CN110862535B - 一种解聚含锦纶废聚酯制备共聚酯酰胺的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及废聚酯、锦纶回收利用领域，尤其涉及一种解聚含锦纶废聚酯制备共聚酯酰胺的方法。该方法包括以下的步骤：1）将含锦纶废聚酯材料经预处理后，由热摩擦成型工艺制成泡料；2）泡料在螺杆挤出机中进行熔融再造粒，在螺杆挤出过程中同时加入物理或者化学发泡剂，制备成泡孔尺寸可控的含微孔粒料；3）先按比例将废聚酯与乙二醇一同加入到反应釜中在催化剂作用下进行聚酯解聚1‑3小时，解聚完成后对解聚液进行过滤，滤液为含BHET和齐聚物；4）再将过滤出的锦纶投入至解聚釜中，补加乙二醇对滤锦纶继续解聚，从而得到含低分子量聚酰胺的解聚产物；5）步骤3）获得的滤液和步骤4）获得解聚产物送至缩聚釜中在缩聚催化剂和稳定剂作用下经预缩聚和终缩聚，最后制备出再生共聚酯酰胺。
Description
技术领域
本申请涉及废聚酯、锦纶回收利用领域，尤其涉及一种解聚含锦纶废聚酯制备共聚酯酰胺的方法。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是由对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯与乙二醇聚合而成。由于具有良好的物理化学稳定性、可加工性等，广泛应用于纺织服装、装饰、食品包装等领域。但是由于PET在自然条件下具有极强的化学惰性，难以被生物降解，大量的废弃聚酯给环境造成巨大的压力，因此，对废旧聚酯制品进行回收，实现资源的有效循环利用，减少环境污染，成为聚酯工业的重要课题。锦纶又称尼龙(Nylon)纤维，学名为聚酰胺(polyamide)纤维﹐聚酰胺纤维最突出的优点为耐磨性较其它纤维优越﹐其次为它的弹性佳﹐其弹性回复率可媲美羊毛﹐还有其质轻﹐比重为1.14﹐在已商业化之合成纤维中﹐其仅次于聚丙烯(丙纶﹐比重小于1)，而较聚酯纤维(比重1.38)轻﹐因此聚酰胺纤维可加工成细匀柔软且平滑之丝﹐供织造成美观耐用之织物﹐另其同聚酯纤维一样具耐腐性﹐不怕虫蛀﹐不怕发霉之优点。
目前对聚酯废料回收利用主要有物理法和化学法。物理法主要是将废聚酯及其制品经过切断、粉碎、混合、造粒等过程制成再生切片后重新加以利用，但因再生切片的质量波动较大，对纤维的制备和品质会带来较大的影响。化学法主要是通过化学处理的方法，如水解法、甲醇醇解法、乙二醇醇解法等，将废聚酯解聚成生产聚酯的原料或中间体，并通过提纯、除杂等工序得到高品质的原料单体。目前解聚前的物料预处理主要有：将废丝、废旧纺织扯断或剪碎投入解聚釜，如公开号CN105690600A公开的“废旧纤维及制品的预处理系统”所述方法。但因废料的堆积密度小，不容易被溶剂浸润，造成液固比增大，造成能耗和物料消耗的增加。另外是将废丝、废旧纺织通过摩擦造粒方法制成泡料，再投入解聚釜解聚，如公开号CN105803585A公开的“含涤废旧纺织品回收利用工艺”所述方法。
公开号CN108641120A公开了“一种废旧聚酯纺织品回收再利用的方法及其回收系统”，将废旧聚酯用乙二醇进行醇解、过滤、精制、缩聚后，得到再生聚酯。由于废聚酯中常含有一部分锦纶，特别是回收的涤锦面料、涤锦复合丝中含有大量的锦纶，而且因废锦纶也能在乙二醇中部分醇解，使其无法通过过滤的方法去除，影响再聚合过程及再生产品的质量。
锦纶是目前第二大合成纤维，与涤纶一起被广泛应用于纺织服装、包装，汽车内饰等方面，和涤纶同样面临难以自然分解的困境，在废聚酯回收过程中经常夹杂着部分的锦纶，将其区分出来需耗费大量的人力、物力。在废聚酯解聚条件中下锦纶也有解聚效果，但由于废聚酯中锦纶含量不固定，无法对其有效利用，往往视作杂质过滤掉。
公开号CN101906211B公开了“一种聚酯-聚酰胺共聚物及其合成制备方法”，是通过在聚酯聚合过程中添加相对粘度较低的尼龙，使聚酯预聚物与尼龙6发生共聚反应，制备出具有酰胺集团的聚酯共聚物。但目前对共聚酯酰胺的制备多是采用纯PET原料对苯二甲酸乙二醇酯和尼龙反应，而本发明创造性的用废聚酯先解聚成对苯二甲酸乙二醇酯，再与尼龙共聚反应，制备共聚酯酰胺，是对废聚酯进行功能化利用。
发明内容
为了解决上述废聚酯中锦纶无法得到有效的利用的问题，本申请的目的是提供一种解聚含锦纶废聚酯制备共聚酯酰胺的方法，该方法采用废聚酯先解聚成对苯二甲酸乙二醇酯，再与尼龙共聚反应，制备共聚酯酰胺，是对废聚酯进行功能化利用。
为了实现上述的目的，本申请采用了以下的技术方案：
一种解聚含锦纶废聚酯制备共聚酯酰胺的方法，该方法包括以下的步骤：
1）将含锦纶废聚酯材料经预处理后，由热摩擦成型工艺制成泡料；
2）泡料在螺杆挤出机中进行熔融再造粒，在双螺杆挤出过程中同时加入物理或者化学发泡剂，制备成泡孔尺寸可控的含微孔粒料；
3）先按比例将废聚酯与乙二醇一同加入到反应釜中在催化剂作用下进行聚酯解聚1-3小时，解聚完成后对解聚液进行过滤，滤液为含BHET和齐聚物；
4）再将过滤出的锦纶投入至解聚釜中，补加乙二醇对滤锦纶继续解聚，从而得到含低分子量聚酰胺的解聚产物；
5）步骤3）获得的滤液和步骤4）获得解聚产物送至缩聚釜中在缩聚催化剂和稳定剂作用下经预缩聚和终缩聚，最后制备出再生共聚酯酰胺。
作为优选，步骤1）含锦纶废聚酯包括涤锦面料、涤锦复合丝、涤锦浆块、废涤纶纺织品、废锦纶纺织品、涤纶废丝和锦纶废丝中的一种或多种混合；优选，含锦纶废聚酯材料中锦纶的含量为15%-30%；优选，热摩擦成型工艺温度150～260℃，压力0.1～10MPa，时间5～15min。
作为优选，所述的预处理包括对涤锦面料（地毯、窗帘）、涤锦复合丝、废涤纶（PET）纺织品（窗帘、服装等）、锦纶纺织品（服装、毛巾等）、涤纶废丝、锦纶废丝清洁、分拣、切断；对废涤纶（PET）纺织品（窗帘、服装等）、锦纶纺织品（服装、毛巾等）、涤纶废丝、锦纶废丝进行混合配料；对涤锦浆块进行打碎处理等。
作为优选，步骤2）含微孔粒料的平均泡孔直径为30-200μm，相对密度0.3-0.7。
作为优选，步骤2）物理发泡剂为氮气、二氧化碳及惰性气体等一种或多种组合，通入位置为螺杆第四加热区，造粒结束通过冷却水槽后微孔成型稳定；；化学发泡剂包括发泡剂AC（偶氮二甲酰胺）、发泡剂DPT（N，N-二亚硝基五次甲基四胺）、发泡剂ABIN、发泡剂OBSH(4，4-二磺酰肼二苯醚)、发泡剂NTA（N，N-二甲基-N，N-二亚对苯二甲酰胺）等中的一种或多种组合，使用化学发泡剂可在喂料口一同喂入，也可在螺杆第四加热区混入；优选，螺杆挤出机温度220-320℃，喂料百分比为5%-15%，螺杆转速40-80rpm，压力70-100Mpa；优选，气体通入量为0.05-0.3L/min，发泡剂与废聚酯料比例为1:100-500。
作为优选，所述的步骤2）螺杆造粒机在模头前添加一个过滤装置，过滤装置规则在100-200目；步骤4）所述的解聚完成后解聚液过滤精度为150目-300目。
作为优选，步骤3）所述的解聚反应，所述的聚酯解聚反应按废聚酯（指重复单元，下同）：乙二醇的摩尔百分比1:1～9（质量比1:0.33～3）的比例投入解聚釜，其中解聚釜中含有占投入废聚酯总量10～30%质量百分比的对苯二甲酸乙二醇酯及齐聚物，并添加解聚催化剂，所述的解聚催化剂为醋酸盐类中的一种或者几种，优选为醋酸锌；控制解聚反应温度190～210℃、反应时间30分钟～5小时，压力0.1-0.3Mpa；控制解聚反应温度190～210℃、压力0.05-0.5Mpa，反应时间30分钟～5小时，得到含对苯二甲酸乙二醇酯及齐聚物的解聚物，然后用精度为150-300目的过滤器过滤。
作为优选，步骤4）所述的锦纶解聚反应补加乙二醇量根据锦纶：乙二醇质量比为1:3，控制温度升至230-270℃，压力0.05-0.5Mpa，继续反应30min-4小时，使锦纶部分解聚至相对粘度1.00-1.30，视为反应完成。
作为优选，步骤5）所述的缩聚反应温度为220-250℃，真空度为200-400Kpa，保持1-4小时，使其部分共聚，然后继续升温至255-270℃，真空度30-100Kpa，反应时间3-8小时；缩聚催化剂为钛化合物，优选为钛酸四丁酯；稳定剂为磷酸三苯酯、亚磷酸三苯酯、磷酸三甲酯等，优选磷酸三苯酯。
作为优选，该方法步骤2和步骤3）之间还包括将此含微孔的废聚酯粒料先利用溶解剂分离出其中的易溶杂质；以温度20-180℃的上述溶解剂将含微孔的废聚酯粒充分接触浸渍10-40min，溶解其中的氨纶和可能存在的除聚酯之外的易溶纤维，然后固液分离后对废聚酯粒进行纯净水清洗；优选，所述的溶解剂为二甲基乙酰胺、N-N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙醚、二甲苯、正丁醇、甲酸、间甲酚、三甘醇、四氢呋喃、1-乙基-3-甲基咪唑溴盐、三氟乙醇、苯二酚、邻二氯苯、环己酮、环戊酮、丙酮、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种组份的组合；再优选为N-N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲酸中的一种或几种组份的组合。
本申请还公开了所述的方法制备的共聚酯酰胺，所述的共聚酯酰胺成品特性黏度为0.7-0.9dL/g，端羧基含量小于18mol/t，熔点180～230℃，凝集粒子≤1个/mg。
进一步，本申请还公开了对步骤4）废聚酯解聚液进行沉淀吸附处理和磁流体沉降处理获得高纯度的废聚酯解聚液，本申请引入中国专利申请号为2019110064695、2019110065132、2019110065113的全部内容。
作为优选，所述的沉淀除杂用的沉淀剂包括以下的组分：
纳米氧化钙 4-12份
硅藻土 2-10份
纳米氧化铝 5-15份
氢氧化钾 1-6份
碳酸钙 2-10份
羟乙基纤维素钠1-5份
聚丙烯酰胺 2-10份。
作为再优选，该沉淀剂由以下的组分构成：
纳米氧化钙 6-8份
硅藻土 3-5份
纳米氧化铝 8-10份
氢氧化钾 2-4份
碳酸钙 4-6份
羟乙基纤维素钠2-3份
聚丙烯酰胺 3-4份。
本申请还公开了上述的沉淀剂的制备方法，将纳米氧化钙、硅藻土、纳米氧化铝、碳酸钙、羟乙基纤维素钠、聚丙烯酰胺加入研磨机研磨，过100筛后加入氢氧化钾，混合后加入搅拌釜中进行充分搅拌，搅拌速率600转/分钟，时间50分钟，得到其沉淀剂。
作为进一步改进，除杂方法还包括磁流体吸附除杂，沉淀除杂后继续将滤液投入至磁流体除杂器中，使FeO磁流体与滤液在除杂器中旋转混合，然后断开除杂器的磁座使之变成永恒磁场，10-20分钟后，磁性颗粒向下沉淀分层，将其过滤除去尼龙、氨纶、消光剂、二氧化钛等；优选，采用醇水共热法制备FeO磁流体，按Fe3+和Fe2+摩尔比1-3:1比例的Fe2(SO4)3溶液和FeSO4溶液混匀，加热至60-70℃保持恒温，滴加NaOH溶液充分搅拌使混合均匀，调节PH值为10-12，继续搅拌并加入无水乙醇，静止20-30分钟，调节PH值，继续升高温度，迅速搅拌并加入0.4-0.8倍Fe2+用量的表面活性剂油酸钠进行包裹，随后即可看到黑色的磁性颗粒生成。
本发明的有益效果为： 1）采用废聚酯料解聚再生与锦纶制备共聚酯酰胺，实现聚酯废料和锦纶废料的合理利用；2）废聚酯与锦纶制备的共聚酯酰胺拉伸强度大，断裂伸长率高，染色均匀等优点；3）对废聚酯料进行发泡处理能有效加快解聚反应，减少成本；4）在原有的聚酯解聚再生工艺进行简单调控即可实现共聚酯酰胺的制备，容易进行工业化生产；5）在醇解釜中保留一定量的母液，可提高解聚效率、稳定解聚产物质量。
具体实施方法
下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将回收的复合比为15%的涤锦面料（地毯、窗帘），涤锦复合丝等分选、切断，在温度150～260℃，压力0.1～10MPa，条件下进行致密化处理15min，通过此热摩擦成型工艺制备锦纶废聚酯泡料。然后加入至螺杆造粒机中，通入气体或者发泡剂一同进行发泡造粒。螺杆造粒机各区加热温度分别为250℃、260℃、270℃、280℃、275℃、275℃、270℃，螺杆喂料百分比为25%，转速为45rpm，压力为7.5Mpa，气体通入量为0.1 L/min，过滤规格为100目，制备出相对密度为0.7，平均泡孔直径为100μm的含微孔锦纶废聚酯料。
聚酯（PET）解聚反应：将制备好的锦纶废聚酯料以PET（重复单元）与乙二醇按摩尔百分比1:3的比例投入至解聚反应釜，其中醇解釜中含有占投入废聚酯总量25%质量百分比的对苯二甲酸乙二醇酯（BHET）及齐聚物（以下称母液），并添加占总质量分数0.2%的解聚催化剂醋酸锌；控制解聚反应温度196℃、反应时间2小时，压力0.2MPa，过滤得到含对苯二甲酸乙二醇酯及齐聚物的解聚物，
锦纶解聚反应：将过滤出的锦纶投入至解聚釜中，补加乙二醇量根据锦纶：乙二醇质量比为1:3，控制温度升至230℃，压力0.1Mpa，继续反应2小时，使锦纶解聚至相对粘度1.31，得到低分子量的聚酰胺。
将上述解聚液与催化剂钛酸四丁酯、稳定剂磷酸三苯酯一同投入至预缩聚釜中，混合均匀后加热至230℃，抽真空至300Kpa，使其共聚反应1.5小时。共聚反应完成后，升高温度为270℃，真空度为50 Kpa，再反应3小时，特性黏度达到0.81 dL/g，出料，制备出熔点为225℃的共聚酯酰胺。
实施例2
如实施例1所述，所不同的是：原料选用废锦纶与废涤纶比例为1:4制成的泡料再进行双螺杆发泡处理，制备的含微孔锦纶废聚酯相对密度为0.68，平均泡孔直径为110μm，废聚酯与乙二醇的摩尔百分比1:5，醇解釜中含有占投入废聚酯总量20%质量百分比的母液，解聚温度为200℃、压力0.2MPa下反应时间2小时，然后继续升温至265℃，0.2MPa下反应2小时，共聚反应温度为225℃、真空度300Kpa、反应时间2小时，缩聚反应温度265℃，真空度30Kpa、时间3.5小时。最终得到的再生共聚酯酰胺的特性黏度为0.77dl/g，熔点228℃（结果见表1）
实施例3
如实施例1所述，所不同的是：原料百分含量为20%的涤锦复合丝，制备的含微孔锦纶废聚酯相对密度为0.69，平均泡孔直径为105μm，废聚酯与乙二醇的摩尔百分比1:6，醇解釜中含有占投入废聚酯总量15%质量百分比的母液，解聚温度为205℃、压力0.2MPa下反应时间2小时，然后继续升温至260℃，0.2MPa下反应2小时，共聚反应温度为235℃、真空度300Kpa、反应时间2小时，缩聚反应温度275℃，真空度30Kpa、时间3.5小时。最终得到的再生共聚酯酰胺的特性黏度为0.73dl/g，熔点221℃（结果见表1）
实施例4
如实施例1所述，所不同的是：原料百分含量为30%的涤锦复合丝，制备的含微孔锦纶废聚酯相对密度为0.68，平均泡孔直径为110μm，废聚酯与乙二醇的摩尔百分比1:4，醇解釜中含有占投入废聚酯总量30%质量百分比的母液，解聚温度为190℃、压力0.2MPa下反应时间2小时，然后继续升温至260℃，0.2MPa下反应2小时，共聚反应温度为230℃、真空度300Kpa、反应时间2小时，缩聚反应温度270℃，真空度30Kpa、时间3.5小时。最终得到的再生共聚酯酰胺的特性黏度为0.85dl/g，熔点230℃（结果见表1）
表1：再生共聚酯酰胺合成条件与性能指标
以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。
Claims (14)
1.一种解聚含锦纶废聚酯制备共聚酯酰胺的方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：
1）将含锦纶废聚酯材料经预处理后，由热摩擦成型工艺制成泡料，所述含锦纶废聚酯材料中锦纶的含量为15%-30%；
2）泡料在螺杆挤出机中进行熔融再造粒，在双螺杆挤出过程中同时加入物理或者化学发泡剂，制备成泡孔尺寸可控的含微孔粒料；含微孔粒料的平均泡孔直径为30-200μm，相对密度0.3-0.7；
3）先按比例将废聚酯与乙二醇一同加入到反应釜中在催化剂作用下进行聚酯解聚1-3小时，解聚完成后对解聚液进行过滤，滤液为含BHET和齐聚物；
所述的解聚反应，按废聚酯重复单元：乙二醇的摩尔百分比1:1～6的比例投入解聚釜，其中解聚釜中含有占投入废聚酯总量10～30%质量百分比的对苯二甲酸乙二醇酯及齐聚物，并添加解聚催化剂，所述的解聚催化剂为醋酸盐类中的一种或者几种；控制解聚反应温度190～210℃、反应时间30分钟～5小时，压力0.1-0.3Mpa；控制解聚反应温度190～210℃、压力0.05-0.5MPa，反应时间30分钟～5小时，得到含对苯二甲酸乙二醇酯及齐聚物的解聚物，然后用精度为150-300目的过滤器过滤；
4）再将过滤出的锦纶投入至解聚釜中，补加乙二醇对滤锦纶继续解聚，从而得到含低分子量聚酰胺的解聚产物；
5）步骤3）获得的滤液和步骤4）获得解聚产物送至缩聚釜中在缩聚催化剂和稳定剂作用下经预缩聚和终缩聚，最后制备出再生共聚酯酰胺；共聚酯酰胺成品特性黏度为0.7-0.9dL/g，端羧基含量小于18mol/t，熔点180～230℃，凝集粒子≤1个/mg；
步骤2和步骤3）之间还包括将此含微孔的废聚酯粒料先利用溶解剂分离出其中的易溶杂质；以温度20-180℃的上述溶解剂将含微孔的废聚酯粒充分接触浸渍10-40min，溶解其中的氨纶和可能存在的除聚酯之外的易溶纤维，然后固液分离后对废聚酯粒进行纯净水清洗。
2.根据权利要求1所述的一种解聚含锦纶废聚酯制备共聚酯酰胺的方法，其特征在于，步骤1）含锦纶废聚酯包括涤锦面料、涤锦复合丝、涤锦浆块、废涤纶纺织品、锦纶纺织品、涤纶废丝和锦纶废丝中的一种或多种混合。
3.根据权利要求1所述的一种解聚含锦纶废聚酯制备共聚酯酰胺的方法，其特征在于，热摩擦成型工艺温度150～260℃，压力0.1～10MPa，时间5～15min。
4.根据权利要求1所述的一种解聚含锦纶废聚酯制备共聚酯酰胺的方法，其特征在于，步骤2）物理发泡剂为氮气、二氧化碳及惰性气体一种或多种组合，通入位置为螺杆第四加热区，造粒结束通过冷却水槽后微孔成型稳定；化学发泡剂为发泡剂AC、发泡剂DPT、发泡剂ABIN、发泡剂OBSH、发泡剂NTA中的一种或多种组合，使用化学发泡剂可在喂料口一同喂入，也可在螺杆第四加热区混入。
5.根据权利要求4所述的一种解聚含锦纶废聚酯制备共聚酯酰胺的方法，其特征在于，螺杆挤出机温度220-320℃，喂料百分比为5%-15%，螺杆转速40-80rpm，压力70-100Mpa。
6.根据权利要求4所述的一种解聚含锦纶废聚酯制备共聚酯酰胺的方法，其特征在于，通入物理发泡剂时，气体通入量为0.05-0.3L/min；采用化学发泡剂时，化学发泡剂与废聚酯料比例为1:100-500。
7.根据权利要求1所述的一种解聚含锦纶废聚酯制备共聚酯酰胺的方法，其特征在于，所述的步骤2）螺杆挤出机在模头前添加一个过滤装置，过滤装置规格在100-200目；步骤4）所述的解聚完成后解聚液过滤精度为150目-300目。
8.根据权利要求1所述的一种解聚含锦纶废聚酯制备共聚酯酰胺的方法，其特征在于，步骤3）解聚催化剂为醋酸锌。
9.根据权利要求1所述的一种解聚含锦纶废聚酯制备共聚酯酰胺的方法，其特征在于，步骤4）所述的锦纶解聚反应补加乙二醇量根据锦纶：乙二醇质量比为1:3，控制温度升至230-270℃，压力0.05-0.5Mpa，继续反应30min-4小时，使锦纶部分解聚至相对粘度1.00-1.30，视为反应完成。
10.根据权利要求1所述的一种解聚含锦纶废聚酯制备共聚酯酰胺的方法，其特征在于，步骤5）所述的缩聚反应温度为220-250℃，真空度为200-400kPa，保持1-4小时，使其部分共聚，然后继续升温至255-270℃，真空度30-100 kPa，反应时间3-8小时；缩聚催化剂为钛化合物。
11.根据权利要求10所述的一种解聚含锦纶废聚酯制备共聚酯酰胺的方法，其特征在于，步骤5）缩聚催化剂为钛酸四丁酯；稳定剂为磷酸三苯酯、亚磷酸三苯酯或磷酸三甲酯。
12.根据权利要求11所述的一种解聚含锦纶废聚酯制备共聚酯酰胺的方法，其特征在于，步骤5）稳定剂为磷酸三苯酯。
13.根据权利要求1所述的一种解聚含锦纶废聚酯制备共聚酯酰胺的方法，其特征在于，所述的溶解剂为二甲基乙酰胺、N-N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙醚、二甲苯、正丁醇、甲酸、间甲酚、三甘醇、四氢呋喃、1-乙基-3-甲基咪唑溴盐、三氟乙醇、苯二酚、邻二氯苯、环己酮、环戊酮、丙酮、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种组份的组合。
14.根据权利要求13所述的一种解聚含锦纶废聚酯制备共聚酯酰胺的方法，其特征在于，所述的溶解剂为N-N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲酸中的一种或几种组份的组合。
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