CN106243252A - 一种腈纶废丝水解制备超级吸水材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于新材料领域，涉及腈纶废丝水解生产超级吸水材料的方法。其通过如下方式实现：（1）用溶剂将废腈纶溶解，得到均匀的溶液。（2）加入碱液，搅拌混合均匀，加热，水解反应。（3）反应结束后，加入沉淀剂，使混合物分层，形成固液两相。固液分离，并洗涤固体。干燥并热处理，得到超级吸水材料产品。该方法反应速率高，反应时间短，可以从7—8小时缩短到1小时以下；反应结束后，多余的碱不需要中和，避免了酸碱浪费，溶剂、碱和沉淀剂分离后可以循环利用。

Description

一种腈纶废丝水解制备超级吸水材料的方法

技术领域

本发明属于新材料领域，涉及腈纶废丝资源增值利用，具体涉及腈纶废丝水解生产超级吸水材料的方法。

背景技术

腈纶纤维主要成分为聚丙烯腈,含有少量的丙烯酸甲酯以及其它成分。腈纶生产和使用过程中会产生大量的腈纶废丝料。此外，腈纶作为用途广泛的合成纤维，每年都会产生大量废旧的腈纶织物，其中绝大多数作为垃圾丢弃，不仅造成资源浪费，也是潜在的环境污染源。由于腈纶废丝料不能解聚，不能热压成型，亦不能作为燃料使用(因为腈纶废丝燃烧时会散发有害气体)，因而寻求开发腈纶废丝料的综合利用途径很有必要。超级吸水性材料是一种含有强吸水性基团的高分子材料，可以吸收自身质量几百甚至上千倍的水，具有很高的保水性，在较高的压力下也不会渗出，还具有缓释的能力，因此，可以广泛地应用到石油、化工、轻工、建筑、医药、农业、沙漠治理等领域。将废旧腈纶纤维转化为超级吸水材料是废物增值利用的有效途径。

超级吸水材料在国内通常称为高吸水性树脂，研究论文及专利文献很多，大多用丙烯酸类单体、淀粉类物质通过各种聚合、交联、改性等手段生产。用腈纶废丝生产超级吸水材料也有研究，例如中国专利ZL 01127434.4报道了将腈纶与氢氧化钠溶液直接接触反应，反应后再进行中和、交联，最后得到目的产品。这种方法至少有两大缺点，首先是反应时间长，由于是固液非均相反应，常压下反应很慢，通常需要几个小时。其次是多余的碱被中和掉，不仅造成原材料浪费，也会产生更多的废物。中国专利CN 101392455也报道了腈纶纤维在含碱溶液中水解制备超吸水性材料的方法，其同样是采用固液非均相反应，并且在碱液中加入醇以后，接触更不容易，反应更慢，也未提及反应后的母液怎么处理。为满足工业化生产需求，目前，急需对其制备工艺进行改进。

发明内容

针对废腈纶增值利用，本发明目的在于提供一种反应速率高、反应时间短、能均相反应的由废腈纶纤维制备超级吸水材料的方法。

为实现本发明目的，本发明首先通过实验室手段进行了实验，步骤如下：

（1）用溶剂将废腈纶溶解，得到均匀的溶液。

（2）加入碱液，搅拌混合均匀，加热，水解反应。

（3）反应结束后，加入沉淀剂，使混合物分层，形成固液两相。固液分离，并洗涤固体。干燥并热处理，得到超级吸水材料产品。

上述溶剂与腈纶的比例为5-50:1（重量份比）。

所述溶剂为硫氰酸钠水溶液、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等。

碱可以是无机碱如氢氧化钠、氢氧化钾，也可以是有机碱如一甲胺、二甲胺、一乙醇胺、二乙醇胺等，碱的用量与碱的种类有关。以氢氧化钠为例，其用量为腈纶质量的20%—200%之间，优选40%—100%之间。

水解反应时间与温度有关，温度越高、时间越短，以氰基水解30-50%为准。

沉淀剂可以是各种醇，以乙醇和甲醇为首选。

步骤（3）所述热处理，在150—200℃下加热处理10—60分钟。

放大实验过程如下：

首先配制溶剂和碱液，存入各自的储槽、计量槽，通过储槽和计量槽加入溶剂和碱液入溶解槽中，加热，加入腈纶纤维，搅拌溶解。腈纶溶解后的混合溶液转入反应槽，升温至80-100℃反应，到达预定的反应转化率后，停止反应，将反应物料转入沉淀槽、降温，加入沉淀剂，物料分成固液两相，离心分离、洗涤固体，母液和洗涤液分别保存，固体干燥并进行热处理，经粉碎、筛分得成品。 干燥过程中挥发出来的洗涤剂经冷凝冷却回收利用，用于最后一级固体洗涤，产生的洗涤液用于第一级洗涤，第一级洗涤液并入母液，进入分离系统，将洗涤剂和溶剂、碱液分离，洗涤剂循环利用，溶剂和碱液返回腈纶溶解槽。本流程可以间歇操作，也可以连续操作。间歇操作时，溶解、反应和沉淀可在同一设备内完成，也可分别在不同的设备完成，并且可以多个设备并联操作。

本发明的优点在于：腈纶水解在溶液中进行，反应速率高，反应时间短，可以从7—8小时缩短到1小时以下；反应结束后，多余的碱不需要中和，避免了酸碱浪费，溶剂、碱和沉淀剂分离后可以循环利用。生产出的超级吸水材料吸水率达250g/g以上。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

为对本发明进行更好的说明，举实施例如下：

实施例1

取10克硫氰酸钠、10毫升水、0.8克氢氧化钠，混合制成均匀溶液，将2克废腈纶丝溶解其中，将此混合物转移至三口烧瓶中，将烧瓶固定于水浴锅中，装上回流冷凝装置、温度计并联通氮气瓶，升温至90℃，用硫酸吸收装置吸收氮气带出的氨，到达预定的转化率后（约30分钟），停止反应，取出烧瓶，倒出反应物至烧杯中，加入20毫升乙醇，马上分层，离心分离并洗涤沉淀物两次，将固体放入干燥箱，80℃干燥1小时，升温至180℃并保持0.5小时，取出，冷却称重，得到固体2克，取0.5克放入盛有300毫升蒸馏水的烧杯中，静止12小时，吸水率300g/g。

实施例2

取50毫升二甲基甲酰胺、5毫升水、5克氢氧化钠，混合制成均匀溶液，将5克废腈纶丝溶解其中，将此混合物转移至三口烧瓶中，将烧瓶固定于水浴锅中，装上回流冷凝装置、温度计并联通氮气瓶，升温至90℃，用硫酸吸收装置吸收氮气带出的氨，到达预定的转化率后（约40分钟），停止反应，取出烧瓶，倒出反应物至烧杯中，加入30毫升甲醇，马上分层，离心分离并洗涤沉淀物两次，将固体放入干燥箱，70℃干燥1小时，升温至150℃并保持1小时，取出，冷却称重，得到固体6克，测得吸水率250g/g。

实施例3 放大实验

在50升反应釜中，加5升水，加入10kg硫氰酸钠，搅拌溶解，加入含有0.8kg氢氧化钠的碱液5kg，混合均匀，升温至50℃，将2kg废腈纶丝加入反应釜，升温至90℃反应，用硫酸吸收装置吸收氮气带出的氨，到达预定的转化率后（约30分钟），停止反应，降温至30℃左右，加入20升乙醇，搅拌，放出反应物料，用离心机分离固体并洗涤两次，将固体放入干燥箱，80℃干燥1小时，升温至180℃并保持0.5小时，取出，经测试，吸水率295g/g。

在此过程中，物料洗涤后，母液和洗涤液分别保存，干燥过程中挥发出来的洗涤剂经冷凝冷却回收利用，用于最后一级固体洗涤，产生的洗涤液用于第一级洗涤，第一级洗涤液并入母液，进入分离系统，将洗涤剂和溶剂、碱液分离，洗涤剂循环利用，溶剂和碱液返回腈纶溶解槽。本流程可以间歇操作，也可以连续操作。间歇操作时，溶解、反应和沉淀可在同一设备内完成，也可分别在不同的设备完成，并且可以多个设备并联操作。

Claims (5)

1.腈纶废丝水解生产超级吸水材料的方法，其特征在于，通过如下方式实现：

首先配制溶剂和碱液，存入各自的储槽、计量槽，通过储槽和计量槽加入溶剂和碱液入溶解槽中，加热，加入腈纶纤维，搅拌溶解；腈纶溶解后的混合溶液转入反应槽，升温至80-100℃反应，到达预定的反应转化率后，停止反应，将反应物料转入沉淀槽、降温，加入沉淀剂，物料分成固液两相，离心分离、洗涤固体，母液和洗涤液分别保存，固体干燥并进行热处理，经粉碎、筛分得成品；干燥过程中挥发出来的洗涤剂经冷凝冷却回收利用，用于最后一级固体洗涤，产生的洗涤液用于第一级洗涤，第一级洗涤液并入母液，进入分离系统，将洗涤剂和溶剂、碱液分离，洗涤剂循环利用，溶剂和碱液返回腈纶溶解槽；

所述溶剂为硫氰酸钠水溶液、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺；

碱选氢氧化钠、氢氧化钾无机碱或一甲胺、二甲胺、一乙醇胺、二乙醇胺有机碱；

沉淀剂选醇类化合物。

2.如权利要求1所述的腈纶废丝水解生产超级吸水材料的方法，其特征在于，

无机碱用量为腈纶质量的20%—200%。

3.如权利要求1所述的腈纶废丝水解生产超级吸水材料的方法，其特征在于，

所述溶剂与腈纶的重量份比为5-50:1。

4.如权利要求1所述的腈纶废丝水解生产超级吸水材料的方法，其特征在于，

所述热处理，在150—200℃下加热处理10—60分钟。

5.如权利要求1-4其中之一所述的腈纶废丝水解生产超级吸水材料的方法，其特征在于，间歇操作或连续操作，间歇操作时，溶解、反应和沉淀在同一设备内完成，或分别在不同的设备完成，并且可以多个设备并联操作。