[发明专利]一种偕胺肟化聚丙烯腈胶乳/聚乙烯醇复合螯合纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种偕胺肟化聚丙烯腈（PAN）胶乳/聚乙烯醇（PVA）复合螯合纤维的制备方法，属于功能纤维制备技术领域。

背景技术

随着经济和社会的发展，一方面工业生产对贵金属、过渡金属和稀土金属离子的需求量越来越大；同时另一方面产业的发展也造成了环境中各种金属离子排放超标。特别是某些重金属离子目前在许多地区已对土壤、水体、大气造成重度污染，严重的影响人们的生命与健康。采用螯合树脂对各种工业排污中的金属离子进行吸附回收被许多学者证明是快速有效的方法。与一般的离子交换树脂不同，螯合树脂可以选择性的吸附某类金属离子，且形成的螯合结构稳定，对低浓度的金属离子废水进行处理。螯合纤维是在螯合树脂基础上发展出来的一种高效吸附分离材料，与螯合树脂一样对各种放射性金属、贵金属、过渡金属及稀土金属离子具有很高的选择性吸附性能。同时由于纤维比表面积大的特性使得其在吸附容量、吸附速率、再生速率等方面要远远优于普通的螯合树脂。而其纤维状的特性和一定的力学性能又使得其可以加工成各种形状的分离吸附织物制品，如柱、线、网、毡、带、无纺布等，应用领域十分广泛。

螯合纤维中所带的螯合基团一般含N、O、S、P具有未成键孤对电子的元素，易于与金属离子形成稳定的配合物，较为常见的有偕胺肟基、氨基、硫脲基、硫腙基、膦酸基。其中偕胺肟基螯合纤维由于具有选择性高、吸附速率快、吸附结构稳定等特点，为研究最为广泛的一类螯合纤维。特别是偕胺肟基纤维对一些放射性金属元素有特异性吸附选择性，使其成为从海水中提取铀元素的理想材料之一，这对于利用海水中大量铀元素解决目前能源短缺的问题有重大的现实意义。

螯合纤维的制备方法多种多样，其中将PAN纤维（腈纶）直接进行偕胺肟化是早期采用的较为普遍的一类方法。如美国的Fetscher早在上世纪60年代就采用这种方法制备了螯合纤维。此外日本、俄罗斯一些学者也对腈纶偕胺肟改性制备螯合纤维进行了相关研究。国内中山大学的曾汉民等在上世纪90年代对腈纶进行非均相偕胺肟化反应制备螯合纤维。虽然PAN基纤维直接偕胺肟化是最为简便的一种制备偕胺肟基螯合纤维的方法，但这种偕胺肟化过程会使PAN纤维溶胀，并破坏其原有的聚集态结构，在氰基转化率稍高时纤维的力学性能有明显的下降。

为解决PAN纤维直接偕胺肟化力学性能下降严重的问题，同时赋予纤维更多种类的螯合性功能基团。许多研究学者采用在各类纤维基材上采用化学接枝或辐照接枝的方法制备螯合纤维。中国专利97120341.5，97112391.8，200410029750.8，200710022977.3，200810052523.5，00803979.8，美国专利US6200481B1，US6875508B1，US6156075，US6869537B1均是通过化学接枝或交联的方法在各类合成纤维基材或天然纤维基材表面负载上螯合功能基团。但这类化学接枝法接枝率有限，且工艺过程复杂，难以规模化生产。近年来采用聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯醇纤维作为基材进行⁶⁰Co-γ、电子束、紫外光辐照后接枝螯合功能基团的研究被国内外众多研究机构报道，中国专利201210076705.2，201110411237.5。但辐照接枝法目前也存在一定不足，特别是各类基材在辐照后均会造成力学性能的下降。且辐照接枝所需设备和工艺流程复杂，工业化难度大。

目前尚没有一种螯合纤维得以大规模的生产，主要原因是纤维力学性能与其螯合性能之间的矛盾难以调和以及螯合纤维制备工艺过于复杂，难度大，成本高所致。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种偕胺肟化PAN胶乳/PVA复合螯合纤维的制备方法。其特点是将PAN乳液与PVA水溶液共混后进行纺丝、牵伸、热处理、缩甲醛化制备复合前驱纤维，而后对复合前驱纤维进行偕胺肟化处理制成复合螯合纤维。这种纤维具有较好的力学性能和螯合性能，在海水提铀、重金属废水处理、抗菌织物领域有很好的应用前景。

本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。

偕胺肟化PAN胶乳/PVA复合螯合纤维的制备方法包括以下步骤：

1）.复合纺丝原液的制备

将PVA 100份，加入200～700份去离子水中，于温度95～100℃，溶解3～6h，制成均匀溶液；再将PAN乳液10～600份，均匀分散于上述PVA溶液中，保持温度95～100℃，形成稳定的纺丝原液；

2）.原液的湿法纺丝