемом 2,5 л, загружено 200 г отходов из ПЭТФ, 200 г лапрола 503 и 5 г ацетата цинка. Смесь в аппарате перемешивают и подвергают термообработке при 240°C в течение 40 мин. Затем загружают при перемешивании новолачную смолу 600 г и продолжают нагревать в течение 1 часа. Получают материал с температурой каплепадения по Уббелоде 92°C. После измельчения порошок может быть использован для изготовления пресспорошков новолачного типа, пенопластов и литых изделий.
Пример 7. В стальной аппарат, снабженный крышкой с мешалкой, манометром и тефлоновой уплотнительной прокладкой, с внутренним объемом 2,5 л загружено 250 г отходов из ПЭТФ, 250 г лапрола 503 и 5 г ацетата цинка. Смесь в аппарате перемешивают и подвергают термообработке при 260°C в течение 20 мин. Затем загружают при перемешивании новолачную смолу 500 г и продолжают нагревать в течение 1 часа. Получают материал с температурой каплепадения по Уббелоде 84°C. После измельчения порошок может быть использован для изготовления пресспорошков новолачного типа, пенопластов и литых изделий.
Пример 8. В стальной аппарат, снабженный крышкой с мешалкой, манометром и тефлоновой уплотнительной прокладкой, с внутренним объемом 2,5 л, загружено 450 г отходов из ПЭТФ, 450 г лапрола 503 и 5 г ацетата цинка. Смесь в аппарате перемешивают и подвергают термообработке при 260°C в течение 1 часа. Затем загружают при перемешивании новолачную смолу 100 г и продолжают нагревать в течение 1 часа. Получают материал с температурой каплепадения по Уббелоде 62°C. После измельчения порошок может быть использован для изготовления порошковых покрытий.
Пример 9. В стальной аппарат, снабженный крышкой с мешалкой, манометром и тефлоновой уплотнительной прокладкой, с внутренним объемом 2,5 л, загружено 150 г отходов из ПЭТФ, 250 г лапрола 503 и 5 г ацетата цинка. Смесь в аппарате перемешивают и подвергают термообработке при 240°C в течение 20 мин. Затем загружают при перемешивании новолачную смолу 600 г и продолжают нагревать в течение 1 часа. Получают материал с температурой каплепадения по Уббелоде 102°C. После измельчения порошок может быть использован для изготовления пресспорошков новолачного типа, пенопластов и литых изделий.
Пример 10. В стальной аппарат, снабженный крышкой с мешалкой, манометром и тефлоновой уплотнительной прокладкой, с внутренним объемом 2,5 л, загружено 40 г отходов из ПЭТФ, 20 г лапрола 202 и 5 г ацетата цинка. Смесь в аппарате перемешивают и подвергают термообработке при 240°C в течение 20 мин. Затем загружают при перемешивании новолачную смолу 940 г и продолжают нагревать в течение 1 часа. Получают материал с температурой каплепадения по Уббелоде 98°C. После измельчения порошок может быть использован для изготовления пресспорошков новолачного типа, пенопластов и литых изделий.
Пример 11. В стальной аппарат, снабженный крышкой с мешалкой, манометром и тефлоновой уплотнительной прокладкой, с внутренним объемом 2,5 л, загружено 40 г отходов из ПЭТФ, 40 г лапрола 202 и 5 г ацетата цинка. Смесь в аппарате перемешивают и подвергают термообработке при 240°C в течение 20 мин. Затем загружают при перемешивании новолачную смолу 920 г и продолжают нагревать в течение 1 часа. Получают материал с температурой каплепадения по Уббелоде 91°C. После измельчения порошок может быть использован для изготовления пресспорошков новолачного типа, пенопластов и литых изделий.
Пример 12. В стальной аппарат, снабженный крышкой с мешалкой, манометром и тефлоновой уплотнительной прокладкой, с внутренним объемом 2,5 л, загружено 50 г отходов из ПЭТФ, 50 г лапрола 202 и 5 г ацетата цинка. Смесь в аппарате перемешивают и подвергают термообработке при 240°C в течение 20 мин. Затем загружают при перемешивании новолачную смолу 900 г и продолжают нагревать в течение 1 часа. Получают материал с температурой каплепадения по Уббелоде 86°C. После измельчения порошок может быть использован для изготовления пресспорошков новолачного типа, пенопластов и литых изделий.
Пример 13. В стальной аппарат, снабженный крышкой с мешалкой, манометром и тефлоновой уплотнительной прокладкой, с внутренним объемом 2,5 л, загружено 100 г отходов из ПЭТФ, 100 г лапрола 202 и 5 г ацетата цинка. Смесь в аппарате перемешивают и подвергают термообработке при 240°C в течение 20 мин. Затем загружают при перемешивании новолачную смолу 800 г и продолжают нагревать в течение 1 часа. Получают материал с температурой каплепадения по Уббелоде 64°C. После измельчения порошок может быть использован для изготовления порошковых покрытий и модификации эпоксидных смол.
Пример 14. В стальной аппарат, снабженный крышкой с мешалкой, манометром и тефлоновой уплотнительной прокладкой, с внутренним объемом 2,5 л, загружено 150 г отходов из ПЭТФ, 150 г лапрола 202 и 5 г ацетата цинка. Смесь в аппарате перемешивают и подвергают термообработке при 240°C в течение 20 мин. Затем загружают при перемешивании новолачную смолу 700 г и продолжают нагревать в течение 1 часа. Получают материал с температурой каплепадения по Уббелоде 56°C. После измельчения порошок может быть использован для изготовления порошковых покрытий и модификации эпоксидных смол.
Пример 15. В стальной аппарат, снабженный крышкой с мешалкой, манометром и тефлоновой уплотнительной прокладкой, с внутренним объемом 2,5 л, загружено 200 г отходов из ПЭТФ, 200 г лапрола 202 и 5 г ацетата цинка. Смесь в аппарате перемешивают и подвергают термообработке при 260°C в течение 20 мин. Затем загружают при перемешивании новолачную смолу 600 г и продолжают нагревать в течение 1 часа. Получают материал с температурой каплепадения по Уббелоде 52°C. После измельчения порошок может быть использован для изготовления порошковых покрытий.
Пример 16. В стальной аппарат, снабженный крышкой с мешалкой, манометром и тефлоновой уплотнительной прокладкой, с внутренним объемом 2,5 л, загружено 250 г отходов из ПЭТФ, 250 г лапрола 202 и 5 г ацетата цинка. Смесь в аппарате перемешивают и подвергают термообработке при 260°C в течение 40 мин. Затем загружают при перемешивании новолачную смолу 500 г и продолжают нагревать в течение 1 часа. Получают материал с температурой каплепадения по Уббелоде 48°C. После измельчения порошок может быть использован для изготовления порошковых покрытий.
Пример 17. В стальной аппарат, снабженный крышкой с мешалкой, манометром и тефлоновой уплотнительной прокладкой, с внутренним объемом 2,5 л, загружено 450 г отходов из ПЭТФ, 450 г лапрола 202 и 5 г ацетата цинка. Смесь в аппарате перемешивают и подвергают термообработке при 260°C в течение 1 часа. Затем загружают при перемешивании новолачную смолу 100 г и продолжают нагревать в течение 1 часа. Получают материал с температурой каплепадения по Уббелоде 42°C. После измельчения порошок может быть использован для изготовления порошковых покрытий.
Пример 18. В стальной аппарат, снабженный крышкой с мешалкой, манометром и тефлоновой уплотнительной прокладкой, с внутренним объемом 2,5 л, загружено 150 г отходов из ПЭТФ, 250 г лапрола 202 и 5 г ацетата цинка. Смесь в аппарате перемешивают и подвергают термообработке при 240°C в течение 20 мин. Затем загружают при перемешивании новолачную смолу 600 г и продолжают нагревать в течение 1 часа. Получают материал с температурой каплепадения по Уббелоде 62°C. После измельчения порошок может быть использован для изготовления порошковых покрытий и модификации эпоксидных смол.