尼龙-6的溶解.doc

题 目 铸型废尼龙 6 的溶解性能及 白炭黑改性研究 1 目录 摘 要 2 关键词 2 前 言 2 1 目前废旧塑料的回收现状与发展 3 1 1 当前废旧塑料回收的现状 3 1 1 1 当前国外废旧塑料的回收状况 3 1 1 2 我国的废旧塑料回收状况及存在问题 4 1 2 在废旧塑料回收工作中应采取的措施 6 1 3 废旧塑料回收利用的发展方向 7 1 4 尼龙 6 的发展现状及趋势 7 2 实验材料 原理及方法 8 2 1 实验器材与试剂 8 2 2 实验原理及方法 8 2 3 产物分析标准 9 3 实验过程 9 3 1 浓硫酸溶解实验 9 3 1 1 浓硫酸的最佳溶解用量 9 3 1 2 浓硫酸的最佳溶解温度 11 3 1 3 浓硫酸的最佳溶解时间 12 3 2 氢氧化钠溶解实验 13 3 3 冰乙酸溶解实验 14 3 3 1 冰乙酸的最佳溶解用量 14 3 3 2 冰乙酸的最佳溶解温度 16 3 3 3 冰乙酸的最佳溶解时间 17 3 4 白炭黑的溶解分散性 18 3 4 1 浓硫酸作为溶解剂 19 3 4 2 冰乙酸作为溶解剂 19 4 结 论 20 致 谢 22 参考文献 23 ABSTRACT 24 KEYWORDS 24 2 铸型废尼龙铸型废尼龙 6 的溶解性能及白炭黑改性研究的溶解性能及白炭黑改性研究 摘摘 要要 本文介绍了目前国内外回收废旧塑料 主要是废旧尼龙 6 的主要方法 成效以及发展趋势 本文还研究了溶解温度 溶解时间 溶解剂的用量对废旧 尼龙的溶解性能的影响 以及用白炭黑作为增强剂对尼龙的强度的影响 实验 结果表明 用冰乙酸作为溶剂 在 120 用量 8ml 尼龙质量为 3g 溶解 30min 时 所得产品品质最好 不同溶解剂和温度对尼龙 6 的溶解性能是主要 的影响因素 以冰乙酸溶解性能最佳 关键词关键词 废旧尼龙 6 溶解剂 白炭黑 前前 言言 废旧尼龙 6 具有耐酸 耐碱 耐气候老化 不易分解等特点 若将其直接 随意丢弃将会对土壤 大气 水源等造成严重污染 直接威胁各种动植物甚至 人类的生存 回收再利用已迫在眉睫 由于塑料是热值很高的大分子材料 回 收利用具有可行性 并且符合我国基本国策 同时也能充分发挥其内在价值 节约资源 保护环境 尼龙 6 具有良好的综合性能 包括力学性能 耐热性 耐磨损性 耐化学药品性和自润滑性 且摩擦系数低 有一定的阻燃性 易于 加工 适于用玻璃纤维和其它填料填充增强改性 提高性能和扩大应用范围 其最大用途是合成纤维 除此之外尼龙还可代替铜等金属 用于各种医疗及针 织品 因此对尼龙 6 的溶解性的研究有助于改善其特性 扩大应用范围 具有 实际意义 1 目前市场上有一些尼龙 6 的复合废料无法用简单的物理方法生产高质量的 再生料 只能用于生产低端产品 产品的附加值比较低 利用合适的溶剂选择 性溶解尼龙 6 将溶解液过滤除去杂质 或其他成分的聚合物 然后再将其沉 淀 可以得到高纯度的尼龙 6 再生料 溶解提纯可选择高温溶解与低温溶解的 方法 前者可以得到尼龙 6 粉末 后者可以得到尼龙 6 的颗粒物 高温溶解一 般使用高沸点溶剂溶解尼龙 6 然后趁热过滤除去杂质 滤液用泵送入装有相 同冷溶剂的沉淀罐中 尼龙 6 会以粉末状沉淀出来 再将沉淀物与溶剂一同送 入离心机中分离出尼龙 6 与溶剂 此时尼龙 6 中仍然含有 10 50 的溶剂 再将 含有溶剂的尼龙 6 送入真空干燥机中进行烘干 溶剂通过冷凝器回收 当无溶 3 剂流出时即可得到成品尼龙 6 粉末 加热方式以导热油加热比较好 优点是温 度比较好掌握 而且升温较快 低温溶解一般使用低级脂肪酸类 溶解温度低 于 100 度 溶解后仍然需要用过滤方法除去杂质 沉淀一般是在水中进行 沉 淀后的 PA 6 是颗粒状 需要用碱性物质进行中和与漂洗 生产设备与高温法 相比较对设备的要求比较低 但是 沉淀后的废酸液需要用精馏塔进行提纯以 便再利用 这种方法适合分离 PA 6 与低熔点聚合物的复合料 虽然溶解提纯 方法可以获得高质量的产品 但是设备比较复杂 生产成本也比较高 比如高温 溶解法的生产成本将近 4000 5000 元 吨 低温法的生产成本也要将近 4000 元 吨 但是由于废水的排放量相对少 高温法几乎没有废水排放 所以仍然是今 后的发展方向 2 1 目前废旧塑料的回收现状与发展目前废旧塑料的回收现状与发展 随着全球经济的日益发展 能源与环境已经成为最重要的两大主题 更是 我们国家走可持续发展之路的坚实基础 近年来 我国合成树脂和塑料加工工 业迅速发展 塑料制品已经深入到社会的每个角落 从工农业生产到日常的衣 食住行 塑料制品无处不在 极大地方便了人们的生活 但同时也带来了一系 列的问题 废旧塑料造成的 白色污染 问题日益突出 对环境造成严重的破环 将废旧塑料回收加工后生成再生塑料 做到循环生产 不仅可以减少对石油化 工原料的消耗 而且再生料具有突出的价格优势 效益明显 具有很大的市场 潜力 因此 做好废旧塑料回收利用 节约能源 保护环境 应当受到社会各 界的关注 1 1 当前废旧塑料回收的现状当前废旧塑料回收的现状 目前各国都在采取积极措施进行废旧塑料的回收 尤其是发达国家 这方 面的工作起步早 已经收到了明显的效益 而我国起步较晚 相关技术落后 有必要借鉴其经验 4 1 1 1 当前国外废旧塑料的回收状况当前国外废旧塑料的回收状况 美国是世界塑料生产大国 到 2000 年 美国年生产塑料 3400 余万吨 废 旧塑料超过 1600 万吨 美国早在 20 世纪 60 年代就已展开废旧塑料回收利用的 广泛研究 但若不加速回收废旧塑料的步伐 也将无法承受日益增长的废旧塑 料所产生的环境污染及给经济带来的损失 美国回收利用废旧塑料品种的比例 为 包装制品占 50 建筑材料占 18 消费品 11 汽车配件 5 电子电 气制品 3 其塑料品种所占比例分别为聚烯烃类占 61 聚氯乙烯占 13 聚苯乙烯占 10 聚酯类占 11 其他占 5 80 年代末 美国的废旧塑料回 收率近 10 据统计 美国在 20 世纪末废旧塑料回收率达 35 以上 其中 燃烧废旧塑料回收能源由 80 年代的 3 增至 18 废旧制品的掩埋率从 96 下降到 37 美国在燃烧废旧塑料利用热能 热分解提取化工原料等方面进行 了大量工作并取得了一些成果 另外 美国各州为解决塑料废弃物问题 使用 了立法这样的强硬措施 日本是塑料生产第二大国 20 世纪 80 年代 其年均废旧塑料排放量占生 产量的 46 可见 废旧塑料的回收已成为日本的严重社会问题 而且日本是 能源短缺的国家 所以对废旧塑料的回收利用一直保持积极态度 90 年代初 日本回收利用废旧塑料率为 7 燃烧利用热能率为 35 日本在混合废旧塑 料的开发应用方面也处于世界领先地位 如三菱石油化学株式会社研制的 REVERZER 设备可以将含有非塑料成分达 2 如废纸 的混合热塑性废旧塑 料制成各种再生制品 如栅栓 排水管 电缆盘 货架等 日本约有 20 多台这 样的设备 世界上有 30 多家公司使用这种设备加工再生制品 意大利是目前欧洲回收利用废旧塑料工作做得最好的国家 意大利的废旧 塑料约占城市固体废弃物的 4 其回收率可达 28 意大利还研制出从城市 固体垃圾中分离废旧塑料的机械装置 意大利对废旧塑料回收一般是将塑料碎 片和纸片一起收集 用干法分离后的废旧聚乙烯制品经粉碎后 用磁筛除去铁 等金属杂质 经清洗 脱水 干燥后 通过螺杆挤出机进行造粒 这种回收料 加入新料 可保证其具有足够的力学性能 可生产垃圾袋 异型材 中空制品 等 3 5 1 1 2 我国的废旧塑料回收状况及存在问题我国的废旧塑料回收状况及存在问题 2003 年 我国的塑料制品产量 规模以上工业企业 达到 1700 万吨 如 果算上小型企业 保守估计超过 2500 万吨 今年又保持了强劲增长的势头 若 按塑料制品中有 20 为可回收塑料计算 则我国可回收塑料废弃物每年约有 400 万 500 万吨 而这还不包括企业生产中产生的边脚料和没使用过的残次塑 料制品回收 再生资源回收利用 十五 规划 中提出 到 2005 年国内要达到 回收废旧塑料 500 万 600 万吨 然而 我国去年回收的废旧塑料却只有 200 多万吨 目前 我国对聚乙烯和聚丙烯的回收利用方式主要有两种 一种是对加工 中的边角料破碎造粒后按 15 25 的比例掺入新料中生产制品 另一种是对于 较清洁且老化不十分严重的则经破碎和清洗后造粒降级使用 由于再生塑料颗粒的售价只有 3500 6300 元 吨 新原料一般高达 8000 10000 元 吨 无论是单独还是掺混使用 都具有明显的成本优势 因而 国内需求量很大 我国从 2000 年起每年从国外进口的废旧塑料都在 200 万吨以 上 并以每年高于 10 的速度增长 可见 国内塑料制品生产企业对废旧再生 塑料的需求缺口还是很大的 国内废旧塑料回收的市场空间很大 尤其是近来 塑料原料的飞涨 使市场对再生料的需求进一步走强 但是我们国家的废旧塑料回收存在相当大的问题 首先 回收分类等级制 度不健全 像企业在生产过程中产生的边脚料 残次品等都属易于分类回收的 塑料 但生活用塑料制品存在分类回收困难的问题 一方面是民众的环保意识 不强 塑料分类回收的概念还未被大众认同 不同塑料的分类回收还没有形成 另一方面 塑料制品按原料分类的标志不明显 国家规定塑料制品应在显著部 位标志出分类回收标志 但多数制品没有标出 为回收时的分类造成不便 一 些新兴塑料产品的回收还没引起大家的注意 如光盘 家电塑料 汽车用塑料 的回收工作还有待细化 其次 业内小企业数目众多 回收塑料往往没有发挥优势 塑料的回收率 低 如制作饮料瓶的聚酯再生粒料属于高档再生料 但往往被纺织生产行业加 工成利用价值较低的纤维 而实际上 聚酯瓶再生料可用作更高价值的产品 被用作生活用品或工业用品后还可以进行二次 三次再生利用 这也与我国塑 6 料分类的管理不严格有直接的关系 再次 国家现在对废弃塑料回收加工行业的扶持力度不足 由于废塑料回 收利用企业普遍经营规模小 工艺技术落后 缺乏领头型企业 尽管国家出台 了一些优惠政策鼓励和扶持塑料回收行业发展 但目前绝大多数废塑料回收加 工企业基本没有条件引进 开发新技术 新工艺 新设备 产品技术含量和附 加值较低 从而阻碍了废塑料回收利用的发展进程 此外 国有塑料回收企业 则面临负担重 市场竞争能力差的问题 相当一部分企业亏损 这些导致了我 国废旧塑料回收行业长期以来呈低水平徘徊的状况 4 1 2 在废旧塑料回收工作中应采取的措施在废旧塑料回收工作中应采取的措施 经过以上论述可以看出 我国的废旧塑料的回收工作才刚刚起步 存在的 问题很多 不仅有回收过程中的管理问题 还有回收技术和方向上的问题 可 谓任重而道远 针对目前我国废旧塑料回收工作中存在的种种问题 应从以下 几个方面入手 做好工作 以促进这项利国利民的事业的发展 建立健全法律机制 用法律法规的手段落实回收工作 为了方便回收 我国早在 1996 年就发布了 GB T16288 1966 塑料包装制 品回收标志 的标准 该标准也适用于其他塑料制品 但是由于缺乏具体的处 罚办法和执行监督机构 执行情况不好 很多塑料制品在制作过程中未标注分 类标志 再有是健全塑料回收料的分级使用制度 将回收料的用途加以明确 如按德国的法律规定 一次性使用的饮料包装必须进行价值较高的回收利用 不能直接用于价值较低的纤维生产 而我国尚无相关法规 致使回收价值较高 的塑料制品达不到相应的回收价值 造成一定程度的浪费 因此 今后建立健 全相关法律法规机制是塑料回收行业的首要任务 建立大型示范企业或示范基地 以此推动我国塑料回收行业的整体水 平的提高 企业要积极开拓废旧塑料再生料的应用市场 把再生料从制作低价值 的纤维 塑料袋的层面上提升上来 开发生产价值及利润都更高的产品 政府应积极扶持废旧塑料的回收利用 总之 塑料废弃物的处理不单纯是一个技术问题 它需要建立全社会的处 7 理体系 建立科学合理的回收技术系统 同时也需要政府的支持和生产部门的 重视 国家 集体 个体共同搞好塑料等废旧物资的回收利用 也是保障我国 资源安全不可忽视的重要课题 5 1 3 废旧塑料回收利用的发展方向废旧塑料回收利用的发展方向 废旧塑料的处理途径通常有填埋 焚烧 降解 分解利用及再生利用等 但填埋 焚烧 降解等都会形成二次污染 而且经济效益不大 综合起来看 将废旧塑料还原为石油或者加工成再生塑料才是它们的理想归宿 目前我国一 些科研机构陆续开展了废旧塑料回收利用技术的科研开发工作 在回收废旧塑 料制取油品 利用废旧塑料制取建筑用木板 制造再生塑料等领域取得了一定 的进展 但技术还不是十分成熟 国内首都钢铁公司技术研究院全力攻关的 利 用首钢焦炉实现废旧塑料与煤共焦化 项目已经进入工业化实验阶段 取得初步 成功 利用废塑料与煤共焦化技术处理白色垃圾前景广阔 其特点是 废旧塑 料处理规模较大 工艺简单 投资较小 建设期短 无需对传统焦化工艺进行 改造 只需将废旧塑料收集 粉碎后与煤混合后入炉炼焦 无需添加催化剂 无需增加新的化产回收 气体净化与回收和废塑料入炉与焦炭出炉等系统设备 尽管目前我国在此方面已经取得了长足进步 但是西方发达国家的经验和 做法仍然值得借鉴 其解决塑料与环境问题的成功策略是实施 3R 战略 即塑 料制品的减量 Reduce 在使用 Reuse 和塑料废弃物的回收利用 Recycle 因此 政府和企业应加大投资和扶植力度 加快以上技术的研究步伐 早日赶 超世界上废旧塑料回收利用起步较早的国家 为我们国家节约能源 改善环境 做出贡献 6 总之 未来塑料工业的发展围绕着 塑料与环境 这一中心展开 塑料废弃 物的回收与利用的逐步发展 必然将促进工业的科技进步 并将成为进行环境 保护提高资源利用率 造福人类的一项事业 8 1 4 尼龙尼龙 6 的发展现状及趋势的发展现状及趋势 目前 国外尼龙 6 采用连续聚合方法生产 尼龙 6 的聚合过程近年来工艺 变化不大 仍然是将己内酰胺与水通过开环 加聚 缩聚反应制成 在新产品 方面 最近日本三菱化学开发了一种高刚性半芳香族尼龙树脂 它是由间苯二 甲胺和己二酸反应制成的 而日本有关方面新研制出的尼龙 9T 则 可耐 290 的高温 是由对苯二甲酸和壬二胺聚合而成 在电子工业中可作为 聚苯硫醚 PPS 的替代物 具有吸水性低 耐化学腐蚀 耐磨性好等特点 在计算机 生物工程和纳米技术三大技术浪潮中 尼龙纳米复合材料是最 早实现工业化的 产品 具有很高的拉伸模量 拉伸强度和热变温度 采用 Nanocor 纳米粘土加 工而成的尼龙 6 纳米复合材料制成流延膜 透氧率比普通尼龙少 50 尼龙 6 的纳米复合材料的纳米添加量只需 3 5 就可将热变温 度提高 53 近年来 我国聚酰胺工业也进入了一个快速发展的阶段 2000 年总消费量 达 3 万吨 主要用于机械 交通运输 电子仪表 化工等行业 随着辽阳石油 化纤公司 巴陵石化相继引进上马了千吨级的尼龙生产装置 预计到 2015 年 我国的聚酰胺年生产能力将达到 5 万吨 随着我国加入 WTO 今后我国的聚酰 胺生产要在现有的基础上 加强基础理论和应用技术的研究 重点开发尼龙合 金 尼龙增强材料 尼龙阻燃材料及纳米级矿物填充尼龙的开发和应用工作 加强生产工艺和装备的现代化及连续化 完善成型加工技术 使我国聚酰胺树 脂的生产和应用得到稳定的发展 7 2 实验材料 原理及方法实验材料 原理及方法 2 1 实验器材与试剂实验器材与试剂 烧杯 玻璃棒 DHG 9202 0 型恒温干燥箱 上海三发科学仪器有限公司 电热套 回流冷凝管 圆底烧瓶 7A5003 型电子天平 上海天平仪器厂 浓硫酸 氢氧化钠 冰乙酸 尼龙 6 白炭黑 9 2 2 实验原理及方法实验原理及方法 溶剂分子首先进入尼龙 6 的非晶区 非晶区分子间氢键打开 与溶剂形成 氢键结合 非晶区首先溶解 晶区晶片在溶剂作用下 逐渐瓦解 晶区分子逐 渐与溶剂分子结合而溶解 一般情况下 加热可加速溶解 总的来说 分子与 溶剂的氢键作用强于分子间作用 整个大分子逐渐溶解分散在溶剂中 对尼龙 6 的结构 性质有充分了解 在此基础上查阅相关资料 探索其合 适的溶解剂 溶解温度及溶解时间 对白炭黑的分散性能 对尼龙 6 的增加强 度作用有一定认识 了解实验室所具备条件之后 选用浓硫酸 固体氢氧化钠 和冰乙酸作为溶解剂 以电烘箱 电热套作为加热装置 分别对上述三种物质 进行溶解试验 在不同用量 温度及时间条件下分别探索三种物质作为溶剂溶 解尼龙 6 的最佳条件 待最佳条件确定后 再进行白炭黑的分散性和增强作用 研究 在不同白炭黑用量下进行试验 以确定不同溶剂时的最佳用量 选用以上三种溶剂是因为它们性质稳定 不易在溶解过程中发生变化 且 与其他有机溶剂相比 对人体的危害较小 除此之外 这三种溶剂廉价易得 2 3 产物分析标准产物分析标准 产物分析标准 也就是本实验所探索最佳溶解条件的依据 即 能够完 全溶解 溶剂未将尼龙 6 碳化 颜色较浅 一般为无色或微黄色 溶解后 所得稠状物的粘度小 溶解后易重新析出 溶剂不应破坏尼龙 6 的结构 重 新析出后的尼龙 6 的性质不应有很大变化 溶解剂的用量尽可能少 溶解成 本低 具有较好的经济性 溶解时间不应太长 即具有较大的处理能力 溶解条件温和 易于控制 3 实验过程实验过程 3 1 浓硫酸浓硫酸溶解实验溶解实验 选用浓硫酸作为溶解剂 采用控制变量法 分别探索其溶解尼龙 6 的最佳 用量 温度及溶解时间 10 3 1 1 浓硫酸的最佳溶解用量浓硫酸的最佳溶解用量 在相同温度下 分别于烧杯中称取 3g 左右尼龙 6 加入不同体积浓硫酸 进行溶解试验 见表 1 结果如图 1 所示 表 1 浓硫酸用量对尼龙 6 溶解性能的影响 Tab1 Effects of concentrated sulfuric acid s dosage on the dissolution properties of nylon 6 12345 尼 龙 g 2 99913 00872 99963 00753 0070 浓硫酸 ml 246810 溶解液颜色 接近无色黄色微黄色浅黄色灰黑色 溶解液粘度 很大较大较小较小较大 图 1 浓硫酸用量对尼龙 6 溶解性能的影响 Fig1 Effects of concentrated sulfuric acid s dosage on the dissolution properties of nylon 6 从图 1 可以看出 2ml 浓硫酸虽然能够完全溶解 且颜色较淡 但是其粘 序 号 项 目 11 度较大 不易重新析出尼龙 6 4ml 溶解后所得稠状物粘度也较大 8ml 浓硫酸 虽然完全溶解 且粘度较实验 1 2 小 但是浓硫酸用量较大 用 10ml 浓硫酸 溶解所得稠状物颜色较深 且已经有部分尼龙 6 发生碳化 故以 6ml 为最佳浓 硫酸溶解用量为 补充实验 称取尼龙 6 质量 3 0005g 于烧杯中 加入 5ml 浓硫酸 在相同 温度下 溶解足够长时间 其结果尼龙 6 能够完全溶解 但粘度较大 总的溶 解效果不如 6ml 3 1 2 浓硫酸的最佳溶解温度浓硫酸的最佳溶解温度 分别称取 3g 左右尼龙 6 均加入 6ml 浓硫酸 以电烘箱为加热装置 在 不同温度下溶解足够长时间 表 2 温度对尼龙 6 溶解性能的影响 Tab2 Effects of temperature on the dissolution properties of nylon 6 12345 尼龙 6 g3 00833 00853 00223 00183 0057 浓硫酸 ml66666 溶解温度 106120140160180 溶解液颜色白色微黄色白色浅黄色黄黑色 溶解液粘度粘度很大较大较小较大较大 结果如下图所示 序 号 项 目 12 图 2 温度对尼龙 6 溶解性能的影响 Fig2 Effects of temperature on the dissolution properties of nylon 6 从图 2 可以看出 106 基本能够完全溶解 但溶解时间较长 且所得稠状 物粘度也过大 不利于重新析出尼龙 6 120 溶解效果较前者好 且颜色也较 前者浅 但是其所得稠状物仍然粘度过大 160 和 180 溶解时间均较短 但 二者均出现碳化现象 以 180 最为明显 140 溶解时间也较短 且颜色浅 粘度也较小 为最佳溶解效果 补充实验 称取 3 0024g 尼龙 6 加入 6ml 浓硫酸 在 130 下溶解试验 其颜色较 140 时深 且粘度也较实验 3 大 3 1 3 浓硫酸的最佳溶解时间浓硫酸的最佳溶解时间 称取 3g 左右尼龙 6 加入 6ml 浓硫酸 以电热套为加热装置 以 15min 为 间隔 在 139 下进行溶解实验 观察不同时间的溶解情况 直到完全溶解且 未发生碳化为止 表 3 尼龙 6 的溶解时间 Ta3 The dissolution time of nylon 6 1234567 尼龙 6 g3 00213 00342 99913 00453 00872 99493 0066 时间 min153045607590105 颜色 无色微黄色 粘度 较小较小 注 表示未完全溶解 结果如下图所示 序 号 项 目 13 图 3 尼龙 6 的溶解时间 Fig3 The dissolution time of nylon 6 由以上图片可以看出 前 75min 均未完全溶解 90min 已经完全溶解 但 溶解 105min 时颜色较深 且已开始发生碳化 溶解时间过长 因此最佳溶解效 果为 90min 3 2 氢氧化钠氢氧化钠溶解实验溶解实验 分别称取 3g 左右尼龙 6 分别加入不同质量氢氧化钠 1 0 5 1 1 1 1 5 1 2 1 3 以电热套为加热装置 在 240 下进行溶解 试验 表 4 氢氧化钠的用量 Tab4 The dosage of sodium hydroxide 12 345序 号 项 目 14 尼龙 6 g 3 0017 3 0051 3 0043 3 0076 3 0066 氢氧化钠 g 1 49143 0285 4 4926 6 0164 9 0713 颜色已碳化黑色已碳化黑色 粘度 注 表示溶解失败 表示未进行溶解试验 结果如下图所示 图 4 氢氧化钠的用量 Fig4 The dosage of sodium hydroxide 由图片看出 氢氧化钠为发生明显变化 而尼龙 6 已经焦化 并且散发出 难闻气味 而后三组未进行溶解试验 用氢氧化钠作为溶解剂溶解尼龙 6 实验 失败 失败原因分析 氢氧化钠为熔融白色颗粒或条状 现常制成小片状 其熔点 318 沸点 1390 易吸收空气中的水分和二氧化碳 1g 氢氧化钠可溶于 0 9ml 冷水 0 3ml 沸水 7 2ml 无水乙醇 4 2ml 甲醇 也可以溶于甘油 溶于水 乙醇时 或溶液与酸混和时产生剧热 聚己内酰胺 俗称尼龙 6 简称 PA6 其熔点在 210 230 尼龙 6 较为柔 软 延性较大 啤塑时容易粘膜 尼龙 6 吸水性能高 遇上较高温度和较大适 度时 其机械强度变弱 其结晶性也较低 工模缩水度较小 综合二者的物理 化学性质可知 用氢氧化钠溶解尼龙 6 失败的主要原因 是二者的熔点差别较大 溶解温度不宜控制 3 3 冰乙酸冰乙酸溶解实验溶解实验 乙酸在常温下是一种有强烈刺激性酸味的无色液体 乙酸的熔点为 16 6 289 6 K 沸点 117 9 391 2 K 相对密度 1 05 闪点 39 爆炸 15 极限 4 17 体积 纯的乙酸在低于熔点时会冻结成冰状晶体 所以无水 乙酸又称为冰醋酸 乙酸易溶于水和乙醇 其水溶液呈弱酸性 乙酸盐也易溶 于水 液态乙酸是一个亲水 极性 质子化溶剂 与乙醇和水类似 因为介电 常数为 6 2 它不仅能溶解极性化合物 比如无机盐和糖 也能够溶解非极性化 合物 比如油类或一些元素的分子 比如硫和碘 它也能与许多极性或非极性 溶剂混合 比如水 氯仿 己烷 乙酸的溶解性和可混合性使其成为了化工中 广泛运用的化学品 称取 3g 左右尼龙 6 于圆底烧瓶中 以冰乙酸为溶解剂 电热套为加热装置 进行溶解试验 采用控制变量法探索其最佳用量 最佳溶解温度及溶解时间 3 3 1 冰乙酸的最佳溶解用量冰乙酸的最佳溶解用量 分别称取 3g 左右尼龙 6 加入不同体积冰乙酸 以电热套为加热装置 在 130 下进行溶解试验 由于冰乙酸沸点较低 为 117 9 因此实验时需回流 冷凝装置 表 5 冰乙酸的用量对尼龙 6 溶解性能的影响 Tab1 Effects of glacial acetic acid s dosage on the dissolution properties of nylon 6 12345 尼龙 6 g3 00993 00323 00353 00973 0084 冰乙酸 ml246810 颜色白色白色黄色微黄微黄 粘度 较大较小较大 注 表示未完全溶解 装置及结果如下图所示 序 号 项 目 16 图 5 冰乙酸的用量对尼龙 6 溶解性能的影响 Effects of glacial acetic acid s dosage on the dissolution properties of nylon 6 由图 5 可以看出 加入 2ml 冰乙酸尼龙 6 溶解量极少 4ml 溶解的也仅为 30 6ml 冰乙酸溶解的尼龙 6 也较少 为 70 左右 加入 8ml 冰乙酸尼龙 6 已 能够完全溶解 后一实验中冰乙酸用量较前者大 且有少量乙酸逸出烧瓶进入 了空气中 因此上述 5 组实验中 以 8ml 为溶解效果最佳 将 8ml 冰乙酸溶解所得溶液蒸发除去所含冰乙酸 冷却后得到白色稠状物 如图 6 所示 加入少量蒸馏水析出尼龙 6 其颜色较浅 而且分散程度也较 大 其延展性变大 机械强度也增强 注意应使烧瓶缓慢冷却降温 若直接用 自来水冷却 可能会引起烧瓶炸裂 除此之外 在冷却过程中应仍然保持回流 冷凝管冷凝 以减少冰乙酸蒸发到空气中 图 6 冷却后的溶解液 Fig6 solution after cooling 补充实验 称取尼龙 6 质量为 3 0045g 加入 7ml 冰乙酸 在相同温度 130 下溶解实验 其结果能够完全溶解 且所得溶液中冰乙酸含量小 但 所得溶液较 8ml 时大 其总的溶解效果不如 8ml 溶解效果 因此 冰乙酸最佳 溶解用量为 8ml 17 3 3 2 冰乙酸的最佳溶解温度冰乙酸的最佳溶解温度 分别称取 3g 左右尼龙 6 均加入 8ml 冰乙酸 以电热套为加热装置 圆底 烧瓶上端装上回流冷凝管 分别在不同温度下进行溶解实验 表 6 温度对尼龙 6 溶解性能的影响 Tab6 Effects of temperature on the dissolution properties of nylon 6 1 2 3 4 5 6 尼龙 6 g2 99913 00213 00072 99873 00453 0024 温度 406080100120140 颜色 较白微黄微黄 粘度 较大较小较小 注 表示未完全溶解 结果如下图所示 图 7 温度对尼龙 6 溶解性能的影响 Fig7 Effects of temperature on the dissolution properties of nylon 6 由图 7 可以看出 40 下的尼龙 6 基本未溶解 而 60 的尼龙 6 也只溶解 了 40 80 时溶解了较多 为 60 温度为 100 时 尼龙 6 溶解了绝大部分 而温度升至 120 时 尼龙 6 已全部溶解 当为 140 时 尼龙 6 显然也能够完 序 号 项 目 18 全溶解 但其温度较前者高 有更多的冰乙酸逸到空气中 且 140 下溶解所 得溶液经蒸发 冷却后 加入少量蒸馏水结晶重新析出尼龙 6 其分散性较 120 时的差 颜色也较前者深 补充实验 于圆底烧瓶中称取尼龙 6 质量为 3 0003g 加入 8ml 冰乙酸 装 上回流冷凝管 在 130 下进行溶解实验 其结果能够完全溶解 且颜色较浅 经蒸发 冷却 结晶后所得尼龙 6 分散性能也较好 总的来说与 120 的溶解 效果相近 但其能耗较大 且有微量冰乙酸逸出到空气中 因此 冰乙酸溶解 的最佳温度为 120 3 3 3 冰乙酸的最佳溶解时间冰乙酸的最佳溶解时间 分别于圆底烧瓶中称取 3g 左右尼龙 6 均加入 8ml 冰乙酸 装上回流冷凝 管 以电热套为加热装置 在 120 下溶解蒸馏 以 15min 为间隔 观察尼龙 6 的溶解情况 直至全部溶解且未发生碳化为止 表 7 冰乙酸溶解时间对尼龙 6 溶解性能的影响 Tab7 Effects of glacial acetic acid s dissolution time on the dissolution properties of nylon 6 12345 尼龙 6 g2 99972 99753 00342 99852 9970 时间 min1015202530 颜色 白色微黄色 粘度 较大较小 结果如下图所示 序 号 项 目 19 图 8 冰乙酸溶解时间对尼龙 6 溶解性能的影响 Fig8 Effects of glacial acetic acid s dissolution time on the dissolution properties of nylon 6 从图 8 可以看出 10min 时仅有少量尼龙 6 溶解 15min 时大概溶解了 30 20min 时也只溶解了 60 而当溶解 25min 时 尼龙 6 已基本完全溶解 30min 时已经溶解完毕 将溶解 30min 所得溶液经蒸发 冷却 加入少量蒸馏 水结晶析出尼龙 6 其分散程度较大 颜色较白 最佳溶解时间为 30min 3 4 白炭黑的溶解分散性白炭黑的溶解分散性 分别称取 3g 左右尼龙 6 在以上研究所得最佳溶解条件下将其溶解 加入不 同质量白炭黑后 充分搅拌 观察其外观 分散性及强度变化 3 4 1 浓硫酸作为溶解剂浓硫酸作为溶解剂 分别于 4 个烧杯中称取 3g 左右尼龙 6 加入 6ml 浓硫酸 以电热套为加热 装置 在 140 下溶解 90min 后 取出烧杯 按不同质量比例 6 1 3 1 2 1 2 5 1 加入白炭黑 搅拌 观察其分散性 要求分散程度大 粘度小 颜色接近白色为最佳 表 8 白炭黑用量 浓硫酸作为溶剂 Tab8 The dosage of SiO2 concentrated sulfuric acid as solvent 1234 尼龙 6 g3 00273 00403 00853 0155 白炭黑 g0 50671 00781 50481 2033 颜色白色白色白色白色 粘度过大较小较大极大 结果如下图 实验序 号项 目 20 图 9 白炭黑用量 浓硫酸作为溶剂 Fig9 The dosage of SiO2 concentrated sulfuric acid as solvent 按 6 1 加入白炭黑时粘度过大 加入蒸馏水后几乎不析出尼龙 6 按 3 1 加 入白炭黑时粘度小 颜色较浅 也能够较快析出尼龙 6 后两个实验粘度均过 大 其中按 2 1 加入白炭黑时几乎不具有流动性 呈固状 把加入 1 0078g 3 1 白炭黑所得稠状物经结晶析出的尼龙 6 呈粉末状 塑性增强 强 度也增大了 3 4 2 冰乙酸作为溶解剂冰乙酸作为溶解剂 分别于 4 个圆底烧瓶中称取 3g 左右尼龙 6 均加入 8ml 冰乙酸 圆底烧瓶 上端装上回流冷凝管 以电热套为加热装置 在 120 下溶解后 移出溶液置 于烧杯中 然后按不同质量比例 10 1 6 1 4 1 3 1 加入白炭黑 观察其 分散性及颜色重新析出尼龙 6 比较强度和塑性 表 9 白炭黑用量 冰乙酸作为溶剂 Tab9 The dosage of SiO2 glacial acetic acid as solvent 1 2 34 尼龙 6 g3 02033 00473 00053 0056 白炭黑 g0 299940 501740 749740 9983 颜色无色黄色微黄白色 粘度较小较小 注 表示所得产物为固态 不具有流动性 结果如下图所示 序 号 项 目 21 图 10 白炭黑用量 冰乙酸作为溶剂 Fig10 The dosage of SiO2 glacial acetic acid as solvent 按 10 1 加入白炭黑后仍然呈液状 无分散性 按 6 1 加入时分散性较好 析出后的尼龙 6 颜色较白 呈粉末状 强度和塑性均较大 4 1 时已呈半固状 而按 3 1 加入时已经呈固体块状 二者加入少量蒸馏水后均不析出尼龙 6 以 上实验中 白炭黑最佳加入量为 6 1 补充实验 称取尼龙 6 质量 3 0043g 采用同样方法溶解后加入 0 5998g 5 1 白炭黑 其结果流动性较弱 重新析出尼龙 6 难度较大 4 结结 论论 可以作为回收废旧尼龙 6 的溶剂很多 无机溶剂有浓硫酸 磷酸 氢氧化 钠等 有机溶剂有甲酸 乙酸 三氯乙酸 氯酚 甲酸乙内酯 间甲酚 苯二 酚 甲酰胺 乙酰胺等 醇也可以溶解 但要加入添加剂 如氯化锂 但是各 种溶剂的物理 化学性质如极性 介电常数 偶极矩 沸点 密度 溶解度 共沸 比热容 临界常数 酸碱性 粘度不尽相同 这就决定了各种溶剂溶解 尼龙 6 的最佳用量 温度 溶解时间不同 以及溶解后重新析出的尼龙 6 在外 观 强度 塑性 分散性等有很大不同 而且不同溶解剂溶解时的能耗 对设 备的要求及安全性也有很大差异 因此如何选择合适的溶剂使得溶解效果好 所得产品品质高 且溶解成本低具有直接现实意义 本实验分别选择浓硫酸 氢氧化钠和冰乙酸作为溶剂 通过比较可知溶解 效果 冰乙酸 浓硫酸 氢氧化钠 各溶剂的最佳溶解用量 溶解温度及时间见 下表 尼龙 6 质量均为 3g 左右 表 10 最佳溶解条件 Tab10 The best solution condition 22 浓硫酸氢氧化钠冰乙酸 用量 ml6 8 温度 140 120 时间 min90 30 注 表示溶解失败 溶 剂最佳条 件 23 致 谢 首先 感谢我的指导老师郭雨 我的论文是在郭老师的亲切关怀与悉心指 导下完成的 从题目的选择到论文最终定稿 郭老师始终都给予了细心的指导 和不懈的支持 本论文能够顺利完成 离不开郭老师的耐心指导和严格要求 郭老师在论文的选题 研究理论 框架结构 数据整理 直至撰写 修改和定 稿等各个环节均严格把关 并投入了大量的时间和精力 值得一提的是 郭老 师治学严谨 学识渊博 不慕荣利 平易近人 对学生认真负责 他对学术的 热爱 对工作的投入 对生活的朴素 让我由衷地敬仰 他的学术风格 工作 态度与生活态度将激励我在未来的学习 工作 生活中不断前行 从他的身上 我可以感受到一个学者的严谨和务实 这些都让我受益匪浅 俗话说 经师易得 人师难求 希望借此机会向郭老师表示最衷心的感谢 除此之外 我还要感谢所有帮助过和支持我的同学 你们是我坚实的支柱 和后盾 谢谢你们在我成功时为我喝彩 在我失败时给我安慰 我始终不忘你 们在平日学习 工作和生活中对我的关心 信任 鼓励和帮助 还要感谢我的 许多好朋友 虽然不在身边 但是你们给我的是无法言表的帮助 还有许多人 也许他们只是我生命中的匆匆过客 但他们对我的支持和帮 助依然在我记忆中留下了深刻的印象 在此无法一一罗列 但对他们 我始终 心怀感激 就让我在心里默默地感谢你们 祝福你们 再次对所有关心 帮助我的人说一声 谢谢 24 参考文献参考文献 1 新世纪的世界高科技纤维 石油化工动态 1997 Vol 5No 1 44 50 2 刘卫平 国内聚酰胺工程塑料市场浅析 塑料科技 2000 30 22 17 20 3 程立泉 已内酰胺生产技术概述 中国化学化工文摘 2007 25 8 120 133 4 李刚 孙生 废旧塑料的再生与综合利用 北方环境 2003 28 3 53 56 5 周庆丰 路学成 王鹏 聚酰胺的高性能化及改性进展 塑料科技 2005 10 59 63 6 刘红阳 废旧 PET PC 塑料回收与化学再生利用现状 橡胶资源利用 2005 6 23 36 7 赵丽英 我国尼龙 6 工业的发展及展望 河北化工 2004 12 26 28 罗益锋 迈 向 8 唐家伟 世界尼龙工程塑料需求增长强劲 工程塑料应用 2004 32 5 14 17 9 金霖 国内外聚酰胺生产现状与发展趋势 化工文摘 2002 34 25 28 3