專利名稱：一種離子交換纖維及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)纖維材料及其制造方法技術(shù)，具體為一種離子交換纖維及其制造方法技術(shù)。其IPC主分類號(hào)擬為Int.Cl7B01G 39/20。
日本專利特開(kāi)昭63-108039報(bào)道了一種離子交換纖維的制造方法。該纖維是以聚苯乙烯為海成分，以聚丙烯為島成分，在250℃和260℃下進(jìn)行熔融紡絲，島數(shù)為16。該制造方法涉及復(fù)合紡絲技術(shù)，其不足是一是需要使用制造難度較大的海島型紡絲組件；二是其雖然采用海島型式，并用聚丙烯增強(qiáng)纖維，但由于沒(méi)有解決海與島聚合物之間的相分離問(wèn)題，從而使功能化后的纖維存在一定剝離度。最新的中國(guó)專利CN1279135A號(hào)公開(kāi)了一種聚苯乙烯和聚烯烴的共混物經(jīng)通用熔融紡絲設(shè)備制造“多芯海島型共混型離子交換纖維”制造方法。該種方法雖然使用了通用熔融紡絲設(shè)備制造共混型離子交換纖維，但該方法同樣存在聚苯乙烯和聚烯烴兩類聚合物之間的相分離問(wèn)題，纖維功能化后其強(qiáng)度很低，使用壽命短，不利于實(shí)際應(yīng)用。
(三)技術(shù)內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決所述的海島型或共混型離子交換纖維都存在的聚合物之間的相分離技術(shù)問(wèn)題，提供一種制造方法比較簡(jiǎn)單，但聚合物之間相容性較好、使用壽命較長(zhǎng)的離子交換纖維及其制造方法技術(shù)。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種離子交換纖維，其特征在于該纖維具有皮芯復(fù)合結(jié)構(gòu)，皮芯重量比是3∶7-7∶3；其皮層料的重量百分比配方是高抗沖聚苯乙烯 20-80％，聚苯乙烯 19.5-79.9％，交聯(lián)劑 0.5-0.1％；其芯層料的重量百分比配方是高抗沖聚苯乙烯 10-30％，聚丙烯 60.6-74.4％，聚乙烯 5-15％，增容劑 4-0.5％，交聯(lián)劑 0.4-0.1％；
其中，高抗沖聚苯乙烯的熔融指數(shù)為4-30，聚苯乙烯的熔融指數(shù)為5-50，聚丙烯的熔融指數(shù)為18-50，聚乙烯的熔融指數(shù)為15-60。
本發(fā)明的離子交換纖維采用皮芯復(fù)合紡絲方法紡制，其工藝方法如下1.制造纖維皮層料將配方所述熔融指數(shù)和比例的高抗沖苯乙烯、聚苯乙烯、交聯(lián)劑混合均勻后，在220-260℃下經(jīng)雙螺桿擠出，造粒，制造出纖維皮層料；2.制造纖維芯層料將配方所述熔融指數(shù)和比例的高抗沖聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、增容劑、交聯(lián)劑混合均勻后，在180-230℃下經(jīng)雙螺桿擠出，造粒，制造出纖維芯層料；3.制造皮芯復(fù)合絲將上述1、2所述的皮層料和芯層料用皮芯復(fù)合紡絲機(jī)紡制出卷繞絲；再將卷繞絲在90-110℃溫度下拉伸，拉伸倍數(shù)1.5-3倍，即得到皮芯復(fù)合絲；4.纖維交聯(lián)反應(yīng)將所得皮芯復(fù)合絲放入含有多聚甲醛、冰醋酸、濃硫酸按8-2∶25-31∶67比例配制的交聯(lián)溶液中，在80-95℃下反應(yīng)1.5-3小時(shí)，得到交聯(lián)纖維；5.纖維功能化處理根據(jù)需要，將所得交聯(lián)纖維進(jìn)行功能化反應(yīng)，即可得到相應(yīng)的離子交換纖維。
經(jīng)測(cè)試，所得纖維的交換量為1.8-3.8mmol/g，特別是所得到離子交換纖維的皮芯層之間的相分離現(xiàn)象大為改善，實(shí)用性增強(qiáng)，使用壽命也大大增加。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明離子交換纖維具有皮芯復(fù)合結(jié)構(gòu)，皮芯重量比為3∶7-7∶3；其皮層料的重量百分比配方是高抗沖聚苯乙烯20-80％，聚苯乙烯 19.5-79.9％，交聯(lián)劑0.5-0.1％；其芯層料的重量百分比配方是高抗沖聚苯乙烯10-30％，聚丙烯60.6-74.4％，聚乙烯5-15％，增容劑4-0.5％，交聯(lián)劑0.4-0.1％；其中，高抗沖聚苯乙烯的熔融指數(shù)為4-30，聚苯乙烯的熔融指數(shù)為5-50，聚丙烯的熔融指數(shù)為18-50，聚乙烯的熔融指數(shù)為15-60。
本發(fā)明離子交換纖維的皮層料和芯層料的配方中都設(shè)計(jì)使用了所述比例的高抗沖聚苯乙烯，使用其目的是為了增加聚合物之間的相容性，并可產(chǎn)生一定交聯(lián)作用，可較好地解決聚苯乙烯和聚烯烴兩類聚合物之間的相分離問(wèn)題。
為了進(jìn)一步改善聚合物之間的相容性，本發(fā)明離子交換纖維在纖維的芯層料中添加了增容劑。所述的增容劑為SB(苯乙烯.丁二烯嵌段共聚物)、SBS(苯乙烯.丁二烯.苯乙烯嵌段共聚物)、SBSBS(苯乙烯.丁二烯.苯乙烯.丁二烯.苯乙烯嵌段共聚物)中的一種。
為了增加皮、芯料內(nèi)部和皮、芯料界面聚合物之間的結(jié)合力，更好地解決聚苯乙烯和聚烯烴兩類聚合物之間的相分離問(wèn)題，本發(fā)明離子交換纖維在纖維的皮、芯層料中都添加了適當(dāng)比例的交聯(lián)劑。所述的交聯(lián)劑為2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁過(guò)氧基)己烷(AD)、2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁過(guò)氧基)己炔-3(YD)、α，α-(叔丁過(guò)氧基)二異丙苯、過(guò)氧化二異丙苯(DCP)中的一種或一種以上。
本發(fā)明離子交換纖維具有皮芯復(fù)合結(jié)構(gòu)，皮芯重量比為3∶7-7∶3，但更為理想的是4∶6-6∶4。
本發(fā)明離子交換纖維的制造方法簡(jiǎn)單說(shuō)是按配方要求分別制造皮、芯兩種離子交換纖維的專用紡絲料，經(jīng)復(fù)合紡絲設(shè)備中通用皮芯復(fù)合紡絲組件制造皮芯復(fù)合纖維，再將復(fù)合纖維拉伸、交聯(lián)、磺化或胺化反應(yīng)?；腔芍频脧?qiáng)酸型離子交換纖維；將交聯(lián)后的纖維進(jìn)行氯甲基化、經(jīng)不同胺化可制得強(qiáng)堿型或弱堿型離子交換纖維。
本發(fā)明離子交換纖維的制造方法是采用皮芯復(fù)合紡絲方法紡制離子交換纖維，具體說(shuō)是按配方要求1.制造纖維皮層料將熔融指數(shù)為4-30的高抗沖苯乙烯占混合料重量的20-80％，熔融指數(shù)為5-50的聚苯乙烯，占19.5-79.9％，交聯(lián)劑0.1-0.5％，按重量百分比混合后，在220-260℃下經(jīng)雙螺桿擠出，造粒。制造出離子交換纖維皮層料；2.制造纖維芯層料將熔融指數(shù)為18-50的聚丙烯按50.6-84.4％、熔融指數(shù)為15-60的聚乙烯按5-15％、高抗沖聚苯乙烯占混合料重量的10-35％，增容劑占0.5-4％，交聯(lián)劑占0.1-0.4％的重量百分比混合后，在180-230℃下經(jīng)雙螺桿擠出，造粒。制造出離子交換纖維芯層料；3.制造皮芯復(fù)合絲將上述1、2兩種切粒料用皮芯復(fù)合紡絲機(jī)紡制出卷繞絲；再將卷繞絲經(jīng)90-110℃，拉伸倍數(shù)1.5-3的拉伸，得到皮芯復(fù)合絲；4.纖維交聯(lián)將皮芯復(fù)合絲放入含有多聚甲醛、冰醋酸、濃硫酸按2-8∶25-35∶57-73比例配制的交聯(lián)溶液中，在80-95℃下反應(yīng)1.5-3小時(shí)，得到交聯(lián)纖維；5.纖維功能化處理根據(jù)需要，將所得交聯(lián)纖維進(jìn)行功能化反應(yīng)，即可得到相應(yīng)的離子交換纖維。
本發(fā)明離子交換纖維制造方法所述的第5步，即“5.纖維功能化處理”工藝中，根據(jù)需要，可以進(jìn)行纖維磺化處理工藝或胺化處理工藝。當(dāng)進(jìn)行纖維磺化處理工藝時(shí)，可以得到強(qiáng)酸型離子交換纖維。具體的纖維磺化處理工藝是將第4步所得的交聯(lián)纖維浸入二氯乙烷與濃硫酸按8-2∶92-98比例配制的磺化液中，在70-80℃下反應(yīng)2-3小時(shí)，然后升至90-98℃，反應(yīng)2-3小時(shí)，即可得到所述的強(qiáng)酸型離子交換纖維。
當(dāng)進(jìn)行纖維胺化處理工藝時(shí)，可以得到堿型離子交換纖維。當(dāng)進(jìn)行纖維強(qiáng)胺化處理工藝時(shí)，可以得到強(qiáng)堿型離子交換纖維；當(dāng)進(jìn)行纖維弱胺化處理工藝時(shí)，可以得到弱堿型離子交換纖維。所述的強(qiáng)胺化處理工藝具體是把第4步所得的交聯(lián)纖維浸入含催化劑的氯甲醚溶液中，在45℃下反應(yīng)8--10小時(shí)后，得到氯甲基化纖維；再將所得纖維放入三甲胺溶液中，在室溫下反應(yīng)20--24個(gè)小時(shí)后，即得到強(qiáng)堿型離子交換纖維；所述的弱胺化處理工藝具體是將所得交聯(lián)纖維浸入含催化劑的氯甲醚溶液中，在45℃下反應(yīng)8--10小時(shí)后，得到氯甲基化纖維；再將所得纖維放入乙二胺溶液中，在50℃下反應(yīng)12--15小時(shí)后，即得到弱堿型離子交換纖維。
經(jīng)測(cè)定，本發(fā)明離子交換纖維的交換量為1.8-3.8mmol/g，特別是所得離子交換纖維的皮芯層相分離現(xiàn)象大為改善，使用壽命長(zhǎng)。
以下給出本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例
2.取熔融指數(shù)為4 5的聚丙烯按60.7份、熔融指數(shù)為40的聚乙烯為5份、高抗沖聚苯乙烯為30份，增容劑SBS(苯乙烯.丁二烯.苯乙烯嵌段共聚物)占4份，交聯(lián)劑2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁過(guò)氧基)己炔-3(YD)占0.4份，混合后，在180℃下經(jīng)雙螺桿擠出，造粒，制備出纖維芯層料；3.將上述兩種切片按3∶7皮芯重量比經(jīng)皮芯復(fù)合紡絲機(jī)在280℃下紡制出卷繞絲；卷繞絲經(jīng)水洗后，在100℃下3倍拉伸、烘干、切斷后，得到皮芯復(fù)合短纖維；4.將8份多聚甲醛、25份冰醋酸、67份濃流酸混合均勻，將得到皮芯復(fù)合短纖維放入此交聯(lián)溶液中，加熱至95℃，反應(yīng)1.5小時(shí)，得到交聯(lián)纖維。
5.將交聯(lián)纖維浸入含有二氯乙烷按2份、濃硫酸98份配制的磺化溶液中，在80℃下反應(yīng)3小時(shí)，然后升至98℃，反應(yīng)2小時(shí)，得到所述的離子交換纖維。經(jīng)測(cè)試，該纖維的交換量為1.6mmol/g，纖維相分離現(xiàn)象大為改善。
2.取熔融指數(shù)為20的聚丙烯按67.9份、熔融指數(shù)為20的聚乙烯10
份、熔融指數(shù)為20的高抗沖聚苯乙烯為20份，增容劑SB占2份，交聯(lián)劑過(guò)氧化二異丙苯(DCP)占0.1份，混合后，在190℃下經(jīng)雙螺桿擠出，造粒，制備出纖維芯層料；3.將上述兩種切片按4∶6皮芯比經(jīng)皮芯復(fù)合紡絲機(jī)在275℃下紡制出卷繞絲；卷繞絲經(jīng)水洗后，在100℃下3倍拉伸、烘干、切斷后得到皮芯復(fù)合短纖維；4、5同實(shí)施例3。經(jīng)測(cè)試，纖維的交換量為2.3mmol/g，纖維相分離現(xiàn)象大為改善。
權(quán)利要求
1.一種離子交換纖維，其特征在于該纖維具有皮芯復(fù)合結(jié)構(gòu)，皮芯重量比為3∶7-7∶3；其皮層料的重量百分比配方是高抗沖聚苯乙烯20-80％，聚苯乙烯 19.5-79.9％，交聯(lián)劑0.5-0.1％；其芯層料的重量百分比配方是高抗沖聚苯乙烯10-30％，聚丙烯60.6-74.4％，聚乙烯5-15％，增容劑4-0.5％，交聯(lián)劑0.4-0.1％；其中，高抗沖聚苯乙烯的熔融指數(shù)為4-30，聚苯乙烯的熔融指數(shù)為5-50，聚丙烯的熔融指數(shù)為18-50，聚乙烯的熔融指數(shù)為15-60。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子交換纖維，其特征在于該纖維所述的皮芯重量比為4∶6-6∶4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的離子交換纖維制造方法，其特征在于該方法按下列工藝進(jìn)行(1)制造纖維皮層料將配方所述熔融指數(shù)和比例的高抗沖苯乙烯、聚苯乙烯、交聯(lián)劑混合均勻后，在220-260℃下經(jīng)雙螺桿擠出，造粒，制造出纖維皮層料；(2)制造纖維芯層料將配方所述熔融指數(shù)和比例的高抗沖聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、增容劑、交聯(lián)劑混合均勻后，在180-230℃下經(jīng)雙螺桿擠出，造粒，制造出纖維芯層料；(3)制造皮芯復(fù)合絲將上述(1)、(2)所述的皮層料和芯層料用皮芯復(fù)合紡絲機(jī)紡制出卷繞絲；再將卷繞絲在9 0-110℃溫度下拉伸，拉伸倍數(shù)1.5-3倍，即得到皮芯復(fù)合絲；(4)纖維交聯(lián)反應(yīng)將所得皮芯復(fù)合絲放入含有多聚甲醛、冰醋酸、濃硫酸按8-2∶25-31∶67比例配制的交聯(lián)溶液中，在80-95℃下反應(yīng)1.5-3小時(shí)，得到交聯(lián)纖維；(5)纖維功能化處理根據(jù)需要，將所得交聯(lián)纖維進(jìn)行功能化反應(yīng)，即可得到相應(yīng)的離子交換纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的離子交換纖維制造方法，其特征在于該方法所述的(5)纖維功能化處理是纖維磺化處理工藝即將所得交聯(lián)纖維浸入二氯乙烷與濃硫酸按8-2∶92-98比例配制的磺化液中，在70-80℃下反應(yīng)2-3小時(shí)，然后升至90-98℃，反應(yīng)2-3小時(shí)，即可得到所述的強(qiáng)酸型離子交換纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的離子交換纖維制造方法，其特征在于該方法所述的(5)纖維功能化處理是纖維強(qiáng)胺化處理工藝即將所得交聯(lián)纖維浸入含催化劑的氯甲醚溶液中，在45℃下反應(yīng)8--10小時(shí)后，得到氯甲基化纖維；再將所得纖維放入三甲胺溶液中，在室溫下反應(yīng)20--24個(gè)小時(shí)后，即得到強(qiáng)堿型離子交換纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的離子交換纖維制造方法，其特征在于該方法所述的(5)纖維功能化處理是纖維弱胺化處理工藝即將所得交聯(lián)纖維浸入含催化劑的氯甲醚溶液中，在45℃下反應(yīng)8--10小時(shí)后，得到氯甲基化纖維；再將所得纖維放入乙二胺溶液中，在50℃下反應(yīng)12--15小時(shí)后，即得到弱堿型離子交換纖維。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種離子交換纖維及其制造方法。其纖維特征在于具有皮芯結(jié)構(gòu)，皮芯重量比為3∶7－7∶3；皮層料配方是高抗沖聚苯乙烯20－80％、聚苯乙烯19.5－79.9％、交聯(lián)劑0.5－0.1％；芯層料配方是高抗沖聚苯乙烯10－30％、聚丙烯60.6－74.4％、聚乙烯5－15％、增容劑4－0.5％、交聯(lián)劑0.4－0.1％。其制造方法特征是1.制造皮層料按所述皮層料配方均勻混合后在220－260℃溫度下經(jīng)雙螺桿擠出造粒制得；2.制造芯層料以雷同1方法制得；3.制造復(fù)合絲將所得皮、芯料按比例紡制卷繞絲；再將其于90－110℃溫度下拉伸1.5－3倍制得；4.纖維交聯(lián)將復(fù)合絲放入含有多聚甲醛、冰醋酸、濃硫酸按8－2∶25－31∶67比例配制的交聯(lián)溶液中，在80－95℃下反應(yīng)1.5－3小時(shí)制得；5.纖維功能化處理根據(jù)需要將所得交聯(lián)纖維功能化反應(yīng)即可得到相應(yīng)的離子交換纖維。
文檔編號(hào)B01J39/00GK1396001SQ0212520
公開(kāi)日2003年2月12日 申請(qǐng)日期2002年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月17日
發(fā)明者齊魯, 葉建忠, 鄒建柱, 李和玉 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 天津工業(yè)大學(xué)