一种溶液静电纺丝方法制备离子交换纤维的方法技术

本发明专利技术涉及一种溶液静电纺丝方法制备离子交换纤维的方法，属于化学纤维材料制造方法技术领域。将原料及溶剂按质量比混合，搅拌，制备电纺丝溶液；用静电纺丝装置纺丝，制备基体纤维；对基体纤维进行处理和功能化制备离子交换纤维；得到羧酸型阳离子交换纤维。本发明专利技术离子交换纤维的基体纤维用静电纺丝方法直接制备，所述基体纤维经处理和化学反应，引入功能基团，制备离子交换纤维。本发明专利技术制备的离子交换纤维直径可控、交换容量高、综合性能好；本发明专利技术直接制备所述基体纤维，不需接枝聚合，简化了生产步骤，节约了生产成本，简单、易行，实用前景好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种离子交换纤维的制备方法，特别涉及一种用电纺丝制备的离子交换纤维 的方法，属于化学纤维材料制造方法

技术介绍
离子交换纤维是一类具有离子交换功能的特种合成纤维，与离子交换树脂相比，具有比 表面积大、交换与洗脱速度快、可以纤维及其制品等多种应用形式应用等突出优点。因此， 特别是在不能使用粒状离子交换树脂的情况下，离子交换纤维的应用具有显著优势。在巳有的离子交换纤维及其制备方法的技术中，常采用的基体纤维是常规纤度的化学纤 维和合成纤维，其直径为数十微米，并且一般需用接枝聚合的方法接枝苯乙烯，再经交联、功能化引入离子交换基团。例如中国专利ZL 98 1 03455. l专利技术的一种离子交换纤维的制备 方法，用聚烯烃纤维经溶剂溶胀，再接枝苯乙烯制阴、阳离子交换纤维，交换容量可达3 3.5毫摩尔/克。 '静电纺丝又称静电纤维制造，这一技术的核心是使带电荷的高分子溶液或熔体在静电场 中流动与变形，然后经溶剂蒸发或熔体冷却而凝结或固化，于是得到纤维状物质。静电纺丝 技术的原理参见附图l，从喷头毛细孔中流出的纺丝液细流，在静电力作用下加速运动并分 裂而形成细流簇，经溶剂蒸发或熔体冷却后而凝结或固化为微丝，以无纺布的形式沉积在静 止的或往复运动或转动的接收装置上。纺丝液与高压直流发生器的正极相连，接收装置为负 极并接地。静电纺丝的条件，最主要的是纺丝液的性质(粘度、表面张力和电导率)和操作 条件(电压、纺丝液流速、温度、喷头与接收装置间距离)。所得纤维的直径随加工条件而变 化，典型的数值为40nm 2um，是目前制备纳米纤维的最主要的方法。专利
技术实现思路
本专利技术提供了。本专利技术的显著特征是 该离子交换纤维的基体纤维用静电纺丝方法直接制备，基体纤维的直径为10nm 10!xm，典型值为40nm 2um;基体纤维经处理和化学反应，引入功能基团，制备离子交换纤维。该离 子交换纤维的交换容量高；该制备方法中，直接制备离子交换纤维的基体纤维，不需接枝聚 合，简化了生产步骤，节约了生产成本。，该制备方法包括以下步骤 (1)制备纺丝液把原料放入溶剂中(原料与溶剂的质量比例为6 30: 94 70)，在适当温度下,采用磁 力或机械搅拌溶解成均匀的溶液，制得纺丝液；所述原料为聚苯乙烯、聚丙烯腈及丙烯腈共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇的任何一种；所述适当温度与原料有对应关系如表1所示；所述溶剂与原料有对应关系如表1所示，所述溶剂为与原料对应的溶剂中的任何一种或 多种。表l<table>table see original document page 4</column></row><table>(2) 静电纺丝制备基体纤维将歩骤(1)所制备的纺丝液加入到静电纺丝装置的一个连有喷丝头的IG液装置中；纺丝液与电源的正极相连，电源的负极与接收装置相连；调节喷丝头与接收装置之间的距离为5 15cm;打开高压电源，调节电源电压为15-25kv,进行静电纺丝，由接收装置收集，得到基体 纤维；所述静电纺丝装置主要由连有喷丝头的贮液装置、高压电源、接收装置构成；(附图l) 所述的喷丝头是单孔或多孔；所述接收装置采用静止状态，也可以往复运动或旋转运动； 所述基体纤维直径为10nm 10u m，典型值为40nm 2 y m:(3) 基体纤维的交联处理和功能化对基体纤维先进行交联处理，然后通过化学反应进行功能化，引入或/和生成阴离子或阳 离子功能基，得到阴离子或阳离子交换纤维。所述交联处理是采用与基体纤维原料相对应的交联剂，通过交联剂与基体纤维的化学反应进行交联；所述通过化学反应进行功能化，是交联后的基体纤维通过与基体纤维原料相对应的功能化试剂的反应，引入或/和生成阴离子或阳离子功能基，得到阴离子或阳离子交换纤维 由各种原料的基体纤维制取离子交换纤维的方法见表2 。 表2<table>table see original document page 5</column></row><table>表2中聚苯乙烯基体纤维的交联处理和功能化方法中所述磺化剂为浓硫酸、硫酸与顺丁烯二酸酐以二氯乙垸作为溶剂的混合物、氯磺酸、发烟硫酸、硫酸 氯磺酸中的任何一种；所 述催化剂为氯化锌或氯化锡，氯甲基化基团的引入使用浓度大于50%的氯甲醚；制取强碱性阴离子交换纤维氯甲基化的交联纤维与浓度为10y。以上的三甲胺溶液在室温 4(TC反应24 10小时；制取弱碱性离子交换纤维氯甲基化的交联纤维与乙二胺的溶液反应，乙二胺:溶剂=4: 0 8，控制反应时间6 48小时，然后分离出乙二胺溶液，水洗、干燥，所述溶剂 是水、醇类化合物或卤化烃。本专利技术制备离子交换纤维的基体纤维是通过带电液体在电场力的作用下进行喷射纺丝的 方法获得，制得的纤维为亚微米级异纤度，纤维直径一般在10nm 10um,典型值为40nm 2um，呈无纺布毡状，具有孔隙小、孔隙率高、比表面积高、综合力学性能好的特点，是一 种理想的制备离子交换纤维的基体纤维。本专利技术制备强酸型阳离子交换纤维是通过对电纺丝 制得的聚苯乙烯基体纤维进行交联、磺化等一系列化学反应，将特定的离子基团引入到亚微 米级异纤度的基体纤维中，从而制得离子交换纤维。本专利技术制得的强酸型阳离子交换纤维具 有比表面积大、交换容量高、交换速度快、再生时间短等优点，可广泛应用于环境保护、医 药卫生、石油化工、冶金、水处理、化学吸附、资源回收等领域。本专利技术由于采用了电纺丝为基体纤维，进行离子交换功能化，提供了一种高交换容量的 离子交换纤维的制备方法-(1) 本专利技术静纺纤维的纤维直径为10nm 10um，典型值为40nm 2 u m，并且异纤度中较粗的纤维赋予基体纤维良好的力学性能，较细的纤维提供基体纤维大比表面积，使基体纤 维具有良好的综合性能；(2) 本专利技术的基体纤维的直径具有可控制性，可以通过控制纺丝溶液浓度和纺丝工艺条 件进行控制；(3) 本专利技术制备的离子交换纤维，具有交换容量高的特点，聚苯乙烯基体的强酸型阳离 子交换纤维的交换容量达到3. 8 5毫摩尔/克；(4) 本专利技术制备离子交换纤维的基体纤维是经过静电纺丝直接制备的。与已有的离子交 换纤维及其制备方法的技术相比较，已有的技术中，常采用的基体纤维是常规纤度的化学纤 维和合成纤维，其直径为数十微米，并且一般需用接枝聚合的方法接枝苯乙烯,再经交联、功 能化引入离子交换基团，本专利技术的特点是直接制备聚苯乙烯基体纤维，方法简单、易行，实 用前景广阔。附图说明图l是一种本专利技术采用的静电纺丝装置示意图。图2是本专利技术实施例2制备出的聚苯乙烯基体纤维的扫描电镜照片。图3是本专利技术实施例2制备出的强酸型聚苯乙烯基体离子交换纤维的扫描电镜照片。图4是本专利技术实施例2制备出的强酸型聚苯乙烯基体离子交换纤维的红外光谱谱图。图5是本专利技术实施例7制备出的聚丙烯腈及丙烯腈共聚物基体纤维的扫描电镜照片。图6是本专利技术实施例IO制备出的聚乙烯吡咯烷酮基体纤维的扫描电镜照片。图7是本专利技术实施例13制备出的聚乙烯醇基体纤维的扫描电镜照片。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细地说明。图l是一种本专利技术采用的静电纺丝装置示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种溶液静电纺丝方法制备离子交换纤维的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（１）制备纺丝液：将原料聚丙烯腈及丙烯腈共聚物和溶剂Ｎ，Ｎ～二甲基甲酰胺按质量比为６～１５∶９４～８５，在室温下搅拌溶解，制得浓度为６～１５％的电纺丝溶液；（２）用静电纺丝装置纺丝，制备基体纤维：将步骤（１）制备的纺丝液加入到静电纺丝装置的一个连有喷丝头的贮液装置中；纺丝液与电源的正极相连，电源的负极与接收装置相连，调节喷丝头与接收装置之间的距离为５－１５ｃｍ；打开高压电源的电源，调节电源电压为１５～２５ｋｖ，进行静电纺丝，由接收装置收集，得到聚丙烯腈及丙烯腈共聚物基体纤维；（３）基体纤维的处理和功能化制备离子交换纤维（３．１）将步骤（２）所述聚丙烯腈及丙烯腈共聚物基体纤维浸入质量浓度为４０～６０％的水合肼溶液，在９０～１２０℃下反应５～８小时，得到交联纤维；（３．２）将步骤（３．１）所述交联纤维浸入１Ｍ浓度的氢氧化钠溶液中，在７０℃下反应４０小时，用蒸馏水洗至中性，离心脱水，用０．５Ｍ盐酸浸泡１２小时，得到羧酸型阳离子交换纤维。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：付中玉，冯淑芹，李从举，周绍箕，朱金唐，翟国钧，朱丹丹，
申请(专利权)人：北京服装学院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]