腈綸廢絲的化學(xué)處理及產(chǎn)物的應(yīng)用

馬慧敏(江蘇省響水縣環(huán)境保護(hù)局)

一、腈綸及腈綸廢絲的概述

腈綸，又稱聚丙烯腈纖維，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纖維。腈綸廢絲是指在腈綸紡絲的生產(chǎn)過程中，由于分子量小于10000，柔軟性、卷曲度、拉伸性、彈性、勾結(jié)性等均達(dá)不到投產(chǎn)使用的標(biāo)準(zhǔn)，不能用于紡織品生產(chǎn)的部分腈綸絲。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在正常的腈綸生產(chǎn)過程中，腈綸廢絲的總量占腈綸生產(chǎn)總量的1%以上。生產(chǎn)總量相對于目前生產(chǎn)水平條件下的腈綸生產(chǎn)量和相關(guān)產(chǎn)業(yè)對腈綸的使用量來說，大約有1-1.5萬噸。

二、腈綸廢絲處理的必要性

腈綸因其自身含有大量的丙烯腈，故在對廢絲進(jìn)行處理的過程中，對其進(jìn)行分解比較困難，而且不能熱壓成型，若通過焚燒的方式對其處理的話將會產(chǎn)生大量的劇毒物質(zhì)——?dú)淝杷幔℉CN）。當(dāng)然，腈綸廢絲并不是一點(diǎn)用都沒有，其經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚硪院罂梢陨捎杏玫奈镔|(zhì)繼續(xù)投入生產(chǎn)，進(jìn)而制成有用的物品供人們使用。

三、腈綸廢絲的化學(xué)處理

通常情況下會采用化學(xué)中的水解對腈綸廢絲進(jìn)行處理。所謂的水解就是將腈綸廢絲通過無機(jī)酸、堿、加熱、加壓等方法的作用，使腈綸廢絲中的側(cè)基——氰基發(fā)生水解并轉(zhuǎn)變?yōu)闃O性較強(qiáng)的羧基、酰胺基等官能團(tuán)，并伴隨著固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)化的一種化學(xué)方法。常見的水解方法有：堿法水解、酸法水解和加壓水解。以下分別對這三種方法進(jìn)行具體地說明：

1、堿法水解

堿法水解是指腈綸在堿性的條件下，其結(jié)構(gòu)中一定數(shù)量的氰基基團(tuán)被皂化水解，形成聚丙烯酰胺或聚丙烯酸鹽類聚合物，在一定條件下還可以生成多元嵌段聚合物。其發(fā)生堿法水解的化學(xué)反應(yīng)式大致如下：

在這種水解方法中，經(jīng)常使用的堿性催化劑是NaOH、KOH、水玻璃、Na3PO4、K3PO4、Na2S、Ca（OH）2、氨水。在水解過程中，腈綸廢絲的顏色也發(fā)生了很大的變化，即先由白色轉(zhuǎn)成黃色，再由黃色轉(zhuǎn)變成橙紅色或者棕紅色，在變色的過程中不時地會有氨氣逸出，最后直到固態(tài)變成液體狀，直至腈綸廢絲水解過程中的纖維狀消失。

2、腈綸廢絲的酸法水解

酸法水解是將腈綸廢絲置于硫酸、鹽酸等強(qiáng)酸性化學(xué)物質(zhì)及適當(dāng)?shù)臏囟戎逻M(jìn)行的。此種方法因酸的濃度和水溫的不同，水解過程中可以得到不同化學(xué)成分的產(chǎn)物，如75%-95%的冷濃H2SO4。腈綸廢絲的水解過程將長達(dá)四個小時，主要的產(chǎn)物為聚丙烯酰胺；用50%的H2SO4加熱到120℃-140℃，腈綸廢絲的水解過程將長達(dá)十個小時，主要的產(chǎn)物是聚丙烯酸。這種水解方法的化學(xué)方程式大致如下：

該種方法對設(shè)備的要求雖然不高，使用耐酸的搪瓷反應(yīng)釜就可以，但是對設(shè)備的密度要求較高，回流冷凝器熱交換率要高。除此之外，因該種方法所使用的硫酸的濃度過高，致使成本過高，不利于操作和環(huán)境的保護(hù)。

3、加壓水解

此種方法是將輻射引發(fā)聚合的腈綸粉末放置在513-3420MPa下經(jīng)過150℃進(jìn)行水解，從而得到100%的聚丙烯酰胺，若改變水解的條件將會得到不一樣的產(chǎn)物。具體的化學(xué)反應(yīng)式如下：

此種方法與堿法和酸法相比，得到產(chǎn)物的含量會相對較高，但同時也會提高對設(shè)備的要求，而且高壓水解過程中所用的催化劑為過渡金屬氧化物或堿土金屬氧化物。

四、腈綸廢絲處理后的產(chǎn)物的應(yīng)用

1、制成新型功能的纖維

將腈綸廢絲水解過后的產(chǎn)物與其他聚合物復(fù)合制備纖維材料，使其具有熱濕舒適功能、防護(hù)功能或衛(wèi)生環(huán)保功能，賦予了腈綸較高的附加值。而且在制造的過程中通常加入聚乙烯醇，其與聚丙烯腈進(jìn)行混合再加入石蠟這種相變的材料制成相變儲能纖維。這種儲能纖維內(nèi)部的各組分化學(xué)結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，在水中的軟化點(diǎn)可以由93℃升高到110℃.

2、制成高吸水性樹脂

將腈綸廢絲、NaOH和水在100℃的條件下加熱至廢絲全部溶解為止，然后用C2H5OH沉淀，并用其與水的混合溶劑進(jìn)行反復(fù)洗滌，直至水解物的PH值達(dá)到7左右，再用80℃的溫度烘干成干燥的腈綸廢絲皂化水解物。之后將干燥過的水解物用10毫升的水進(jìn)行溶解，完全溶解后，再加入10%的鹽酸溶液，最后加入凍狀凝膠物。之后用C2H5OH與水的混合溶劑洗滌三次，用CH3COCH3浸泡數(shù)小時取出放于真空箱中進(jìn)行50℃以下烘干，直到其呈現(xiàn)白色疏松狀時高吸水性樹脂就制成了。原先的腈綸廢絲已經(jīng)由過去的無用廢料轉(zhuǎn)變成了有用的產(chǎn)物，其實(shí)際功用性得到了提高。

小結(jié)

腈綸在人們的日常生活中發(fā)揮著非常重要的作用，推動了我國紡織業(yè)的快速發(fā)展。雖然腈綸廢絲因其某些方面有缺陷不能投入到正常的生產(chǎn)和使用當(dāng)中，但其經(jīng)過某些化學(xué)反應(yīng)和特定方法處理后再和某些原料進(jìn)行結(jié)合，就可以制成另一種供人們使用的產(chǎn)物，繼續(xù)發(fā)揮其在生活中的功用。

[1]郭靜，相恒學(xué)，陳榮榮.腈綸廢絲的水解及其產(chǎn)物的應(yīng)用[J].合成纖維工業(yè),2010,33(1):31-33.