利用腈纶废料制备高吸水性树脂

【摘要】本文介绍了腈纶废料制备高吸水性树脂的过程，阐述了利用腈纶废料制备高吸水性树脂的原理。将废旧腈纶在碱性条件下水解、中和、洗涤后，分别阐释了水质对吸水树脂吸水率的影响，温度、时间对腈纶水解反应的影响，以及交联剂用量和种类对产物吸水率的影响。

【关键词】腈纶废料 高吸水性树脂 方法

腈纶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。高吸水性树脂是一种能快速吸收大量水分并膨润成凝胶状的功能高分子，具有高吸水性和保水性，吸水能力可达自重的数百倍，甚至千倍。国内外的高吸水性树脂都是由水溶性单体聚合交联制备的。为有效降低吸水树脂的制造成本，通常使用腈纶废料在水解和交联反应中进行制备。

1 腈纶废料制备高吸水性树脂实验过程

（1）腈纶废料的化学处理方法有多种，其中的碱法水解，是指在强碱中发生水解。氢氧化钠、氢氧化钾、水玻璃、磷酸三钾、氨水、磷酸三钠、硫化钠、氢氧化钙等强碱。碱法水解过程与酸法水解相似，-CN基先水解为-CONH2，再进一步水解为-COONa基团，并伴随着N2气体放出。水解产物的重要指标之一是羧基的产率，反映了聚丙烯腈水解的程度。不同方法的水解程度性质和用途都不同，在反应温度和水解的反应时间等条件下来看，羧基的产率一般在70%左右。高吸水性树脂能够吸收自身重量的数百倍或上千倍的无离子水。测定吸水率时，准确称取一定量的树脂粉末放入烧杯中，加入一定的蒸馏水，经过一段时间过滤，滤去净水称重，计算加入水的总质量和净水的质量的差值，差值和除去吸水剂粉末质量的比值，就是吸水率。

（2）腈纶是由丙烯腈单体聚合而成的聚丙烯腈，在碱性条件下水解生成酰胺和羧酸盐基团的聚电解质。将生产出的PAN碱性水解物加入交联剂进行交联反应，得到高吸水性树脂。获取PAN后，碱洗并进行干燥处理成碎末。将20g的腈纶废料装入带有10%NaOH水溶液的回流装置中，用10%的盐酸水溶液将pH值调至5-6。在交联上，加热碱性水解物是在整个纤维内部进行交联。HPAN在铜氨溶液的高润胀下，使用交联剂渗透进整个纤维内部，在加热的条件下进行交联，交联反应只在纤维的蕊层中进行。水解物产生交联，反应的温度应在95℃下，用工业酒精反复洗涤，在高温下烘烤，产物烘干得到的粉末就是吸水性树脂，称取0.2克烘干后的吸水性树脂放入烧杯中，再加入400ml的自来水或蒸馏水进行吸水率测试，经过24小时的浸泡，用滤网滤去净水称重，计算吸水率。

2 结果和讨论

2.1 水质对吸水树脂吸水率的影响

吸水树脂对不同水质的吸收能力存在很大的差别，实验发现，对蒸馏水的吸水率为872 g/g；对自来水的吸水率为91.1 g/g，从数据中我们可以看出，吸水树脂对蒸馏水的吸收能力远大于对电解质较高的自来水的吸收能力。这是由于吸水树脂的吸水原理是亲水性基团和水分子发生水合作用，产生的渗透压造成了交联反应，从而才具有很强的吸水性。而当水中含有电解质时，吸水能力明显下降的原因是由于电解质降低了对交联反应的渗透压。吸水树脂最基本的性能就是吸水能力强，但随着水质的变化，水中含有的电解质不同时，吸水树脂对水的吸收能力就存在差异。

2.2 温度、时间对腈纶水解反应的影响

腈纶发生水解反应时，水解反应的时间和水质等都会影响水解效果的程度。其中，温度是影响水解反应的主要原因之一，当温度较低时，废旧腈纶溶解不完全；当温度较高时，反应液起泡溢出，造成水解产物的沉降。时间对水解反应产生影响，一般反应的时间在7个小时左右，温度在95℃左右时，废旧腈纶的水解效果较好。当腈纶的废料一定时，NaOH量少，则腈纶不能被完全水解。如果量多腈纶就会消耗大量的盐酸使水解物的粘度降低。当加入少量水时，腈纶废料不能完全浸泡。加水多时，则使得水解的粘度降低。

3 交联剂用量和种类对产物吸水率的影响

当其他反应条件一定的情况下，使用甲醛作为交联剂，考察甲醛用量对吸水率的影响，如表1所示。

甲醛用量较少时，交联点少且不完全，会产生较多的副产物，吸水率低；当甲醛用量增加并超过一定程度时，交联密度增大，使吸水率降低，由表1我们可以看出当甲醛的用量低于2ml时，吸水率会随着甲醛用量的增加而增加。当甲醛的用量高于2ml时，吸水率会随着甲醛用量的增加而下降。这是由于甲醛用量的不同，从而导致得到的产物交联密度不同。由此可见，甲醛的定量在2.0ml时，吸水率最佳。

当其他反应条件一定的情况下，使用氢氧化铝作为交联剂对吸水率的影响，如表 2示。

从表2可以看出，氢氧化铝交联反应的效果要比甲醛的好，当加入少量的氢氧化铝时形成的交联点少，交联密度小，吸水率低；当加入到适量时，吸水的能力就能迅速地提高；随着加入量的增大，吸水率会随着结构收缩的增大而逐渐变小。交联时间对树脂吸水率有直接的影响，交联时间短则交联反应不完全，吸水率较低；交联时间较长，容易造成高分子键断裂，从而导致吸水率降低。

4 结语

不同的交联剂在相同的反应条件下，氢氧化铝的交联效果比甲醛的好。在利用废料腈纶制备高吸水性树脂时，交联剂的用量、种类、交联反应时间、温度和水质等因素都是影响树脂吸水性的重要因素，在不同的反应条件下所产生的吸水树脂的吸水能力存在很大的差别。利用废腈纶经常压皂化水解制备高吸水性树脂，操作简单，工艺完善和成本低，吸水率高。

参考文献

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[2] 丁伦汉.利用腈纶废料制备高吸水性树脂[J].合成纤维工业，2009（12）

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