论文总字数：17020字

摘 要

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一种高容量的热塑性聚酯，由于具有优秀的物理化学性能，其被广泛应用于制造视频和音频磁带、X光片、食品包装特别是软饮料瓶子。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)本身对环境无害，但是由于在自然环境中难以降解而被认为是有害物质。在本文中，我们研究了在离子液体（ILs）作为催化剂和乙二醇（EG）作为溶剂的条件下，聚对苯二甲酸乙二醇(PET)的降解，定性分析表明，对苯二甲酸乙二酯(BHET)是这一过程的主要产物。与其他含金属离子液体相比，[Bmim]ZnCl₃被认为是醇解PET最好的催化剂。在反应温度190℃时，2小时之内，PET的转化率达到100%，BHET的生成率达到72.64%。

关键词： PET 催化剂 金属离子液体 [Hmim]ZnCl₃

Degradation of PET using metal-containing ionic liquids

Abstract

Poly(ethylene terephthalate) (PET), a high volume thermoplastic polyester, is extensively used in the manufacture of video and audio tapes, X-ray films, food packaging and especially of soft-drink bottles due to its excellent physical and chemical properties. Poly(ethylene terephthalate) (PET) by itself dose not harm to the environment because it is nontoxic; however it is considered as harmful material because of its resistance to environmental biodegradation. In this article, we report the degradation of poly(ethylene terephthalate) (PET), which occurs through glycolysis in the presence of ionic liquids as a catalyst and ethyiene glycol as a solvent, and the qualitative analysis showed that the bis(hydroxyethyl) terephthalate (BHET) was the main product in this process. by comparison with other metal-containing ionic liquids, [Bmim]ZnCl₃ was regarded as the best catalyst in the glycolysis of PET. When the reaction temperature was 190∘C, the conversion of PET reached 100% and the BHET was yielded to 72.64% within 2h.

Key words: PET; catalyst; metal-containing ionic liquids; [Hmim]ZnCl₃

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 离子液体基本概述 3

1.2.1 离子液体的定义 3

1.2.2 离子液体的发展及性质 3

1.2.3 离子液体的种类及其分类 4

1.2.4 离子液体对聚酯研究 4

1.3 PET的基本概述 5

1.3.1 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET） 5

1.3.2 PET发展历史 6

1.3.3 PET分类及用途 7

1.4 本文研究的内容及实验目的 7

第二章 实验部分 8

2.1 实验原料与仪器设备 8

2.1.1 实验原料 8

2.1.2 主要仪器与设备 8

2.2实验的基本原理及配方 9

2.2.1离子液体的合成原理 9

2.2.2合成离子液体的实验装置图 9

2.2.3离子液体的合成配方（以氯化锌(ZnCl₂)为例） 10

2.2.4用EG醇解PET的反应原理 10

2.2.5醇解PET实验装置图 10

2.2.6 醇解PET的配方 11

2.3 实验过程 11

2.3.1 原材料的选择与制备 11

2.3.2 功能性离子液体金属络合物的制备 11

2.3.3 功能性离子液体金属络合物的提纯 11

2.3.4 用EG醇解PET 12

2.3.5 PET醇解产物的提取 12

第三章结果与讨论 13

3.1确定醇解的主要产物 13

3.1.1 用DSC确定醇解PET主要产物的熔点 13

3.1.2 用红外确定醇解PET主要产物的结构 16

3.2数据的记录及处理 17

3.2.1 计算公式 17

3.2.2 数据处理及结论 18

第四章结论与展望 21

参考文献 23

致谢 26

第一章 文献综述

1.1 引言

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）可以通过单体对苯二甲酸（TPA）或对苯二甲酸二甲酯（DMT）与乙二醇（EG）在一定的条件下共聚得到。 PET具有优良的物理化学性能，其被广泛的应用于不同的行业，如纺织业，高强度纤维，感光胶片，软饮料瓶等领域，据行业统计PET聚酯消耗量以每年约11%的速度快速增长^[1-2]。随着聚酯PET产量和销量的快速增加，大量使用导致产生的废旧PET将越来越多。尽管废旧聚酯PET本身毒性不大，对自然环境不产生直接污染，但是PET聚酯废弃物对大气和微生物的抵抗性很强，在自然环境中的存在周期为17年左右，很难再自然条件下自然分解，同时数量巨大的PET消耗如果不能有效的回收也会造成巨大的资源浪费，从环境行为、生态效应以及资源节约的角度考虑，PET的处理日益受到人们的重视^[3-4]。

废旧聚酯PET的主要处理方法有土地填埋、焚烧处理及循环回收利用3种方式。其中，土地填埋和焚烧处理虽然方法简单，但却有诸多缺点，对环境也会造成一定的污染，因此，PET的科学回收利用和高效降解是解决PET问题的有效的途径^[4]。目前，PET 聚酯的循环回收利用方法主要有三大类：第一类是物理方法（又称为机械回收），即将废旧PET 聚酯及其使用过的产品经过分离、破碎、洗涤、干燥（高真空烘干）处理，然后直接掺混、共混、加工处理后造粒、或者通过再塑等简单的物理处理后制成再生切片， 作为次档产品可用于纺丝、拉膜和工程塑料以及制作其他附加值低的产品， 实现二次利用，该方法的弊端是降低了废旧PET聚酯的利用价值且循环回收利用的次数有限；第二类是的化学方法，化学方法是指聚酯PET 在热（一般来说主要是通过加热来实现高温）和各种化学试剂（主要是溶剂和催化剂）的作用下发生解聚反应，反应生成低分子量的产物( 如单体TPA、DMT、BEHT (对苯二甲酸乙二酯)、EG等以及其它的一些单体或低聚物)，解聚的初期产物经过分离、提纯后可重新作为生产PET聚酯的单体或作为合成其它化工产品的原料而被重新使用^[5]；最后一类是生物降解，即是指通过生物酶的作用或者微生物（包括细菌、真菌）所产生的化学降解作用而是高分子化合物发生化学转化的过程。其降解机理为：首先高聚物的表面被微生物粘附，微生物（包括细菌、真菌）粘附高分子表面的方式受高聚物的表面张力和表明结构、多孔性温度以及多孔环境的搅动程度、湿度、可侵占的表面等因素的影响；其次微生物自身在高聚物的表面分泌能够分解聚酯的生物酶，生物酶再作用于高聚物，通过光降解、氧化和水解等反应将高聚物分解为低分子量的碎片，然后微生物吸收或消耗低被生物酶分解的PET分子量的碎片（一般来说相对分子量＜500），经过微生物的代谢最终形成二氧化碳(CO₂)、水(H₂O)等 ^[6]。

虽然物理处理成本低，但是物理处理过的PET聚酯由于卫生原因，目前还不能被食品行业直接用于食品的包装和储存，但是经过化学解聚后再进行缩聚的PET 聚酯能够符合食品行业对包装材料的使用卫生要求，可以直接使用。此外，废旧聚酯PET 在直接回收加工过程中，会产生的二次废料（主要是废丝、废块），并且因特性粘度[G]值过低等原因已不宜再直接使用^[7]。就目前而言，虽然生物降解（包括微生物降解和酶降解）是解决废旧PET污染的最好方法，但是研究和应用还不成熟。研究最为成熟和应用最为广泛的是化学降解，研究结果表明，目前，化学降解是实现废旧PET循环利用的科学有效途径。目前国内外开发研究和推广应用的主要化学降解工艺方法包括：水解法（包括中性水解法、酸性水解法和碱性水解法）、醇解法（包括甲醇常压醇解、甲醇加压醇解、超临界醇解法以及乙二醇醇解法等）和热裂解法等 ^[3] 。这些解聚工艺都需要使用催化剂，因此解决化学降解最重要的就是催化剂的选用。

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