[發明專利]一種含磺酸基的纖維材料及其合成方法

有效

• 申請號: 200910065345.4
• 申請日: 2009-07-01
• 公開（公告）號: CN101603271A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 趙亮;趙東;何欽雅;黃偉慶;沙保峰;王靜;V.S.薩達托夫
• 申請（專利權）人: 河南省科學院化學研究所有限公司
• 主分類號: D06M13/342
• 分類號: D06M13/342;D06M101/28
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所（普通合伙）
• 代理人: 時立新

技術領域

本發明涉及一種纖維材料及其合成方法，尤其涉及一種含磺酸基的纖維材料及其合成方法，屬于高分子材料技術領域。

背景技術

由于磺酸基的存在，含磺酸基纖維材料可以作為一種離子交換劑，在環境保護、資源回收與再生、元素的分離富集等方面都有廣闊的應用前景。

目前，含磺酸基纖維材料的制備方法大體可以分為以下三種：

一、纖維接枝單體后磺化：即將天然的或合成纖維的惰性基體通過輻射引發或化學引發接枝上含苯環的化合物，然后采用磺化劑在苯環上引入磺酸基。CN200410048382“一種接枝共聚進行離子交換纖維制備的新方法”提出了將聚乙烯或聚丙烯纖維在溶脹劑中預處理后，采用⁶⁰Coγ射線引發接枝苯乙烯，然后通過硫酸磺化引入磺酸基，制備出一種含磺酸基的纖維材料。CN98103455“離子交換纖維的制造方法及其應用”提出了采用化學接枝法，將聚乙烯或聚丙烯纖維在溶脹劑中預處理后，采用引發劑過氧化苯甲酰引發接枝苯乙烯，然后通過濃硫酸磺化制備出一種含磺酸基的纖維材料。

二、聚合物混合成纖后磺化：即將具有或轉變成離子交換基團的單元或聚合物(如聚苯乙烯)與能成纖的單元或聚合物共聚或共混，然后通過磺化反應引入磺酸基團。如文獻“海島型陽離子交換纖維的研究”(合成纖維，2003，3，27-29)研究了以聚丙烯為島成分，以聚苯乙烯混合少量的聚丙烯為海成分，共混制得海島型復合纖維。然后經多聚甲醛交聯，發煙硫酸磺化引入磺酸基，得海島型陽離子交換纖維。

三、纖維直接磺化法：CN01142191“一種制備功能性離子交換纖維的新方法”提出了聚乙烯醇纖維先在脫水劑中預處理，再在高溫下進行半碳化，后經酯化，濃硫酸磺化制備出一種功能性陽離子交換纖維。

綜合現有技術，目前制備磺酸基纖維材料多是在基體纖維上引進一些帶反應性基團的烯類單體(如苯乙烯)，再進行磺化反應制得。關于直接合成的方法報道得較少。因此研究一種合成方法簡單，且環境友好型的含磺酸基纖維材料是目前纖維材料研究的一個重要方向。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型的含磺酸基纖維材料；又在于提供一種原料易得，工藝簡單，環境友好型的該纖維的合成方法。

為實現本發明目的，技術方案為：本發明提供的含磺酸基的纖維材料是以腈綸纖維(又稱聚丙烯腈纖維)作為基礎骨架，在含有牛磺酸(又稱氨基乙磺酸)和無機堿的乙二醇溶液中，通過與牛磺酸的接枝反應引入磺酸基，得到含有磺酸基的纖維材料。

本發明提供的合成方法具體過程為：在90℃-130℃溫度范圍內，腈綸纖維與牛磺酸在含有無機堿的乙二醇溶液內反應2-12小時，使腈綸纖維上的腈基與牛磺酸上的氨基發生接枝反應；反應結束后，將纖維取出用去離子水洗凈并于50℃-80℃下烘干，得到含磺酸基的纖維材料，其磺酸基含量為0.5-1.0mmol/g纖維。該化學反應過程及含磺酸基纖維材料的化學結構如下圖所示(只畫出一個腈基的反應)：

本發明所提供的合成方法中各原料的重量比為：腈綸∶牛磺酸∶無機堿∶乙二醇＝1∶10-30∶5-10∶20-80。

本發明所采用的原料腈綸纖維是長度為2-10cm、纖度為1-5dtex、纖維分子結構中含有90％以上的丙烯腈單元的商品腈綸纖維；所采用的牛磺酸為符合中國國家標準GB14759-93的工業產品，純度≥99.0％，外觀為白色針狀結晶；所采用的無機堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀等。

本發明的有益效果在于：(1)本發明所合成的纖維材料是一種新型的含磺酸基纖維材料，目前國內外尚無相同或相似的研究報道，因此填補了這一技術領域的空白。(2)本發明所采用的原料腈綸纖維是一種常見的商品合成纖維，性能質量穩定，有多種規格可供選擇。(3)本發明采用腈綸纖維直接接枝牛磺酸的合成方法，反應過程簡單，反應條件容易控制。(4)本發明采用的原料腈綸纖維機械強度較高，而且反應過程中未采用氧化性較強的磺化劑(如濃硫酸，氯磺酸，發煙硫酸等)，反應條件溫和，因此纖維的形態不會受到很大的破壞，能保持較好的機械強度。(5)本發明的合成方法所采用的化學試劑均為無毒或低毒試劑，且反應過程中不會產生有毒的副產物，因此與現有方法相比是一種環境友好型的合成方法。

附圖說明

圖1為腈綸纖維與實施例1合成的含磺酸基纖維的紅外光譜圖。圖中1為腈綸纖維的紅外光譜圖，2為實施例1合成的含磺酸基纖維的紅外光譜圖。

具體實施方式

為更好地對本發明進行詳細說明，舉實施例如下：

實施例1：