废聚乙烯醇(PVA)胶棉全部回用的工业化研究

摘要

聚乙烯醇缩甲醛(Polyvinyl formal，PVF)是由聚乙烯醇和甲醛在酸催化下缩合而成的树脂，因其优异的化学、物理性能，在医用、过滤以及清洁材料等领域具有广泛应用。PVF制品生产过程中会产生大量边角料及部分废品。因原料来源、成本及环境问题的严峻性，废旧PVF的回收利用越来越受到人们的关注。现有关于PVF回收方法存在回收效率低、成本高、环境污染等问题，不具可持续发展性。因此，对废弃PVF进行合理、高效回收，无论从经济还是资源合理利用方面都具有重要意义。
　　本课题是基于嘉兴捷顺旅游制品有限公司在实际回收聚乙烯醇(PVA)胶棉（PVA缩醛制品一种）中遇到的问题而提出，主要涉及提高废PVF胶棉回用率的问题。课题组前期利用化学水解法，在HCl催化下将PVF水解为PVA，充当原料再次使用，实现了PVF回收利用。然而，该工艺需要在回收过程中需要添加部分PVA新料才能得到合格制品，所得胶棉产品中所含废PVF量最高只能达到25％（即回用率=25％）。进一步提高废PVF胶棉回用率，开发PVF胶棉全回用生产工艺具有重要实际意义。本文从PVF的水解阶段出发，探索了影响PVF水解反应的各因素，利用核磁共振、红外光谱等手段对PVF水解产物进行结构表征，获得了影响PVF回用率的根本原因。在此基础上，通过添加助水解试剂提高了PVF水解程度，对生产工艺进行了优化，实现了废PVF全部回用工业化生产。回收制品各性能均达到一等品质量要求。
　　(1)研究了原回收工艺中各参数对PVF水解程度的影响，并通过核磁共振、红外光谱对所得水解产物结构进行了表征。研究了仅在盐酸作用下PVF水解效果。发现PVF必须在较高酸浓度（～18.4wt％以上）下才能水解，且水解程度很低，水解产物仍具较大缩醛度(～56.5％)，不具备水溶性。研究了以PVA作为助水解试剂对PVF水解的影响。发现PVF缩醛结构中甲醛分子只是在酸作用下被简单转移至PVA分子上，使得每个分子上平均缩醛度降低。结果表明，可以通过加入能与甲醛反应生成稳定结构的助剂来提高PVF水解程度，为后续提高废PVF回用率指引了方向。
　　(2)研究了添加其他助水解试剂对PVF水解程度的影响，并进行了提高废胶棉回用率实验。研究了以小分子醇（乙醇、乙二醇、丙三醇）作为助水解试剂对PVF水解的影响。发现乙醇的助水解效果最好，PVF水解产物的缩醛度可降至9.3％。然而，在实际提高废胶棉回用率的生产工艺中只能将回用率提高至50％。进一步研究了试剂A作为助水解试剂对PVF水解的影响，并以核磁共振、红外光谱对所得水解产物结构进行了表征。发现在试剂A作用下，可将PVF完全水解为PVA。并对回收工艺进行优化，实现了废胶棉全部回收。
　　(3)研究了废胶棉全部回用生产工艺中废胶棉浓度、盐酸含量以及甲醛含量对回收制品性能的影响。确定了回收工艺中各物料最佳用量为:废胶棉浓度8.42～9.38wt％，盐酸含量3.25～3.75wt％，甲醛含量5.04～5.52wt％。在小试基础上成功进行了100倍放大生产实验，所得回收制品均达到一等品质量要求。
　　本文所开发的全部废胶棉回收工艺，其操作简单、回收成本低，对胶棉的着色不需要加入新颜料，降低回收生产成本的同时也一定程度上减少了颜料对环境的污染。同时认为，本回收方法对于聚乙烯醇缩醛类塑料制品的回收具有很好的应用前景。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 废旧塑料的回收再生技术

1．2．1 废旧塑料的分离技术

1．2．2 废旧塑料的回收方法

1．3 聚乙烯醇缩醛制品及其回收

1．3．1 聚乙烯醇缩丁醛(PVB)制品

1．3．2 聚乙烯醇缩甲醛(PVF)制品

1．3．3 废旧PVA缩醛制品产生来源

1．3．4 PVA缩醛制品的回收

1．4 影响缩醛水解速率因素的研究

1．4．1 缩醛结构对其水解速率的影响

1．4．2 水解反应条件对缩醛水解速率的影响

1．5 课题提出

第二章 PVA胶棉(PVF)水解影响因素的研究

2．1 实验部分

2．1．1 实验试剂与仪器

2．1．2 PVF胶棉的制备

2．1．3 原料预处理

2．1．4 PVF水解实验

2．1．5 PVF及水解产物缩醛度的计算

2．1．6 PVF水解后不溶性物质含量测定

2．1．7 PVF及其水解产物结构表征

2．2 结果与讨论

2．2．1 PVF结构的表征

2．2．2 盐酸浓度对PVF水解的影响

2．2．3 PVA加入对PVF水解反应的影响

2．2．4 小分子醇对PVF水解的影响

2．2．5 本章结论

第三章 废聚乙烯醇(PVA)胶棉全部回用生产工艺的研究

3．1 实验部分

3．1．1 实验试剂与仪器

3．1．2 实验内容

3．1．3 性能测试与表征

3．2 结果与讨论

3．2．1 助水解试剂用于提高PVF回用率的研究

3．2．2 PVF全回用小试工艺及工艺条件探索

3．2．3 PVF全回用工艺中试实验

3．2．4 本章结论

参考文献

攻读硕士期间的研究成果

致谢