一種含磺酸基的纖維材料及其合成方法技術

本發明專利技術公開了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。本發明專利技術以腈綸纖維作為基礎骨架，在含有牛磺酸和無機堿的乙二醇溶液中，通過腈綸與牛磺酸的接枝反應引入磺酸基，得到一種新型的含磺酸基纖維材料。該合成方法過程簡單、容易控制；反應條件溫和，所合成的纖維能保持較好的機械強度；所采用的化學試劑均為無毒或低毒試劑，且反應過程中沒有有毒的副產物生成，與現有方法相比是一種環境友好型的合成方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術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

技術介紹
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 "—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^CoY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 "—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。
技術實現思路
本專利技術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。為實現本專利技術目的，技術方案為本專利技術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。本專利技術提供的合成方法具體過程為在9(TC-13(TC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 'C-8(TC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)-<formula>formula see original document page 4</formula>腈綸 牛磺酸 含磺酸基纖維本專利技術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。本專利技術所采用的原料腈綸纖維是長度為2-10cm、纖度為l-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。本專利技術的有益效果在于(1)本專利技術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
的空白。(2)本專利技術所釆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)本專利技術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)本專利技術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)本專利技術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。具體實施例方式為更好地對本專利技術進行詳細說明，舉實施例如下 實施例1:將牛磺酸20g、氫氧化鈉6g、乙二醇30g放入三口瓶內攪拌使溶解，放入腈 綸纖維lg，控溫100'C反應10h，反應結束后取出纖維用去離子水洗凈，7(TC烘 干至恒重，纖維重量為1.16g，增重率為16%。測得纖維的磺酸基含量為 0.52mmol/g，斷裂力為0.085N。原料腈綸纖維的磺酸基含量為0，斷裂力為 0.105N。其紅外光譜如圖l所示，與腈綸纖維的紅外光譜比較有顯著變化，氰基 的吸收峰(2244cm")明顯減弱，并出現了磺酸基的吸收峰(1229cm—1、 1176cm—1、 1045cm—1)。實施例2:將牛磺酸20g、氫氧化鈉6g、乙二醇45g放入三口瓶內攪拌使溶解，放入腈 綸纖維lg，控溫115'C反應5h，反應結束后取出纖維用去離子水洗凈，7(TC烘 干至恒重，纖維重量為1.27g，增重率為27%。測得纖維的磺酸基含量為 0.95mmol/g，斷裂力為0.057N。其紅外光譜的變化情況與實施例1相同。 應用例1稱取實施例1中合成的纖維材料0.05g，放入50ml濃度為200mg/L的亞甲基藍水溶液中，于25"振蕩吸附3小時，測得溶液中的亞甲基藍濃度降為 92mg/L，此時纖維對亞甲基藍的吸附量為108mg/g纖維。本應用例說明，所合 成纖維上的磺酸基具有優良的化學吸附性能。 應用例2稱取實施例2中合成的纖維材料0.05g，放入50ml濃度為200mg/L的亞甲基藍水溶液中，于25'C振蕩吸附3小時，測得溶液中的亞甲基藍濃度降為 0.55mg/L，此時纖維對亞甲基藍的吸附量為199mg/g纖維。本應用例說明，當所 合成纖維的磺酸基含量提高時，其吸附能力也相應提高。權利要求1、一種含磺酸基的纖維材料，其特征在于以腈綸纖維為基礎骨架，通過腈綸纖維與牛磺酸的接枝反應引入磺酸基，得到含磺酸基的纖維材料。2、 如權利要求1所述的纖維材料，其特征在于纖維的磺酸基含量為0.5-1.0mmol/g纖維。3、 如權利要求1所述的含磺酸基的纖維材料的合成方法，其特征在于將腈綸纖維浸沒在含有牛磺酸和無機堿的乙二醇溶液中進行反應，原料的重量比腈綸:牛磺酸:無機堿:乙二醇=1:10-30:5-10:20-80，反應溫度90°C-130°C ，反應時間2-12h;反應結束后將纖維取出，用去離子水洗凈，在50。C-8(TC溫度下烘干至恒重。4、 如權利要求3所述的含磺酸基的纖維材料的合成方法，其特征在于所采用的原料腈綸纖維為長度為2-10cm、纖度為l-5dtex、纖維分子結構中含有90%以上的丙烯腈單本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種含磺酸基的纖維材料，其特征在于：以腈綸纖維為基礎骨架，通過腈綸纖維與牛磺酸的接枝反應引入磺酸基，得到含磺酸基的纖維材料。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙亮，趙東，何欽雅，黃偉慶，沙保峰，王靜，VS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，
類型：發明
國別省市：41[中國|河南]