裂解聚乙烯蜡的脱色及其功能化改性研究

摘要

聚乙烯蜡是一种常用的材料加工助剂,在工业生产中用途广泛。但是存在表面张力较低难以被浸润,与许多极性材料相容性差等缺点,因此研究聚乙烯蜡的改性,具有重要的意义。
　　本文首先以沸石为吸附剂,采用吸附精制工艺对两种工业级的裂解粗蜡进行脱色研究。探讨了吸附剂用量、吸附剂加入次数、吸附温度、吸附时间和脱色次数等因素对聚乙烯蜡脱色效果的影响。采用紫外光谱仪(UV-vis)、红外光谱仪(FT-IR)、原子吸收分光光度计(AAS)和白度仪表征了粗蜡脱色前后的结构和颜色变化,探讨了废旧塑料热解产物聚乙烯蜡的成色原因。结果表明:裂解聚乙烯蜡中的显色物质不含芳环结构,说明废弃聚乙烯的裂解按无规裂解方式进行。裂解聚乙烯蜡色泽与杂质结构及催化体系残留的金属元素含量相关,采用吸附剂吸附的方法即可将不饱和烷烃及金属元素脱除。当吸附剂加入量为10％、吸附剂投入次数为3次、反应温度为90℃、吸附时间为8 h、脱色次数为3次时两种粗蜡的白度分别由15.4%和17.9%提升至54.3%和70.8%;UV-vis显示蜡A、B的色素中含有双键、共轭双键结构和O不饱和杂原子;FT-IR显示粗蜡脱色前后,特征吸收峰基本相同,样品结构保持不变;AAS结果表明,随着脱色次数的增加,粗蜡中的金属元素含量逐渐减小,脱色次数为3次时,粗蜡A中的Ti、Mg、Al含量分别由原来的0.5901%、1.1499%、0.3828%下降到0.2922%、0.7547%、0.2507%,B中的Ti、Mg、Al含量分别由原来的0.5122%、0.9518%、0.3387%下降到0.1041%、0.6134%、0.2721%。
　　其次,对脱色后的聚乙烯蜡进行羧基化改性,以乙酸钴为催化剂,过氧化苯甲酰为引发剂,通过溶液催化氧化,将含氧官能团引入碳链,提高产品的极性。实验对不同反应条件制备得到的羧基化产品进行了酸值和接触角的测定,并利用FT-IR、热重分析(TG)和X射线衍射(XRD)等分析手段对羧基化产物进行了表征。结果表明:当催化剂用量为1%、引发剂用量为10%、反应时间为8 h、反应温度为90℃时A、B两种脱色聚乙烯蜡分别可制得酸值为16.26 mgKOH?g-1和16.17 mgKOH?g-1,接触角为72.4°、74.6°的氧化蜡;TG结果显示,随着聚乙烯蜡产品酸值的增大,氧化蜡的热稳定性有所降低;XRD分析表明,经过羧基化改性的聚乙烯蜡结晶程度呈现减小的趋势。
　　最后,对羧基化改性后的氧化聚乙烯蜡进行硬质改性。结果表明:随着稀土金属氧化物用量的增加,改性产品的酸值逐渐减低,针入度不断减小,当反应温度为90℃、反应时间为3 h、稀土金属氧化物用量为2.5%时,硬化改性的产品针入度为2.82×10-1 mm,当稀土金属氧化物用量继续增加时,产品的针入度呈现增大的趋势。

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第一章 绪论

1.1 PEW的性质及应用

1.2 裂解聚乙烯蜡的技术进展

1.3 裂解聚乙烯蜡的色泽成因

1.4 裂解聚乙烯蜡的脱色研究进展

1.5 PEW的改性研究进展

1.6 本论文研究目的与内容

第二章 物质成色机理与裂解聚乙烯蜡的颜色成因探讨

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 实验结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 PEW的脱色研究

3.1 前言

3.2实验部分

3.3 实验结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 PEW的羧基化和硬质改性

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 实验结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 有待深入研究的工作

5.3 展望

参考文献

致谢

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