[发明专利]一种溶液静电纺丝方法制备离子交换纤维的方法

说明书

本案为下述专利申请案的分案：

申请日：2006.10.20

申请号：200610113866.9

发明名称：一种溶液静电纺丝方法制备离子交换纤维的方法

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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。

在已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 03455.1发明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1，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～2μm，是目前制备纳米纤维的最主要的方法。

发明内容

本发明提供了一种溶液静电纺丝方法制备离子交换纤维的方法。本发明的显著特征是：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～10μm，典型值为40nm～2μm；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。

一种溶液静电纺丝方法制备离子交换纤维的方法，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1

(2)静电纺丝制备基体纤维

将步骤(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，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1)

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～10μm，典型值为40nm～2μm；

(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