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塑料和煤在低温情况下的热重分析

2013-03-23   浏览次数:1052
    

  环球塑化网讯

  八一焦煤大致经历3个失重阶段,第1阶段为煤的预热干燥阶段(70~130℃),主要是脱去煤中所含的水分以及煤的孔结构中所吸附的气体;第2阶段为煤的热解阶段(300~550℃),在300℃时煤开始失重,主要发生的是煤中少量弱键的断裂,如羧基的脱羧生成CO2。八一焦煤为中等变质程度的煤,其中硫、氧、氮等杂原子的含量不高,所以在起始阶段其失重速率较慢。在350~550℃的范围内,焦煤的解聚和分解反应最为剧烈,是焦油、热解水及气态烃生成的主要阶段,同时生成固体产物半焦,表现为失重速率最大,最大失重峰温为420℃,该阶段的失重占总失重的90%,也是决定半焦结构性质的关键阶段;第3阶段由550℃开始,主要发生半焦的缩聚反应,生成的挥发物中焦油量极少,主要是氢气及甲烷,其失重速度也随之减缓。

  第1阶段,反应由220℃开始至350℃终止,主要以HCl的形式脱氯(而不发生解聚反应)生成高共轭的C=C残余聚合物。第2阶段是残余的共轭高聚物发生链的断裂及交联,生成烃类挥发物及残碳。由实验结果可以看出,第1阶段脱氯的失重速率远大于第2阶段的失重速率,其失重峰温分别为298℃,460℃。钢铁中氯的存在容易造成钢的脆性,同时炼焦时大量的氯高温时生成的HCl严重腐蚀炼焦炉,为实现废塑料与煤的共焦化工艺,需要对PVC进行脱氯处理。本研究中对pvc在300℃下恒温10h处理脱氯,脱除率达98%,得到脱氯聚氯乙烯(PPVC)用于以后的实验。

  聚烯烃(HDPE,PP,PS)的热重分析TG曲线和DTG曲线。由TG曲线可以看出,HDPE的起始失重温度为380℃,该失重是由HDPE中少量支化结构以及端基断裂生成的挥发物引起的,在400℃以后,发生HDPE高分子结构的无规链断裂,以自由基反应进行,生成氢气、烷烃及烯烃类挥发物逸出,导致90%的失重;考察PS和PP的失重曲线,首先发现二者的失重特征温度比HDPE的低得多,其原因为二者的高分子结构中分别带有苯基和甲基侧链,起到支化作用,有利于自由基的形成和稳定存在,另外发现PS和PP的失重曲线十分相似,这是二者高分子结构近似的缘故,PS比PP失重速率快的原因可能与二者链结中分别含有苯基和甲基有关。

  八一焦煤属于中等变质程度的烟煤,其热解温区在300~550℃之间,热解失重程度不及年轻的褐煤,表现为最大失重速率较低;对于各种塑料而言(PPVC除外),其热解温区较窄,但其热解失重百分比达90%,表现为最大失重速率很高。由于煤与塑料的热解反应过程均以自由基为反应中间体进行,并且二者的热解温区部分重叠,预示着二者共热解时存在协同作用的可能性。

  煤与各种塑料的共热解热重分析PPVC,PS的TG和DTG曲线,HDPE和PP的热失重行为与PS的相类似。从中看出,添加的各种塑料其质量分数分别为2%,5%,10%时,热失重有明显的差别,一方面是由于塑料的热失重行为同八一焦煤的热失重行为的不同引起的;另一方面二者之间可能存在一定的相互作用,导致共热解时的失重变化。为了考察是否存在相互作用,取600℃这一温度,进行共热解的实际失重百分率(R失重,实验)与理论计算值(R失重,理论)的比较,理论计算值假设二者只是按一定比例混合,其热解规律遵循单独热解规律,二者之间不存在任何作用。

  

 

 

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