腈纶废丝的化学处理及产物的应用

2013-02-18马慧敏江苏省响水县环境保护局

化工管理 2013年8期

马慧敏(江苏省响水县环境保护局)

一、腈纶及腈纶废丝的概述

腈纶，又称聚丙烯腈纤维，是由聚丙烯腈或丙烯腈含量大于85%的丙烯腈共聚物制成的合成纤维。腈纶废丝是指在腈纶纺丝的生产过程中，由于分子量小于10000，柔软性、卷曲度、拉伸性、弹性、勾结性等均达不到投产使用的标准，不能用于纺织品生产的部分腈纶丝。

据统计，在正常的腈纶生产过程中，腈纶废丝的总量占腈纶生产总量的1%以上。生产总量相对于目前生产水平条件下的腈纶生产量和相关产业对腈纶的使用量来说，大约有1-1.5万吨。

二、腈纶废丝处理的必要性

腈纶因其自身含有大量的丙烯腈，故在对废丝进行处理的过程中，对其进行分解比较困难，而且不能热压成型，若通过焚烧的方式对其处理的话将会产生大量的剧毒物质——氢氰酸（HCN）。当然，腈纶废丝并不是一点用都没有，其经过适当的处理以后可以生成有用的物质继续投入生产，进而制成有用的物品供人们使用。

三、腈纶废丝的化学处理

通常情况下会采用化学中的水解对腈纶废丝进行处理。所谓的水解就是将腈纶废丝通过无机酸、碱、加热、加压等方法的作用，使腈纶废丝中的侧基——氰基发生水解并转变为极性较强的羧基、酰胺基等官能团，并伴随着固态向液态转化的一种化学方法。常见的水解方法有：碱法水解、酸法水解和加压水解。以下分别对这三种方法进行具体地说明：

1、碱法水解

碱法水解是指腈纶在碱性的条件下，其结构中一定数量的氰基基团被皂化水解，形成聚丙烯酰胺或聚丙烯酸盐类聚合物，在一定条件下还可以生成多元嵌段聚合物。其发生碱法水解的化学反应式大致如下：

在这种水解方法中，经常使用的碱性催化剂是NaOH、KOH、水玻璃、Na3PO4、K3PO4、Na2S、Ca（OH）2、氨水。在水解过程中，腈纶废丝的颜色也发生了很大的变化，即先由白色转成黄色，再由黄色转变成橙红色或者棕红色，在变色的过程中不时地会有氨气逸出，最后直到固态变成液体状，直至腈纶废丝水解过程中的纤维状消失。

2、腈纶废丝的酸法水解

酸法水解是将腈纶废丝置于硫酸、盐酸等强酸性化学物质及适当的温度之下进行的。此种方法因酸的浓度和水温的不同，水解过程中可以得到不同化学成分的产物，如75%-95%的冷浓H2SO4。腈纶废丝的水解过程将长达四个小时，主要的产物为聚丙烯酰胺；用50%的H2SO4加热到120℃-140℃，腈纶废丝的水解过程将长达十个小时，主要的产物是聚丙烯酸。这种水解方法的化学方程式大致如下：

该种方法对设备的要求虽然不高，使用耐酸的搪瓷反应釜就可以，但是对设备的密度要求较高，回流冷凝器热交换率要高。除此之外，因该种方法所使用的硫酸的浓度过高，致使成本过高，不利于操作和环境的保护。

3、加压水解

此种方法是将辐射引发聚合的腈纶粉末放置在513-3420MPa下经过150℃进行水解，从而得到100%的聚丙烯酰胺，若改变水解的条件将会得到不一样的产物。具体的化学反应式如下：

此种方法与碱法和酸法相比，得到产物的含量会相对较高，但同时也会提高对设备的要求，而且高压水解过程中所用的催化剂为过渡金属氧化物或碱土金属氧化物。

四、腈纶废丝处理后的产物的应用

1、制成新型功能的纤维

将腈纶废丝水解过后的产物与其他聚合物复合制备纤维材料，使其具有热湿舒适功能、防护功能或卫生环保功能，赋予了腈纶较高的附加值。而且在制造的过程中通常加入聚乙烯醇，其与聚丙烯腈进行混合再加入石蜡这种相变的材料制成相变储能纤维。这种储能纤维内部的各组分化学结构基本稳定，在水中的软化点可以由93℃升高到110℃.

2、制成高吸水性树脂

将腈纶废丝、NaOH和水在100℃的条件下加热至废丝全部溶解为止，然后用C2H5OH沉淀，并用其与水的混合溶剂进行反复洗涤，直至水解物的PH值达到7左右，再用80℃的温度烘干成干燥的腈纶废丝皂化水解物。之后将干燥过的水解物用10毫升的水进行溶解，完全溶解后，再加入10%的盐酸溶液，最后加入冻状凝胶物。之后用C2H5OH与水的混合溶剂洗涤三次，用CH3COCH3浸泡数小时取出放于真空箱中进行50℃以下烘干，直到其呈现白色疏松状时高吸水性树脂就制成了。原先的腈纶废丝已经由过去的无用废料转变成了有用的产物，其实际功用性得到了提高。