[发明专利]多功能螯合离子交换纤维及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种螯合离子交换纤维，特别涉及螯合树脂涂覆纤维而成的离子交换纤维，具有对各种水系离子的检测、分析、分离、富集和交换功能，属于功能材料领域。

技术背景

离子交换纤维是纤维骨架上所带的阳离子或阴离子基团通过库仑引力与介质中阴离子或阳离子作用，分别产生吸附和分离功能。螯合纤维是由基材纤维所带有N、O、S、P配位原子的螯合功能基团与金属离子形成配位键，构成配合物，从而产生对金属离子的检测、分析、分离、富集功能。螯合纤维比离子交换纤维具有更丰富的功能基团和更专一的选择性。一些螯合纤维也具有丰富的离子交换基团，对阴离子或阳离子的吸附也具有高的选择性，称之为螯合离子交换纤维。螯合离子交换纤维是在离子交换树脂或螯合树脂上发展起来的，与传统颗粒状离子交换树脂或螯合树脂相比，螯合离子交换纤维具有独特的性能和特点：(1)纤维的直径远小于颗粒树脂，比表面积明显大于颗粒树脂，因此，螯合离子交换纤维的吸附速度要比相应的粒状树脂快几倍，洗脱速度也显著大于树脂。(2)使用形态自由度大，螯合离子交换纤维有多种形式，如纱线、织物、非织造布等，可加工成型为成束、纸、毡等多种形态，应用灵活，适用于各种不同方式的离子吸附过程。(3)螯合离子交换纤维还有极好的渗透稳定性，可以在多次反复干湿条件下使用。而离子交换树脂在多次使用过程中，必须保存在水中，反复干湿会导致孔结构的塌陷。(4)螯合离子交换纤维在液相和气相都能使用、流体阻力小。

螯合离子交换纤维的制备方法主要有两种，首先通过基材纤维上的官能团，如氰基、羟基、氨基等进行化学改性转化为肟、羧基、巯基、多氨基或席夫碱等，使基材纤维具有离子吸附能力。现常见的螯合离子交换纤维主要是以聚丙烯腈纤维和植物纤维素纤维为基材的化学改性功能纤维。但是天然纤维或合成纤维经过化学改性后，一些机械性能有明显劣化现象，影响螯合离子交换纤维的加工性能和使用性能。其次是功能性单体与第二单体的共聚，功能性单体对基材的接枝共聚，再通过纺丝得到螯合离子交换纤维，或功能性单体对基材纤维的接枝共聚。但是功能性单体大都是合成技术复杂或价格昂贵，纺丝得到的螯合离子交换纤维的功能基团部分隐蔽在纤维内部或分布不均，造成功能性单体的浪费。

制备螯合离子交换纤维的技术也有混合成纤法，一种是将功能物质分散到成纤的纺丝液中，经过涂覆、固化等工序制得螯合离子交换纤维；另一种是将功能性树脂和普通聚合物混合纺丝制得螯合离子交换纤维。混合成纤技术能够使用的功能物质不多见，功能性树脂难以能够承受纺丝的条件工艺，造成混合成纤技术制备螯合离子交换纤维不多见。功能单一、亲水性小、制备技术复杂、原料成本高、脱附再生循环使用繁琐等也是现有螯合离子交换纤维的缺陷。

鉴于以上问题，本发明设计一种多功能螯合离子交换纤维，所述的多功能螯合离子交换纤维是以植物纤维、蛋白质纤维、再生植物纤维、或植物纤维和蛋白质纤维与合成纤维混纺而成的混纺纤维为基材纤维，所述的基材纤维在胺基树脂乳液中浸渍，制得表面涂覆胺基树脂的叔胺功能纤维；而后所述的叔胺功能纤维依次与5-氯甲基水杨醛和氨基化合物反应，从而在功能纤维上引入季铵基和水杨醛缩氨基化合物两种结构单元，成为多功能螯合离子交换纤维。

发明内容

本发明提供一种多功能螯合离子交换纤维，其特征在于：纤维表面涂覆功能树脂，所述功能树脂键合季铵基和水杨醛缩氨基化合物两种功能基团，具有螯合离子交换功能；所述多功能螯合离子交换纤维是通过基材纤维表面涂覆胺基功能树脂，得到叔胺功能纤维，此后，叔胺功能纤维依次与5-氯甲基水杨醛的亲核反应以及与氨基化合物的缩合反应过程而制成。

本发明提供的多功能螯合离子交换纤维的具体制备方法包括如下步骤：

步骤一、叔胺功能纤维的制备

室温下，基材纤维在胺基树脂乳液中浸轧，涂覆均匀后，抽出纤维，干燥，制得叔胺功能纤维；也可用天然纤维浸渍在胺基树脂乳液中，涂覆均匀，抽出纤维，干燥后，与合成纤维一起混纺制得叔胺功能纤维。

其中所述的基材纤维选自棉纤维、麻纤维、竹纤维、木纤维、草纤维、丙纶、氯纶、腈纶、锦纶、维尼纶、涤纶或氨纶中的一种或两种以上混纺线纱。所述的天然纤维选自棉纤维、麻纤维、竹纤维、木纤维或草纤维中的一种或两种以上混纺线纱。以棉纱线、麻纱线、棉/麻混纺纱线、棉或麻与合成纤维混纺纱线最适宜作为基材纤维原材料。

所述的胺基树脂乳液是由功能单体与第二烯烃单体和交联剂进行乳液聚合而制得的。