新型聚丙烯腈纤维材料的制备方法与流程

本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及新型聚丙烯腈纤维材料的制备方法。

背景技术：

改性的功能纤维材料具有多方面重要的用途，如离子交换、螯合、反应、催化、缓释、抗菌、消臭、阻燃、抗静电、防辐射等。对常见的合成纤维或天然纤维进行功能化改性，使之既能保持纤维原有的特点与优点，又具备各种特殊的性能与用途，这一领域的研究近年来日益受到人们的关注。聚丙烯腈纤维是合成纤维的重要基体材料，它由丙烯腈聚合而成，结构中含有的大量氰基可以发生水合、水解、加成、还原等化学反应，引入所需的特定官能基团，利用官能基团性能可以净化或富集水中的金属离子、酸根离子和有机分子等，利用基团的酸、碱性及反应性可净化消除空气中的氯化氢、硫化氢、甲醛等有害气体，利用所接枝大分子的抗菌活性，可用于制造医疗用品和防护用品等。

中国发明专利cn02129051.2“一种螯合功能纤维及合成方法”，将聚丙烯腈纤维依次经过水解、引入金属离子“桥”、涂敷聚乙烯亚胺、化学交联和转型，得到具有良好吸附功能的螯合纤维材料。中国发明专利cn201410770371.8“大分子功能化的纤维材料及其合成方法”，以带有羧基的改性腈纶纤维为基体材料，利用羧基与氨基之间的化学成键，将带有氨基（伯氨基、仲氨基或胍基）的大分子化合物接枝到纤维表面，接枝增重率为5-20%，形成一种新型的大分子功能化的纤维材料。中国发明专利cn201110229789.4“氨基酸功能化的纤维材料及其合成方法”，以腈纶纤维为原材料纤维，通过腈纶纤维与氨基酸的化学接枝引入羧基和氨基，得到含羧基和氨基的纤维材料。

本专利发明提出了以商品化的聚丙烯腈纤维为原材料，通过第一步引入胺源：将一定体积的氨基化合物（或加入一定量的去离子水），投入反应釜中，搅拌均匀后加入一定量的聚丙烯腈纤维，原材料聚丙烯腈纤维的质量：氨基化合物的质量=1:3~1:50，反应温度为50~140℃，反应时间为1~20h，反应结束后取出纤维，用去离子水洗涤，在50~80℃温度下烘干至恒重；第二步胺化反应：配制10%的矮壮素（2-氯乙基三甲基氯化铵）溶液，加入含氨基纤维材料，含氨基聚丙烯腈纤维的质量：矮壮素溶液的质量=1:5~1:50，然后在85℃条件下反应3~4h，反应结束后取出纤维，用去离子水洗涤，在50~80℃温度下烘干至恒重，得到新型聚丙烯腈纤维材料。本发明所采用的化学原料为无毒或低毒原料，反应过程中原料消耗量较少，且没有有毒副产物生成，是一种环境友好型的合成方法。

综合现有技术，上述文献报道中，cn201410770371.8、cn201110229789.4和cn02129051.2虽然都是采用聚丙烯腈纤维作为原材料，但是cn201410770371.8和cn02129051.2是通过羧基进行化学改性，而cn201110229789.4是一步胺化反应产物，同时引入羧基和氨基官能团。本发明采用特定的化学工艺改性聚丙烯腈纤维为基体材料，通过简单的引入胺源和胺化反应使大分子在纤维上达到可观的接枝量和达到特定的功能化效果，目前尚未见有相同的报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一类功能化新型聚丙烯腈纤维材料，又在于提供一种原料易得、操作简单、环境友好的功能化合成方法。本发明大大的提高了大分子官能团的接枝量，不仅保持纤维原有的特点与优点，又具备各种特殊的性能与用途，极大的提高了纤维的功能特性和应用范围，使其具备净化或富集水中的金属离子、酸根离子和有机分子等，利用基团的酸、碱性及反应性可净化消除空气中的氯化氢、硫化氢、甲醛等有害气体，利用所接枝大分子的抗菌活性，可用于制造医疗用品和防护用品等。

本发明的技术方案是：一种功能化新型聚丙烯腈纤维材料的制备方法，主要包括以下步骤：

（1）制备胺源：将一定体积的氨基化合物（或加入一定量的去离子水），投入反应釜中，搅拌均匀后加入一定量的聚丙烯腈纤维，原材料聚丙烯腈纤维的质量：氨基化合物的质量=1:3~1:50，反应温度为50~140℃，反应时间为1~20h，反应结束后取出纤维，用去离子水洗涤，在50~80℃温度下烘干至恒重，得到含氨基纤维材料；

（2）胺化反应：配制10%的矮壮素（2-氯乙基三甲基氯化铵）溶液，加入含氨基纤维材料，含氨基聚丙烯腈纤维的质量：矮壮素溶液的质量=1:5~1:50，然后在85℃条件下反应3~4h，反应结束后取出纤维，用去离子水洗涤，在50~80℃温度下烘干至恒重。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明采用聚丙烯腈纤维材料作为基体材料，改良传统的聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维等只能采用辐射发接枝的工艺，创新采用直接化学改性法接枝；

2、本发明采用一步法引入胺源工艺，通过纯溶剂法或加入少量去离子水工艺，使剩余的胺源可以循环使用，既节约了反应原料，又避免溶剂浪费，破坏环境；

3、本发明所采用的化学原料为无毒或低毒原料，反应过程中原料消耗量较少，且没有有毒副产物生成，是一种环境友好型的合成方法。。

附图说明

图1为本发明功能化改性聚丙烯腈纤维的化学反应（片段）示意路线图。

具体实施方式

实施例1

将600ml二乙烯三胺溶剂直接放入反应瓶里，搅拌均匀后，加入15g聚丙烯腈纤维，在115℃下搅拌均匀反应4h。反应结束后，冷却取出纤维，用70℃去离子水洗涤至中性，得到淡黄色含氨基纤维材料。将10g含氨基纤维材料放入300ml10%的矮壮素（2-氯乙基三甲基氯化铵）溶液，然后在90℃条件下反应4h，所得产物经去离子水洗涤，在50~80℃温度下烘干至恒重，得到米白色纤维材料。

实施例2

将750ml二乙烯溶剂直接放入反应瓶里，搅拌均匀后，加入15g聚丙烯腈纤维，在105℃下搅拌均匀反应4h。反应结束后，冷却取出纤维，用70℃去离子水洗涤至中性，得到淡黄色含氨基纤维材料。将15g含氨基纤维材料放入600ml10%的矮壮素（2-氯乙基三甲基氯化铵）溶液，然后在85℃条件下反应3.5h，所得产物经去离子水洗涤，在50~80℃温度下烘干至恒重，得到米白色纤维材料。

实施例3

将600ml多乙烯多胺溶剂直接放入反应瓶里，搅拌均匀后，加入15g聚丙烯腈纤维，在110℃下搅拌均匀反应3h。反应结束后，冷却取出纤维，用70℃去离子水洗涤至中性，得到淡黄色含氨基纤维材料。将15g含氨基纤维材料放入750ml10%的矮壮素（2-氯乙基三甲基氯化铵）溶液，然后在85℃条件下反应3.5h，所得产物经去离子水洗涤，在50~80℃温度下烘干至恒重，得到米白色纤维材料。

以上三种技术配方显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，以上实施例和说明书中描述的只说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书以及等效物界定。

技术特征：

技术总结
本发明涉及新型聚丙烯腈纤维材料的制备方法，属于高分子材料技术领域。该新型功能化聚丙烯腈纤维材料具有离子交换、螯合、抗菌等功能属性，可用来从产品、工艺过程和废液中去除有机和无机化合物，气体净化与分离，阳离子和阴离子交换剂，金属层析材料，固相净化或提取材料，生物分子固定材料，固相合成材料和色谱材料等。本发明的合成方法环境友好、操作方便、条件温和，大分子负载活性高，产物形态、强度良好，接枝量高，材料可再生循环使用等优点。

技术研发人员：高道林;张楠;王立超
受保护的技术使用者：浙江菲波新材料科技有限公司
技术研发日：2018.08.02
技术公布日：2019.01.04