采用TG-DSC和TG-FTIR-GC/MS方法研究废弃聚酯玻璃纤维增强塑料的热氧化降解过程

《International Journal of Polymer Analysis and Characterization》：Thermal oxidative degradation of waste polyester glass fiber-reinforced plastic by TG-DSC and TG?FTIR?GC/MS

　　

邱婷婷 | 郭凡亮 | 曾祥路 | 李长春

福建理工大学生态环境与城市建设学院，福州，中国

摘要

玻璃纤维增强塑料（GFRP）的应用显著增加，人们对废弃GFRP的回收也越来越关注。为了为废弃GFRP的回收反应器设计和优化提供指导，本研究采用TG-DSC和TG-FTIR-GC/MS技术研究了最常用的聚酯基GFRP废料的热氧化降解动力学及其挥发性产物。实验结果表明，聚酯基GFRP在空气中的降解过程可分为三个阶段，相应的临界转化速率分别为0.33和0.85。研究者采用了四种常用的无模型方法来计算降解动力学参数，随后通过模型拟合方法确定了合适的动力学模型。第一阶段、第二阶段和第三阶段的平均活化能分别为109.87 kJ/mol、125.70 kJ/mol和146.34 kJ/mol。通过修正函数进一步重构了动力学模型，得到的修正反应模型为：$f\left(\alpha \right)=967.3968{\alpha }^{1.1977}{(}^{1}10.9725$该模型很好地拟合了实验数据。通过FTIR光谱和GC/MS分析得出了挥发性产物的组成，包括H₂O、邻苯二甲酸二甲酯、1,3-环戊二烯、苯甲醛和二环戊二烯等。这些产物在第一阶段产生，主要是由于铝三元水合物的脱水以及聚酯树脂中弱酯键和侧链的断裂。第二阶段的主要产物为CO₂、H₂O、苯乙烯和α-甲基苯乙烯，文中还对可能的反应机理进行了讨论。第三阶段产生的主要产物为CO₂和CO，这是由于炭化的结果。