CN109810284A - 一种利用复合溶剂体系溶解尼龙12废料的方法 - Google Patents

一种利用复合溶剂体系溶解尼龙12废料的方法 Download PDF

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余晨
蒋锐
焦玉峰
严柏枝
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Abstract

本发明涉及一种利用复合溶剂体系溶解尼龙12废料的方法，具体包括以下步骤：S1、将尼龙12废料加入到复合溶剂体系中，搅拌溶解；S2、加热反应体系至60‑90℃，水浴恒温保持2‑5h，使尼龙12废料充分溶解；S3、对反应后溶液进行离心分离，向上层清液中加入去离子水析出尼龙12沉淀；S4、将尼龙12沉淀真空干燥彻底去除溶剂得到尼龙12粉体。本发明提供的尼龙12废料回收溶解的工艺简单易实施，所用溶剂安全环保可重复使用，成本低廉，溶解效率高，便于普及和推广。

Description

一种利用复合溶剂体系溶解尼龙12废料的方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化回收处理领域，特别是涉及一种利用复合溶剂体系溶解尼龙12废料的方法。
背景技术
尼龙12化学俗称聚十二内酰胺，作为一类半结晶性高聚物，比拟于其他尼龙种类，具有熔融温度低、吸水率及成型收缩率偏低的特性，具有良好的综合力学性能，广泛应用于汽车电器设备部件、光纤护套、军械器材等诸多领域。随着近年来3D打印技术的快速发展，尼龙12作为3D打印主要原料之一，具有广阔的应用前景。然而由于尼龙12使用周期短，易于老化，不易自行降解等缺点，很容易造成尼龙12废料的堆积，若将其直接随意丢弃将会对土壤、大气、水源等造成严重污染，直接威胁各种动植物甚至人类的生存，导致环境问题突出。因此，如何将使用过程中产生的边角料、残次品回收再利用，是目前亟需解决的一大难题；其次，尼龙材料属于热值较高的大分子材料，回收利用具有可行性，另一方面也能充分发挥其内在价值，保护环境，故研究其高效回收技术意义重大；最后，尼龙12废料的回收处理技术研究对其综合利用产生直接影响，也说明该技术具有很强的推广实用性。
目前溶解尼龙12废料的方法主要使用有机醇类溶解，依据尼龙材料在低温下几乎不溶于该溶剂，而在较高温度和压力情况下能较好溶解的特性，通常所用醇类溶剂如甲醇、乙醇、乙二醇等。CN 104163929 A涉及了一种尼龙12材料的溶解与制备方法，该方法将尼龙12材料与乙醇投入到高压反应釜中，搅拌并通入氮气保护，加热到130-160℃，并保温2-3h，使得尼龙12材料溶解。这种方法能够使尼龙12材料快速溶解，所用溶剂环保安全，成本低，可重复使用，但需在高温高压下进行，且尼龙12废料的溶解度受到限制，溶解效率不高。近几年又有专利CN 102492155 A公开了一种利用离子液体溶解废旧尼龙12的方法，将废旧尼龙12溶解于离子液体中，经油浴高温搅拌溶解3-18h，冷却后加去离子水析出。该发明提供的方法设备工艺简单，溶剂可回收循环利用，但离子液体普遍毒性较大，且成本较高，溶解耗时较长，从而限制了其大规模应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中单独使用有机醇类或离子液体溶解尼龙12废料的缺点，提供一种利用复合溶剂体系溶解尼龙12废料的方法，该方法简单易实施，经济有效，环境友好，能耗低，且对尼龙12废料的回收处理量大，溶解效率高。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是如下述方式实现的：
一种利用复合溶剂体系溶解尼龙12废料的方法，具体包括如下步骤：
S1、将尼龙12废料加入到复合溶剂体系中，搅拌溶解；
优选的，所述尼龙12废料来源于3D打印技术过程中处于欠烧状态的工业废粉，主要成分为聚十二内酰胺，结构式为：H-[NH(CH2)11]n-OH。
优选的，所述加入尼龙12废料与复合溶剂的固液比为1:6-1:15。
优选的，所述复合溶剂的体积配比为甲酸5-28％、盐酸1-10％、乙酸25-35％，剩余为去离子水。
优选的，所述搅拌转速为120-200r/min。
S2、加热反应体系至60-90℃，经水浴恒温保持2-5h，使尼龙12废料充分溶解；
S3、对反应后溶液进行离心分离，下层不溶物(添加剂)收集再利用，上层清液中加入去离子水析出尼龙12沉淀；
优选的，所述离心转速为3000-4000r/min，离心时间为5-15min。
S4、将尼龙12沉淀真空干燥彻底去除溶剂得到尼龙12粉体，液体回收重复使用。
优选的，所述尼龙12沉淀真空干燥温度为80-100℃，干燥时间8-10h。
本发明的有益效果：
与现有技术相比，本发明首次利用甲酸、盐酸、乙酸形成复合溶剂体系溶解尼龙12废料，依据尼龙12分子与溶剂间的氢键作用强于分子间的作用力以及复合酸产生的协同效应，使尼龙12大分子逐渐溶解分散在溶剂中。溶解过程中溶剂分子首先进入尼龙12的非晶区，打开非晶区分子间的氢键，非晶区开始溶解；晶区晶体在溶剂分子的继续作用下，逐渐瓦解，与溶剂分子结合从而溶解。此外，本发明通过调节尼龙12废料与溶剂的固液比，保证一定酸浓度时增大反应体系体积，扩大尼龙12分子与溶剂分子的接触面积，提高溶解效率；同时在减少溶剂挥发损失的前提下，提高溶解温度，溶剂分子对尼龙12晶区氢键作用增强，使得溶解率进一步提高，溶解效率可达到80-95％。
本发明所使用溶剂体系均可进行回收重复使用，与已有技术相比，本发明无需高温高压设备，工艺操作简单，能耗低，选用溶剂价格低廉，环保无污染，能够高效溶解尼龙12废料，有利于保护环境和资源的回收利用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
以选择性激光烧结过程中处于欠烧状态的工业废粉为处理对象，经检测，成分如下：尼龙12(聚十二内酰胺)重量比约95％，二氧化硅约占5％。将尼龙12废料与复合溶剂按固液比1:8加入到三口烧瓶中，其中，复合溶剂的体积配比为甲酸5％，盐酸3％，乙酸25％，剩余为水。采用磁力搅拌器搅拌，以150r/min转速搅拌均匀，水浴加热反应体系至60℃，恒温搅拌溶解3h。对反应后混合液进行离心分离10min，离心转速为4000r/min，下部二氧化硅不溶物收集再利用，上层清液中加入等体积的去离子水析出尼龙12沉淀，液体溶剂回收重复使用。利用真空干燥机干燥，设置90℃干燥10h，最终尼龙12废料的溶解回收率为81.37％。
实施例2
以选择性激光烧结过程中处于欠烧状态的工业废粉为处理对象，经检测，成分如下：尼龙12(聚十二内酰胺)重量比约95％，二氧化硅约占5％。将尼龙12废料与复合溶剂按固液比1:12加入到三口烧瓶中，其中，复合溶剂的体积配比为甲酸10％，盐酸6％，乙酸30％，剩余为水。采用磁力搅拌器搅拌，以150r/min转速搅拌均匀，水浴加热反应体系至70℃，恒温搅拌溶解4h。对反应后混合液进行离心分离10min，离心转速为4000r/min，下部二氧化硅不溶物收集再利用，上层清液中加入等体积的去离子水析出尼龙12沉淀，液体溶剂回收重复使用。利用真空干燥机干燥，设置90℃干燥10h，最终尼龙12废料的溶解回收率为86.84％。
实施例3
以选择性激光烧结过程中处于欠烧状态的工业废粉为处理对象，经检测，成分如下：尼龙12(聚十二内酰胺)重量比约95％，二氧化硅约占5％。将尼龙12废料与复合溶剂按固液比1:15加入到三口烧瓶中，其中，复合溶剂的体积配比为甲酸15％，盐酸10％，乙酸35％，剩余为水。采用磁力搅拌器搅拌，以200r/min转速搅拌均匀，水浴加热反应体系至80℃，恒温搅拌溶解4h。对反应后混合液进行离心分离10min，离心转速为4000r/min，下部二氧化硅不溶物收集再利用，上层清液中加入等体积的去离子水析出尼龙12沉淀，液体溶剂回收重复使用。利用真空干燥机干燥，设置80℃干燥10h，最终尼龙12废料的溶解回收率为91.15％。
实施例4
以选择性激光烧结过程中处于欠烧状态的工业废粉为处理对象，经检测，成分如下：尼龙12(聚十二内酰胺)重量比约95％，二氧化硅约占5％。将尼龙12废料与复合溶剂按固液比1:12加入到三口烧瓶中，其中，复合溶剂的体积配比为甲酸25％，盐酸10％，乙酸35％，剩余为水。采用磁力搅拌器搅拌，以200r/min转速搅拌均匀，水浴加热反应体系至80℃，恒温搅拌溶解3h。对反应后混合液进行离心分离10min，离心转速为4000r/min，下部二氧化硅不溶物收集再利用，上层清液中加入等体积的去离子水析出尼龙12沉淀，液体溶剂回收重复使用。利用真空干燥机干燥，设置90℃干燥10h，最终尼龙12废料的溶解回收率为95.07％。
上述仅为本发明的几个具体实施方式，由于产生尼龙12废料的来源不同，因此在不违背本发明实质和所附权利要求范围的前提下，可以对本发明的一些参数进行适当调整，以适应具体的情况。但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (7)

1.一种利用复合溶剂体系溶解尼龙12废料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将尼龙12废料加入到复合溶剂体系中，搅拌溶解；
S2、加热反应体系至60-90℃，经水浴恒温保持2-5h，使尼龙12废料充分溶解；
S3、对反应后溶液进行离心分离，下层不溶物(添加剂)收集再利用，上层清液中加入去离子水析出尼龙12沉淀；
S4、将尼龙12沉淀真空干燥彻底去除溶剂得到尼龙12粉体，液体回收重复使用。
2.根据权利要求1所述的一种利用复合溶剂体系溶解尼龙12废料的方法，其特征在于，所述的尼龙12废料来源于3D打印技术过程中处于欠烧状态的工业废粉，主要成分为聚十二内酰胺，结构式为：H-[NH(CH2)11]n-OH。
3.根据权利要求1所述的一种利用复合溶剂体系溶解尼龙12废料的方法，其特征在于，所述步骤S1中加入尼龙12废料与复合溶剂的固液比为1:6-1:15。
4.根据权利要求1所述的一种利用复合溶剂体系溶解尼龙12废料的方法，其特征在于，所述步骤S1中复合溶剂的体积配比为甲酸5-28％、盐酸1-10％、乙酸25-35％，剩余为去离子水。
5.根据权利要求1所述的一种利用复合溶剂体系溶解尼龙12废料的方法，其特征在于，所述步骤S1中搅拌转速为120-200r/min。
6.根据权利要求1所述的一种利用复合溶剂体系溶解尼龙12废料的方法，其特征在于，所述步骤S3中离心转速为3000-4000r/min，离心时间为5-15min。
7.根据权利要求1所述的一种利用复合溶剂体系溶解尼龙12废料的方法，其特征在于，所述步骤S4中尼龙12沉淀真空干燥温度为80-100℃，干燥时间8-10h。
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