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概述了目前国内外用于处理包括PTFE在内的废旧塑料主要技术方法和工艺,对不同处理方法的优势及存在的问题进行分析与评价。在PTFE废料再生方面,提出在生产厂家内部进行再生以实现PTFE循环利用的思想;在PTFE废料资源化利用方面,结合热分析技术在固体废弃物处理过程中所具有的固有优势,提出采用热解法处理PTFE废料回收高附加值产物的研究思路。本文主要从以下几个方面开展研究:
探讨了PTFE废料的直接再生工艺,分析了主要工艺参数对产品性能的影响,对物理法再生PTFE工艺进行评价。该法不仅为废料找到出路,还为同行提供可借鉴的废料回用模式。
研究了PTFE废料和填充PTFE废料的热解特性,采用TG-FTIR联用法比较了相同升温速率下两种废料样品的热失重和产物形成情况,采用TG-DSC法对填充PTFE废料在不同升温速率下的热失重和热效应情况进行比较,确定了在氮气气氛下PTFE废料的熔点、起止失重点、最大失重点和热解主要产物等重要参数。随升温速率增加,废料热分解起、止温度和分解峰值对应温度均向高温侧微移。
利用单一加热速率法(Coats-Redfem积分法和微分法)及多加热速率法(Kissinger法及Doyle法)对TG、DTG和DSC三种热分析数据进行处理,求取动力学参数。结果表明,Coats-Redfern积分法所得动力学模型能较好地反映废料在单一加热速率下的热解过程;所得反应级数为1,活化能为250kJ·mol<-1>~310MJ·mol<-1>。Doyle法得到的活化能分布图能较好地反映废料在多加热速率下的热解过程,活化能为170kJ·mol<-1>~210kJ·mol<-1>。
在自制的管式热解反应器中进行填充PTFE废料(含45%不锈钢粉)热分解实验,考察废料的热解过程及主要因素的影响作用。结果表明,热解终温、终温持续时间、升温速率、粒径大小和氮气(热解气氛)气速对废料热解过程有影响,其中前三个因素的影响作用最为显著。对此影响显著的因素进行正交实验设计,得出最佳实验操作条件:热解终温550℃、热解终温持续时间20min、升温速率15K·mol<-1>。
采用电子探针(EMPA)分析技术对填充PTFE废料样品热解得到的残留物和自聚产物的微观形貌、元素组成进行了分析,并对不同产物的资源化利用途径进行了探讨。