一種改性超高分子量聚乙烯纖維、其制備方法及應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于好分析吸附材料技術領域，尤其涉及一種改性超高分子量聚乙烯纖 維、其制備方法及應用。
【背景技術】
[0002] 作為一種新型的功能材料，高分子吸附材料具有優(yōu)良的力學性能、較高的比表面 積、原料來源豐富、價格低廉、抗氧化性和抗腐蝕性強、容易再生等優(yōu)點，因此被廣泛用于國 防、醫(yī)療、化工、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等領域。
[0003] 在環(huán)境保護方面，污水中含有的重金屬離子造成了嚴重的環(huán)境污染，時刻危及著 人類的生命和財產(chǎn)安全，是人類面臨的最嚴重的環(huán)境問題之一。傳統(tǒng)的化學沉淀等方法由 于存在二次污染的問題，已經(jīng)逐漸被社會淘汰。尋求經(jīng)濟、高效、安全的污水處理方式去除 這些有害重金屬離子已經(jīng)成為人們追求的目標。其中，活性炭由于其較高的比表面積和較 強的吸附性能，在污水處理方面做出了重要貢獻，然而其較低的機械強度和較高的經(jīng)濟成 本限制了進一步的應用。
[0004] 高分子吸附材料由于具有樹脂和孔結構的可調(diào)整性、來源廣和容易再生等特點已 經(jīng)走進人們的視線。在污水處理方面高分子吸附材料可逐漸取代活性炭，成為新一代吸附 材料，而且其還可以根據(jù)污水中成分的不同，選擇性的接入有效吸附官能團，如丙烯酸、丙 烯腈等，生成含有偕胺肟基和羧基等有效吸附功能基的復合材料，從而對污水中的重金屬 離子起到高效選擇性吸附。
[0005]目前，超高分子量聚乙烯因其主鏈結構為_(-CH2-CH2-)n-而顯示出較高的柔順性， 分子微觀結構規(guī)整且具有可調(diào)節(jié)性，又賦予材料較高的力學性能和較多的外觀形式，以其 為原料制備的超高分子量聚乙烯纖維非常適合作為高分子吸附材料的基體。
[0006] 但是，傳統(tǒng)的超高分子量聚乙烯纖維比表面積不高，又因為較高的取向度和結晶 度而導致接枝率不好，接枝改性后吸附位置僅限于纖維表面，吸附能力有限而被人們忽略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種改性超高分子量聚乙烯纖維、 及制備方法及應用，該改性超高分子量聚乙烯纖維的吸附效率較高。
[0008] 本發(fā)明提供了一種改性超高分子量聚乙烯纖維，所述改性超高分子量聚乙烯纖維 以超高分子量聚乙烯纖維為基體，所述基體的表面與內(nèi)部均接枝有丙烯酸聚合物。
[0009] 優(yōu)選的，所述改性超高分子量聚乙烯纖維的比表面積為30~60m2/g。
[0010] 優(yōu)選的，所述超高分子量聚乙烯纖維為超高分子量聚乙烯多孔纖維，所述超高分 子量聚乙烯多孔纖維的孔隙率為23.60%~58.99%。
[0011] 本發(fā)明還提供了一種改性超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，包括：
[0012] A)將超高分子量聚乙烯纖維進行輻照處理;所述輻照的輻射源為鈷源或電子束；
[0013] B)將輻照后的超高分子量聚乙烯纖維與含有接枝單體的溶液混合，通入氮氣和/ 或惰性氣體，然后進行接枝反應，得到改性超高分子量聚乙烯纖維;所述接枝單體為能形成 丙烯酸聚合物的單體。
[0014] 優(yōu)選的，所述輻照的輻射源為鈷源;所述輻照的氛圍為空氣，輻照的劑量為20~ 100kGy〇
[0015] 優(yōu)選的，所述含有接枝單體的溶液中接枝單體的體積濃度為40%~60%。
[0016] 優(yōu)選的，所述通入氮氣和/或惰性氣體的時間為20~40min。
[0017] 優(yōu)選的，所述接枝反應的溫度為60°C~70°C，時間為0.5~3h。
[0018] 本發(fā)明還提供了改性超高分子量聚乙烯纖維在吸附溶液中重金屬離子中的應用。
[0019] 本發(fā)明還提供了改性超高分子量聚乙烯纖維在吸附溶液中銅離子中的應用。
[0020] 本發(fā)明提供了一種改性超高分子量聚乙烯纖維、及制備方法及應用，該改性超高 分子量聚乙烯纖維以超高分子量聚乙烯纖維為基體，所述基體的表面與內(nèi)部均接枝有丙烯 酸聚合物。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的改性超高分子量聚乙烯纖維不僅可以在纖維表 面進行吸附，也可在纖維內(nèi)部進行吸附，使其吸附性能尤其是對銅離子的吸附性得到提高。
[0021] 實驗結果表明，本發(fā)明制備的改性超高分子量聚乙烯纖維的銅離子吸附量為30~ 63mg/g〇
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明實施例1中超高分子量聚乙烯多孔纖維斷面形貌的掃描電鏡圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明實施例1得到的改性超高分子量聚乙烯纖維斷面形貌掃描電鏡圖及 吸附銅離子含量分布圖；
[0024] 圖3本發(fā)明實施例1得到的改性超高分子量聚乙烯纖維斷面形貌掃描電鏡圖及吸 附銅尚子含量分布圖；
[0025] 圖4為本發(fā)明實施例1~4中的改性超高分子量聚乙烯纖維對銅離子吸附量隨時間 的變化曲線圖；
[0026] 圖5為本發(fā)明實施例1中得到的改性超高分子量聚乙烯纖維對銅離子、鉛離子及鎘 離子的吸附量的柱形圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面將結合本發(fā)明實施例的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本 發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實 施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0028]本發(fā)明提供了一種改性超高分子量聚乙烯纖維，其以超高分子量聚乙烯纖維為基 體，所述基體的表面與內(nèi)部均接枝有丙烯酸聚合物。
[0029]其中，所述超高分子量聚乙烯纖維優(yōu)選為超高分子量聚乙烯多孔纖維;所述超高 分子量聚乙烯多孔纖維的孔隙率優(yōu)選為23.60 %~58.99 %，更優(yōu)選為35 %~50 %。所述超 高分子量聚乙烯多孔纖維斷面具有多孔結構及適合的比表面積，從而使材料具有優(yōu)良的吸 附性能的同時，保持了超高分子量聚乙烯的結構規(guī)整性和致密度，其重均分子量不低于2.0 X 1〇6且分子量分布在3.0以內(nèi)，從而使材料具有高強高模量的力學性能。
[0030] 所述基體的表面與內(nèi)部均接枝有丙烯酸聚合物，其接枝率優(yōu)選為100%~120%。
[0031] 本發(fā)明提供的改性超高分子量聚乙烯纖維的比表面積優(yōu)選為30~60m2/g，更優(yōu)選 為35~50m2/g，再優(yōu)選為40~45m2/g，最優(yōu)選為42 · 96m2/g。
[0032] 本發(fā)明提供的改性超高分子量聚乙烯纖維不僅可以在纖維表面進行吸附，也可在 纖維內(nèi)部進行吸附，使其吸附性能尤其是對銅離子的吸附性得到提高。
[0033]本發(fā)明還提供了一種上述改性超高分子量聚乙烯纖維的制備方法，包括:A)將超 高分子量聚乙烯纖維進行輻照處理;所述輻照的輻射源為鈷源或電子束;B)將輻照后的超 高分子量聚乙烯纖維與含有接枝單體的溶液混合，通入氮氣和/或惰性氣體，然后進行接枝 反應，得到改性超高分子量聚乙烯纖維;所述接枝單體為能形成丙烯酸聚合物的單體。 [0034]其中，所述超高分子量聚乙烯纖維優(yōu)選為超高分子量聚乙烯多孔纖維，其優(yōu)選按 照以下步驟進行制備：S1)將超高分子量聚乙烯粉末、溶劑、抗氧劑與潤滑劑混合，進行加 熱，得到絮凝狀紡絲溶液;S2)將所述絮凝狀紡絲溶液進行紡制，得到凍膠絲;S3)將所述凍 膠絲依次進行一級拉伸、定長萃取和干燥、二級拉伸，得到超高分子量聚乙烯多孔纖維;所 述一級拉伸的溫度為20°C~30°C，應變速率為0.1s4~1.2JT1，拉伸倍數(shù)為3~12;所述二級 拉伸的溫度為l〇〇°C~130°C，應變速率為O.lsi~拉伸倍數(shù)為1.5~6。具體參見公 開號為CN104746165A的中國專利。
[0035] 將超高分子量聚乙烯纖維進行輻照;所述輻照的輻射源為鈷源或電子束，優(yōu)選為 鈷源;所述輻照的氛圍為本領域技術人員熟知的氛圍即可，并無特殊的限制，本發(fā)明中優(yōu)選 為空氣;所述輻照的劑量優(yōu)選為20~lOOkGy，更優(yōu)選為50~lOOkGy;在本發(fā)明的一些實施例 中，所述輻照的劑量優(yōu)選為50kGy;在本發(fā)明的另一些實施例中，所述輻照的劑量優(yōu)選為 100kGy〇
[0036] 將輻照后的超高分子量聚乙烯纖維與含有接枝單體的溶液混合，其中，所述接枝 單體為能形成丙烯