專利名稱：一種弱堿性離子交換纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于纖維材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種弱堿性離子交換纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步，人們對(duì)分離材料的選用要求越來(lái)越嚴(yán)格:一是吸附容量大、吸附速度快；二是選擇吸附能力強(qiáng)，可將溶液中的所需物質(zhì)或有害物質(zhì)有選擇地分離出來(lái)；三是在被吸附液及脫附液中穩(wěn)定性好，經(jīng)久耐用；四是價(jià)格便宜又能大量供應(yīng)，脫附容易，能反復(fù)再生使用；五是可以以多種形式便于使用，分離技術(shù)簡(jiǎn)單，能耗少；六是品種多，可根據(jù)不同要求使用不同品種。離子交換纖維(1n Exchange Fiber, IEF)是一種纖維狀離子交換材料，當(dāng)離子交換纖維跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，纖維上的離子能跟溶液里的離子作有選擇性的交換。它分陽(yáng)離子交換纖維、陰離子交換纖維和兩性離子交換纖維。離子交換纖維可用于吸附重金屬及色素，其作為新性功能高分子材料，具有獨(dú)特的化學(xué)及物理吸附和分離性能，在一些相關(guān)領(lǐng)域有著不可替代的作用，是繼活性炭之后發(fā)展起來(lái)的一種高效吸附材料，因其表面積大、離子交換速度快、易再生、適用性廣泛而成為環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。離子交換纖維的結(jié)構(gòu)一般由基體纖維和連接在其上的交換基團(tuán)兩部分組成，其中基體纖維有聚乙烯醇、聚酚醛、聚酰胺、聚烯烴、聚丙烯腈、聚氯乙烯-丙烯腈共聚物、纖維素等，離子交換基團(tuán)有強(qiáng)酸、弱酸、強(qiáng)堿、弱堿、兩性基團(tuán)等。纖維素是自然界廣泛存在的天然高分子物質(zhì)，是一種可更新的資源。植物每年通過(guò)光合作用，能生產(chǎn)出億萬(wàn)噸的纖維素。近年來(lái)，隨著石油、煤炭?jī)?chǔ)量的下降，其重要性日益顯著。特別是上世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著各國(guó)對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題的日益關(guān)注和重視，迫使人們把注意力重新集中到纖維素這一具有生物可降解性、環(huán)境協(xié)調(diào)性的可再生資源上來(lái)。雖然關(guān)于離子交換纖維的研究比較多，但是大多數(shù)以合成纖維為基體進(jìn)行接枝改性的，而以纖維素為基體的弱堿性離子交換纖維相關(guān)報(bào)道相對(duì)較少。中國(guó)專利201010266082.6以纖維素為基體，通過(guò)MnO2引發(fā)劑附著、丙烯酞胺接枝聚合、Hofmann降級(jí)反應(yīng)將胺基接枝于纖維素基體之上。羅友元等通過(guò)在高錳酸鉀-硫酸氧化還原體系中，引發(fā)單體丙烯酰胺在纖維素纖維上接枝聚合，利用Hofmann降級(jí)反應(yīng)在接枝共聚產(chǎn)物上引入胺基而制得弱堿性離子交換纖維[羅友元，陳杰瑢，浦思川，王剛.堿性陰離子交換纖維處理印染廢水的研究.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010，33(6): 138-141.]。
H.Furuta以鈰鹽為引發(fā)劑，采用與上述類似的方法制備出弱堿性離子交換纖維[H.Furuta, Prepatraion of anion exchangeable cotton yarn containing weakbase for the colour removal from waste water in the dyeing process,Sen’ iGakkaishi，1987，43:499-504.]。D.Ghemati釆用鈰鹽作為引發(fā)劑將丙烯酰胺甲基化β -環(huán)糊精接枝于纖維素從而得到弱堿性離子交換纖維[D.Ghemati, D.Aliouche, Study of thekinetics adsorption of organic pollutants on modified cellulosic polymer usingUltraviolet-Visible spectroscopy, J. Spectrosc. 2013, (2013) : 1-7.]。然而這些方法均存在一定的缺陷，如間接產(chǎn)生有毒或者致癌物質(zhì)造成潛在的危險(xiǎn)，反應(yīng)條件苛刻，反應(yīng)工藝繁瑣復(fù)雜，原料價(jià)格昂貴等。因此研究一種工藝流程簡(jiǎn)單、環(huán)境友好制備弱堿性離子交換纖維是目前離子交換纖維材料研究的一個(gè)重要方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種弱堿性陰離子交換纖維的制備方法，該方法生產(chǎn)流程短、工藝簡(jiǎn)單，易于操作，反應(yīng)條件緩和，實(shí)用性強(qiáng)，不需要特殊的設(shè)備，工業(yè)化推廣易于實(shí)施。本發(fā)明的一種弱堿性陰離子交換纖維的制備方法，包括浸潰法將纖維素纖維浸潰在改性整理液中，在30-90°C,反應(yīng)5-300min,然后用軟水和酸洗至中性，即得弱堿性陰離子交換纖維，或浸軋烘焙法將纖維素纖維浸潰在改性整理液中O. l_60min，然后纖維素纖維軋車，以去除纖維上多余的改性液，烘干，焙烘，軟水和酸洗至中性，洗去弱堿性離子交換纖維中多余的氫氧化鈉即得弱堿性陰離子交換纖維，其中，改性整理液為(S)-1-氨基-3-氯-2-丙醇鹽酸鹽(重慶惠健生物科技有限公司)的無(wú)機(jī)堿水溶液，軋余率(軋后織物濕重與織物干重之百分比)為50%-200%。施加工藝的選擇取決于纖維素纖維外觀形狀以及加工條件決定。所述纖維素纖維為天然纖維或再生纖維素纖維。所述天然纖維為棉纖維、麻纖維或農(nóng)作物廢棄物。所述再生纖維素纖維為粘膠纖維或天絲。所述纖維素纖維為粉末、散纖維、紗線、織物、無(wú)紡布或纖維素纖維與合成纖維混紡形式。所述(S)-1-氨基-3-氯-2-丙醇鹽酸鹽的無(wú)機(jī)堿水溶液濃度為10_200g/l，無(wú)機(jī)堿與⑶-1-氨基-3-氯-2-丙醇鹽酸鹽的摩爾比為1-5:1。所述無(wú)機(jī)堿水溶液為碳酸鈉溶液、氫氧化鈉溶液或氨水。所述烘干溫度為30-80°C，烘干時(shí)間為l_15min，焙烘溫度為90_150°C，焙烘時(shí)間為 l_15min。所述酸為體積百分濃度為O. 01%-10%的鹽酸、硫酸、醋酸、草酸和硝酸水溶液中的一種。本發(fā)明基本原理為在堿性和加熱條件下，(S)-1-氨基-3-氯-2-丙醇鹽酸鹽(CHAP)與纖維素分子羥基發(fā)生醚化反應(yīng)，從而得到弱堿性離子交換纖維。有益.效果(I)本發(fā)明中弱堿性離子交換纖維是以纖維素為基材，這種纖維具有廣闊的原料來(lái)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昂貴和減少的缺點(diǎn)，同時(shí)，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)明制備的纖維素基弱堿性離子交換纖維與溶質(zhì)之間的作用為化學(xué)吸附(離子交換)，與現(xiàn)有技術(shù)中的粒狀離子交換樹(shù)脂相比，胺基官能團(tuán)全部位于纖維表面和無(wú)定形區(qū)，因此具有更快的吸附和脫附速度，其吸附速度和交換容量可高出幾倍甚至幾十倍；
(3)本發(fā)明的纖維素基弱堿性離子交換纖維可以對(duì)S02、HC1、C12、HF等酸性氣體以及水相中的陰離子有機(jī)污染物(比如水溶性陰離子染料)進(jìn)行有效吸附，并且吸附速度快，吸附容量大，而粒狀離子交換樹(shù)脂由于在干燥條件下縮孔或者閉孔，以及孔徑和基體疏水性導(dǎo)致對(duì)這些物質(zhì)難以進(jìn)行離子交換或者吸附；(4)本發(fā)明由于弱堿性離子交換纖維表面含有胺基等非溶出活性基團(tuán)，可以改善周圍所接觸微環(huán)境，達(dá)到抑殺細(xì)菌的目的，此外還可吸收人體所排出的硫化氫及氨等異臭味，具有一定的除臭功效，可用于制作家用紡織品和服用紡織面料；(5)本發(fā)明所得纖維素基弱堿性離子交換纖維具有以離子鍵吸附水溶性染料的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)鹽無(wú)堿染色，提高染料的上染率和固色率，從而具有降低環(huán)境污染和減少生成成本的作用；(6)本發(fā)明的制造方法與一般的功能性纖維(或樹(shù)脂)的制造方法相比，生產(chǎn)流程短、工藝簡(jiǎn)單，易于操作，反應(yīng)條件緩和，實(shí)用性強(qiáng)，不需要特殊的設(shè)備，工業(yè)化推廣易于實(shí)施。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。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(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。實(shí)施例1脫脂棉散纖維2g，在真空烘箱內(nèi)烘干至恒重，浸入20ml (S)-1-氨基_3_氯_2_丙醇鹽酸鹽/碳酸鈉溶液中，其中(S)-1-氨基-3-氯-2-丙醇鹽酸鹽的濃度為100g/L，碳酸鈉濃度為50g/L，在70°C下攪拌反應(yīng)60分鐘，然后用軟水沖洗2分鐘，1%稀鹽酸洗至中性，烘干之后所得弱堿性尚子交換纖維的接枝率為70. 4%,交換容量為2. 1-3. 9mmol/g。實(shí)施例2前處理過(guò)的純棉平紋機(jī)織物2g，在真空烘箱內(nèi)烘干至恒重，浸入20ml (S)-1-氨基-3-氯-2-丙醇鹽酸鹽/氫氧化鈉溶液中，其中(S)-1-氨基-3-氯-2-丙醇鹽酸鹽的濃度為90g/L，氫氧化鈉濃度為30g/L，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)10分鐘，然后以100%軋余率通過(guò)軋車，70°C在烘箱中烘干6分鐘，然后在120°C焙烘3分鐘，接著以軟水沖洗2分鐘，1%稀醋酸洗至中性。所得弱堿性離子交換纖維的接枝率為72. 7%，交換容量為2. 4-4. lmmol/g.實(shí)施例31. 67dtexX38mm粘膠短絲2g,在真空烘箱內(nèi)烘干至恒重，浸入20ml (S)-1-氨基-3-氯-2-丙醇鹽酸鹽/碳酸鈉溶液中，其中(S)-1-氨基-3-氯-2-丙醇鹽酸鹽的濃度為50g/L，碳酸鈉濃度為40g/L，在60°C下攪拌反應(yīng)160分鐘，然后用軟水沖洗1. 5分鐘，1%稀鹽酸洗至中性。所得弱堿性離子交換纖維的接枝率為61. 3%，交換容量為1. 8-3.1mmol/g°實(shí)施例4玉米秸桿150-180目粉末2g，在真空烘箱內(nèi)烘干至恒重，浸入20ml (S) _1_氨基-3-氯-2-丙醇鹽酸鹽/碳酸鈉溶液中，其中(S) -1-氨基-3-氯-2-丙醇鹽酸鹽的濃度為60g/L，氫氧化鈉濃度為30g/L，在50°C下攪拌反應(yīng)180分鐘，然后用軟水沖洗1. 5分鐘，1%稀鹽酸洗至中性。所得弱堿性離子交換纖維的接枝率為69. 3%，交換容量為1. 9-3. 5mmol/g°實(shí)施例5前處理過(guò)的棉/滌混紡平紋機(jī)織物2g (滌棉比例1 :1 )，在真空烘箱內(nèi)烘干至恒重，浸入20ml (S)-1-氨基-3-氯-2-丙醇鹽酸鹽/氫氧化鈉溶液中，其中(S)-1-氨基-3-氯-2-丙醇鹽酸鹽的濃度為40g/L，氫氧化鈉濃度為25g/L，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)20分鐘，然后以90%軋余率通過(guò)軋車，80°C在烘箱中烘干5分鐘，然后在125°C焙烘2分鐘，接著以軟水沖洗2. 5分鐘，1%稀鹽酸洗至中性。所得弱堿性離子交換纖維的接枝率為52. 7%，交換容量為1. 1-2. Ommol/go
權(quán)利要求
1.一種弱堿性陰離子交換纖維的制備方法，包括: 將纖維素纖維浸潰在改性整理液中，在30-90°C,反應(yīng)5-300min,然后用軟水和酸洗至中性，即得弱堿性陰離子交換纖維，或?qū)⒗w維素纖維浸潰在改性整理液中0.l-60min，然后纖維素纖維軋車，烘干，焙烘，軟水和酸洗至中性，即得弱堿性陰離子交換纖維，其中，改性整理液為(S)-1-氨基-3-氯-2-丙醇鹽酸鹽的無(wú)機(jī)堿水溶液，軋余率為50%-200%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種弱堿性陰離子交換纖維的制備方法，其特征在于:所述纖維素纖維為天然纖維或再生纖維素纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種弱堿性陰離子交換纖維的制備方法，其特征在于:所述天然纖維為棉纖維、麻纖維或農(nóng)作物廢棄物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種弱堿性陰離子交換纖維的制備方法，其特征在于:所述再生纖維素纖維為粘膠纖維或天絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求Γ4任一所述的一種弱堿性陰離子交換纖維的制備方法，其特征在于:所述纖維素纖維為粉末、散纖維、紗線、織物、無(wú)紡布或纖維素纖維與合成纖維混紡形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種弱堿性陰離子交換纖維的制備方法，其特征在于:所述(S)-1-氨基-3-氯-2-丙醇鹽酸鹽的無(wú)機(jī)堿水溶液的濃度為10-200g/l，無(wú)機(jī)堿與(S)-1-氨基-3-氯-2-丙醇鹽酸鹽的摩爾比為1-5:1。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種弱堿性陰離子交換纖維的制備方法，其特征在于:所述無(wú)機(jī)堿水溶液為碳酸鈉溶液、氫氧化鈉溶液或氨水。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種弱堿性陰離子交換纖維的制備方法，其特征在于:所述烘干溫度為30-80°C，烘 干時(shí)間為l_15min，焙烘溫度為90_150°C，焙烘時(shí)間為l_15min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種弱堿性陰離子交換纖維的制備方法，其特征在于:所述酸為體積百分濃度為0.01%-10%的鹽酸、硫酸、醋酸、草酸和硝酸溶液中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種弱堿性陰離子交換纖維的制備方法，包括將纖維素纖維浸漬在改性整理液中，在30-90℃，反應(yīng)5-300min，然后用軟水和酸洗至中性，即得弱堿性陰離子交換纖維，或?qū)⒗w維素纖維浸漬在改性整理液中0.1-60min，然后纖維素纖維軋車，烘干，焙烘，軟水和酸洗至中性，即得弱堿性陰離子交換纖維，其中，軋余率為50%-200%。本發(fā)明生產(chǎn)流程短，工藝簡(jiǎn)單，易于操作，反應(yīng)條件緩和，實(shí)用性強(qiáng)，不需要特殊的設(shè)備，工業(yè)化推廣易于實(shí)施。
文檔編號(hào)D06M11/60GK103074765SQ201310022090
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者何瑾馨, 李春輝, 董霞, 劉保江 申請(qǐng)人:東華大學(xué)