耐酸性纤维及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种耐酸性纤维及其合成方法，该纤维含有氰基、氨基腙、氨基酰肼、咪基等官能团，还含有双肼啶、三唑、氨基三唑、二氢四嗪和四嗪等多种杂环化合物。该纤维以腈纶纤维为原料，通过对腈纶纤维进行预处理、交联改性等工艺过程制得，改性后的纤维对酸具有较好的耐酸能力和较好的机械强度。将其开发成耐酸性劳保服装，将为我国劳保、消防、国防以及其它相关行业产品的升级换代提供材料支持，具有良好的市场应用开发前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新材料及其生产方法，尤其涉及一种功能性新材料——。
技术介绍
随着科学技术的不断进步及我国经济的迅猛发展，酸的应用范围及用量也在不断扩大。据不完全统计，目前我国三酸(盐酸、硫酸、硝酸)年需求量可达30万吨左右。由于酸具有很强的腐蚀性和渗透性，因此，在各种酸性物质生产使用场所工作的人员，时常因为酸的跑、冒、溅、浸、喷等事故而受到伤害，造成巨大的损失。为保护在酸性物质场所工作人员的安全与健康，保障安全生产，研究具有防酸性能的工作服及其纺织面料具有重要意义。防酸服装面料，除要求其本身无毒、无味、安全可靠外，还特别要求面料具有足够的防酸液浸透时间、一定的拒酸、耐酸性能和良好的耐酸腐蚀性及足够的物理机械性能。防酸服装面料通常被分为不透气性和透气性两种。不透气防酸面料主要应用于酸严重污染的场所，以耐酸橡胶布、塑料布为主。透气性防酸面料主要应用与中轻度酸污染场所，因天然蛋白质纤维化学稳定性较好，在常温下遇酸无明显变化，对酸具有较强的耐受能力，目前以天然蛋白质纤维柞蚕丝绸、生毛呢为主要原料来制作透气性防酸服装面料。但由于天然蛋白纤维面料价格昂贵，原料紧缺，因此受到一定限制。因此，研制新的防酸材料，开发新的防酸服装面料，具有重要的应用价值。为此，我们以价格较低的对酸具有一定耐受能力的高分子合成纤维作为基本原料，通过化学改性制备了耐酸侵蚀性纤维，以满足防酸服装面料的需求。目前，国内尚未见有通过普通高分子纤维改性后作为透气性耐酸服装面料的报道。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种成本较低、对酸具有较高耐受能力的功能纤维；另一目的在于提供该纤维的生产方法，以满足目前在酸性环境中工作的工人防护需求，更好的达到防护目的。为实现本专利技术目的技术方案如下本专利技术选用价格较低的对酸具有一定的耐受能力的高分子腈纶纤维作为基本原料，通过化学改性制备出具有很好耐酸侵蚀性能的透气性功能纤维。腈纶纤维是聚丙烯腈纤维在我国的商品名称，基本原料是丙烯腈(分子式CH2＝CHCN)。它是由丙烯腈与第二单体(丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯等)、第三单体(丙烯磺酸钠等)无规共聚，再经抽丝成型而得到的。它的性质与羊毛极为相似，所以有合成羊毛之称。能耐强酸(如35％盐酸，65％硫酸或45％硝酸)，耐碱性较差，不溶于一般化学溶剂，能溶于极性大的有机溶剂，如二甲基甲醯胺，二甲基亚砜等。本专利技术合成方法如下首先将原腈纶纤维用蒸馏水水洗，而后分别用乙醇、丙酮洗涤，尽量除去表面可溶性物质。将预处理过的腈纶纤维与10～25％质量百分比浓度的改性剂即肼类还原剂以1∶30～1∶50重量比放入反应釜中，加热到80～120℃进行改性，控制反应时间2～10个小时，使改性后纤维增重8％～20％。增量过低，会造成纤维中氰基浓度过大，在浓酸中浸泡会出现水解，影响纤维的耐酸性能；增重过大则会造成纤维的氰基反应过多，纤维过多的发生侧枝交联，会降低纤维的机械强度，影响下游产品的使用。最后取出纤维，在蒸馏水中浸泡0.5～2小时后，洗涤至中性，烘干称重即得耐酸性功性纤维。所述的肼类还原剂可以是水合肼或硫酸肼或盐酸肼等。耐酸性纤维增重率测定如下将反应完毕的改性纤维待测样用蒸馏水洗涤至中性，在一定的温度下干燥至恒重，准确称取干燥后的样品(精确到0.001g)按照下式计算反应增重w＝(G1-G0)/G0×100％式中w......纤维交联增重率；G0......原纤维重量g；G1......交联纤维重量g；在改性过程中，温度对反应有非常重要的影响。在改性剂浓度相同的情况下温度越高，达到所需增重的时间越短，但过高的温度会剧烈降低纤维的结晶度和有序结构，致使纤维的机械强度急剧下降。因此，温度选择80～120℃较佳。制得的该耐酸性功性纤维具有如下特征其含有氰基、氨基腙、氨基酰肼、咪基等官能团，还含有双肼啶、三唑、氨基三唑、二氢四嗪和四嗪等多种杂环化合物。其主要结构单元为 通过对附图1对比，对附图2该耐酸性功能纤维的红外图谱解析，可以看出该纤维内部都含有2243cm-1氰基的特征吸收峰，羰基的存在在1730～1740cm-1处表明，在1630～1660之间附近出现的峰归结为C＝N和N＝N伸缩振动峰，而伯胺在3500～3300的伸缩振动峰和1650附近的弯曲振动峰；1211cm-1峰则是与烷基相连的C-N伸缩振动峰。表明，制得的耐酸性功能纤维结构中含有羰基、胺基腙、氨基三唑、双肼啶、1，2，4-三唑、四嗪、二氢四嗪等多种官能团。改性剂与聚丙烯腈纤维反应机理可以表示为 通过上式可以看出，聚丙烯腈纤维与改性剂定向的反应是一个非常复杂的过程。产物纤维上除了含有氰基、氨基腙、咪基等官能团外，还含有双肼啶、三唑、氨基三唑、二氢四嗪和四嗪等多种杂环化学物，并导致形成交联网状结构。另外，聚丙烯腈高分子纤维与此改性剂还发生如下反应 即反应首先生成两种中间产物，而后均加水失氨得到氨基酰胺。尔后，其中一种中间产物氨基腙会与氨基酰胺反应生成环状结构，而氨基腙、氨基酰胺也会发生自缩合反应生成环状结构。 内部生成的氨基腙自缩合生成环状结构。 由于反应完毕后有较多的环状结构产生，且大多数是碳氮单键和碳氮双键结构，因此，具有较强的稳定性。利用SEM技术对制得的耐酸性纤维微观形貌进行了检测。由附图3、4可以看出，经过交联改性所得到的耐酸功能纤维，与原腈纶纤维相比，表面出现一定的沟壑，这种沟壑的产生会使纤维的机械强度有所下降。另外，由于腈纶纤维在改性过程中生成了大量环状结构，靠自身的环状结构抵抗浓硫酸的侵蚀，大大减缓了腈纶纤维微观结构在酸中的水解反应，这样就对浓硫酸产生了一定的抵抗能力，在一段时间内纤维在浓硫酸及其他酸中保持纤维的基本机械强度。另一方面其靠自身的氰基与浓硫酸的反应减缓浓硫酸对纤维基本形态结构的破坏。其反应的基本机理可以表示为 在这种情况下，部分氰基转变成了羧基，但有相当一部分也转化为酰胺。在100℃的情况下，经过1个小时可以完全反应，纤维的红外图谱中氰基特征峰完全消失，纤维的盐酸也略有转变，由原来的橙黄色转变为土黄色，但机械强度下降不超过20％，这种转化完毕的纤维在浓硫酸中(室温状态下)经8小时侵蚀性实验，结果未发现有纤维碳化现象，仍然具有良好的机械强度。附图说明图1腈纶纤维红外图谱； 图2本专利技术耐酸纤维红外图谱；图3原腈纶纤维电镜图； 图4本专利技术耐酸纤维电镜图；图5本专利技术纤维经酸处理前后的机械强度对比图；本专利技术有如下有益效果利用腈纶纤维与改性剂反应生成耐酸侵蚀性纤维，改性后的纤维对酸特别是浓度较高的酸具有较好的耐酸能力，并且其机械强度受影响小；该生产方法简单易行，产生的有害副产物少，反应时间短，改性剂消耗量少，改性过程中无污染。将其开发成耐酸性劳保服装，将为我国劳保、消防、国防以及其它相关行业产品的升级换代提供材料支持，具有良好的市场应用开发前景。具体实施例方式为对本专利技术进行更好地说明，举实施例如下在500L密闭电加热反应釜中加入25％的改性剂水合肼溶液(工业级)400L、腈纶纤维12Kg(市售，工业品)。加热至90℃，反应5小时后，降温出料，水洗甩干后即得到需要的产品。根据上述方法计算所得样品从12Kg增重到13.5Kg，增重在12.5％。对该纤维进行耐酸性试验，结果见附图5，附图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
耐酸性纤维，其特征在于，其以腈纶为原料，以肼类还原剂为交联剂，经过预处理、改性制得，其含有氰基、氨基腙、氨基酰肼、咪基官能团，还含有双肼啶、三唑、氨基三唑、二氢四嗪和四嗪多种杂环化合物，其主要结构单元为：＊＊＊。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵亮，黄伟庆，穆新国，黄做华，田振邦，VS萨达托夫，
申请(专利权)人：河南省科学院化学研究所，河南高的环境与化学研究所，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]