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有机硅橡胶的降解及回收开题报告

 2020-02-10 10:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

聚合物在我们当前的社会中占有重要地位。除了取得巨大成功外,还有一个问题是大量废弃聚合物的积累。目前,废物管理主要基于垃圾填埋场,热循环和降解回收。然而,只有一小部分废弃聚合物材料通过解聚回收,生成单体或合适的合成前体,这些单体或前体随后可以聚合成高质量的材料。通过这种方式,报废聚合物可以成为新聚合物的潜在原料。现代广泛使用的聚合物是硅氧烷(聚硅氧烷),其固有的性质使它们的解聚要求很高,只有少数需要高温或不太环保的工艺被报道。

现代广泛使用的聚合物材料是聚硅氧烷(例如硅油,硅橡胶,硅油脂,硅树脂)。硅橡胶相比其他材料而言具有优良的绝缘性、耐高低温性以及生理惰性等优点,在化工、冶金、航空航天和电气电子等众多领域得到了很好的应用。有机硅需求量和消费量的增加,使得其在生产过程产生了大量的边角废料和次品等废物,同时在电网领域用于绝缘子的硅橡胶寿命终比而产生大量的废旧硅橡胶材料;这些废料堆放不仅占用大量的空间,污染环境,还造成资源的浪费。在有机硅实现其目的之后,一个主要选择是将它们分解,以产生例如二氧化硅。然而,有机硅的合成需要较高的能量输入并消耗自然资源,因此,低温解聚过程可以是良好的低能量替代方案。由于有机硅的固有性质,它们的解聚具有挑战性,迄今为止报道的大多是高温(gt; 200℃)或对环境不太友好的工艺。因此创造一种低温解聚工艺是一项具有挑战性的任务。

国内外对有机硅废物的降解研究不断发展。近年来,国外已经发表了在200℃以下的解聚方案。在2014年,angew. chem. int. ed.等人报道了一种以苯甲酰氟为解聚剂,锌催化聚硅氧烷解聚的方案。详细的说,si-o键可以通过合适的催化剂活化,因此将会发生与苯甲酰氟的反应以裂解si-o并产生si-f键。通过重复该过程,聚合物将稳定地转化为低分子量化合物,例如r2 sif2或fr2 siosir2 f。有趣的是,这些化合物可用于生产新的聚合物,例如,通过水解方法。作为副产物,形成含氟化合物,其可以潜在地用于解聚剂的再生。该解聚过程只需要在150℃左右。在2015年,peter do¨hlert等报道了在锌或铁盐的催化作用下,通过使用苯甲酰氟,苯甲酰氯/氟化钾或苯甲酸酐/氟化钾作为解聚剂,可以成功地进行聚(二甲基硅氧烷)的解聚,该方案仅需加热至100℃左右。 国内对有机硅的降解也有了很大的进展,探究了一些低温环保的工艺,2016年冯圣玉等发表了专利通过有机硅卤化剂与硅橡胶中聚硅氧烷主链之间的化学反应,将聚硅氧烷主链打断成带有硅氯键的聚硅氧烷,随后带有硅氯键的聚硅氧烷发生一系列的回咬反应,降解成有机硅小分子和环体混合物。 2018年,郭洺伽等研究考察了腐蚀性较小的对甲苯磺酸作酸性催化剂,甲醇为有机体系时废旧硅橡胶的降解行为。在甲醇有机体系中,对甲苯磺酸用量,硅橡胶用量=1:12. 5,反应温度70℃,回流时间3h,得到淡黄色油状产物,总回收率30. 16%。通过查阅文献,目前报道的工艺中虽然已有不少较低温度的解聚工艺,但回收率一般,在较高温度才有较好的降解效果,仍有很大发展空间,研究开发高效、低能耗的硅橡胶降解方法。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

(1)材料制备:

有机硅橡胶的制备:在室温下加入有机硅树脂和交联剂,放置24h,然后取出,放入烘箱中烘干,约2-3h,即得到有机硅橡胶。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-8周:按照设计方案,制备不同组成和配比的废旧硅橡胶降解化学药剂的配方6-12种。

第9-11周:采用红外光谱、nmr、xps、液相色谱等现代分析测试手段对硅橡胶降解产物的成分和结构进行分析,初步探索废旧硅橡胶的降解机理,确定最佳降解反应条件和降解化学药剂的配方。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] yuko ikeda, wei huang and akira oku. recycling of monomers and fillers from high-temperature-vulcanized silicone rubber using tetramethylammonium hydroxide[j].green chemistry, 2003, 5, 508-511.

[2] antonina kupareva, pa#776;ivi ma#776;ki-arvela, henrik gre#769;nman, kari era#776;nen, and dmitry yu. murzin. base-catalyzed transformations of tetramethyldisiloxane [j]. ind. eng. chem. res. 2013, 52, 10080#8722;10088.

[3]stephan enthaler. zinc-catalyzed depolymerization of end-of-life polysiloxanes [j]. angew. chem. int. ed. 2014, 53, 2716 –2721.

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