对聚氯乙烯树脂热分解中强化炭形成的理解:分子间氯损失的作用( Understanding Enhanced Char Formation in the Thermal Decomposition of PVC Resin: Role of Intermolecular Chlorine Loss )

L Ye T Li L Hong

鉴于控制塑料热解分解产物的重要性，本研究采用动力学方法定量研究了PVC热分解过程中焦的形成机理。用热重-差示扫描量热分析仪研究了纯PVC、PE、PP以及PVC+NiO和PVC+TiO2混合粉体在室温至1073K的氩气气氛下的热分解行为。用X射线衍射、扫描电镜-能谱和拉曼光谱对固体残渣进行了形态和结构分析。氯气从PVC中去除到673K,活化能为104.7kJ/mol,得到了38%的固体残渣多烯。当温度进一步升高时，多烯的分解几乎发生在PE和PP分解的相同温度范围内，导致在1073K时PVC、PE和PP的最终固体残留物分别为11%、nil和1%。本研究的核心是比较了PVC热解过程中氯损失的两种相互竞争的途径（分别涉及分子内和分子间中间体），以及它们对炭形成的贡献。将聚氯乙烯的热解行为与聚乙烯和聚丙烯的热解行为并列，得出氯通过分子间中间体的损失对炭前驱体的形成有压倒性的贡献。理论计算表明，约35%的PVC在热解过程中通过分子间中间体发生氯损失。理论推导的配比与实验结果吻合较好，表明PVC热分解的焦产率为28.6%。反应性NiO和非活性TiO2两种过渡金属氧化物共热解PVC的结果进一步证实了这种成炭机理，表明NiO存在时，由于NiCl2的生成，分子间氯损失增加，而TiO2存在时，由于没有发现TiO2的氯化作用，成炭率没有明显变化。实验和理论的结合一致证实了PVC热解过程中氯损失的分子间机制对形成网状结构产生炭起主导作用。这些发现暗示了操纵分解产物的可能性，如通过废塑料热解合成网状结构碳基材料。

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