本發(fā)明涉及特種合成纖維制造技術(shù)領(lǐng)域,具體為一種環(huán)保生產(chǎn)間位芳綸沉析纖維的方法。
背景技術(shù):
間位芳綸1313的沉析纖維是一種綜合性能優(yōu)良的耐高溫特種纖維,具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、阻燃性、電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐輻射性等性能,在制造電絕緣紙、高溫過(guò)濾材料、蜂窩結(jié)構(gòu)材料等方面有著廣泛用途。
比較芳綸紡絲纖維生產(chǎn)過(guò)程,沉析纖維是將聚合樹脂溶液稀釋后與沉析溶劑(凝固液)配比送入沉析設(shè)備,受剪切作用同時(shí)凝固形成超短纖維,再通過(guò)溶劑分離、纖維洗滌后得到產(chǎn)品,改變了傳統(tǒng)先樹脂紡絲再切成超短纖維的制造方法,顯著優(yōu)勢(shì)是:可共用樹脂聚合設(shè)備、共用溶劑回收裝置,生產(chǎn)體系統(tǒng)一,新增設(shè)備投入收益高,有利于芳綸產(chǎn)品系列化、產(chǎn)業(yè)鏈完整。
間位芳綸沉析纖維現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)(如專利號(hào)ZL20210170766.5)在樹脂制備環(huán)節(jié)一般采用一次縮聚完成,使用價(jià)格低廉的氫氧化鈣作為樹脂溶液中HCl的中和劑,使用熟石灰有利于降低成本但也存在操作界面不環(huán)保問(wèn)題;
在樹脂沉析成型纖維環(huán)節(jié),隨著沉析纖維產(chǎn)品作為加工原料及下游產(chǎn)品的應(yīng)用范圍拓展,對(duì)沉析纖維產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)(包括:尺寸分布、比表面積、打漿度、形態(tài)、分子量分布和結(jié)晶度等)提出了更高品質(zhì)要求或指標(biāo)定制生產(chǎn)要求,現(xiàn)有工藝技術(shù)指標(biāo)和沉析設(shè)備性能已難以滿足市場(chǎng)需求;
在溶劑回收環(huán)節(jié),聚合環(huán)節(jié)采用的氫氧化鈣作為縮聚反應(yīng)的中和劑生成氯化鈣,以及沉析環(huán)節(jié)配置凝固液的氯化鹽,在溶劑回收環(huán)節(jié)將溶劑與氯化鹽分離。執(zhí)行新環(huán)保法后,工業(yè)廢水的排放對(duì)氯離子提出了指標(biāo)要求,因此分離的氯化鈣溶液不再允許排放,只能環(huán)保處置或回收為氯化鈣結(jié)晶產(chǎn)品,而氯化鈣產(chǎn)品存在經(jīng)濟(jì)價(jià)值低,市場(chǎng)消化能力差,往往形成固體廢物堆放的問(wèn)題,氫氧化鈣作為中和劑的廉價(jià)優(yōu)勢(shì)已不足以彌補(bǔ)回收處置成本;氫氧化鋰比較氫氧化鈣價(jià)格昂貴,作為中和劑操作界面友好,無(wú)環(huán)保問(wèn)題,回收的氯化鋰產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價(jià)值高并且市場(chǎng)消化能力強(qiáng),通過(guò)回收價(jià)值可部分彌補(bǔ)成本,由此可實(shí)現(xiàn)環(huán)保生產(chǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明正是針對(duì)以上技術(shù)問(wèn)題、環(huán)保為題,提供一種環(huán)保生產(chǎn)間位芳綸沉析纖維的方法。該方法生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保、工藝體系完善、產(chǎn)品質(zhì)量可控可調(diào)、可大幅節(jié)省投資費(fèi)用
本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種生產(chǎn)間位芳綸沉析纖維的方法,該方法包括以下步驟:
(1)間位芳綸樹脂溶液的制取:在溶劑預(yù)備釜中加入溶劑DMAC(化學(xué)名稱:N,N-二甲基乙酰胺)進(jìn)行攪拌降溫,然后向樹脂聚合釜中轉(zhuǎn)入降溫的DMAC攪拌均勻,依次投入間苯二胺和間苯二甲酰氯,低溫縮聚合成芳綸樹脂溶液;以摩爾比計(jì),所述的投料配比DMAC∶間苯二胺∶間苯二甲酰氯=10~60∶1∶1;預(yù)備釜溶劑溫度≤-5℃;縮聚反應(yīng)初始溫度≤-5℃;聚合樹脂溶液特性粘度:1.6~2.2dL/g。
(2)間位芳綸樹脂的中和:向樹脂溶液投入粉態(tài)氫氧化鋰,持續(xù)攪拌均勻,中和生成氯化鋰和水,中和產(chǎn)物留存在樹脂溶液中;以摩爾比計(jì),氫氧化鋰的投量:氫氧化鋰/間苯二胺=1.95~2.0摩爾。
(3)間位芳綸樹脂的纖維沉析:
樹脂溶液稀釋:向中和后的樹脂溶液配入DMAC,稀釋樹脂溶液。樹脂質(zhì)量百分比濃度控制:4.3%~15%;稀釋樹脂溶液溫度控制:≤50℃;
凝固液配制:利用回收洗滌水、沉析纖維分離的凝固液、回收的氯化鋰和純凈水配置凝固液;質(zhì)量百分比濃度控制:DMAC 45%~55%、水44%~54%、氯化鋰≤1%;凝固液溫度控制:≤50℃;
纖維成型:凝固液與稀釋樹脂溶液經(jīng)流量調(diào)節(jié)先后分別送入沉析機(jī)進(jìn)料口,在沉析機(jī)內(nèi)交匯擴(kuò)散并經(jīng)齒輪盤剪切后形成沉析纖維懸浮液,溢流入固化桶;稀釋溶液與凝固液流量配比1∶5~20,沉析機(jī)齒輪盤多級(jí)組合1~5級(jí),沉析機(jī)轉(zhuǎn)速1000~9000轉(zhuǎn)/分鐘;纖維尺寸:0.2~5mm;
纖維結(jié)晶固化:懸浮液停止進(jìn)入固化桶后靜置30~60分鐘,促進(jìn)纖維結(jié)晶成長(zhǎng)均勻,膜狀及片狀形態(tài)穩(wěn)定;纖維比表面積:10~30m2/g。
(4)沉析纖維產(chǎn)品的分離與洗滌:固化的沉析纖維懸浮液輸送至真空抽濾連續(xù)逆流洗滌床,過(guò)濾分離的凝固液部分用于凝固液配制,其余部分送DMAC回收裝置;過(guò)濾分離的沉析纖維多次洗滌脫水,得到產(chǎn)品;收集的洗滌水,部分用于凝固液配置,其余部分送溶劑回收裝置;產(chǎn)成品Cl-≤400ppm、絕干率≤15%。
(5)溶劑DMAC與氯化鋰回收:收集的凝固液、洗滌水等通過(guò)溶液濃縮裝置,實(shí)現(xiàn)水和DMAC的溶液與氯化鋰結(jié)晶分離,干燥后的氯化鋰結(jié)晶產(chǎn)品可用于芳綸長(zhǎng)纖維系列產(chǎn)品生產(chǎn)的凝固浴配置或助溶劑使用,或?qū)ν獬鍪?;水和DMAC的溶液通過(guò)精餾分離,回收溶劑DMAC純度99.9%,循環(huán)使用,冷凝純凈水回收利用。
通過(guò)該生產(chǎn)方法得到的沉析纖維產(chǎn)品理化指標(biāo)為:
特性粘度1.6~2.2dL/g;尺寸0.2~5mm;比表面積10~30m2/g;原始打漿度35~50○SR;絕干率≤15%;白度≥82%;240℃熱收縮率≤20%;Cl-≤400ppm;干漿子數(shù)≤15個(gè)/6.3g;潔凈度塵埃二級(jí)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果為:
(一)、采用氫氧化鋰作聚合樹脂溶液的中和劑,中和產(chǎn)物氯化鋰回收可用于芳綸長(zhǎng)纖系列產(chǎn)品生產(chǎn)的凝固浴配置或助溶劑使用,或?qū)ν獬鍪?;?guī)避采用價(jià)格低廉但操作界面不環(huán)保的氫氧化鈣(石灰粉)以及環(huán)保處置費(fèi)用高的中和產(chǎn)物氯化鈣?;厥盏穆然嚠a(chǎn)品比較氯化鈣,經(jīng)濟(jì)價(jià)值高,市場(chǎng)消化能力強(qiáng),不會(huì)形成固體廢物堆放,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保與體系統(tǒng)一。
(二)、通過(guò)調(diào)整凝固液的配方濃度和溫度、樹脂溶液的濃度和溫度、沉析機(jī)齒輪盤組合和轉(zhuǎn)速、凝固液與樹脂溶液流量配比的選擇性過(guò)程控制可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品理化指標(biāo)的針對(duì)性定制生產(chǎn);已有芳綸纖維系列產(chǎn)品生產(chǎn)線的主體設(shè)備如反應(yīng)釜和溶劑回收裝置,可以兼用于本發(fā)明的間位芳綸沉析纖維生產(chǎn),大幅降低投資費(fèi)用。
(三)、新增溶劑預(yù)備釜,將溶劑在聚合反應(yīng)釜外提前降溫,置換聚合反應(yīng)釜的溶劑降溫占用時(shí)間,提高聚合反應(yīng)釜生產(chǎn)能力一倍以上,減少聚合設(shè)備臺(tái)套,工藝優(yōu)化且降低投資費(fèi)用。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明所述生產(chǎn)間位芳綸沉析纖維的方法的流出示意圖
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明中的發(fā)明內(nèi)容更加便于理解,下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明中所述生產(chǎn)方法做進(jìn)一步的闡述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于下述實(shí)施例。
實(shí)施例1:
(1)樹脂溶液制取:按摩爾比DMAC∶間苯二胺∶間苯二甲酰氯=15∶1∶1備料,取溶劑預(yù)備釜降溫后待用的溶劑DMAC 570Kg轉(zhuǎn)入聚合反應(yīng)釜攪拌均勻的同時(shí)開啟夾套冷凍鹽水降溫,加入間苯二胺47.17kg完全溶解,恒定溫度≤-5℃,分批次投入共計(jì)間苯二甲酰氯88.55kg,縮聚反應(yīng)生成聚合樹脂溶液;調(diào)控溶液特性粘度:≥1.8dL/g,樹脂含量14.72wt%。
(2)樹脂溶液中和:按摩爾比氯化鋰/間苯二胺=2.0備料,聚合樹脂溶液轉(zhuǎn)入中和釜,持續(xù)攪拌,投入粉狀氫氧化鋰20.91kg,與芳綸樹脂溶液中HCl發(fā)生中和反應(yīng)至完全溶解,中和產(chǎn)物氯化鋰和水,留存在芳綸樹脂溶液中。
(3)間位芳綸樹脂的纖維沉析:
樹脂溶液稀釋:中和的樹脂溶液配入1351.98kg DMAC,稀釋樹脂溶液,樹脂含量5.0wt%;稀釋樹脂溶液溫度:30℃;
凝固液配制:利用回收洗滌水、沉析纖維分離的凝固液、回收的氯化鋰和純凈水配置凝固液;質(zhì)量百分濃度控制:DMAC 50%、水49%~50%、氯化鋰≤1%;凝固液溫度控制:30℃;
纖維成型:凝固液與稀釋樹脂溶液按20∶1流量配比先后分別送入沉析機(jī)進(jìn)料口,在沉析機(jī)內(nèi)交匯擴(kuò)散并經(jīng)齒輪盤剪切后形成沉析纖維懸浮液,溢流入固化桶;沉析機(jī)安裝3級(jí)齒輪盤、調(diào)頻后轉(zhuǎn)速8000轉(zhuǎn)/min、固化時(shí)間60min。
(4)沉析纖維產(chǎn)品的分離與洗滌:在封閉潔凈的工作間,固化的沉析纖維懸浮液輸送至真空抽濾連續(xù)逆流洗滌床。過(guò)濾分離的凝固液部分用于凝固液配制,其余部分送DMAC回收裝置;過(guò)濾分離的沉析纖維用純凈水洗滌脫水,控制洗水當(dāng)量≤50kg/kg得到產(chǎn)品。
(5)溶劑DMAC與氯化鋰回收:收集的凝固液、洗滌水等通過(guò)溶液濃縮裝置,實(shí)現(xiàn)水和DMAC的溶液與氯化鋰結(jié)晶分離,干燥后的氯化鋰結(jié)晶產(chǎn)品用于凝固液配置,循環(huán)利用;水和DMAC的溶液通過(guò)精餾分離,回收溶劑DMAC循環(huán)使用,冷凝純凈水回收利用。
通過(guò)該實(shí)施例1生產(chǎn)方法得到的沉析纖維產(chǎn)品理化指標(biāo)為:特性粘度1.80dL/g、尺寸0.2~5mm;比表面積≥25m2/g、原始打漿度≥45○SR、絕干率≤12.0%、Cl-≤400ppm。
實(shí)施例2:
(1)樹脂溶液制?。喊茨柋菵MAC∶間苯二胺∶間苯二甲酰氯=15∶1∶1備料,取溶劑預(yù)備釜降溫后待用的溶劑DMAC 570Kg轉(zhuǎn)入聚合反應(yīng)釜攪拌均勻的同時(shí)開啟夾套冷凍鹽水降溫,加入間苯二胺47.17kg完全溶解,恒定溫度≤-5℃,分批次投入共計(jì)間苯二甲酰氯88.55kg,縮聚反應(yīng)生成聚合樹脂溶液;調(diào)控溶液特性粘度:≥1.8dL/g,樹脂含量14.72wt%。
(2)樹脂溶液中和:按摩爾比氯化鋰/間苯二胺=2.0備料,聚合樹脂溶液轉(zhuǎn)入中和釜,持續(xù)攪拌,投入粉狀氫氧化鋰20.91kg,與芳綸樹脂溶液中HCl發(fā)生中和反應(yīng)至完全溶解,中和產(chǎn)物氯化鋰和水,留存在芳綸樹脂溶液中。
(3)間位芳綸樹脂的纖維沉析:
樹脂溶液稀釋:中和的樹脂溶液配入1351.98kg DMAC,稀釋樹脂溶液,樹脂含量5.0wt%;稀釋樹脂溶液溫度:30℃;
凝固液配制:利用回收洗滌水、沉析纖維分離的凝固液、回收的氯化鋰和純凈水配置凝固液;質(zhì)量百分濃度控制:DMAC 50%、水49%~50%、氯化鋰≤1%;凝固液溫度控制:30℃;
纖維成型:凝固液與稀釋樹脂溶液按10∶1流量配比先后分別送入沉析機(jī)進(jìn)料口,在沉析機(jī)內(nèi)交匯擴(kuò)散并經(jīng)齒輪盤剪切后形成沉析纖維懸浮液,溢流入固化桶;沉析機(jī)安裝3級(jí)齒輪盤、調(diào)頻后轉(zhuǎn)速5000轉(zhuǎn)/min、固化時(shí)間60min。
(4)沉析纖維產(chǎn)品的分離與洗滌:在封閉潔凈的工作間,固化的沉析纖維懸浮液輸送至真空抽濾連續(xù)逆流洗滌床。過(guò)濾分離的凝固液部分用于凝固液配制,其余部分送DMAC回收裝置;過(guò)濾分離的沉析纖維用純凈水洗滌脫水,控制洗水當(dāng)量≤50kg/kg得到產(chǎn)品。
(5)溶劑DMAC與氯化鋰回收:收集的凝固液、洗滌水等通過(guò)溶液濃縮裝置,實(shí)現(xiàn)水和DMAC的溶液與氯化鋰結(jié)晶分離,干燥后的氯化鋰結(jié)晶產(chǎn)品用于凝固液配置,循環(huán)利用;水和DMAC的溶液通過(guò)精餾分離,回收溶劑DMAC循環(huán)使用,冷凝純凈水回收利用。
通過(guò)該實(shí)施例2生產(chǎn)方法得到的沉析纖維產(chǎn)品理化指標(biāo)為:特性粘度1.80dL/g、尺寸0.2~5mm;比表面積≥20m2/g、原始打漿度≥40○SR、絕干率≤12.3%、Cl-≤400ppm。
實(shí)施例3:
(1)樹脂溶液制取:按摩爾比DMAC∶間苯二胺∶間苯二甲酰氯=15∶1∶1備料,取溶劑預(yù)備釜降溫后待用的溶劑DMAC 570Kg轉(zhuǎn)入聚合反應(yīng)釜攪拌均勻的同時(shí)開啟夾套冷凍鹽水降溫,加入間苯二胺47.17kg完全溶解,恒定溫度≤-5℃,分批次投入共計(jì)間苯二甲酰氯88.55kg,縮聚反應(yīng)生成聚合樹脂溶液;調(diào)控溶液特性粘度:≥1.8dL/g,樹脂含量14.72wt%。
(2)樹脂溶液中和:按摩爾比氯化鋰/間苯二胺=2.0備料,聚合樹脂溶液轉(zhuǎn)入中和釜,持續(xù)攪拌,投入粉狀氫氧化鋰20.91kg,與芳綸樹脂溶液中HCl發(fā)生中和反應(yīng)至完全溶解,中和產(chǎn)物氯化鋰和水,留存在芳綸樹脂溶液中。
(3)間位芳綸樹脂的纖維沉析:
樹脂溶液稀釋:中和的樹脂溶液配入1351.98kg DMAC,稀釋樹脂溶液,樹脂含量5.0wt%;稀釋樹脂溶液溫度:30℃;
凝固液配制:利用回收洗滌水、沉析纖維分離的凝固液、回收的氯化鋰和純凈水配置凝固液;質(zhì)量百分濃度控制:DMAC 55%、水44%~45%、氯化鋰≤1%;凝固液溫度控制:30℃;
纖維成型:凝固液與稀釋樹脂溶液按5∶1流量配比先后分別送入沉析機(jī)進(jìn)料口,在沉析機(jī)內(nèi)交匯擴(kuò)散并經(jīng)齒輪盤剪切后形成沉析纖維懸浮液,溢流入固化桶;沉析機(jī)安裝2級(jí)齒輪盤、調(diào)頻后轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/min、固化時(shí)間60min。
(4)沉析纖維產(chǎn)品的分離與洗滌:在封閉潔凈的工作間,固化的沉析纖維懸浮液輸送至真空抽濾連續(xù)逆流洗滌床。過(guò)濾分離的凝固液部分用于凝固液配制,其余部分送DMAC回收裝置;過(guò)濾分離的沉析纖維用純凈水洗滌脫水,控制洗水當(dāng)量≤50kg/kg得到產(chǎn)品。
(5)溶劑DMAC與氯化鋰回收:收集的凝固液、洗滌水等通過(guò)溶液濃縮裝置,實(shí)現(xiàn)水和DMAC的溶液與氯化鋰結(jié)晶分離,干燥后的氯化鋰結(jié)晶產(chǎn)品用于凝固液配置,循環(huán)利用;水和DMAC的溶液通過(guò)精餾分離,回收溶劑DMAC循環(huán)使用,冷凝純凈水回收利用。
通過(guò)該實(shí)施例3生產(chǎn)方法得到的沉析纖維產(chǎn)品理化指標(biāo)為:特性粘度1.80dL/g、尺寸1~5mm;比表面積≥10m2/g、原始打漿度≥35○SR、絕干率≤15%、Cl-≤400ppm。
實(shí)施例1~3生產(chǎn)方法的工藝參數(shù)與沉析纖維產(chǎn)品的部分指標(biāo)比較表
實(shí)施例1、實(shí)施例2與實(shí)施例3比較:相同的樹脂溶液,通過(guò)調(diào)整沉析機(jī)轉(zhuǎn)速、齒輪盤級(jí)數(shù)、稀釋液配方、凝固液與稀釋液的流量配比,可以得到不同纖維尺寸、不同比表面積、不同打漿度、不同絕干率的產(chǎn)品;工業(yè)規(guī)?;a(chǎn)中,調(diào)整工藝參數(shù),特別是樹脂沉析成型纖維環(huán)節(jié)的工藝參數(shù),既可生產(chǎn)高品質(zhì)的產(chǎn)品,也可根據(jù)市場(chǎng)需求生產(chǎn)不同質(zhì)量指標(biāo)產(chǎn)品;通過(guò)工藝優(yōu)化新增溶劑預(yù)備釜,提高聚合反應(yīng)釜生產(chǎn)能力和實(shí)施產(chǎn)品的差異化生產(chǎn),足以彌補(bǔ)采用氫氧化鋰作為中和劑造成的成本上升,實(shí)現(xiàn)環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。