[发明专利]一步制备离子交换纤维材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一类以聚四氟乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈和聚乙烯醇等纤维为基体，通过预辐照接枝制备新型离子交换纤维材料的制备方法技术，属于功能高分子材料领域。

背景技术

随着科技的进步、社会的发展，人们对分离材料提出了新的要求。离子交换纤维被科技界、产业界称之为21世纪的功能材料，是一类新型环境意识材料。此类材料已在医药成分提纯、核废水和工业污水处理、废气毒气处理、空气与饮用水净化、食品药品脱色、贵重金属富集与有机溶剂回收、生物物质提高收率等产业取得了广泛的应用。发展性质优良、功能高效的离子交换纤维及其开发应用技术，一直是全球分离材料研究开发的一个热点。

以天然纤维素为基体制备的离子交换纤维由于其亲水性强，有效比表面积大，对被吸附分离物质的吸附及解吸速度快等优点，但是由于该类材料的机械性能、热稳定性、耐腐蚀性差，因此限制了它们的使用范围。聚四氟乙烯、聚丙烯等合成纤维具有非常优异的化学稳定性，如果以其为基体，将会得到性能优良的新型离子交换纤维材料，该材料具有非常优异的耐腐蚀性能，可以在比较苛刻的环境下使用。

离子交换纤维的制备方法可分为两种：一种是共混、共聚成纤功能化法，将具有或能转变成离子交换基团的单体或聚合物与能成纤的单体或聚合物进行共聚或共混，然后纺丝成纤维。这种方法制备的离子交换纤维，其功能基在骨架上分布均匀，而且功能基含量高，但工艺技术复杂；另一种是成品纤维的接枝改性法，通过对天然纤维或合成纤维的改性，包括官能团的化学转变、接枝共聚反应引入活性基团等。其中又可分为化学法和高能物理法，这种方法的主要优点是高分子骨架是现成的，可供选择的基体材料多，且化学纤维价格低廉，原料来源方便，制备方法简单，是目前研究的热点。

由于四氟乙烯等纤维的化学稳定性，采用普通的化学方法，很难实现对其表面的化学修饰。例如专利CN 1608734A公开了一种聚四氟乙烯纤维和苯乙烯单体共辐照，接枝纤维经氯磺酸法磺化制备强酸离子交换纤维的方法，但这种方法的接枝效率很低，造成单体的大量浪费，接枝率也不能实现可控操作；而且磺化过程中产生酸性废液，造成环境污染、设备腐蚀，使得该产品的工业化非常困难。本发明以聚四氟乙烯等纤维为基体，通过预辐照接枝带有可转化官能基的对苯乙烯单体，而后把接枝纤维进行酸化修饰，制备强酸、弱酸双官能新型高交换容量、高机械强度、高热稳定性、耐腐蚀、抗氧化的离子交换纤维材料，为离子交换纤维材料在苛刻条件下的应用(如强酸、强碱试剂的纯化)提供了一类性能更加优异的产品。同时，制备过程避免了磺化反应对浓硫酸、氯磺酸等强腐蚀性物质的使用，解决了传统方法带来的环境污染、设备腐蚀等棘手难题，过程简单、操作容易，为离子交换纤维材料的工业化提供了有利条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型离子交换纤维材料及其制备方法。

本发明的离子交换纤维是一类含有强酸、弱酸双官能基团的离子交换纤维材料。

本发明的离子交换纤维的制备方法是以合成纤维为基体的高能物理法之预辐照方法，辐照源是钴60伽玛射线。

本发明所述基体纤维是在极端的环境中仍具有良好的稳定性和完整性的聚四氟乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈和聚乙烯醇等合成纤维。

本发明制备新型离子交换纤维材料的方法包括如下步骤：

(1)预处理：将聚四氟乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈和聚乙烯醇等纤维在丙酮(工业中可以是碱液)中浸泡2天，过滤、一定温度下真空干燥。

(2)预辐照：将封装好的聚四氟乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈和聚乙烯醇等纤维用钴60伽玛射线对其进行辐照，控制辐射剂量20-150KGy，辐照时间为24-168小时。将经预辐照后纤维在4℃以下低温保存。

(3)接枝：经辐照处理的纤维与接枝单体混合，控制反应体系溶液的重量与纤维的重量比例(以下称浴比)为1∶10～1∶50、接枝单体的浓度为10～80％、两单体比例1∶1～1∶6(对苯乙烯磺酸钠∶丙烯酸)、反应时间为2～10h、反应温度为50～100℃、并加入莫尔盐、甲醛、水合肼、尿素或纳米镁粉等活化剂，使纤维进行接枝反应。反应结束后，接枝体系通过真空蒸馏除去有机溶剂及未聚合的单体；然后用有机溶剂浸泡1-2天，抽滤除去均聚物，用沉淀剂洗涤，真空干燥。预辐照纤维与对乙烯基苯磺酸单体、丙烯酸单体接枝后得到强酸、弱酸双官能离子交换纤维。