废三醋酸纤维素的回收利用

2017-03-18杨齐俞文骥

化工管理 2017年2期

关键词：醋酸纤维粉末水解

杨齐俞文骥

(1四川宜宾普什集团有限公司,四川宜宾 644000；2四川普什醋酸纤维素有限责任公司,四川宜宾 644300)

废三醋酸纤维素的回收利用

杨齐1俞文骥2

(1四川宜宾普什集团有限公司,四川宜宾 644000；2四川普什醋酸纤维素有限责任公司,四川宜宾 644300)

本文研究了在工业生产过程中产生的TAC等外品、过滤过程中产生的废原液、洗涤过程中罐低和管道中产生的细颗粒产品、干燥过程中产生的粉末产品和输送过程中产生的粉末三醋酸纤维素（TAC）降解为可熔融加工的二醋酸纤维素（DAC）的可行性。在中试线实验了该降解工艺。利用熔融指数仪和转矩流变仪测试了降解得到的DAC产品的熔融特性，论证了降解产品用在低端塑料产品的可行性。

三醋酸纤维素；二醋酸纤维素；降解

醋酸纤维素（CA）是一种生物质来源的高分子材料,其主要原材料不依赖石油，由棉花或木材纤维乙酰化而成。根据其纤维素链上三个羟基被乙酰化的程度，可分为二醋酸纤维素（DAC）和三醋酸纤维素（TAC）。TAC是产品被广泛应用于膜材料。由于TAC膜具有优良的光透过率、光学同向性、可呼吸性及机械性能、高选择性和透水量大等优点，被广泛应用于光学膜、渗透膜、阳离子分离膜以及气体分离、人工肾脏、中空纤维素膜[5]等功能性膜材料。

因TAC膜材料对TAC原材料质量的要求非常高，导致TAC原材料生产工艺条件较苛刻，生产过程中因设备运行故障、工艺控制偏差等产生的等外品及边角余料无法回用。同时，TAC产品不能像DAC一样熔融加工利用，故生产过程中产生等外品是生产企业遇到的一大难题。通常情况下TAC的等外品只能作为工业废弃物处理，大大增加了企业的生产成本，造成了资源浪费和环境污染。

本研究探讨了工业生产过程中产生的TAC等外品、过滤过程中产生的废原液、洗涤过程中罐低和管道中产生的细颗粒产品、干燥过程中产生的粉末产品和输送过程中产生的粉末料回收后，通过降解的方式回收、利用的可行性,并在中试线上进行了测试。

1 实验部分

1.1 废纤维素的回收

利用管道过滤器和兰精过滤器，收集洗涤过程中罐低和管道中产生的细颗粒产品；用布袋式过滤器收集产生的粉末产品和输送过程中产生的粉末料；利用储罐收集过滤过程中产生的废原液。

1.2 三醋酸纤维素的降解

TAC产品在一定条件下，以硫酸为催化剂，会发生水解反应，分子链上的乙酰基部分水解，产品取代度降低[1-2]，如图1所示。

图1 三醋酸纤维素水解原理Fig1 Hydrolysis principle of TAC

在降解后产品达到塑料级要求的取代度2.3-2.5范围后，即得到样品DAC，可采用普通塑料加工的方式回收利用。

在一定的温度下，将TAC废絮片或边角料投入反应釜中，按比例加入冰醋酸溶液，持续搅拌至完全溶解。再加入一定量的硫酸和水，使得TAC产品分子链上的乙酰基部分水解。在水解至需要的取代度时，加入碳酸钠终止水解反应。反应完成后的原液过滤后，在稀醋酸中沉淀、析出。然后，用大量的工艺水清洗产品，除去产品中残留的醋酸。产品经挤压脱水、烘干后，测试其性能。

废原液直接加入催化剂和水进行水解。

1.3 产品性能测试

1.3.1 取代度和聚合度测试

参照ASTM D871。

1.3.2 胶粒制备

将1.2中得到的样品DAC磨成粉末，加入螺带式混合机中，再按比例加入30份邻苯二甲酸二乙酯(DEP)和0.5份稳定剂（1076与626的混合物），混合1h，再熟化15~24h后得到粉末样，再在单螺杆机挤出机温度160~220℃范围内进行挤出造粒。

1.3.3 黄度指数测试

1.3.4 中得到的胶粒，用测色仪测定其黄度指数。

1.3.5 熔融指数测试

1.3.6 中得到的胶粒，按照ASTM D1238测试，温度190℃2.16KG载荷。

1.3.7 转矩流变测试

转矩流变测试温度选择210℃，转速40r/min，称取40g 1.2所述的粉末样品，加入密炼腔中进行测试，测试时间15min。

2 结果与讨论

2.1 降解后产物结构

图1 TAC、DAC和降解产物的红外谱图

图2 降解产品转矩随时间的变化曲线

利用傅里叶红外（FT-IR）KBr法测试降解前TAC、降解后产物和常规DAC产品。由图1可以看出，降解后产品在3435cm-1处羟基的吸收峰增强，1731cm-1处羰基的吸收峰减弱。与常规的DAC产品相比，降解产品与其在3435cm-1和1731cm-1两处峰的吸收强度相似。说明TAC产品通过处理后，发生了降解反应。利用滴定法测试降解后产品的取代度为2.4，在常规DAC产品要求的取代度范围内。

2.2 降解后产品性能测试

在中试线上，用冰醋酸作为溶剂，在60℃~70℃配置固含量为15%的TAC溶液，在70℃水解6.5小时，得到的水解产品测试其取代度和黄色指数。降解产品与常规的低端塑料用途的DAC产品关键技术指标对比见表1。

表1 降解后产品与低端DAC产品对比

由表1可看出，中试线降解产品的关键技术指标与低端DAC产品相近，符合低端塑料用途产品的规格要求。以正常的低端塑料用途的产品作为参照样品，测试降解后产品的熔融指数和转矩流变性能。

降解产品与参照样品的熔融指数相近，略低于参照样品。利用转矩流变测试可表征降解产品在熔融加工过程中的分散性能、流动行为及结构变化(交联、热稳定性等)。由图2可见，降解产品与参照样品的平衡扭矩相近，说明样品流动性相近。在测试的15min内，扭矩达到平衡后并没有发生明显的降低或者升高，说明材料在热加工过程中稳定性好，没有发生明显的降解。故可以利用熔融的加工方式，使用该产品。