專利名稱：：一種溶液靜電紡絲方法制備離子交換纖維的方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種離子交換纖維的制備方法，特別涉及一種用電紡絲制備的離子交換纖維的方法，屬于化學纖維材料制造方法
技術領域：
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背景技術：
：離子交換纖維是一類具有離子交換功能的特種合成纖維，與離子交換樹脂相比，具有比表面積大、交換與洗脫速度快、可以纖維及其制品等多種應用形式應用等突出優(yōu)點。因此，特別是在不能使用粒狀離子交換樹脂的情況下，離子交換纖維的應用具有顯著優(yōu)勢。在已有的離子交換纖維及其制備方法的技術中，常采用的基體纖維是常規(guī)纖度的化學纖維和合成纖維，其直徑為數(shù)十微米，并且一般需用接枝聚合的方法接枝苯乙烯,再經(jīng)交聯(lián)、功能化引入離子交換基團。例如中國專利ZL98103455.l發(fā)明的一種離子交換纖維的制備方法，用聚烯烴纖維經(jīng)溶劑溶脹，再接枝苯乙烯制陰、陽離子交換纖維，交換容量可達33.5毫摩爾/克。靜電紡絲又稱靜電纖維制造，這一技術的核心是使帶電荷的高分子溶液或熔體在靜電場中流動與變形，然后經(jīng)溶劑蒸發(fā)或熔體冷卻而凝結(jié)或固化，于是得到纖維狀物質(zhì)。靜電紡絲技術的原理參見附圖l,從噴頭毛細孔中流出的紡絲液細流，在靜電力作用下加速運動并分裂而形成細流簇，經(jīng)溶劑蒸發(fā)或熔體冷卻后而凝結(jié)或固化為微絲，以無紡布的形式沉積在靜止的或往復運動或轉(zhuǎn)動的接收裝置上。紡絲液與高壓直流發(fā)生器的正極相連，接收裝置為負極并接地。靜電紡絲的條件，最主要的是紡絲液的性質(zhì)(粘度、表面張力和電導率)和操作條件(電壓、紡絲液流速、溫度、噴頭與接收裝置間距離)。所得纖維的直徑隨加工條件而變化，典型的數(shù)值為40nm2um，是目前制備納米纖維的最主要的方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種溶液靜電紡絲方法制備離子交換纖維的方法。本發(fā)明的顯著特征是該離子交換纖維的基體纖維用靜電紡絲方法直接制備，基體纖維的直徑為10nm10um，典型值為40nm2um:基體纖維經(jīng)處理和化學反應，引入功能基團，制備離子交換纖維。該離子交換纖維的交換容量高；該制備方法中，直接制備離子交換纖維的基體纖維，不需接枝聚合，簡化了生產(chǎn)步驟，節(jié)約了生產(chǎn)成本。一種溶液靜電紡絲方法制備離子交換纖維的方法，該制備方法包括以下步驟(1)制備紡絲液把原料放入溶劑中(原料與溶劑的質(zhì)量比例為630:9470)，在適當溫度下,采用磁力或機械攪拌溶解成均勻的溶液，制得紡絲液所述原料為聚苯乙烯、聚丙烯腈及丙烯腈共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇的任何一種；所述適當溫度與原料有對應關系如表1所示所述溶劑與原料有對應關系如表1所示，所述溶劑為與原料對應的溶劑中的任何一種或多種。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>(2)靜電紡絲制備基體纖維將步驟(1)所制備的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的一個連有噴絲頭的貯液裝置中；紡絲液與電源的正極相連，電源的負極與接收裝置相連；調(diào)節(jié)噴絲頭與接收裝置之間的距離為515cm;打開高壓電源，調(diào)節(jié)電源電壓為15-25kv,進行靜電紡絲，由接收裝置收集，得到基體纖維；所述靜電紡絲裝置主要由連有噴絲頭的貯液裝置、高壓電源、接收裝置構(gòu)成；(附圖l)所述的噴絲頭是單孔或多孔；所述接收裝置釆用靜止狀態(tài)，也可以往復運動或旋轉(zhuǎn)運動；所述基體纖維直徑為10nm10um，典型值為40nm2um;(3)基體纖維的交聯(lián)處理和功能化對基體纖維先進行交聯(lián)處理，然后通過化學反應進行功能化，引入或/和生成陰離子或陽離子功能基，得到陰離子或陽離子交換纖維。所述交聯(lián)處理是采用與基體纖維原料相對應的交聯(lián)劑，通過交聯(lián)劑與基體纖維的化學反應進行交聯(lián)；所述通過化學反應進行功能化，是交聯(lián)后的基體纖維通過與基體纖維原料相對應的功能化試劑的反應，引入或/和生成陰離子或陽離子功能基，得到陰離子或陽離子交換纖維由各種原料的基體纖維制取離子交換纖維的方法見表2。表2基體纖維基體纖維的交聯(lián)處理和功能化方法聚苯乙烯基體纖維1、將基體纖維浸入多聚甲醛冰醋酸濃硫酸按310:3040:6850質(zhì)量比配制的混合液中，使基體纖維被完全浸沒，在6090。C反應45小時，得到交聯(lián)纖維；2、將交聯(lián)纖維浸入磺化劑中，在509(TC反應123小時，得到含磺酸基的強酸性陽離子交換纖維，水洗、風干。3、在催化劑存在的條件下，將氯甲基化基團引入交聯(lián)纖維，氯甲基化的交聯(lián)纖維再與三甲胺或乙二胺反應，制取堿性陰離子交換纖維。聚丙烯腈及丙烯腈共聚物基體纖維1、將基體纖維浸入質(zhì)量濃度為4060。％的水合肼溶液，在90~120"C下反應58小時,得到交聯(lián)纖維。2、將交聯(lián)纖維浸入1M濃度的氫氧化鈉溶液中，在7(TC下反應40小時,用蒸餾水洗至中性，離心脫水，用0.5M鹽酸浸泡12小時，得到羧酸型陽離子交換纖維。聚乙烯吡咯垸酮基體纖維1、將基體纖維在15(TC的真空干燥箱里干燥定型4小時后，在室溫避光條件下，浸入質(zhì)量比為4060/6040的肽酸二丁酯/正己烷的溶液中處理30分鐘，得到陰離子交換纖維。聚乙烯醇基體纖維1、將基體纖維浸入質(zhì)量配比為510/2030/510/28/310的苯甲醛、乙醇、去離子水、氯化鋅、硫酸的溶液中，在5070。C反應l2小時，進行交聯(lián)處理。2、將交聯(lián)纖維于真空烘箱中干燥，再在18020(TC于烘箱中熱處理12小時；然后用98%的濃硫酸進行磺化處理1224小時，得到強酸型陽離子交換纖維。表2中聚苯乙烯基體纖維的交聯(lián)處理和功能化方法中所述磺化劑為濃硫酸、硫酸與順丁烯二酸酐以二氯乙烷作為溶劑的混合物、氯磺酸、發(fā)煙硫酸、硫酸氯磺酸中的任何一種；所述催化劑為氯化鋅或氯化錫，氯甲基化基團的引入使用濃度大于50%的氯甲醚；制取強堿性陰離子交換纖維氯甲基化的交聯(lián)纖維與濃度為10%以上的三甲胺溶液在室溫40°。反應2410小時；制取弱堿性離子交換纖維氯甲基化的交聯(lián)纖維與乙二胺的溶液反應，乙二胺溶劑=4:08，控制反應時間648小時，然后分離出乙二胺溶液，水洗、干燥，所述溶劑是水、醇類化合物或鹵化烴。本發(fā)明制備離子交換纖維的基體纖維是通過帶電液體在電場力的作用下進行噴射紡絲的方法獲得，制得的纖維為亞微米級異纖度，纖維直徑一般在10nm10um，典型值為40nm2!xm，呈無紡布氈狀，具有孔隙小、孔隙率高、比表面積高、綜合力學性能好的特點，是一種理想的制備離子交換纖維的基體纖維。本發(fā)明制備強酸型陽離子交換纖維是通過對電紡絲制得的聚苯乙烯基體纖維進行交聯(lián)、磺化等一系列化學反應，將特定的離子基團引入到亞微米級異纖度的基體纖維中，從而制得離子交換纖維。本發(fā)明制得的強酸型陽離子交換纖維具有比表面積大、交換容量高、交換速度快、再生時間短等優(yōu)點，可廣泛應用于環(huán)境保護、醫(yī)藥衛(wèi)生、石油化工、冶金、水處理、化學吸附、資源回收等領域。本發(fā)明由于采用了電紡絲為基體纖維，進行離子交換功能化，提供了一種高交換容量的離子交換纖維的制備方法-(1)本發(fā)明靜紡纖維的纖維直徑為10nm10nm，典型值為40nm2ym，并且異纖度中較粗的纖維賦予基體纖維良好的力學性能，較細的纖維提供基體纖維大比表面積，使基體纖維具有良好的綜合性能；(2)本發(fā)明的基體纖維的直徑具有可控制性，可以通過控制紡絲溶液濃度和紡絲工藝條件進行控制；(3)本發(fā)明制備的離子交換纖維，具有交換容量高的特點，聚苯乙烯基體的強酸型陽離子交換纖維的交換容量達到3.85毫摩爾/克；(4)本發(fā)明制備離子交換纖維的基體纖維是經(jīng)過靜電紡絲直接制備的。與已有的離子交換纖維及其制備方法的技術相比較，已有的技術中，常采用的基體纖維是常規(guī)纖度的化學纖維和合成纖維，其直徑為數(shù)十微米，并且一般需用接枝聚合的方法接枝苯乙烯，再經(jīng)交聯(lián)、功能化引入離子交換基團，本發(fā)明的特點是直接制備聚苯乙烯基體纖維，方法簡單、易行，實用前景廣闊。圖1是一種本發(fā)明采用的靜電紡絲裝置示意圖。圖2是本發(fā)明實施例2制備出的聚苯乙烯基體纖維的掃描電鏡照片。圖3是本發(fā)明實施例2制備出的強酸型聚苯乙烯基體離子交換纖維的掃描電鏡照片。圖4是本發(fā)明實施例2制備出的強酸型聚苯乙烯基體離子交換纖維的紅外光譜譜圖。圖5是本發(fā)明實施例7制備出的聚丙烯腈及丙烯腈共聚物基體纖維的掃描電鏡照片。圖6是本發(fā)明實施例IO制備出的聚乙烯吡咯烷酮基體纖維的掃描電鏡照片。圖7是本發(fā)明實施例13制備出的聚乙烯醇基體纖維的掃描電鏡照片。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細地說明。圖l是一種本發(fā)明采用的靜電紡絲裝置示意圖，主要由連有噴絲頭的貯液裝置、高壓電源、接收裝置構(gòu)成；噴絲頭是單孔或多孔；接收裝置采用靜止狀態(tài)，也可以往復運動或旋轉(zhuǎn)運動；其中高壓直流電源采用的是天津東文高壓電源廠的產(chǎn)品，型號為DW-D303-2AC型，最高電壓為30KV。顯然，實施例是為了說明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明的，在本發(fā)明中還可以采用其他能制備離子交換纖維的基體纖維的高分子材料及相應的試劑和其他的靜電紡絲設備。實施例1:(1)制備紡絲液將原料聚苯乙烯及溶劑四氫呋喃按質(zhì)量比8:92混合，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為8%的電紡絲溶液；或者將原料聚苯乙烯及溶劑四氫呋喃按質(zhì)量比10:90混合，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為10%的電紡絲溶液；或者將原料聚苯乙烯及溶劑四氫呋喃按質(zhì)量比16:84混合，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為16wtM的電紡絲溶液；(2)用靜電紡絲裝置紡絲，制備基體纖維將步驟(1)所制備的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的一個連有單孔噴絲頭的貯液裝置中；紡絲液與電源的正極相連，電源的負極與接收裝置相連，調(diào)節(jié)噴絲頭與接收裝置之間的距離為10cm;打開高壓電源的電源，調(diào)節(jié)電源電壓為20KV，進行靜電紡絲，由靜止接收裝置收集，得到聚苯乙烯基體纖維；(3)基體纖維的處理和功能化制備離子交換纖維(3.1)將步驟(2)得到的聚苯乙烯基體纖維浸入多聚甲醛冰醋酸濃硫酸按8:35:57質(zhì)量比配制的混合液中，使基體纖維被完全浸沒，在8(TC反應4小時，得到交聯(lián)纖維；(3.2)將步驟(3.1)所述交聯(lián)纖維浸入硫酸與順丁烯二酸酐以二氯乙烷作為溶劑的混合物中，在5(TC反應4小時后升高溫度到8(TC反應2小時，得到強酸性陽離子交換纖維；或者(3.2)將步驟(3.1)所述交聯(lián)纖維浸入含3%氯化鋅為催化劑的60%的氯甲醚溶液，于45。C反應11小時,制得氯甲基化的交聯(lián)纖維(a)上述氯甲基化的交聯(lián)纖維與濃度為10%以上的三甲胺溶液中，室溫反應24小時，制取強堿性陰離子交換纖維；(b)上述氯甲基化的交聯(lián)纖維在乙二胺與二氯乙烷按質(zhì)量比4:0的溶液中反應6小時，然后分離出乙二胺，水洗、干燥，制取弱堿性陰離子交換纖維。實施例2:(1)制備紡絲液將原料聚苯乙烯及溶劑四氫呋喃按質(zhì)量比10:90混合，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為10%的電紡絲溶液；(2)用靜電紡絲裝置紡絲，制備基體纖維將步驟(1)所制備的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的一個連有單孔噴絲頭的貯液裝置中；紡絲液與電源的正極相連，電源的負極與接收裝置相連，調(diào)節(jié)噴絲頭與接收裝置之間的距離為15cm;打開高壓電源的電源，調(diào)節(jié)電源電壓為20KV左右，進行靜電紡絲，由靜止接收裝置收集，得到聚苯乙烯基體纖維；(3)基體纖維的處理和功能化制備離子交換纖維(3.1)將步驟(2)得到的聚苯乙烯基體纖維浸入多聚甲醛冰醋酸濃硫酸按3:40:57質(zhì)量比配制的混合液中，使基體纖維被完全浸沒，在60'C反應5小時，得到交聯(lián)纖維；(3.2)將步驟(3.1)所述交聯(lián)纖維浸入硫酸與順丁烯二酸酐以二氯乙垸作為溶劑的混合物中，在90'C反應3小時，得到強酸性陽離子交換纖維。實施例3(1)制備紡絲液將原料聚苯乙烯及溶劑四氫呋喃按質(zhì)量比10:90混合，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為10%的電紡絲溶液；(2)用靜電紡絲裝置紡絲，制備基體纖維將步驟(1)所制備的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的一個連有三孔噴絲頭的貯液裝置中；紡絲液與電源的正極相連，電源的負極與接收裝置相連，調(diào)節(jié)噴絲頭與接收裝置之間的距離為5cm;打開高壓電源的電源，調(diào)節(jié)電源電壓為25KV左右，進行靜電紡絲，由靜止接收裝置收集，得到聚苯乙烯基體纖維；(3)基體纖維的處理和功能化制備離子交換纖維(3.1)將步驟(2)得到的聚苯乙烯基體纖維浸入多聚甲醛冰醋酸濃硫酸按10:22:68質(zhì)量比配制的混合液中，使基體纖維被完全浸沒，在9(TC反應4小時，得到交聯(lián)纖維；(3.2)將步驟(3.1)所述交聯(lián)纖維浸入硫酸與順丁烯二酸酐以二氯乙垸作為溶劑的混合物中，在50'C反應12小時，得到強酸性陽離子交換纖維。實施例4(1)制備紡絲液將原料聚苯乙烯及溶劑N，N二甲基甲酰胺按質(zhì)量比8:92混合，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為8%的電紡絲溶液；或者將原料聚苯乙烯及溶劑N，N二甲基甲酰胺按質(zhì)量比10:90混合，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為10%的電紡絲溶液；或者將原料聚苯乙烯及溶劑四氫呋喃按質(zhì)量比15:85混合，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為15%的電紡絲溶液；(2)用靜電紡絲裝置紡絲，制備基體纖維將步驟(1)所制備的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的一個連有單孔噴絲頭的貯液裝置中；紡絲液與電源的正極相連，電源的負極與接收裝置相連，調(diào)節(jié)噴絲頭與接收裝置之間的距離為llcm;打開高壓電源的電源，調(diào)節(jié)電源電壓為20KV左右，進行靜電紡絲，由靜止接收裝置收集，得到聚苯乙烯基體纖維；(3)基體纖維的處理和功能化制備離子交換纖維(3.1)將步驟(2)得到的聚苯乙烯基體纖維浸入多聚甲醛冰醋酸濃硫酸按8:35:57質(zhì)量比配制的混合液中，使基體纖維被完全浸沒，在80'C反應4小時，得到交聯(lián)纖維；(3.2)將步驟(3.1)所述交聯(lián)纖維浸入硫酸與順丁烯二酸酐以二氯乙烷作為溶劑的混合物中，在50'C反應4小時后升高溫度到8(TC反應2小時，得到強酸性陽離子交換纖維；或者(3.2)將步驟(3.1)所述交聯(lián)纖維浸入含4%氯化錫為催化劑的50%的氯甲醚溶液,于55"C反應10小時，制得氯甲基化的交聯(lián)纖維(a)上述氯甲基化的交聯(lián)纖維與濃度為10%以上的三甲胺溶液反應，制取強堿性陰離子交換纖維；(b)上述氯甲基化的交聯(lián)纖維在乙二胺與二氯乙垸按質(zhì)量比4:8的溶液中反應8小時，然后分離出乙二胺，水洗、干燥，制取弱堿性陰離子交換纖維。實施例5(1)制備紡絲液將原料聚苯乙烯及溶劑甲苯按質(zhì)量比8:92混合，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為8%的電紡絲溶液；或者將原料聚苯乙烯及溶劑甲苯按質(zhì)量比10:90混合，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為10%的電紡絲溶液；或者將原料聚苯乙烯及溶劑甲苯按質(zhì)量比20:80混合，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為20%的電紡絲溶液；(2)用靜電紡絲裝置紡絲，制備基體纖維將步驟(1)所制備的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的一個連有單孔噴絲頭的貯液裝置中；紡絲液與電源的正極相連，電源的負極與接收裝置相連，調(diào)節(jié)噴絲頭與接收裝置之間的距離為llcm;打開高壓電源的電源，調(diào)節(jié)電源電壓為20KV左右，進行靜電紡絲，由靜止接收裝置收集，得到聚苯乙烯基體纖維；(3)基體纖維的處理和功能化制備離子交換纖維(3.1)將步驟(2)得到的聚苯乙烯基體纖維浸入多聚甲醛冰醋酸濃硫酸按8:35:57質(zhì)量比配制的混合液中，使基體纖維被完全浸沒，在80'C反應4小時，得到交聯(lián)纖維；(3.2)將步驟(3.1)所述交聯(lián)纖維浸入硫酸與順丁烯二酸酐以二氯乙烷作為溶劑的混合物中，在5(TC反應4小時后升高溫度到80'C反應2小時，得到強酸性陽離子交換纖維。實施例6(1)制備紡絲液將原料聚苯乙烯及按質(zhì)量比為50/50的N，N二甲基甲酰胺與四氫呋喃的混合溶劑按質(zhì)量比8:92混合，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為8%的電紡絲溶液；或者將原料聚苯乙烯及按質(zhì)量比為50/50的N，N二甲基甲酰胺與四氫呋喃的混合溶劑按質(zhì)量比12:88混合，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為12%的電紡絲溶液；或者將原料聚苯乙烯及按質(zhì)量比為50/50的N，N二甲基甲酰胺與四氫呋喃的混合溶劑按質(zhì)量比16:84混合，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為16%的電紡絲溶液；(2)用靜電紡絲裝置紡絲，制備基體纖維將步驟(1)所制備的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的一個連有單孔噴絲頭的貯液裝置中；紡絲液與電源的正極相連，電源的負極與接收裝置相連，調(diào)節(jié)噴絲頭與接收裝置之間的距離為llcm;打開高壓電源的電源，調(diào)節(jié)電源電壓為20KV左右,進行靜電紡絲，由靜止接收裝置收集，得到聚苯乙烯基體纖維；(3)基體纖維的處理和功能化制備離子交換纖維(3.1)將步驟(2)得到的聚苯乙烯基體纖維浸入多聚甲醛冰醋酸濃硫酸按8:32:50質(zhì)量比配制的混合液中，使基體纖維被完全浸沒，在8(TC反應4小時，得到交聯(lián)纖維；(3.2)將步驟(3.1)所述交聯(lián)纖維浸入硫酸與順丁烯二酸酐以二氯乙烷作為溶劑的混合物中，在50'C反應4小時后升高溫度到8(TC反應2小時，得到強酸性陽離子交換纖維。實施例7(l)制備紡絲液將原料聚丙烯腈及丙烯腈共聚物和溶劑N，N二甲基甲酰胺按質(zhì)量比為6:94，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為6%的電紡絲溶液；或者將原料聚丙烯腈及丙烯腈共聚物和溶劑N，N二甲基甲酰胺按質(zhì)量比為10:90，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為10%的電紡絲溶液；或者將原料聚丙烯腈及丙烯腈共聚物和溶劑N，N二甲基甲酰胺按質(zhì)量比為15:85，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為15%的電紡絲溶液；(2)用靜電紡絲裝置紡絲，制備基體纖維將步驟(1)所制備的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的一個連有單孔噴絲頭的貯液裝置中；紡絲液與電源的正極相連，電源的負極與接收裝置相連，調(diào)節(jié)噴絲頭與接收裝置之間的距離為llcm;打開高壓電源的電源，調(diào)節(jié)電源電壓為20KV左右，進行靜電紡絲，由靜止接收裝置收集，得到聚丙烯腈及丙烯腈共聚物基體纖維；(3)基體纖維的處理和功能化制備離子交換纖維(3.1)將步驟(2)所述聚丙烯腈及丙烯腈共聚物基體纖維浸入質(zhì)量濃度為40%的水合肼溶液,在9(TC下反應8小時，得到交聯(lián)纖維；(3.2)將步驟(3.1)所述交聯(lián)纖維浸入1M濃度的氫氧化鈉溶液中，在7(TC下反應40小時,用蒸餾水洗至中性，離心脫水，用0.5M鹽酸浸泡12小時，得到羧酸型陽離子交換纖維。實施例8(1)制備紡絲液將原料聚丙烯腈及丙烯腈共聚物和溶劑N，N二甲基甲酰胺按質(zhì)量比為10:90，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為10%的電紡絲溶液；(2)用靜電紡絲裝置紡絲，制備基體纖維將步驟(1)所制備的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的一個連有雙孔噴絲頭的貯液裝置中；紡絲液與電源的正極相連，電源的負極與接收裝置相連，調(diào)節(jié)噴絲頭與接收裝置之間的距離為15cm;打開高壓電源的電源，調(diào)節(jié)電源電壓為25KV左右，進行靜電紡絲，由往復運動接收裝置收集，得到聚丙烯腈纖維；(3)基體纖維的處理和功能化制備離子交換纖維(3.1)將步驟(2)所述聚丙烯腈及丙烯腈共聚物基體纖維浸入質(zhì)量濃度為60%的水合肼溶液,在120'C下反應5小時，得到交聯(lián)纖維；(3.2)同實施例7。實施例9(1)制備紡絲液將原料聚丙烯腈及丙烯腈共聚物和溶劑N，N二甲基甲酰胺按質(zhì)量比為10:90，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為10%的電紡絲溶液；(2)用靜電紡絲裝置紡絲，制備基體纖維將步驟(1)所制備的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的一個連有三孔噴絲頭的貯液裝置中；紡絲液與電源的正極相連，電源的負極與接收裝置相連，調(diào)節(jié)噴絲頭與接收裝置之間的距離為5cm;打開高壓電源的電源，調(diào)節(jié)電源電壓為15KV左右,進行靜電紡絲，由旋轉(zhuǎn)運動接收裝置收集，得到聚丙烯腈及丙烯腈共聚物的基體纖維；(3)基體纖維的處理和功能化制備離子交換纖維(3.1)將步驟(2)所述聚丙烯腈及丙烯腈共聚物基體纖維浸入質(zhì)量濃度為50%的水合肼溶液，在ll(TC下反應6小時，得到交聯(lián)纖維；(3.2)同實施例7。實施例10(1)制備紡絲液將原料聚乙烯吡咯烷酮及乙醇與水的混合溶劑按質(zhì)量比為6:94，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為6%的電紡絲溶液或者將原料聚乙烯吡咯烷酮及乙醇與水的混合溶劑按質(zhì)量比為16:84，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為16%的電紡絲溶液；或者將原料聚乙烯吡咯烷酮及乙醇與水的混合溶劑按質(zhì)量比為30:70，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為30%的電紡絲溶^^;(2))用靜電紡絲裝置紡絲，制備基體纖維將步驟(1)所制備的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的一個連有單孔噴絲頭的貯液裝置中；紡絲液與電源的正極相連，電源的負極與接收裝置相連，調(diào)節(jié)噴絲頭與接收裝置之間的距離為llcm;打開高壓電源的電源，調(diào)節(jié)電源電壓為20KV左右,進行靜電紡絲，由靜止接收裝置收集，得到聚乙烯吡咯垸酮基體纖維；(3)基體纖維的處理和功能化制備離子交換纖維將步驟(2)所述聚乙烯吡咯烷酮基體纖維在15(TC的真空干燥箱里干燥定型4小時后，在室溫避光條件下，浸入質(zhì)量比為60/40的肽酸二丁酯/正己垸的溶液中進行處理30分鐘，得到陰離子交換纖維。實施例11(1)制備紡絲液將原料聚乙烯吡咯烷酮及溶劑乙醇按質(zhì)量比為12:88，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為12%的電紡絲溶液；或者將原料聚乙烯吡咯烷酮及溶劑乙醇按質(zhì)量比為25:75，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為25%的電紡絲溶液；(2)用靜電紡絲裝置紡絲，制備基體纖維將步驟(1)所制備的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的一個連有雙孔噴絲頭的貯液裝置中；紡絲液與電源的正極相連，電源的負極與接收裝置相連，調(diào)節(jié)噴絲頭與接收裝置之間的距離為5cm;打開高壓電源的電源，調(diào)節(jié)電源電壓為15KV左右，進行靜電紡絲，由往復運動接收裝置收集，得到聚乙烯吡咯烷酮基體纖維；(3)基體纖維的處理和功能化制備離子交換纖維將步驟(2)所述聚乙烯吡咯烷酮基體纖維在15(TC的真空干燥箱里干燥定型4小時后，在室溫避光條件下，浸入質(zhì)量比為40/60的肽酸二丁酯/正己烷的溶液中進行處理30分鐘，得到陰離子交換纖維。實施例12(1)制備紡絲液將原料聚乙烯吡咯烷酮及溶劑水按質(zhì)量比為12:88，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為12%的電紡絲溶液；或者將原料聚乙烯吡咯垸酮及溶劑水按質(zhì)量比為25:75，在室溫下攪拌溶解，制得濃度為25%的電紡絲溶液；(2)用靜電紡絲裝置紡絲，制備基體纖維將步驟(1)所制備的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的一個連有三孔噴絲頭的貯液裝置中；紡絲液與電源的正極相連，電源的負極與接收裝置相連，調(diào)節(jié)噴絲頭與接收裝置之間的距離為15cm;打開高壓電源的電源，調(diào)節(jié)電源電壓為25KV左右，進行靜電紡絲，由旋轉(zhuǎn)運動接收裝置收集，得到聚乙烯吡咯烷酮基體纖維；(3)基體纖維的處理和功能化制備離子交換纖維將步驟(2)所述聚乙烯吡咯烷酮基體纖維在15(TC的真空干燥箱里干燥定型4小時后，在室溫避光條件下，浸入質(zhì)量比為55/45的肽酸二丁酯/正己烷的溶液中進行處理30分鐘，得到陰離子交換纖維。實施例13(1)制備紡絲液將原料聚乙烯醇及水按質(zhì)量比為7:93，在80。C溫度下攪拌溶解，制得濃度為7%的電紡絲溶液；或者將原料聚乙烯醇及水按質(zhì)量比為10:90，在8(TC溫度下攪拌溶解，制得濃度為10%的電紡絲溶液；或者將原料聚乙烯醇及水按質(zhì)量比為15:85，在80。C溫度下攪拌溶解，制得濃度為15%的電紡絲溶液；(2)用靜電紡絲裝置紡絲，制備基體纖維將步驟(1)所制備的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的一個連有單孔噴絲頭的貯液裝置中；紡絲液與電源的正極相連，電源的負極與接收裝置相連，調(diào)節(jié)噴絲頭與接收裝置之間的距離為llcm;打開高壓電源的電源，調(diào)節(jié)電源電壓為20KV左右，進行靜電紡絲，由靜止接收裝置收集，得到聚乙烯醇基體纖維；(3)基體纖維的處理和功能化制備離子交換纖維將基體纖維浸入質(zhì)量配比為5/20/5/2/3的苯甲醛、乙醇、去離子水、氯化鋅、硫酸的溶液中，在5(TC反應2小時，進行交聯(lián)處理。將交聯(lián)纖維于真空烘箱中干燥至無水分，再在180t:于烘箱中熱處理2小時；然后用98%的濃硫酸進行磺化處理12小時，得到強酸型陽離子交換纖維。實施例14(1)制備紡絲液將原料聚乙烯醇及乙醇按質(zhì)量比為7:93，在8(TC溫度下攪拌溶解，制得濃度為7%的電紡絲溶液；(2)用靜電紡絲裝置紡絲，制備基體纖維將步驟(1)所制備的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的一個連有雙孔噴絲頭的貯液裝置中；紡絲液與電源的正極相連，電源的負極與接收裝置相連，調(diào)節(jié)噴絲頭與接收裝置之間的距離為15cm;打開高壓電源的電源，調(diào)節(jié)電源電壓為25KV左右,進行靜電紡絲，由往復運動接收裝置收集，得到聚乙烯醇基體纖維；(3)基體纖維的處理和功能化制備離子交換纖維將基體纖維浸入質(zhì)量配比為10/15/10/6/10的苯甲醛、乙醇、去離子水、氯化鋅、硫酸的溶液中，在7(TC反應1小時，進行交聯(lián)處理。將交聯(lián)纖維于真空烘箱中干燥至無水分，再在20(TC于烘箱中熱處理1小時；然后用98%的濃硫酸進行磺化處理18小時，得到強酸型陽離子交換纖維。實施例15(1)制備紡絲液將原料聚乙烯醇及乙醇與水的混合溶劑按質(zhì)量比為7:93，在80'C溫度下攪拌溶解，制得濃度為7%的電紡絲溶液；(2)用靜電紡絲裝置紡絲，制備基體纖維將步驟(1)所制備的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的一個連有三孔噴絲頭的貯液裝置中；紡絲液與電源的正極相連，電源的負極與接收裝置相連，調(diào)節(jié)噴絲頭與接收裝置之間的距離為5cm;打開高壓電源的電源，調(diào)節(jié)電源電壓為15KV左右,進行靜電紡絲，由旋轉(zhuǎn)運動接收裝置收集，得到聚乙烯醇基體纖維；(3)基體纖維的處理和功能化制備離子交換纖維將基體纖維浸入質(zhì)量配比為6/30/7/8/6的苯甲醛、乙醇、去離子水、氯化鋅、硫酸的溶液中，在6(TC反應2小時，進行交聯(lián)處理。將交聯(lián)纖維于真空烘箱中干燥至無水分，再在180'C于烘箱中熱處理2小時；然后用98%的濃硫酸進行磺化處理24小時，得到強酸型陽離子交換纖維。權(quán)利要求1.一種溶液靜電紡絲方法制備離子交換纖維的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)制備紡絲液將原料聚乙烯醇及溶劑按質(zhì)量比為6～15∶94～85，在80℃溫度下攪拌溶解，制得濃度為6～15％的電紡絲溶液；所述溶劑為乙醇、水中的任何一種或多種；(2)用靜電紡絲裝置紡絲，制備基體纖維將步驟(1)所制備的紡絲液加入到靜電紡絲裝置的一個連有噴絲頭的貯液裝置中；紡絲液與電源的正極相連，電源的負極與接收裝置相連，調(diào)節(jié)噴絲頭與接收裝置之間的距離為5-15cm；打開高壓電源的電源，調(diào)節(jié)電源電壓為15～25kv，進行靜電紡絲，由接收裝置收集，得到聚乙烯醇基體纖維；(3)基體纖維的處理和功能化制備離子交換纖維(3.1)將步驟(2)所述聚乙烯醇基體纖維浸入質(zhì)量配比為5～10∶20～30∶5～10∶2～8∶3～10的苯甲醛、乙醇、去離子水、氯化鋅、硫酸的溶液中，在50～70℃反應1～2小時，進行交聯(lián)處理，得到交聯(lián)纖維；(3.2)將步驟(3.1)所述交聯(lián)纖維置于真空烘箱中干燥，再在180～200℃于烘箱中熱處理1～2小時；然后用98％的濃硫酸進行磺化處理12～24小時，得到強酸型陽離子交換纖維。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶液靜電紡絲方法制備離子交換纖維的方法，其特征在于，所述靜電紡絲裝置主要由連有噴絲頭的貯液裝置、高壓電源、接收裝置構(gòu)成；所述的噴絲頭是單孔或多孔；所述接收裝置可為靜止狀態(tài)或往復運動或旋轉(zhuǎn)運動中的任何一種。全文摘要本發(fā)明涉及一種溶液靜電紡絲方法制備離子交換纖維的方法，屬于化學纖維材料制造方法
技術領域：
。將原料及溶劑按質(zhì)量比混合，攪拌，制備電紡絲溶液；用靜電紡絲裝置紡絲，制備基體纖維；對基體纖維進行處理和功能化制備離子交換纖維；得到強酸性陽離子交換纖維。本發(fā)明離子交換纖維的基體纖維用靜電紡絲方法直接制備，所述基體纖維經(jīng)處理和化學反應，引入功能基團，制備離子交換纖維。本發(fā)明制備的離子交換纖維直徑可控、交換容量高、綜合性能好；本發(fā)明直接制備所述基體纖維，不需接枝聚合，簡化了生產(chǎn)步驟，節(jié)約了生產(chǎn)成本，簡單、易行，實用前景好。文檔編號D01D1/02GK101275296SQ200810097888公開日2008年10月1日申請日期2006年10月20日優(yōu)先權(quán)日2006年10月20日發(fā)明者付中玉,馮淑芹,周紹箕,朱丹丹,朱金唐,李從舉,翟國鈞申請人:北京服裝學院