[发明专利]一种温敏性固态胺纤维材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

 本发明属于智能型高分子纤维材料技术领域。更具体地，涉及一种温敏性固态胺纤维材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前，固态胺纤维广泛应用于CO₂的吸附。固态胺纤维主要以纤维为基体通过功能改性制备所得，固态胺纤维的制备主要有浸渍法和接枝法，接枝法主要分为官能团的直接功能化和接枝共聚反应两种。官能团的直接功能化主要是利用纤维上的羟基、活泼卤原子、环氧基等反应性基团引入氨基，或腈基水解等引入氨基。接枝共聚反应法是指在基体纤维如聚丙烯纤维（PP）、粘胶纤维（VF）、剑麻纤维（SF）等的表面通过化学引发和辐照引发的接枝聚合反应引入直接可功能化的基团，再与多胺试剂进行酰胺取代反应，从而制得固态胺纤维。辐照接枝则可以完成化学法难以进行的接枝反应，且操作简单易行，室温下也可完成，还可以通过调整辐照强度、辐照时间、接枝液配比来控制反应，以达到需要的接枝率。

与传统的吸附剂如活性炭、沸石分子筛等相比，固态胺纤维有选择性好，吸附容量高，不受水分干扰等优点，由于材料表面富含氨基，固态胺纤维对于CO₂的吸附大部分为化学吸附，这有利于对CO₂的高容量吸附和选择性吸附，但是同时也造成材料脱附时需要较高的活化能，使得工业应用的经济性降低。近年来，许多研究者致力于在提高吸附材料吸附性能的同时降低再生能耗，提高再生效率。因此，对于CO₂吸附的固态胺纤维材料的性能有待进一步研究和提升。

目前，采用N-烷基丙烯酰胺单体对纤维、薄膜等进行温敏性改性的研究很多。例如，刘今强等采用溶液自由基接枝法制备了具有温敏性的棉纤维N-异丙基丙烯酰胺接枝共聚物（cotton-g-PNIPAAm），研究了接枝率与试样LCST和可逆焓变之间的关系。或是将N-烷基丙烯酰胺与另外一种功能单体组成双单体共聚接枝，此类报道多是将两种单体同时加入反应溶液，产物中两种单体的比例无法准确控制。而且，将温敏性的纤维用作气体吸附材料至今尚未见有相关的研究和报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有CO₂吸附材料的不足，提供一种可以通过调节环境温度的变化，来改变纤维的吸水率，实现温敏响应功能，可用于CO₂气体的吸附领域，也可用于智能特种纤维制品领域的温敏性固态胺纤维材料。该材料还具有脱附能耗低，脱附速率快的优点。

本发明的目的是提供一种温敏性固态胺纤维材料。

本发明另一目的是提供上述温敏性固态胺纤维材料的制备方法。

本发明再一目的是提供上述温敏性固态胺纤维材料的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

本发明公开了一种温敏性固态胺纤维材料，是在基体纤维表面引入氨基和温度响应的温敏性功能基团合成得到；该纤维材料在温敏接枝层的低临界溶解温度上下，吸水率不同；该纤维材料还能够吸附二氧化碳气体，且对二氧化碳气体的吸附量随温度不同而不同；该纤维材料吸附二氧化碳气体后，可经过热脱附再生。

优选地，所述温敏性固态胺纤维材料是将基体纤维依次经过碱处理和⁶⁰Co-γ射线辐照处理后，在表面经过接枝反应和胺化反应，引入不同类型的氨基，得到固态胺纤维；再通过紫外光催化引发反应在固态胺纤维表面引入温度响应的温敏性功能基团，合成得到。优选地，所述基体纤维为聚丙烯纤维（PP）、粘胶纤维（VF）、棉纤维或剑麻纤维（SF）。

所述的温敏性固态胺纤维材料的氨基接枝率为32.5～58.7%，温敏性功能基团接枝率为35.4～95.6%，温敏性功能基团和氨基的摩尔比为0.7～9，该温敏性固态胺纤维材料随着温敏性功能基团和氨基的摩尔比的变化，具有不同的温敏程度。

当环境温度为10～40℃时，该系列不同单体接枝比例的温敏性固态胺纤维材料具有相近的吸水率，且单位质量的材料吸水平衡后的总质量相近；当环境温度为45～80℃时，该系列不同单体接枝比例的温敏性固态胺纤维材料的吸水率随着温敏性功能基团所占比例的增加而减小，且单位质量的材料吸水平衡后的总质量也随着温敏性功能基团所占比例的增加而减小。

本发明还提供了一种上述温敏性固态胺纤维材料的制备方法，具体步骤如下：

S1.基体纤维预处理

S11.碱处理：将基体纤维用氢氧化钠溶液进行碱处理；所述基体纤维为聚丙烯纤维（PP）、粘胶纤维（VF）、棉纤维或剑麻纤维（SF）；