[发明专利]一种全氟离子交换纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能性高分子材料及其制备方法，特别是一种全氟离子交换纤维及其制备方法，它用于水的净化过滤，金属离子的吸附，催化剂的制备等方面。

背景技术

离子交换纤维是一种纤维状的离子交换材料。它的实用价值在于它具有比粒状离子交换剂更大的比表面，因而具有更快的离子交换和再生速度，但强度不高、使用寿命短等缺点制约了这种新型材料的发展和应用。

含氟纤维由于具有耐热、耐腐蚀、强度高等优良特点，被广泛应用于多个工业领域，如制造密封函、传送带及各种面料等。美国专利2772444号公开了一种用乳液纺丝法制造聚四氟乙烯纤维的制造方法，是将聚四氟乙烯乳液加入粘胶进行搅拌后通过纺丝泵经喷丝头挤出，通过一种酸性溶液成束状，用流水冲洗，经烧结、牵伸，得到成束的聚四氟乙烯纤维。法国专利390,552公开一种采用聚偏氟乙烯为原料生产含氟纤维的方法。但由于在含氟纤维上不易引入离子交换基团，因而不便于制备含氟离子交换纤维。

发明内容

本发明的目的是提供一种具备高强度，高交换容量，耐热好，寿命长的全氟离子交换纤维。

本发明的一种全氟离子交换纤维的结构和特征如下：

其中m为0～3的整数，n为≥2的整数，x为1～20的整数，y为1～5的整数；R为SO₃M或COOM，M为H、Na、K、Li、Mg或Ca；

其交换容量为0.5～1.8meq/g，直径为0.005～2.0mm，截面为圆形、椭圆形、方形或三角形。

本发明的一种全氟离子交换纤维的制备方法如下：

1)将全氟磺酸成纤树脂或全氟羧酸成纤树脂在纺丝温度为200～400℃，纺丝速度为0.75～750m/min条件下通过熔融挤出纺丝，得到前体纤维；

2)将前体纤维与浓度为2～6mol/L碱液在50～100℃下反应30～60小时，得到含有磺酸盐基团或羧酸盐基团的全氟离子交换纤维；或再将含有磺酸盐基团或羧酸盐基团的全氟离子交换纤维与浓度为2～4mol/L酸液在30～90℃反应2～6小时，得到含有磺酸基团或羧酸基团的全氟离子交换纤维；其中碱为NaOH、KOH、LiOH或Mg(OH)₂；酸为HCl、HNO₃或H₂SO₄。

本发明使用的全氟磺酸成纤树脂的结构式如下：

其中m为0～3的整数，n为≥2的整数，x为1～20的整数，y为1～5的整数，A为SO2F或SO2Cl，其交换容量为0.67～1.5meq/g；

本发明使用的全氟羧酸成纤树脂的结构式如下：

其中m为0～3的整数，n为≥2的整数，x为1～20的整数，y为1～5的整数，B为CN或COOCH₃，其交换容量为0.5～1.8meq/g。

本发明的一种全氟离子交换纤维是将全氟磺酸成纤树脂或全氟羧酸成纤树脂通过熔融纺丝法加工而成，制备步骤简单，工艺设备少，易操作，可用于水的净化，金属离子的吸附，催化剂的制备等方面。与其它离子交换纤维相比，全氟离子交换纤维具有高强度、优良耐热性和耐化学性等优点，其单丝强度可达30MPa，使用温度可超过150℃，在离子交换过程中对金属阳离子吸附速度快，吸附容量可达1meq/g以上，同时洗脱容易，可反复再生使用。

具体实施方式

以下结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述，但不限制本发明。

以下实施例中所使用的全氟磺酸成纤树脂和全氟羧酸成纤树脂，均由山东东岳公司生产并提供。

端基为-SO₂F的全氟磺酸成纤树脂结构式为：

其中，m为0～3的整数，n为2或3，x为4～12的整数，y为1或2；交换容量为0.95meq/g；

端基为-SO₂Cl的全氟磺酸成纤树脂结构式为：

其中，m为0～3的整数，n为2或3，x为4～12的整数，y为1或2；交换容量为1.18meq/g；

端基为-COOCH₃的全氟羧酸成纤树脂结构式为：

其中，m为0～3的整数，n为2或3，x为4～12的整数，y为1或2；交换容量为1.32meq/g；

端基为-CN的全氟羧酸成纤树脂结构式为：

其中，m为0～3的整数，n为2或3，x为4～12的整数，y为1或2；交换容量为1.01meq/g。

实施例1：