废旧聚酰胺6纺织品的溶解与水解回收

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随着每年废弃纺织品数量的增加和人们环保意识的提升,纺织品的回收再利用技术逐渐受到人们的关注。聚酰胺6在合成纤维中的用量仅次于涤纶,每年的消费量较大,因此对其废旧纺织品进行高效回收意义重大。目前对聚酰胺6回收的主要方式有能量回收、物理回收、化学回收,其中能量回收在提供热能的同时会释放大量的有害气体,已经被逐步淘汰;物理回收仍以熔融回收为主,但是制备的再生产品质量参差不齐;化学回收中酸性水解法使用的液体酸催化剂难以回收,水解结束后不易与产物分离,因此更高效的物理和化学回收方法引起了研究者的关注。微球是价值较高的产品,热致相分离能够通过物理溶解法制备出微球,微球在吸附、3D打印、涂料等领域被广泛应用。在化学回收中固体型的非均相催化剂不仅具有较好的催化效果,且容易与产物分离。因此本课题采用热致相分离技术对聚酰胺6进行物理回收,使用固体酸催化水解对聚酰胺6进行化学回收,主要内容如下:通过汉森溶解度参数研究聚酰胺6与良溶剂、不良溶剂之间的相互作用,发现无水甲酸可作为聚酰胺6的良溶剂,其色散力与氢键力是影响PA6溶解的主要因素。将无水甲酸与水混合配制成质量比为59/41、58/42、56/44、54/46的混合溶剂,在90℃溶解聚酰胺6,发现水会与无水甲酸形成氢键降低无水甲酸的溶解能力,使二元溶剂体系在高温下溶解聚酰胺6,低温下能够使聚酰胺6析出,满足热致相分离法对于稀释剂的要求。探讨聚酰胺6在质量比为56/44、54/46的混合溶剂二元溶剂溶解过程中的结构的转变,聚酰胺6的非晶区经纤维膨胀-链解缠率先溶解,而结晶区会经历解结晶-纤维膨胀-链解缠的过程,最终完全溶解。在热致相分离中,通过淬火使聚合物溶液处于液-液分离中的亚稳态区域,能够将富聚合物相分散在贫聚合物相中,结晶固化成微球。将聚酰胺6溶解于无水甲酸中,待完全溶解后得到质量分数1~7 wt%的无水甲酸/聚酰胺6溶液,接着加入相当于聚合物溶液质量65~80%的水,于90℃溶解2 h,然后在10~20℃之间进行低温淬火,得到微球。结果表明,聚酰胺6的质量分数在5~7 wt%才能够形成微球,微球的平均粒径为20~40 μm,其比表面积为聚酰胺6织物的4倍,但是结晶度相对于原织物降低,并且微球对酸性染料具有优异的吸附性能,吸附模型属于Freundlich模型。最后,通过高温煅烧制备ZrO2,与比表面积高的SBA-15分子筛复合,将其浸入H2SO4和(NH4)2S2O8处理得到具备超强酸性中心的固体酸。将聚酰胺6与水按照质量比1:30混合对聚酰胺6进行水解,观察催化剂类型对水解效果或性能的影响。结果表明,单体己内酰胺的产率和聚酰胺6水解率随着水解时间和温度的升高而升高,固体酸的催化活性与液体H2SO4相比较为接近,对于不同类型的聚酰胺6均具备较好的水解效果;固体酸能在聚酰胺6水解成低聚物的过程中释放H+从而加速低聚物的生成,进而促使低聚物进一步水解成ε-己内酰胺,且固体酸循环使用四次后还具备一定的催化效果。
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