專利名稱：一種纖維素基離子交換纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子交換纖維技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種纖維素基離子交換纖維的制備 方法。
背景技術(shù)：
離子交換纖維是一種纖維狀離子交換吸附材料，它由許多粗細(xì)均勻的單絲構(gòu)成， 直徑范圍在20 300um之間。離子交換纖維的結(jié)構(gòu)由基體纖維和連接其上的交換基團(tuán)兩部 分組成。其中基體纖維有聚乙烯醇、聚丙烯睛、聚氯乙烯-丙烯睛共聚物、聚酚醛、聚酞胺、 聚烯烴等，交換基團(tuán)有強酸、弱酸、強堿、弱堿，兩性基團(tuán)等。離子交換纖維的制備始于20世紀(jì)40年代，人們首先制備了含磷酸基和胺基的陰、 陽離子交換纖維。70年代以來，前蘇聯(lián)、美國、日本相繼成功地開發(fā)出各類型的離子交換纖 維，并實現(xiàn)了工業(yè)化，成功地用于環(huán)境治理和資源的回收領(lǐng)域。隨著對離子交換纖維的結(jié)構(gòu) 與性能等理論問題研究的不斷深入，離子交換纖維的應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸拓寬。雖然關(guān)于離子交換纖維的研究較多，但是其制備方法基本都是以合成纖維為基體 原料進(jìn)行接枝改性的，而未見纖維素纖維為基體原料的離子交換纖維的研究報道。如中國 專利03115872. 2介紹的堿性離子交換纖維吸附劑是含胺基官能團(tuán)的丙烯腈_甲基丙烯酸 甲脂-衣康脂三聚物。中國專利02125204. 1以一定配方的高抗沖聚苯乙烯、聚苯乙烯、聚 丙烯、聚乙烯等為原料分別制得皮芯層料，然后再經(jīng)制造復(fù)合絲、纖維交聯(lián)、纖維功能化處 理等步驟制得相應(yīng)的離子交換纖維。還有中國專利92111328. 5,01142191. 6,01100437. 1、 200710054239. 7,200410060275. 0等，都屬此類，在此就不——贅述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種工藝簡單、流 程短、吸附和脫附速度快的纖維素基離子交換纖維的制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是—種纖維素基離子交換纖維的制備方法，包括以下步驟(1)引發(fā)劑的附著將烘干至恒重的纖維素纖維浸入到酸性高錳酸鉀溶液中，攪 拌10 60分鐘，然后用水沖洗，分離除去水分，得到附著有MnO2的纖維素纖維。(2)接枝聚合反應(yīng)將附著有MnO2的纖維素纖維放入丙烯酞胺溶液中，加入還原 劑，在50士 10°C的恒溫振蕩水浴中，接枝聚合反應(yīng)3 5小時后，將反應(yīng)產(chǎn)物用水沖洗并除 去反應(yīng)剩余的錳離子，再用水沖洗并干燥至恒重，得到接枝聚合產(chǎn)物。(3)降級反應(yīng)將接枝聚合產(chǎn)物加入到NaOH和NaClO的混合溶液中，在20士 10°C 的恒溫振蕩水浴中，進(jìn)行降級反應(yīng)0. 5 2小時后，用酸洗去反應(yīng)剩余的氯，然后用水沖洗 并干燥至恒重，得到纖維素基離子交換纖維。其中，所述的降級反應(yīng)為Hofmarm降級反應(yīng)。 所述用水沖洗時優(yōu)選為使用軟水沖洗。其中，所述酸性高錳酸鉀溶液為高錳酸鉀-硫酸溶液，所述酸性高錳酸鉀溶液中硫酸濃度為0. 010 0. 015mol/L,高錳酸鉀濃度為0. 012 0. 020mol/L。其中，所述丙烯酞胺溶液的濃度為1 2mol/L。步驟(2)中，所述加入的還原劑為硫酸溶液，所述還原劑硫酸溶液在反應(yīng)溶液中 的濃度為 0. 006 0. 010mol/L。步驟(2)中，將反應(yīng)產(chǎn)物用水沖洗，并用草酸溶液除去反應(yīng)剩余的錳離子。所述NaOH和NaClO的混合溶液中，NaOH的濃度為0. 3 0. 5mol/L, NaCIO的濃度 為 0.01 0. 02mol/L。步驟(3)中，用酸洗去多余的氯時，所述酸為硫酸溶液。所述纖維素纖維可以是天然纖維，也可以是再生纖維素纖維，天然纖維可以用棉 纖維，棉花或脫脂紗布，再生纖維素纖維可以是粘膠纖維、織物、無紡布等。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明的離子交換纖維的制備是以纖維素纖維為基材，這種纖維素纖維基體既 可以是天然纖維素，如棉花，也可以是再生纖維素，如粘膠纖維等。這樣寬廣的原料來源，避 免了以合成纖維為原料制備離子交換纖維的原料日益減少，供應(yīng)難以為繼的缺憾。同時，又 進(jìn)一步拓展了纖維素纖維的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍。2、本發(fā)明制備的纖維素基離子交換纖維與溶質(zhì)間的作用為化學(xué)吸附，或稱之為離 子交換作用。與現(xiàn)有技術(shù)中的粒狀離子交換材料相比，有更快的吸附和脫附速度，其吸附速 度相比較粒狀離子交換材料可高出幾倍至十幾倍。3、纖維素基離子交換纖維的另一個顯著的特點是可以對S02，HF, HCI, Cl2, F2, NH3 等有害酸性氣體進(jìn)行吸附，吸附速度快，交換容量大；而粒狀的離子交換樹脂由于在干燥情 況下縮孔或閉孔，很難與氣體發(fā)生離子交換反應(yīng)。4、由于纖維素基離子交換纖維表面含有有機胺等非溶出活性基團(tuán)，與人體皮膚接 觸時可改變皮膚微環(huán)境，達(dá)到抑殺細(xì)菌的目的，同時，還可吸收人體排出的硫化氫及氨等異 味，具有除臭的功效，加上纖維素纖維本身具有的優(yōu)越的服用性能，因此可用于制作家紡用 品、內(nèi)衣、運動衣等。
具體實施例方式下面結(jié)合具體的實施例來進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本 發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng) 域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求 書所限定的范圍之內(nèi)。實施例1(1)引發(fā)劑的附著取脫脂紗布15g，在真空烘箱內(nèi)烘干至恒重，浸入到高錳酸 鉀-硫酸溶液中，其中高錳酸鉀濃度為0. 015mol/L，硫酸濃度為0. Ollmol/L，攪拌反應(yīng)30 分鐘，然后用軟水沖洗干凈，分離除去多余的水分，得到附著有MnO2的纖維素纖維。(2)接枝聚合反應(yīng)將附著有MnO2的纖維素纖維放入接枝聚合反應(yīng)溶液中，在該 溶液中丙烯酞胺的濃度為1. 2mol/L，還原劑硫酸的濃度為0. 008mol/L，在50°C的恒溫振蕩 水浴中，接枝聚合反應(yīng)4小時后，將反應(yīng)產(chǎn)物用軟水沖洗，用稀草酸溶液除去反應(yīng)剩余的錳 離子，再用軟水沖洗至中性，并干燥至恒重，得到接枝聚合產(chǎn)物。
(3) Hofmann降級反應(yīng)將接枝聚合產(chǎn)物加入到NaOH濃度為0. 45mol/L和NaClO濃 度為0. 012mol/L的混合溶液中，在25°C的恒溫振蕩水浴中，進(jìn)行Hofmarm降級反應(yīng)1. 5小 時后，用稀硫酸洗去反應(yīng)剩余的氯，然后用軟水沖洗并干燥至恒重，得到纖維素基離子交換 纖維。所得纖維素基離子交換纖維的接枝率為72%，纖維的交換容量為2. 5-3. 8mmol/g。實施例2(1)引發(fā)劑的附著取1. 67dteXX38mm粘膠短絲10g，在真空烘箱內(nèi)烘干至恒重， 浸入到高錳酸鉀-硫酸溶液中，其中高錳酸鉀濃度為0. 012mol/L，硫酸濃度為0. 013mol/L, 攪拌反應(yīng)20分鐘，然后用軟水沖洗干凈，分離除去多余的水分，得到附著有MnO2的纖維素 纖維。(2)接枝聚合反應(yīng)將附著有MnO2的纖維素纖維放入接枝聚合反應(yīng)溶液中，在該 溶液中丙烯酞胺的濃度為1. 5mol/L，還原劑硫酸的濃度為0. 007mol/L，在50°C的恒溫振蕩 水浴中，接枝聚合反應(yīng)3小時后，將反應(yīng)產(chǎn)物用軟水沖洗，用稀草酸溶液除去反應(yīng)剩余的錳 離子，再用軟水沖洗至中性，并干燥至恒重，得到接枝聚合產(chǎn)物。(3) Hofmann降級反應(yīng)將接枝聚合產(chǎn)物加入到NaOH濃度為0. 375mol/L和NaClO 濃度為0. 015mol/L的混合溶液中，在30°C的恒溫振蕩水浴中，進(jìn)行Hofmarm降級反應(yīng)1小 時后，用稀硫酸洗去反應(yīng)剩余的氯，然后用軟水沖洗并干燥至恒重，得到纖維素基離子交換 纖維。所得纖維素基離子交換纖維的接枝率為75%，纖維的交換容量為4. 0-5. 2mmol/g。
權(quán)利要求
一種纖維素基離子交換纖維的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)引發(fā)劑的附著將干燥至恒重的纖維素纖維浸入到酸性高錳酸鉀溶液中，攪拌10～60分鐘，然后用水沖洗，分離除去水分，得到附著有MnO2的纖維素纖維；(2)接枝聚合反應(yīng)將附著有MnO2的纖維素纖維放入丙烯酞胺溶液中，加入還原劑，在50±10℃的恒溫振蕩水浴中，接枝聚合反應(yīng)3～5小時，將反應(yīng)產(chǎn)物用水沖洗并除去反應(yīng)剩余的錳離子，再用水沖洗并干燥至恒重，得到接枝聚合產(chǎn)物；(3)降級反應(yīng)將接枝聚合產(chǎn)物加入到NaOH和NaClO的混合溶液中，在20±10℃的恒溫振蕩水浴中，進(jìn)行降級反應(yīng)0.5～2小時，用酸洗去反應(yīng)剩余的氯，然后用水沖洗并干燥至恒重，得到纖維素基離子交換纖維。
2.如權(quán)利要求1所述的纖維素基離子交換纖維的制備方法，其特征在于所述酸性 高錳酸鉀溶液為高錳酸鉀_硫酸溶液，所述酸性高錳酸鉀溶液中硫酸濃度為0. 010 0. 015mol/L,高猛酸鉀濃度為 0. 012 0. 020mol/L。
3.如權(quán)利要求1所述的纖維素基離子交換纖維的制備方法，其特征在于所述丙烯酞 胺溶液的濃度為1 2mol/L。
4.如權(quán)利要求1所述的纖維素基離子交換纖維的制備方法，其特征在于步驟(2) 中，所述加入的還原劑為硫酸溶液，所述還原劑硫酸溶液在反應(yīng)溶液中的濃度為0. 006 0.010mol/L。
5.如權(quán)利要求1所述的纖維素基離子交換纖維的制備方法，其特征在于步驟(2)中， 將反應(yīng)產(chǎn)物用水沖洗，并用草酸溶液除去反應(yīng)剩余的錳離子。
6.如權(quán)利要求1所述的纖維素基離子交換纖維的制備方法，其特征在于所述NaOH和 NaClO的混合溶液中，NaOH的濃度為0. 3 0. 5mol/L, NaCIO的濃度為0. 01 0. 02mol/L。
7.如權(quán)利要求1所述的纖維素基離子交換纖維的制備方法，其特征在于步驟(3)中， 用酸洗去多余的氯時，所述酸為硫酸溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種纖維素基離子交換纖維的制備方法，包括以下步驟(1)將烘干至恒重的纖維素纖維浸入到酸性高錳酸鉀溶液中，攪拌后用水沖洗，除去水分，得到附著有MnO2的纖維素纖維。(2)將附著有MnO2的纖維素纖維放入丙烯酞胺溶液中，加入還原劑，在恒溫振蕩水浴中，接枝聚合反應(yīng)3～5小時后，將反應(yīng)產(chǎn)物用水沖洗并除去反應(yīng)剩余的錳離子，再用水沖洗并干燥至恒重，得到接枝聚合產(chǎn)物。(3)將接枝聚合產(chǎn)物加入到NaOH和NaClO的混合溶液中，在恒溫振蕩水浴中，進(jìn)行降級反應(yīng)0.5～2小時后，用酸洗去反應(yīng)剩余的氯，然后用水沖洗并干燥至恒重，得到纖維素基離子交換纖維。
文檔編號D06M11/38GK101974848SQ20101026608
公開日2011年2月16日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者劉建華, 姜明亮, 張志鴻, 曹其貴, 王樂軍, 逄奉建, 馬峰剛 申請人:山東海龍股份有限公司