Page 88 - 涂料工业2024年第02期电子刊

韩俊杰等：纸盒式涂料废渣实验研究和热解处置

从表 2 可以看出，两种涂料废渣中的水分含量均 1. 4 热解产物元素分析
约为5%，说明纸盒式涂料废渣在热处理时，不会因为 对热解后的固体残留物进行元素分析，结果如
水分的气化潜热，而带走大量热量，因此，两种涂料 表4所示。
废渣干基和湿基热值差值较小，均具有良好的热能
表4 纸盒式涂料废渣热解残渣元素分析
回收价值。另外，溶剂型涂料废渣中灰分低于水性 Table 4 Elemental analysis of pyrolysis residue of
涂料废渣，而挥发分高于水性涂料废渣，说明溶剂型 carton filter paint waste residue
涂料废渣热处理后的质量损失率高于水性涂料废
项目 水性 溶剂型
渣，这与溶剂型涂料中含较多有机树脂，而水性涂料
C 8. 8 63. 5
中含较多无机颜料一致。
O 27. 7 19. 5
1. 3 热重分析 Ti 60. 2 1. 0

采用 TGA Q500 热重分析仪对水性涂料和溶剂 Al 1. 1 1. 6
型涂料废渣进行实验研究 ，升温速率设定为 质量分数/% Ca 0. 6 8. 4
30 ℃/min，温度范围为常温至 800 ℃，N 保护。两种 S 0. 4 0. 5
探 涂 涂料废渣的 TGA曲线如图2所示。 2 Si 0. 6 1. 5

装 Fe 0. 2 0. 8
索
P 0. 1 0. 8
开 技 由表 4 可知，水性涂料废渣热解后的固体残留物

质量保持率/% dt （%·℃ -1 ） 色漆中的白色涂料会添加较多钛白粉来提高遮盖
发 术 中主要含 Ti、O 和 C 元素，这是由于水性涂料，特别是

dw /

值。溶剂型涂料废渣热解后的固体残留物中主要含
率，此部分作为灰分难以热解，但具有良好的回收价

C和O元素，说明溶剂型涂料废渣已充分碳化。

t/℃ 1. 5 热解动力学分析

? ? 热解过程中的质量变化用转化率 α表示：
图2 涂料废渣的 TGA曲线 α=（m -m）/（m -m ） 式（1）
0 t 0 ∞
Fig. 2 TGA curve of paint waste residue
式中：m 为反应物初始质量；m 为反应物在 t 时
0 t
由图可知，两种类型涂料废渣的热解反应都存 刻的质量；m 为反应物在热解结束时的质量。
∞
n
在3个反应温度区间： 假设机理函数 f（α）=（1-α），n 为反应级数，结合
（1）室温~250 ℃，涂料废渣质量随着温度上升缓 Arrhenius方程，得到式（2）：
慢降低，主要对应于涂料废渣中水分、油分以及其他 dα/dT=（A/β）exp[-E/（RT）（1-α） n 式（2）
]
微量添加剂的损失。水性涂料废渣质量损失率约为 式中：α 为转化率；T 为热力学温度，K；A 为频率
6. 3%，溶剂型涂料废渣质量损失率约为 4. 7%； 因子，min ；β 为升温速率，K/min；E 为反应活化能，
-1
（2）250~600 ℃，涂料废渣快速损失质量，为热解 kJ/mol；R为气体常数，8. 314×10 kJ/（mol·K）。
-3
的主要阶段，主要对应于涂料废渣中主要成分树脂 由于在热重分析中，热解产物一旦产生就被载气
类物质的热解 。 水性涂料废渣质量损失率约为 带走，因此假设n=1的情况下得出的动力学参数能够较
48. 7%，溶剂型涂料废渣质量损失率约为 92. 5%； 好地反映其热解动力学过程。采用Coats-Redfern积分
（3）600~800 ℃，此阶段热解残留物发生缓慢分 法 ，分离变量积分，整理并取近似值，得到式（3）：
[3]
解，质量损失速率逐渐降低趋近于零，主要是涂料废 ln[-ln（1-α）T ]=（1-2RT/E）ln[AR/（βE）]-E/（RT）
2
/
渣中难挥发组分的热解。最终水性涂料废渣质量保 式（3）
持率为 50. 1%，溶剂型涂料废渣质量保持率为3. 8%。 对于主要热解阶段的温度区间和 E值，可以认为
这与工业分析中水性涂料废渣中灰分远高于溶剂型 RT/E远小于1，所以式（3）可化简为式（4）：
涂料废渣的结果一致。 ln[-ln（1-α）T ]=ln[AR/（βE）]-E/（RT） 式（4）
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