废水回收式聚苯胺系聚合物合成的方法

专利名称：废水回收式聚苯胺系聚合物合成的方法
技术领域：
本发明涉及一种聚苯胺合成的方法，特别是涉及一种废水回收式聚苯胺系聚合物合成的方法。
如

图1、2所示，以往的制程步骤依序为备料混合步骤11、过滤步骤12、碱化步骤13、再过滤步骤14及烘干成型步骤15等，该备料混合步骤11是将配置的苯胺、酸溶液及氧化剂(如过硫酸胺)等原料，置入反应器21中加以混合(反应2～3小时)，反应中会伴随着热的放出(即放热反应)，因为放热反应会使混合原料的一部份生成其它不需要的聚合物，而相对减低所需的生成物产量，为了解决上述的缺点，又在该反应器21外设有循环的冷却水22，以维持放热反应温度于0～5℃间，同时放热反应后，该反应器21可得粒状的粉末16及废水17，其反应式如下
如图1、2所示，该过滤步骤12是将备料混合步骤11所产生的废水17及粉末16，藉由过滤机(图未示)予以分离，分离后的废水17予以排放，该碱化步骤13是将过滤步骤所产生的粉末16予以碱化中和，其反应式为
该再过滤步骤14是将碱化步骤13所得粉末16中所含的水份，予以过滤去除，该烘干成型步骤15是将经再过滤步骤后14所得的粉末16予以烘干，形成颗粒较大的导电性粉末16，因为该导电性粉末16会相互连结而形成硬块，因此必须再研磨成粉状，以进一步作为导电性材料应用。
虽然，成型的导电性粉末16可作为导电性材料的添加物原料，但因其在制造方法上仍有具有以下的缺点一、温度不易维持，容易产生副产物因为各原料混合时会产生放热反应，其何时产生放热且放热温度状况无法精确控制，因此只藉冷却水来控制反应器内的温度维持在0～5℃之间，很难以维持稳定，而当温度一旦脱离0～5℃的间，则容易生成其它不需要的聚合物(即副产物)，而相对减低所需的粉末产量。
二、容易产生环保问题因为苯胺单体含有毒性，虽然藉苯胺与酸溶液混合形成相关的酸溶液，而去除苯胺单体具有的毒性，但因酸溶液的添加比例较高，因此备料混合步骤11所生成的废水，其中会含有未反应完全的酸溶液，使废水中呈现出酸性且有反应不完全的颜色，如果将此废水直接排放，容易衍生环保问题，虽然可藉设置废水处理系统加以处理，但却会增加相关的设备成本。
三、颗粒大以往聚苯胺合成的方法经备料混合步骤、过滤步骤、碱化步骤、再过滤步骤、烘干成型步骤等制程步骤后，其所生成的粉末颗粒较大，因此，该粉末使用时必须再加以研磨至一定的较小粒径，才能与溶剂混合成一导电性涂料，否则大颗粒粉末不容易与涂料混合，增加制造上的困难。
当然，前述生成粉末过程中，可藉加入悬浮剂使生成的粉末不会相互吸引，以消除大颗粒现象，但是悬浮剂的添加会增加成本，且粉末中可能会残留有悬浮剂。
四、设备成本高除了前述第二项所提需增设废水处理系统设备外，以往聚苯胺合成的方法也需设有冷却水循环设备，以维持苯胺、酸溶液及氧化剂等原料于反应器21内进行反应且维持在0～5℃之间，避免其它不良物质聚合而成，因此增加了冷却水处理循环设备的费用成本。
五、浪费材料
因为苯胺、酸溶液及氧化剂等原料加以混合时，其酸溶液未能完全与苯胺反应，造成部份酸溶液仍残留于废水中，经环保设备处理后，即排出于外，造成材料的浪费。
本发明的目的在于提供一种废水回收式聚苯胺系聚合物合成的方法，而能将废水回收重复使用，以提高生成物品质，同时具有降低费用成本及保护环境免于污染的功效。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的一种废水回收式聚苯胺系聚合物合成的方法，其制程方法主要依序进行备料混合步骤、过滤步骤、碱化步骤、再过滤步骤及烘干成型步骤。该备料混合步骤先行将备置的单体、酸溶液及氧化剂等原料依一定重量比加以混合，进行放热反应处理，藉由放热反应可得粒状粉末及废水；经该过滤步骤可将前述步骤产生的废水予以分离；该碱化步骤是以碱液将过滤步骤产生的酸性的粉末予以中和；最后再经过该再过滤步骤后，进一步将该碱化步骤后所得的粉末所含的水份过滤去除；该烘干成型步骤将粉末进一步予以烘干形成导电性粉末，因此就完成单一循环制程。其特点是当再次循环制程时，其在该过滤步骤产生的废水仍可回收并重复使用，使得再次循环制程中，其酸溶液用量降低，以降低费用成本。同时，废水中所残留的酸溶液毒性物，也可藉废水重复使用而将其去除，避免环境污染。而且利用废水重复使用制造的粉末粒径也会较小。
在上述合成方法中，该备料混合步骤是在常温状态下处理，藉以减少放热反应产生的产物。
上述合成方法中，氧化剂为过硫酸盐、硫酸盐、碘酸盐或氯化金属盐。
上述合成方法中，单体为苯胺或其苯胺衍生的烷基苯胺或烷氧苯胺。
上述合成方法中，酸溶液为盐酸、硫酸、烷基苯磺酸、苯磺酸或烷基硫酸。
上述合成方法中，单体、酸溶液及氧化剂的重量比为1∶10～25∶1～4。
本发明废水回收式聚苯胺系聚合物合成的方法由于采取上述技术方案，因而具有以下的优点及功效一、无副产物产生本发明废水回收式聚苯胺系聚合物合成的方法，因为反应温度并不需控制在0～5℃之间，因此，在各原料进行混合或反应时，反应比较容易控制，同时也不会因放热温度反应变化而生成其它不需要的聚合物(即副产物)，相对地，其生成的粉末产量也不会降低。
二、无环保问题因为苯胺或其苯胺衍生的烷基苯胺或烷氧苯胺，以及酸溶液等均具有相对的毒性，因此虽然藉苯胺(或其苯胺衍生的烷基苯胺或烷氧苯胺)与酸溶液混合形成苯胺盐，使得各单体所具有的毒性达到去除的目的，不过却因酸溶液的添加比例较高，因此在备料混合步骤31所生成的废水中仍含有相当未反应完全的盐酸溶液，使得废水中呈现出酸性且有颜色状态，但是，本发明是将废水再重复使用时，废水中所含有的盐酸溶液仍可与新制程所添加的单体进行反应，直至酸溶液消耗殆尽，因此在制程完成后即使直接排放，也不会产生环保问题，由此也可减少环保废水的处理。
三、设备成本低因为以往制程方法需要维持反应温度于0～5℃间，以避免其它低分子量聚合物的产生，因此以往制程需增设废水处理系统设备，且还需设有冷却水处理循环设备，以维持单体、酸溶液及氧化剂等原料于反应器内进行放热反应时的温度维持，相反，本发明的制程方法，其在室温下即可进行反应，因此不需相关的冷却设备，所以可降低制造成本。
四、颗粒小本发明经备料混合步骤31、过滤步骤32、碱化步骤33、再过滤步骤34及烘干成型步骤35等制程步骤后，其所生成的是粒径较大的粉末，不过，当前述各步骤再次循环时，利用该过滤步骤32产生的废水可再回收重复使用，其所得的粉末粒径比以往的粉末粒径小，因此，如果添加于涂料内作为添加料时，很容易与溶剂混合制成分布均匀且不容易沉淀的导电性涂料，更增加后续添加混合的容易性，以及喷装上的简单性。
五、节省材料因为单体、酸溶液及氧化剂等原料加以混合时，其酸溶液并未能完全反应，因此部份酸溶液会残留于废水中，而废水在本发明中是采取回收重复使用，所以酸溶液的用量在每次制程中所添加的比例会随着降低，因此，本发明可针对未完全反应的酸溶液进一步有效利用，达到节省材料及成本的目的。
以下结合附图及实施例对本发明进行详细说明图1是以往聚苯胺制程流程图。
图2是以往聚苯胺的备料混合步骤制程示意图。
图3是本发明较佳实施例的流程图。
图4～7是本发明较佳实施例的耐热度测试图表。
图8是本发明较佳实施例的红外线光谱测定图表。
如图3所示，本发明的废水回收式聚苯胺系聚合物合成的方法包含备料混合步骤31、过滤步骤32、碱化步骤33、再过滤步骤34及烘干成型步骤35，该备料混合步骤31是先行备置单体、酸溶液及氧化剂等原料，该单体可为苯胺或其苯胺衍生的烷基苯胺或烷氧苯胺，而氧化剂可为过硫酸盐、硫酸盐、碘化盐或氯化铁等。另外，再将前述的单体、酸溶液及氧化剂等原料于室温中加入反应器(图未示)中进行反应，藉由放热反应，可得粒状的粉末及含有未完全反应完全的酸溶液的废水37。该过滤步骤32是将备料混合步骤31所产生的废水37及粉末36予以分离，分离后的废水37可在下一次的循环制程中再使用，也就是该废水37回收后再使用于下一次循环制程中的备料混合步骤31。这种方式可降低酸溶液用量及降低成本，同时也可将废水37中未完全反应的单体去除。该碱化步骤33是将过滤步骤32所产生酸性粉末36，藉由碱液予以碱化中和；该再过滤步骤34是将碱化步骤33所得的粉末中所含的水份，予以过滤去除；而该烘干成型步骤35是将再过滤步骤34后所得的粉末36予以烘干，形成粒径较小的导电性粉末36。
为证明废水重复使用的可行性，且其生成的导电性粉末也具有较佳特质，由以下的实验说明可知第一次制程本实验例的备料混合步骤31先行配制单体(以苯胺为例)、酸溶液(如盐酸、硫酸、烷基苯磺酸、苯磺酸或烷基硫酸)及氧化剂(如过硫酸胺)等原料，其重量比为1∶10～25∶1～4，且在室温下反应时间为0.5～4小时。反应制程如下所示而当放热反应生成粒状粉末36及废水37后，再依序经后续的废水37与粉末36分离的过滤步骤32、将粉末酸性溶液中和的碱化步骤33(其中和的反应式如下
where R is H，-(CH2)nCH3or -O(CH2)nCH3. n is 0，1，or 2.)、将粉末36的水份进一步予以去除的再过滤步骤34，以及最后将粉末36予以烘干的烘干成型步骤35等，就可得导电性粉末36以供使用，而前述制程所得的粉末36粒径较大，前述生成的导电性粉末36经TGA耐热性测试后，其热度损失曲线如图4所示，而将其导电性粉末36经过红外线光谱(FTIR)测定后，其光谱图如图8中的I所示。
废水循环使用的第二次制程将前述制程所得的废水37再次回收重复使用，也就是该废水37加入备料混合步骤31中，因为该废水37中仍含有未完全反应的酸溶液，所以在该备料混合步骤31所备置的苯胺、酸溶液及氧化剂(如过硫酸胺)等原料，其酸溶液的添加重量将比第一次制程为低，且维持在室温下反应时间为0.5～4小时。再依第一次制程的过滤步骤32、碱化步骤33、再过滤步骤34及烘干成型步骤35，就可生成出较小的导电性粉末36以供使用。再者，所生成的导电性粉末36经TGA耐热性测试后，其热量损失曲线如图5所示，而将该导电性粉末36经过红外线光谱分析后，其光谱图如图8中的II所示。
废水循环使用的第三次制程仍将第二次制程所产生的废水37再次回收，并加入备料混合步骤31中，其酸溶液的添加重量可再予以降低，且依第一次制程的过滤步骤32、碱化步骤33、再过滤步骤34及烘干成型步骤35等，就可生成粒径更小的导电性粉末36。该导电性粉末36经TGA耐热性测试后，其测试线如图6所示，而将该导电性粉末36经过红外线光谱(FTIR)分析后，其光谱图如图8中的III所示。
废水循环使用的第一百次制程仍将上次制程所产生的废水37回收使用，其酸溶液的添加重量可较为减少，同时其室温下反应时间(0.5～4小时)，及后续的过滤步骤32、碱化步骤33、再过滤步骤34及烘干成型步骤35等均相同，而生成的导电性粉末36粒径也会比前一次制程为小，且生成的导电性粉末36经过TGA耐热性测试后，其测试线如图7所示，而将该导电性粉末36经过红外线光谱(FTIR)分析后，其光谱图如图8中的IV所示。
这种制程的废水使用次数可持续n次，而前述实验例的制程只以至第一百次制程为例。
经由上述实施例的制程可知，本发明废水回收式聚苯胺系聚合物合成的方法的备料混合步骤31，其所备置的苯胺、酸溶液及氧化剂等原料，其重量比为1∶10～25∶1～4，且在室温下反应时间为0.5～4小时，最后再依序经过后续的过滤步骤32、碱化步骤33、再过滤步骤34及烘干成型步骤35等，就可成型出比以往聚苯胺合成的方法所得的粒径更小的导电性粉末36以供使用。此外，因为这种制程方法在过滤步骤32分离后的废水37可不断地再重复使用，降低后续制程的酸溶液添加量，因此可效降低材料的用量及费用成本。
特别是，由实验生成的粉末36经过TGA耐热性测试的结果可知，该导电性粉末36会受到热的影响，使该粉末36的重量因热烈化而减轻，由图4～7的热量损失曲线可知，其重量开始减轻的温度平均约于370℃左右，此证明利用废水37重复使用所制造的粉末36，并未受到多次制程而影响原有的耐热特性。另外，以红外线光谱(FTIR)分析结果显示，如图8的I、II、III、IV等光谱线所示，其特性波峰不变，因此证明该粉末36有相同的化学特性。所以，由前述的耐热性测试及红外线光谱分析结果可知，利用废水37重复应用于制程中的方法，并不会影响其粉末的特性，相反，其制成的粉末36颗粒更小，还可做为其它物料的添加使用。
权利要求
1.一种废水回收式聚苯胺系聚合物合成的方法，包含备料混合步骤、过滤步骤、碱化步骤、再过滤步骤及烘干成型步骤；该备料混合步骤是先行备置单体、酸溶液及氧化剂等原料，且将各原料加以混合，进行放热反应处理，以反应出粒状粉末及废水；该过滤步骤是将备料混合步骤产生的废水及粉末予以分离；该碱化步骤是将过滤步骤产生的粉末予以碱化，使粉末所呈的酸性反应予以中和；该再过滤步骤是将碱化步骤后所得的粉末中所含的水份，再予以过滤去除；该烘干成型步骤是将再过滤步骤后所得的粉末予以烘干，形成导电性粉末；其特征在于前述各步骤再次循环时，其过滤步骤产生的废水可再回收重复使用，使得再次循环制程的备料混合步骤的酸溶液添加量降低，同时将废水中的有毒物质去除。
2.如权利要求1所述的废水回收式聚苯胺系聚合物合成的方法，其特征在于该备料混合步骤是在常温状态下处理，藉以减少放热反应产生的产物。
3.如权利要求1所述的废水回收式聚苯胺系聚合物合成的方法，其特征在于该氧化剂为过硫酸盐、硫酸盐、碘酸盐或氯化金属盐。
4.如权利要求1所述的废水回收式聚苯胺系聚合物合成的方法，其特征在于该单体为苯胺或其苯胺衍生的烷基苯胺或烷氧苯胺。
5.如权利要求1所述的废水回收式聚苯胺系聚合物合成的方法，其特征在于该酸溶液为盐酸、硫酸、烷基苯磺酸、苯磺酸或烷基硫酸。
6.如权利要求1所述的废水回收式聚苯胺系聚合物合成的方法，其特征在于该单体、酸溶液及氧化剂的重量比为1∶10～25∶1～4。
全文摘要
一种废水回收式聚苯胺系聚合物合成的方法,先以备料混合步骤配置的单体、酸溶液及氧化剂等混合,经放热反应所得的粒状粉末及废水,以过滤步骤将其分离,再以碱液将酸性粉末中和,最后经过再过滤步骤,过滤去除所含的水份,并经烘干成型步骤烘干。当再次循环制程方法时,可将前制程过滤步骤所产生的废水回收并重复使用于备料混合步骤,以降低酸溶液用量,同时藉废水重复使用去除其酸溶液,最后生成的粉末能具有较小的粒径。
文档编号C08G73/02GK1250786SQ9812132
公开日2000年4月19日 申请日期1998年10月9日 优先权日1998年10月9日
发明者何国贤, 谢达华 申请人:鏮铂锂科技股份有限公司