本發(fā)明屬于新材料領(lǐng)域,涉及腈綸廢絲資源增值利用,具體涉及腈綸廢絲水解生產(chǎn)超級吸水材料的方法。
背景技術(shù):
腈綸纖維主要成分為聚丙烯腈,含有少量的丙烯酸甲酯以及其它成分。腈綸生產(chǎn)和使用過程中會產(chǎn)生大量的腈綸廢絲料。此外,腈綸作為用途廣泛的合成纖維,每年都會產(chǎn)生大量廢舊的腈綸織物,其中絕大多數(shù)作為垃圾丟棄,不僅造成資源浪費,也是潛在的環(huán)境污染源。由于腈綸廢絲料不能解聚,不能熱壓成型,亦不能作為燃料使用(因為腈綸廢絲燃燒時會散發(fā)有害氣體),因而尋求開發(fā)腈綸廢絲料的綜合利用途徑很有必要。超級吸水性材料是一種含有強吸水性基團的高分子材料,可以吸收自身質(zhì)量幾百甚至上千倍的水,具有很高的保水性,在較高的壓力下也不會滲出,還具有緩釋的能力,因此,可以廣泛地應(yīng)用到石油、化工、輕工、建筑、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、沙漠治理等領(lǐng)域。將廢舊腈綸纖維轉(zhuǎn)化為超級吸水材料是廢物增值利用的有效途徑。
超級吸水材料在國內(nèi)通常稱為高吸水性樹脂,研究論文及專利文獻很多,大多用丙烯酸類單體、淀粉類物質(zhì)通過各種聚合、交聯(lián)、改性等手段生產(chǎn)。用腈綸廢絲生產(chǎn)超級吸水材料也有研究,例如中國專利ZL 01127434.4報道了將腈綸與氫氧化鈉溶液直接接觸反應(yīng),反應(yīng)后再進行中和、交聯(lián),最后得到目的產(chǎn)品。這種方法至少有兩大缺點,首先是反應(yīng)時間長,由于是固液非均相反應(yīng),常壓下反應(yīng)很慢,通常需要幾個小時。其次是多余的堿被中和掉,不僅造成原材料浪費,也會產(chǎn)生更多的廢物。中國專利CN 101392455也報道了腈綸纖維在含堿溶液中水解制備超吸水性材料的方法,其同樣是采用固液非均相反應(yīng),并且在堿液中加入醇以后,接觸更不容易,反應(yīng)更慢,也未提及反應(yīng)后的母液怎么處理。為滿足工業(yè)化生產(chǎn)需求,目前,急需對其制備工藝進行改進。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
針對廢腈綸增值利用,本發(fā)明目的在于提供一種反應(yīng)速率高、反應(yīng)時間短、能均相反應(yīng)的由廢腈綸纖維制備超級吸水材料的方法。
為實現(xiàn)本發(fā)明目的,本發(fā)明首先通過實驗室手段進行了實驗,步驟如下:
(1)用溶劑將廢腈綸溶解,得到均勻的溶液。
(2)加入堿液,攪拌混合均勻,加熱,水解反應(yīng)。
(3)反應(yīng)結(jié)束后,加入沉淀劑,使混合物分層,形成固液兩相。固液分離,并洗滌固體。干燥并熱處理,得到超級吸水材料產(chǎn)品。
上述溶劑與腈綸的比例為5-50:1(重量份比)。
所述溶劑為硫氰酸鈉水溶液、二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等。
堿可以是無機堿如氫氧化鈉、氫氧化鉀,也可以是有機堿如一甲胺、二甲胺、一乙醇胺、二乙醇胺等,堿的用量與堿的種類有關(guān)。以氫氧化鈉為例,其用量為腈綸質(zhì)量的20%—200%之間,優(yōu)選40%—100%之間。
水解反應(yīng)時間與溫度有關(guān),溫度越高、時間越短,以氰基水解30-50%為準。
沉淀劑可以是各種醇,以乙醇和甲醇為首選。
步驟(3)所述熱處理,在150—200℃下加熱處理10—60分鐘。
放大實驗過程如下:
首先配制溶劑和堿液,存入各自的儲槽、計量槽,通過儲槽和計量槽加入溶劑和堿液入溶解槽中,加熱,加入腈綸纖維,攪拌溶解。腈綸溶解后的混合溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)槽,升溫至80-100℃反應(yīng),到達預(yù)定的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率后,停止反應(yīng),將反應(yīng)物料轉(zhuǎn)入沉淀槽、降溫,加入沉淀劑,物料分成固液兩相,離心分離、洗滌固體,母液和洗滌液分別保存,固體干燥并進行熱處理,經(jīng)粉碎、篩分得成品。 干燥過程中揮發(fā)出來的洗滌劑經(jīng)冷凝冷卻回收利用,用于最后一級固體洗滌,產(chǎn)生的洗滌液用于第一級洗滌,第一級洗滌液并入母液,進入分離系統(tǒng),將洗滌劑和溶劑、堿液分離,洗滌劑循環(huán)利用,溶劑和堿液返回腈綸溶解槽。本流程可以間歇操作,也可以連續(xù)操作。間歇操作時,溶解、反應(yīng)和沉淀可在同一設(shè)備內(nèi)完成,也可分別在不同的設(shè)備完成,并且可以多個設(shè)備并聯(lián)操作。
本發(fā)明的優(yōu)點在于:腈綸水解在溶液中進行,反應(yīng)速率高,反應(yīng)時間短,可以從7—8小時縮短到1小時以下;反應(yīng)結(jié)束后,多余的堿不需要中和,避免了酸堿浪費,溶劑、堿和沉淀劑分離后可以循環(huán)利用。生產(chǎn)出的超級吸水材料吸水率達250g/g以上。
附圖說明
圖1為本發(fā)明工藝流程圖。
具體實施方式
為對本發(fā)明進行更好的說明,舉實施例如下:
實施例1
取10克硫氰酸鈉、10毫升水、0.8克氫氧化鈉,混合制成均勻溶液,將2克廢腈綸絲溶解其中,將此混合物轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中,將燒瓶固定于水浴鍋中,裝上回流冷凝裝置、溫度計并聯(lián)通氮氣瓶,升溫至90℃,用硫酸吸收裝置吸收氮氣帶出的氨,到達預(yù)定的轉(zhuǎn)化率后(約30分鐘),停止反應(yīng),取出燒瓶,倒出反應(yīng)物至燒杯中,加入20毫升乙醇,馬上分層,離心分離并洗滌沉淀物兩次,將固體放入干燥箱,80℃干燥1小時,升溫至180℃并保持0.5小時,取出,冷卻稱重,得到固體2克,取0.5克放入盛有300毫升蒸餾水的燒杯中,靜止12小時,吸水率300g/g。
實施例2
取50毫升二甲基甲酰胺、5毫升水、5克氫氧化鈉,混合制成均勻溶液,將5克廢腈綸絲溶解其中,將此混合物轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中,將燒瓶固定于水浴鍋中,裝上回流冷凝裝置、溫度計并聯(lián)通氮氣瓶,升溫至90℃,用硫酸吸收裝置吸收氮氣帶出的氨,到達預(yù)定的轉(zhuǎn)化率后(約40分鐘),停止反應(yīng),取出燒瓶,倒出反應(yīng)物至燒杯中,加入30毫升甲醇,馬上分層,離心分離并洗滌沉淀物兩次,將固體放入干燥箱,70℃干燥1小時,升溫至150℃并保持1小時,取出,冷卻稱重,得到固體6克,測得吸水率250g/g。
實施例3 放大實驗
在50升反應(yīng)釜中,加5升水,加入10kg硫氰酸鈉,攪拌溶解,加入含有0.8kg氫氧化鈉的堿液5kg,混合均勻,升溫至50℃,將2kg廢腈綸絲加入反應(yīng)釜,升溫至90℃反應(yīng),用硫酸吸收裝置吸收氮氣帶出的氨,到達預(yù)定的轉(zhuǎn)化率后(約30分鐘),停止反應(yīng),降溫至30℃左右,加入20升乙醇,攪拌,放出反應(yīng)物料,用離心機分離固體并洗滌兩次,將固體放入干燥箱,80℃干燥1小時,升溫至180℃并保持0.5小時,取出,經(jīng)測試,吸水率295g/g。
在此過程中,物料洗滌后,母液和洗滌液分別保存,干燥過程中揮發(fā)出來的洗滌劑經(jīng)冷凝冷卻回收利用,用于最后一級固體洗滌,產(chǎn)生的洗滌液用于第一級洗滌,第一級洗滌液并入母液,進入分離系統(tǒng),將洗滌劑和溶劑、堿液分離,洗滌劑循環(huán)利用,溶劑和堿液返回腈綸溶解槽。本流程可以間歇操作,也可以連續(xù)操作。間歇操作時,溶解、反應(yīng)和沉淀可在同一設(shè)備內(nèi)完成,也可分別在不同的設(shè)備完成,并且可以多個設(shè)備并聯(lián)操作。