[发明专利]超级螯合离子交换纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超级螯合离子交换纤维，特别涉及基材纤维表面涂覆含有偕胺肟、水杨醛肟和季胺基的功能树脂而成的螯合离子交换纤维，具有对各种水系阴阳离子的检测、分析、分离、富集和交换功能，属于功能材料领域。

技术背景

离子交换纤维是纤维骨架上其所带的阳离子或阴离子基团通过库仑引力与介质中阴离子或阳离子的电荷作用，产生阴离子或阳离子的吸附和分离功能。螯合纤维是由纤维所带有N、O、S、P配位原子的螯合功能基团与金属离子形成配位键，构成螯合物，从而产生对阳离子或阴离子的检测、分析、分离、富集功能。同时兼有螯合基团的离子交换纤维称之为螯合离子交换纤维。螯合离子交换纤维是在离子交换树脂或螯合树脂上发展起来的，与传统颗粒状离子交换树脂或螯合树脂相比，螯合离子交换纤维具有独特的性能和特点。

螯合离子交换纤维的制备方法主要有两种，一种是基材纤维的化学改性，使得基材纤维具有离子吸附能力和离子螯合能力。但是基材纤维经过化学改性后，一些机械性能有显著劣化，影响螯合离子交换纤维的加工性能和使用性能。其次是功能性单体与第二单体的共聚树脂纺丝，或功能性单体对基材纤维的接枝共聚。但是功能性单体大都是合成技术复杂或价格昂贵，纺丝得到的螯合离子交换纤维的功能基团部分隐蔽在纤维内部，造成功能性单体的浪费。

制备螯合离子交换纤维的技术也有混合成纤法，一种是将功能物质分散到成纤的纺丝液中，另一种是将功能性树脂和普通聚合物混合纺丝制得螯合离子交换纤维。混合成纤技术能够使用的功能物质不多见，功能性树脂难以能够承受纺丝的条件工艺，造成混合成纤技术制备螯合离子交换纤维不多见。

鉴于以上问题，本发明提供一种超级螯合离子交换纤维的制备方法，是以合成纤维或合成纤维与棉、麻混纺纤维为基材纤维，将基材纤维浸渍在氰胺树脂溶液中，制得表面涂覆氰胺树脂的氰胺功能纤维；而后所述的氰胺功能纤维依次与5-氯甲基水杨醛的季铵化反应和与盐酸羟胺的加成反应，从而在基材纤维上引入偕胺肟、水杨醛肟和季胺基三个功能基，成为超级螯合离子交换纤维。

发明内容

本发明的目的是提供一种简便易行的超级螯合离子交换纤维的制备方法。所述的超级螯合离子交换纤维指的是兼有阴阳离子交换功能和对重金属离子的检测、分析、分离、富集功能的纤维，并且该纤维的吸附容量是通用离子交换树脂容量的1～3倍。

本发明提供的超级螯合离子交换纤维的制备方法包括如下步骤：

步骤一、氰胺功能纤维的制备

以丙纶、氯纶、腈纶、锦纶、维尼纶、涤纶、氨纶、棉纱线或麻纱线的一种或两种以上混纺纤维作为基材纤维在氰胺树脂溶液中浸轧，浸轧控温20～90℃，浸轧时间为0.01～1小时，此后抽出纤维，干燥，制得表层涂覆含有氰基和叔胺基的氰胺树脂的纤维(简称为氰胺功能纤维，见图1)。

其中氰胺树脂溶液指的是由双(2-氰乙基)烯丙胺与第二烯烃单体和交联剂进行溶液共聚制得的氰胺树脂溶液。

所述的第二烯烃单体选自苯乙烯、丙烯腈、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、顺丁烯二酸酐或醋酸乙烯酯中的一种或两种以上。

所述的交联剂选自二乙烯基苯、双丙烯酸乙二醇酯、双甲基丙烯酸乙二醇酯、三丙烯酸季戊四醇酯、三甲基丙烯酸季戊四醇酯、异氰尿酸三丙烯酯、二甲基二烯丙基氯化铵或二乙基二烯丙基氯化铵中的一种或两种以上。

所述双(2-氰乙基)烯丙胺/第二烯烃单体/交联剂的质量配比为30～300∶100∶5～50，所述氰胺树脂溶液的制备方法选自CN1023487。

步骤二、氰醛盐功能纤维的制备

将5-氯甲基水杨醛溶解在有机溶剂中，其中再加入步骤一制得的氰胺功能纤维，控温20～90℃，浸轧反应0.4～48小时，滤出纤维，洗涤，制得表层有氰基、季铵基和水杨醛结构单元的功能纤维(简称在氰醛盐功能纤维，见图2)。

其中所述有机溶剂指的是甲苯、氯苯、苯甲醚、二甲苯、石油醚、环己烷、甲基环己烷或十氢萘，所述有机溶剂的用量是所述氰胺功能纤维质量的2～10倍，所述的5-氯甲基水杨醛用量是所述氰胺功能纤维质量的0.5～5倍。

步骤三、超级螯合离子交换纤维的制备

在乙醇或甲醇中投入盐酸羟胺，使用碱石灰调节pH值至6.0～8.5，过滤去除固体物，滤液中再投入步骤二所制得的氰醛盐功能纤维，控温60～80℃，搅拌反应2～200小时，过滤、去离子水洗涤三次，制得表面带有偕胺肟、季铵盐和水杨醛肟的功能纤维，即是超级螯合离子交换纤维(见图3)；