基本信息
- 项目名称：
- 回收废旧聚酯瓶用于制备漆包线漆的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品是一个以回收的废旧聚酯瓶为主要原材料，采用三（α-羟乙基）异氰脲酸酯为醇解剂、硫酸锂为催化剂，通过降解、缩聚反应制得漆包线漆用中间体羟基树脂，然后采用特定工艺进一步制得聚酯漆包线漆，将废聚酯的回收及循环利用结合在一起的创新型项目。具有一定的科学先进性、社会经济效益和一定的实用性，具有较好的发展前景。
- 详细介绍：
- 本作品采用废旧聚酯瓶为主要原材料，以三（α-羟乙基）异氰脲酸酯（塞克）为醇解剂、硫酸锂为催化剂制备漆包线漆用羟基树脂，然后采用特定工艺进一步制得聚酯漆包线漆。即将废PET饮料瓶粉碎、清洗(脱油) 、分离异物(金属、聚合物、标签等) 、干燥,剪切成1～3mm的碎片。然后取聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）碎片：三(α一羟乙基)异氰脲酸酯（THEIC）的质量比为1:1，加入占总投入1％左右的硫酸锂放于四口烧瓶中加热，当废旧聚酯片全部熔解温度升至210℃左右时，维持温度反应六小时左右，然后用适量的二甲苯带出反应生成的甲醇，分流四小时左右至甲醇大部分被带出时加入树脂总量50％的溶剂（溶剂为N-甲基吡咯烷酮（NMP）、DMF溶液和二甲苯溶液的混合物，其质量百分比为2:2:1），搅拌均匀并冷却装瓶。取一定量的合成的聚酯多元醇溶液于50ml小烧杯中，按聚酯多元醇树脂：氨基树脂的质量百分比为4:1加入氨基树脂，再加入适当的催化剂，本实验中采用环烷酸锌作为催化剂，环烷酸锌的用量为树脂总量的3‰，之后搅拌使溶液混合均匀。用适量的DMF溶液作为稀释剂，直到溶液粘稠度合适为止（溶液附于玻璃棒上不会立即留下也不会黏在玻璃棒上，且溶液在灯光下观察呈透明色），即得到聚酯型漆包线漆。制备样品为粗线（0.5mm）和细线（0.1mm）两种，粗线主要用来测定漆包线漆的热冲性和耐溶性，细线主要用来测定漆包线漆的介质损耗和盐水针孔性能。其制备的工艺为：取一定长（粗线约30㎝，细线约40㎝）的铜丝于DMF溶液中浸泡大于30分钟的时间，除去铜丝表面原有的漆膜，然后固定于特制的线板上涂抹制备好的漆包线漆，涂抹漆包线漆的时候要注意漆膜的连续性和平滑性，漆膜涂好之后将粗铜丝置于270℃的烘箱中烘烤约3～4分钟用于测定漆包线漆的耐溶性和热冲性能，细铜丝置于270℃的烘箱中约2～3分钟，用于测定漆包线漆的介质损耗和盐水针孔性能。 经若干试验研究得出以下结论： （1）用废旧聚酯片为原料生产漆包线聚酯绝缘漆为废旧聚酯的再生利用提供了新的途径。由于其来源丰富,价格低廉,因此,具有较好的经济和环境效益。 （2）在缩聚反应完成后,生成的聚酯树脂分子量大,分子间由于氢键等作用力也较大,使树脂即使在高温情况下也具有很高的粘度。加入DMF可以很好的将树脂分子充分溶解分散开,以降低粘度,加入二甲苯可以将溶液稀释成适合使用的绝缘漆产品。 （3）本工艺样品漆膜制备采用聚酯多元醇：氨基树脂=4:1的配比，加入3‰的环烷酸锌作为催化剂，通过在不同烘烤时间下探索发现，烘烤时间在2min的时候漆包线样品的盐水针孔数最少，烘烤时间为2min15s 到2min30s的漆包线样品具有较好的介质损耗性，烘烤时间为3min到4min之间的漆包线样品具有较好的热冲和耐溶性。经济和社会效益介绍：我国目前PET塑料饮料瓶的消费量很高，据不完全统计，仅瓶用PET产能达310万t，产量达170万t，并且用量在逐年增加，巨大的聚酯瓶使用量给环境带来很大压力，造成一定程度的环境污染。本项目利用废聚酯瓶为主要原料生产聚酯型绝缘漆,不仅可以减轻环境压力还可以变为为宝，生产能应用于电子、电工和信息工业领域内产品的配套材料漆包线用漆包线漆，具有一定的环境效益和实用性。生产1 t聚酯绝缘漆的成本约为6500.00元,1 t聚酯绝缘漆的出厂价约为10000.00元。由于本工艺生产原料来源广，且价格低廉，整个成产工艺流程简便，生产成本为目前同类成品的60％～80％，因此利用废聚酯瓶生产聚酯漆包线漆的毛收益率可达到53.8％。同时，本生产工艺无废物排放,只有少量间接冷却水排出，具有很好的环保性。目前，本项目涉及的技术已经申请了国家发明专利并获得了专利受理通知书，且经“教育部科技查新工作站（Z13）”查新得到如下结论：“国内公开发表的有关回收废旧聚酯瓶制备漆包线漆的中文文献和产品报道中，未见以回收废旧聚酯瓶为原料，三（α-羟乙基）异氰脲酸酯为醇解剂、硫酸锂为催化剂，制备聚酯型漆包线漆的公开文献或产品报道”。此外，本项目的研究成果具有一定的实用性，目前已与所在地某知名汽车饰件有限公司和全国知名的某化工有限公司签订了项目合作意向书，据公司的产品试用报告显示，本工艺获得的产品性能良好，有推广应用的可能，在一定领域具有一定的实用性。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明目的、基本思路：本作品以回收的废旧聚酯瓶为主要原材料，制备出一种可供聚酯漆包线用的聚酯多元醇和性能优越的聚酯漆包线漆。同时研究合成过程中的各种影响因素，获得合成工艺参数、结构与性能三方面相互关联的研究结果，为回收聚酯材料循环使用技术的一步产业化提供重要的研究数据。其制备的基本方法和步骤如下：1.用一定质量比的回收废旧聚酯瓶和多元醇在催化剂的条件下通过降解、缩聚反应得到羟基树脂，然后将羟基树脂与溶剂按一定的质量比配制成羟基树脂溶液。2.将得到的羟基树脂溶液与氨基树脂、催化剂按照一定的质量比混合均匀，用溶剂调整至合适的溶液浓度，除去悬浮杂质后即得聚酯型漆包线漆。创新点： 1.采用高效催化剂 2.工艺操作简便，生产成本较低 3.使用废旧聚酯瓶，减少环境污染，变废为宝技术关键：控制原料质量比；在降解阶段加入硫酸锂并控制好反应时间和温度；配制聚酯型漆包线漆时加入环烷酸锌并控制其质量；加入溶剂调至合适粘度并混合均匀。主要技术指标：羟基树脂制备时，回收聚酯瓶碎料：塞克的质量比为（2～3）：（1～3）；催化剂为硫酸锂，用量为反应投料总质量的0.05%～1.0%；制备羟基树脂溶液时，羟基树脂与溶剂（N-甲基吡咯烷酮：DMF溶液:二甲苯溶液质量比为1：1：0.5）质量比为6：（5～5.5）；配漆时，羟基树脂溶液：氨基树脂与溶剂（DMF）质量比为4:1:（0.3～1.0)，加入的环烷酸锌的占树脂总量3‰，在30℃～80℃，搅拌均匀过滤除去悬浮杂质后制得。
科学性、先进性
- 1.本作品在羟基树脂的生产工艺中，采用的主要原材料为回收聚酯瓶料，能大幅度降低聚酯型漆包线漆的生产成本，生产成本为目前同类产品的60％～80％，同时提供了一个聚酯瓶废旧材料回收利用的新途径，有利于减轻、甚至避免废弃聚酯材料对环境造成的污染，变废为宝。而且采用两种催化剂硫酸锂和环烷酸锌，分阶段加入使用，硫酸锂在降解反应阶段加入，环烷酸锌在缩聚反应阶段加入。所制备的羟基树脂分子量分布均匀，有利于漆包线漆产品质量的稳定。 2.采用特定比例的环保型溶剂（N-甲基吡咯烷酮：DMF：二甲苯的质量比为2:2:1溶液混合型溶剂）部分代替目前工业使用的苯酚、甲酚及二甲酚溶解树脂及配漆，使制得的漆包线漆具有优异的环保性能。
获奖情况及鉴定结果
- 1.2011年4月15日，本作品经教育部科技查新工作站（Z13）查新，查新证明回收废旧聚酯瓶用于制备漆包线漆的研究在所查范围内无相同或类似文献或产品报道； 2.2010年12月25日，本作品获得校“第四届课外学术作品竞赛”一等奖； 3.2011年2月12日，本团队与所在地某知名汽车饰件有限公司签订项目合作意向书； 4.2011年2月12日，所在地某知名化工有限司经初步使用，递交了企业试用报告。
作品所处阶段
- 此作品目前处于实验室研究和产品试制阶段，技术成果获得企业关注和投资意向。
技术转让方式
- 一次性技术转让，或者以技术入股的形式与企业合作开发和应用该项技术。
作品可展示的形式
- 研究报告、专利、适量漆液及漆包线样品。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势：1.采用催化剂硫酸锂，可提高材料的再生效率；2.采用塞克作为醇解剂降解废聚酯瓶料制备的聚酯多元醇；3.将降解聚酯材料直接用于制备漆包线漆，工艺操作便捷，生产成本低；4.回收利用聚酯材料，有利于减轻、甚至避免废聚酯材料对环境造成的污染，变废为宝，为聚酯材料的循环使用提供一个有效途径。 适应范围和推广前景：本作品提出的一种聚酯型漆包线漆的制备方法有望为聚酯材料再生和聚酯漆包线漆的技术研究、新产品开发提供重要的实验数据和研究基础。本作品涉及到的技术成果可应用于各工业领域内产品的配套材料漆包线的制造，具有广泛的实用性。 市场分析和经济效益预测：随着近几年电力、电气工业的迅速发展，漆包线的应用领域越来越广，需求量也在不断增长。近几年来，我国漆包线产量增长迅速，漆包线生产厂家已过千数，2003年年产已达60～70万吨。绝缘漆的产品结构虽有了明显变化，但聚酯漆包线漆的比例仍占绝缘漆的48％。因此本作品对聚酯漆包线漆及其改性进行的研究有着积极的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 近年来发展了各种改性的聚酯漆包线漆品种。如美国与西德等公司分别对聚酯漆进行了改性，现采用较广的是三(α一羟乙基)异氰脲酸酯(THEIC)代替丙三醇进行改性，如美国Isonel 200系列，其耐温等级高达200℃；德国一些厂商在聚酯中加入亚胺的方法改善其耐热性；德国拜耳公司在聚酯中添加10％左右聚海因树脂改善了聚酯漆包线的热冲击性能和软化击穿温度。国内聚酯改性也做了大量的工作，从漆基树脂原料，亚胺改性，THEIC改性均有研究与开发。（1）从漆基树脂合成原料上改性聚酯漆包线；多元醇改性：有丙三醇参加反应生成的树脂具有三维体型结构，同时尚有带支链的线型结构。丙三醇量增加，增加树脂分子结构的支链密度。支化分子的出现，减弱了分子的内聚力，使之不易产生结晶。同时，树脂分子的游离羟基增加，极性增强，改善了树脂的溶解性能，也增强了对金属材料的附着力。但它的加入使树脂的可挠性，耐热老化性能降低。亦提高聚酯树脂的官能度和涂层的交联密度，赋予漆膜较高的硬度，而且制成的漆膜烘干时间短，耐甲乙酮擦洗、耐烘烤性均较好。多元酸改性 ：在漆包线用饱和聚酯树脂体系中，对苯二甲酸是主要的二元酸，可提高聚酯的贮存稳定性，还可提高树脂的混溶性。这种改性方法有利于链的增长，赋予漆膜好的硬度，更可以赋予漆膜好的耐化学品性和耐候性。如加入一定量的己二酸可调节分子的柔韧性，为最终产品提供好的机械加工性。（2）亚胺改性聚酯漆包线漆；先进的工业国家逐步开发研制了可焊性聚酯亚胺漆包线以满足提高电器设备可靠性的要求。通过对聚酯用亚胺进行改性而提高了耐热性，目前世界上具有代表性的为德国Dr.Beck公司的Terebe F、H系列产品和美国Sohenctady化学公司的Isomid系列产品，已广泛用作小型电机的绕组，简化了焊接工艺，降低了电机制造成本。直焊性漆包线的出现使线圈的制造有了连续的可能。（3）三(α一羟乙基)异氰脲酸酯改性聚酯漆包线漆；采用三(α一羟乙基)异氰脲酸酯取代脂肪族三元醇制聚酯漆包线漆，可以改善其耐热软化击穿性能。采用三(α一羟乙基)异氰脲酸酯(THEIC)来改性聚酯亚胺的做法，可使聚酯亚胺漆包线的耐热等级达到H级。采用三(α一羟乙基)异氰脲酸酯和亚胺二羧酸改性聚酯路线，既使改性的聚酯保留了原聚酯漆包线漆裕度宽、剥离性好的特点，又提高了漆包线的软化击穿温度，确保了耐热冲击性。
