论文部分内容阅读
聚酰胺(PA)类材料作为一种全球产量和市场需求量最大的工程塑料之一,广泛应用于纺织、医疗、汽车和包装等领域。在为提供人们生活便利的同时,也存在大量无法自然降解的废弃物料所带来的种种环境问题。因此,对废旧聚酰胺类材料的回收利用已成为亟需解决的重要课题之一。本文研究了以尼龙66(PA66)和尼龙6(PA6)为代表的聚酰胺类材料在不同催化剂和反应介质中的化学解聚反应。反应条件温和,操作简单、单体回收率高,有效的实现了废聚酰胺类材料的再资源化,为在实际生产中的应用提供理论依据。以浓硫酸为催化剂,对废PA66水解反应进行了研究,采用红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(1H NMR)对产物结构进行了表征,并确认产物为己二酸(AC)和己二胺(HMD)。采用L9(34)正交实验方法,考察了反应温度、反应时间、催化剂用量及水用量等因素对水解反应结果的影响,并获得较佳的工艺条件:PA66和硫酸的摩尔比为1:2.5;PA66和水的摩尔比为1:30;反应温度为110℃;反应时间为4 h。在此工艺条件下,PA66转化率为100%,产物AC和HMD的摩尔收率分别达到98.06%和97.15%。动力学实验表明,PA66水解为一级反应,活化能(Ea)为145.31 kJ/mol。同时,对反应机理也进行了初步探讨。以浓硫酸为催化剂,对废PA66甲醇醇解反应进行了研究。采用FT-IR和1H NMR对醇解产物进行了表征并确认为己二酸二甲酯(DMA)和己二胺(HMD)。正交实验结果表明,影响PA66醇解反应结果的4个因素为:反应温度>催化剂用量>反应时间>甲醇用量,并获得较佳工艺条件,在此条件下,PA66完全转化,产物DMA和HMD的收率分别达到86.04%和88.62%。动力学研究表明,PA66醇解为一级反应,Ea为117.21 kJ/mol。同时,也对PA66甲醇醇解反应机理进行初步阐述。以对甲苯磺酸为催化剂,对废PA6的乙醇醇解反应进行了研究。采用FT-IR和1H NMR对产物进行了表征,并确认醇解产物为6-氨基己酸乙酯的对甲苯磺酸盐。分别考察了反应温度、反应时间、催化剂用量及乙醇用量等因素对醇解反应的影响,获得较佳工艺条件:PA6和对甲苯磺酸的质量比为1:2;PA6和乙醇的质量比为1:3;反应温度为150℃;反应时间为4 h。在此工艺条件下,PA6转化率为100%,6-氨基己酸乙酯的对甲苯磺酸盐收率达到86.04%。合成不同种类的离子液体,对PA6在所合成的一系列离子液体中的溶解行为进行了研究。结果表明,PA6在以N-甲基咪唑为阳离子,以丁基为取代基的离子液体中有较好的溶解性,其中在1-丁基-3-甲基咪唑溴盐([Bmim][Br])中的溶解性最好。1-丁基-3-甲基咪唑硫酸盐([Bmim][HSO4])具有较强的酸性,对PA6表现出较好的溶解效果,但实验发现,在较高溶解温度和溶解时间下,PA6无法从[Bmim][HSO4]中完全再生。采用FT-IR和热重分析(TG)技术对再生的PA6进行了测试,结果表明,从离子液体[Bmim][Br]中再生出的PA6化学结构几乎没有变化,但热稳定性变差;从[Bmim][HSO4]中再生出的PA6热稳定性变差、化学结构也发生了改变。以离子液体[Bmim][Br]为催化剂,对废PA6的水解反应进行了初步研究。采用FT-IR、1H NMR、TG、气质联用(GC-MS)和紫外可见分光光度计(UV-Vis)等技术对产物进行定性和定量分析。分别考察了反应温度、反应时间、催化剂用量及水用量对PA6转化率和产物收率的影响。结果表明,固相产物为未解聚完全的PA6;液相产物主要为己内酰胺(CPL)及一些低聚物。利用硅胶柱层析分离纯化CPL。获得较佳水解条件为:PA6和催化剂[Bmim][Br]的质量比为1:6,PA6和水的质量比为1:3;反应温度为175℃;反应时间为9 h。在此条件下,PA6转化率为46%,产物CPL收率为24.56%。以上研究目前未见文献报道。