本发明涉及可降解尼龙处理工艺,也就是关于一种可降解尼龙4的低温清洗工艺。
背景技术:
聚丁内酰胺(pa4,俗称尼龙4)结构单元中含有4个碳原子,熔点介于260~270℃,是尼龙类树脂中亲水性接近天然棉的物质,在自然环境中会发生降解,生成无害的丁内酰胺单体。尼龙4可用于合成纤维、人造革、合成纸等。目前传统的尼龙类材料在大自然中难以降解,单体大多是由石油提炼而来,不仅会造成污染环境,而且对传统能源过度依赖。尼龙4单体原料为2-吡咯烷酮,2-吡咯烷酮由生物发酵法得到的γ-氨基丁酸高温液化得到。原料可再生以及尼龙4可降解的特性使得尼龙4的相关制品更具环保、低成本等特性。
经过研究证实尼龙4材料在45±5℃,相对湿度为50±5%的环境下会发生一定程度的降解:降解前聚合物分子量为25000左右,降解12h,聚合物分子量为24000左右;降解24h,聚合物分子量为22500左右;降解48h,聚合物分子量为20000左右;降解96h后,分子量为14500左右;降解192h后,分子量为6000左右。尼龙4的降解速度过快,影响了其相关制品的使用。
技术实现要素:
为解决现有尼龙4降解过快的问题,本发明提供一种可降解尼龙4的低温清洗工艺,该工艺直接从本体聚合得到的尼龙4块体出发,低温甲酸溶解,在低温条件下剪切沉降,最后在低温条件下进行真空干燥,得到丝状的乳白色聚丁内酰胺,实现以下发明目的:
(1)降低清洗过程中尼龙4的降解,提高清洗后的尼龙4的分子量。
(2)延长尼龙4在使用过程中的降解周期。
为实现上述发明目的,本发明采取以下技术方案:
一种可降解尼龙4的低温清洗工艺,所述方法,包括低温溶解、无水乙醇低温剪切沉降、低温减压除水。
具体包括以下步骤:
(1)甲酸低温溶解
取尼龙4粗制品1~2份,倒入97-99%的甲酸4~5份,采用冰水浴将体系温度控制在-20~0℃,优选为-20~-10℃,控制机械搅拌速率150~250r/min,待完全溶解后,继续低温搅拌24~36h,得到含尼龙的甲酸溶液。
所述甲酸,纯度优选为98%。
(2)无水乙醇低温剪切沉降
将低温溶解后的含尼龙的甲酸溶液进行静置,静置时间为5~8h。取100份无水乙醇,在-20~0℃,优选为-20~-10℃的条件下加入含尼龙的甲酸溶液,加入过程中对溶液体系进行同方向剪切,剪切速率为400~600r/min,剪切时间为8~12h。将剪切后得到的丝状物取出放入-20~0℃,优选为-20~-10℃的无水乙醇中进行清洗,清洗过程中控制搅拌桨速率为60~100r/min,清洗2-4遍,优选为3遍。
(3)低温真空除水
将清洗干净的丝状尼龙4,放于-20~0℃,优选为-20~-10℃的干燥器皿中,加入5~8份干燥剂,通过油泵抽真空,控制器皿内压力为-0.8~-1.2atm,优选为-1atm,连续抽真空12~36h后关闭油泵,于3-5天,优选为4天后取出尼龙4,最终得到质地较硬的尼龙4材料。
采用上述技术方案,本发明取得的有益效果:
(1)本发明清洗处理的尼龙4材料质地较常规清洗的样品更为坚硬,清洗后的尼龙4材料粘均分子量为3-3.5万,较清洗前的尼龙4粗制品的粘均分子量提高1-1.5万;较常规水洗后的尼龙4材料的粘均分子量高出5000~10000。
(2)本发明清洗处理的尼龙4材料,粘均分子量降低20%的周期为3-4个月,完全降解周期为5-6个月;常规水洗后的尼龙4材料,粘均分子量降低20%的周期为1个月,完全降解周期为3个月。
现有尼龙4处理技术得到的产物易降解,热稳定性差,从而导致其产品使用不稳定。
(3)本发明处理得到的尼龙4结晶性好,成丝状的坚硬状态,方便后续的加工处理,制成成品。
(4)本发明的全过程采用低温处理工艺,可进行连续化处理,提高处理效率,减低生产成本,另外处理过程中使用的甲酸、水和乙醇均可回收再利用。
具体实施方式
为使本发明提供的技术手段、创新特征和操作步骤易于操作理解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明,以下实施例仅用于说明而不限定本发明的范围。
实施例1
本实施例提供给一种可降解尼龙4的低温清洗工艺,具体步骤如下:
(1)甲酸低温溶解
取尼龙4粗制品1份,倒入98%的甲酸4份,采用冰水浴将体系温度控制在-10℃,控制机械搅拌速率150r/min,待完全溶解后,继续低温搅拌24h,得到含尼龙的甲酸溶液。
上述尼龙4粗制品,为带有淡黄色的物质,含有5~10%左右的杂质,杂质包括丁内酰胺、碱、酰类物质,所测分子量在2万左右。
(2)无水乙醇低温剪切沉降
将低温溶解后的含尼龙的甲酸溶液进行静置,静置时间为5h。取100份无水乙醇,在-10℃的条件下加入上述静置后的含尼龙的甲酸溶液,加入过程中对溶液体系进行同方向剪切,剪切速率为400r/min,剪切时间为8h。将剪切后得到的丝状物取出放入-10℃的无水乙醇中进行清洗,清洗过程中控制搅拌桨速率为80r/min,清洗三遍。
(3)低温真空除水
将清洗干净的丝状尼龙4,放于-10℃的干燥器皿中,加入5份干燥剂,通过油泵抽真空,控制器皿内压力为-1atm,连续抽真空12h后关闭油泵,于4天后取出尼龙4,最终得到质地较硬的尼龙4材料,粘均分子量为3万左右。
清洗后的尼龙4在45±5℃,相对湿度为50±5%的环境下进行降解实验,粘均分子量降低20%的周期为3个月,完全降解周期为5个月。
实施例2
本实施例提供给一种可降解尼龙4的低温清洗工艺,具体步骤如下:
(1)甲酸低温溶解
取尼龙4粗制品2份,倒入98%的甲酸5份,采用冰水浴将体系温度控制在-20℃,控制机械搅拌速率250r/min,待完全溶解后,继续低温搅拌36h,得到含尼龙的甲酸溶液。
所述尼龙4粗制品,为带有淡黄色的物质,含有5~10%左右的杂质,杂质包括丁内酰胺、碱、酰类物质,所测分子量在2万左右。
(2)无水乙醇低温剪切沉降
将低温溶解后的含尼龙的甲酸溶液进行静置,静置时间为8h。取100份无水乙醇,在-20℃的条件下加入静置后的含尼龙的甲酸溶液,加入过程中对溶液体系进行同方向剪切,剪切速率为600r/min,剪切时间为12h。将剪切后得到的丝状物取出放入-20℃的无水乙醇中进行清洗,清洗过程中控制搅拌桨速率为80r/min,清洗三遍。
(3)低温真空除水
将清洗干净的丝状尼龙4,放于-20℃的干燥器皿中,加入8份干燥剂,通过油泵抽真空,控制器皿内压力为-1atm,连续抽真空36h后关闭油泵,于4天后取出尼龙4,最终得到质地较硬的尼龙4材料,粘均分子量是3.2万左右。
清洗后的尼龙4在45±5℃,相对湿度为50±5%的环境下进行降解实验,粘均分子量降低20%的周期为4个月,完全降解周期为6个月。
对比例1:
将和实施例1相同的尼龙4粗制品在常温条件下溶解于88%甲酸溶液,溶解后静置24h;将静置溶液倒入2l的常温蒸馏水中进行清洗,至少清洗3遍,最后在常温条件下进行抽滤干燥,得到尼龙4材料,粘均分子量是2.5万左右。
清洗后的尼龙4在45±5℃,相对湿度为50±5%的环境下进行降解实验,粘均分子量降低20%的周期为1个月,完全降解周期为3个月。
上述尼龙4粗制品,在45±5℃,相对湿度为50±5%的环境下进行降解实验,粘均分子量降低20%的周期为2天,完全降解周期为1个月。
除非特殊说明,本发明采用的百分比均为质量百分比,采用的比例均为质量比例。