一种功能纤维及由其制得的多功能纤维的制作方法

专利名称：一种功能纤维及由其制得的多功能纤维的制作方法
技术领域：
本发明涉及功能性纤维，具体说为一种具有物理吸附作用的功能纤维，以及一种同时具有物理吸附作用和离子交换化学吸附性能的多功能纤维，国际专利主分类号拟为Int.Cl7B01J43/00。
背景技术：
研究表明，新型吸附分离功能纤维，包括活性炭纤维、离子交换纤维、螯合纤维、氧化还原纤维及中空纤维膜等几类，具有许多优良特性，如大的比表面积、均一的孔结构和丰富的离子交换基团，并且其产品可以束、纸、布、毡等多种形式出现，因此作为一种高效的吸附材料，备受人们关注，近年来得到了很大的发展。
离子交换(螯合)纤维主要应用其改性后所含的离子交换基团进行化学吸附。它可以纤维形式出现，并以不同的织物形式参与各种离子交换、吸附及其它过程，例如，以纤维束形式出现的离子交换(螯合)纤维用于柱交换；以非织造布等形式出现的离子交换(螯合)纤维用于空气净化、大量溶液的浅床法处理以及制作特种防护服装、防毒面具、杀菌除臭衣物和其它卫生保健用品等；以纤维球、可移动织物带等形式出现的离子交换(螯合)纤维用于海水中铀的富集以及金和其它贵金属的逆流湿法冶炼过程等。欧洲发明专利1347761公开了一种以普通的合成纤维为骨架，通过半碳化、磺化或胺化等一系列化学反应，将特定的离子基团引入到所述合成纤维中，从而制得功能性离子交换纤维的方法。利用该方法制得的离子交换纤维可广泛应用于环保、医疗保健、石油化工、冶金、水处理、化学吸附、资源回收等领域。但它的不足在于所含的功能性离子基团的性质比较单一，不具备物理吸附性能。中国发明专利CN99109281.3公开了一种弱碱性离子交换纤维。它是采用经通用熔融纺丝设备制造的多芯海岛型聚苯乙烯/聚烯烃共混纤维进行交联、氯甲基化、胺化处理所制得，可用于空气、水等的净化，或金属离子的吸附，或催化剂的制备等，也可用于制造生物医学领域的新材料，例如人工肾或人工肝等。该项技术也缺少物理吸附、尤其是孔吸附功能。中国发明专利CN03115872.2公开的一种碱性离子交换纤维吸附剂是含胺基官能团的丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯-衣康酸三聚物，它能除去非水溶液或非水溶剂中酸性物质及过渡金属离子和重金属离子。不过，该技术存在着所制得的离子交换纤维应用面较窄、作用环境单一的不足。近年来对离子交换纤维及螯合纤维的报道大多限于水处理及卫生保健方面，它们都没赋予纤维高效的物理吸附性能，其吸附功能比较单一，只具有离子交换一种功能，且纤维强度一般较低，价格也偏高，在所述的应用方面并没有被大量使用。
活性炭具有极为发达的内部孔隙结构和较大的比表面积，是一种常用的吸附剂之一。但活性炭存在容易分散、损失、污染环境及过滤操作复杂等缺点。与活性炭相比，活性炭纤维还具有丰富的表面含氧官能团，对水溶液中的有机物、微生物和重金属离子等都有一定的吸附容量，可以利用其良好的物理吸附及交换和表面催化特性来去除复合污染及微生物(如病毒等)。日本专利JP2001115374公布了一种制备具有离子交换特性的高性能活性炭纤维的方法。它是将活性炭纤维放入类似H3PO4及K2CO3等的含有酸或碱的电解溶液中，对其表面进行电化学改性处理，使其含有功能性基团而制成的。对活性炭纤维进行表面处理虽可以提高其对重金属和微生物的吸附能力，但成本也相应提高，同样活性炭纤维也存在着强度低，易造成二次污染、生产工艺复杂及只能吸附小分子等不足。

发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，制备一种新型的功能纤维，该功能纤维具有良好的物理吸附性；并以该功能纤维为基础制备一种多功能纤维，该多功能纤维既具有物理吸附作用，又具有离子交换化学吸附性能，且功能纤维和多功能纤维均具有较好的机械强度，产品功效稳定，成本低廉，制备方法简单，工业化实施容易等特点。
本发明解决所述功能纤维技术问题的技术方案是设计一种功能纤维，包括基材成纤聚合物和功能性添加成分，采用常规纺丝工艺方法制成；所述的基材成纤聚合物为可采用常规湿法纺丝工艺生产的成纤聚合物，包括聚丙烯腈和改性聚丙烯腈、聚乙烯醇或再生纤维素纤维中的任一种；所述功能性添加成分为超细吸附剂，包括活性炭粉末、活性碳纤维粉末、分子筛或活性氧化铝中的任一种，平均直径为0.01～20μm；所述的基材成纤聚合物与功能性添加成分两者的重量比为60～96∶40～4。
本发明解决所述多功能纤维技术问题的技术方案是设计一种多功能纤维，其特征在于该多功能纤维是利用本发明所述的功能纤维经进一步离子化处理而制成的，包括强酸性离子交换多功能纤维、弱酸性阳离子交换多功能纤维、多官能团的离子交换多功能纤维和碱性阴离子交换多功能纤维；所述强酸性离子交换多功能纤维的离子化处理方法包括将含功能性添加成分的聚乙烯醇纤维先进行缩醛化处理，然后于烘箱内在180～200℃进行半炭化处理，最后与98％的浓硫酸反应，制备带有磺酸基的聚乙烯醇阳离子交换纤维，或者将含超细吸附剂的再生纤维素纤维在环氧氯丙烷与氢氧化钠的混合溶液中交联，将已交联的再生纤维素纤维与3-氯-2羟基丙磺酸钠混合后在异丙醇和水的混合溶液中反应制得含磺酸基的强酸性阳离子交换纤维；所述弱酸性阳离子交换多功能纤维的离子化处理方法是将含超细吸附剂的聚丙烯腈或改性聚丙烯腈用水合肼或二乙烯三胺交联反应后，再与氢氧化钠溶液反应，制取弱酸性阳离子交换多功能纤维；所述多官能团的离子交换多功能纤维的离子化处理方法是将腈氯纶纤维与水合肼或二乙烯三胺交联反应后，再与含氢氧化钠及二硫化碳的溶液反应，制取多官能团的离子交换多功能纤维；所述碱性阴离子交换多功能纤维的离子化处理方法是将含超细吸附剂的腈氯纶纤维经水合肼交联，乙二胺胺化，再经稀盐酸和氨水浸泡，制取碱性阴离子交换多功能纤维。
与现有技术相比，本发明的功能纤维只采用了对纤维基材损伤不大的简单共混的方法即可制备出来，因此其物理机械强度远好于普通的活性炭纤维，且机械强度可根据需要通过改变所述超细吸附剂的添加量进行调节控制，适于功能纤维的进一步加工。本发明的多功能纤维是在本发明所述功能纤维的基础上经进一步离子化处理而制成的，因此其最大特点是可适用于既要求物理吸附作用又要求化学吸附作用的复杂特殊场合，例如电镀废水、食品行业废水处理和汽车尾气净化等。本发明的功能纤维及多功能纤维的制造方法简单，不产生污染，产品纤维再生容易，成本低廉，工业化实施容易。本发明的功能纤维及多功能纤维制品若用于水质的深层净化时，具有吸附功效好，使用方便等优点；用于室内装饰材料时，可吸收室内的微量有毒有害气体，净化室内空气，营造更宜人居生活和工作的环境。
具体实施例方式
下面结合实施例进一步叙述本发明本发明设计的功能纤维，包括基材成纤聚合物和功能性添加成分，采用常规纺丝工艺方法制成；所述的基材成纤聚合物为可采用常规湿法纺丝工艺生产纤维的成纤聚合物，包括聚丙烯腈和改性聚丙烯腈、聚乙烯醇或再生纤维素纤维中的任一种；所述功能性添加成分为超细吸附剂，包括活性炭粉末、活性炭纤维粉末、分子筛或活性氧化铝中的任一种，平均直径为0.01～20μm；所述基材成纤聚合物与功能性添加成分两者的重量比为60～96∶40～4。
本发明对所述的基材成纤聚合物要求比较严格，它不仅应是采用常规湿法纺丝工艺生产纤维的成纤聚合物，并适用于所述功能纤维的制备需要，而且还应是适用于本发明所述多功能纤维的制备需要，即经过进一步的化学处理可制成离子交换纤维的成纤聚合物。经研究和实验所选定的成纤聚合物聚丙烯腈和改性聚丙烯腈(包括丙烯腈-丙烯酸甲酯共聚物、丙烯腈-醋酸乙烯酯共聚物、丙烯腈-亚甲基丁二酸共聚物、丙烯腈-氯乙烯共聚物、丙烯腈-偏氯乙烯共聚物(腈氯纶)等，对腈纶共聚物的离子化处理方法是相同的，以下以腈氯纶纤维为例)、聚乙烯醇或再生纤维素纤维中的任一种，可适应本发明所述制备功能纤维以及对所得功能纤维进一步进行离子化处理制备多功能纤维的需要。经离子化处理后的离子交换纤维可为含羧酸根基团的弱酸性阳离子交换多功能纤维、含磺酸根离子的强酸性离子交换多功能纤维、含氨基的弱碱阴离子交换多功能纤维、含磺酸基氨基的多官能团离子交换多功能纤维的一种或多种。
本发明功能纤维的一个显著技术特征是采用了共混添加法的纺丝技术。所述的功能性添加成分为超细吸附剂，包括活性炭粉末、活性碳纤维粉末、分子筛、活性氧化铝中的一种。这些原料的来源广泛，市面有售，成本低，适宜工业化使用。但由于市售的吸附剂通常直径较大，不能满足纺丝加工要求，因此需要对其进行加工处理，使吸附剂的粒径减小，达到超细程度，制成超细吸附剂，以满足纺丝工艺的需求。超细吸附剂的制备方法可采用搅拌磨法、辊压法、辊碾法、高速旋转撞击法、气流粉碎法、液流粉碎法、超声粉碎法中的任一种。本发明实施例主要采用的是搅拌磨法和气流粉碎法。在搅拌磨法采用球磨机研磨时，加入的共混研磨液是二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲基亚砜(DMSO)或水中的任一种。若采用水做研磨液时，研磨后的超细吸附剂可直接用于以水为溶剂的聚乙烯醇和再生纤维素纤维的加工过程，若采用二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)或二甲基亚砜(DMSO)中的任一种为研磨液时，研磨后的超细吸附剂可直接用于聚丙烯腈或改性聚丙烯腈的加工过程。作为物理吸附剂的功能性添加成分经过研磨工艺的处理后，吸附剂比表面积增大，吸附能力也同时增强。研究表明，吸附剂微粒平均直径为0.01～20μm时可行，较好的平均直径范围是在0.1～5μm之间。吸附剂粒径过小，一方面使用中微粒之间易发生团聚，不利于吸附剂在成纤聚合物中的均匀分散，另一方面吸附剂超细化的难度加大，成本将大幅度上升；而吸附剂粒径过大，则容易堵塞喷丝板，引起纺丝性能下降。由于本发明功能纤维中所述的功能性添加成分仅含有所述超细吸附剂，因此，本发明的功能纤维也可称为吸附纤维，相应地，本发明的多功能纤维也可称为多功能吸附纤维。
本发明所述基材成纤聚合物与超细吸附剂两者的重量比为60～96∶40～4，较好的比例是60～90∶40～10。超细吸附剂的比例过低时，制成纤维的吸附功能较差，超细吸附剂的比例过高时，则纺丝加工困难，所制成的纤维物理机械性能较差。所述基材成纤聚合物与功能性添加成分两者的重量比具体设计应当以产品设计要求为准，例如，本发明纤维用于制造对材料机械物理性能或说纺织加工性能要求不高的空气净化材料、或者功能过滤材料时，纤维中的吸附剂就可按较高重量比设计。
本发明所述的多功能纤维是在所述的功能纤维基础上经离子化处理而制成的。经离子化处理后而制成的多功能纤维可以称为离子交换多功能纤维。按照离子化处理方法的不同，它们可以是含羧酸基的弱酸性阳离子交换多功能纤维、含磺酸基的强酸性离子交换多功能纤维、含氨基的弱碱性阴离子交换多功能纤维和含磺酸基氨基的多官能团的离子交换多功能纤维。例如，腈氯纶纤维经过不同的改性处理方法，可制得不同的弱酸性、弱碱性、强酸性及两性离子交换纤维，所含基团可以是羧基、氨基或磺酸基等。本发明实施例虽然主要以腈氯纶纤维为例来说明，但并意味着其仅适用于腈氯纶纤维。由于本发明的多功能纤维同时具有物理吸附作用和化学吸附作用两种功能，因此也可以称为吸附-离子交换纤维或离子交换-吸附纤维。
所述强酸性离子交换多功能纤维的离子化处理方法包括1.将含超细吸附剂的腈氯纶纤维低温氧化，用发烟硫酸处理，在纤维中引入磺酸基制取强酸性离子交换多功能纤维；其具体离子化处理工艺是将含超细吸附剂的腈氯纶纤维悬挂于60℃的烘箱中处理5h，取出放入含有发烟硫酸的烧瓶中反应4h后，水洗风干后投入1mol/L的亚硫酸钠溶液，在60℃反应6h后，取出水洗风干得到强酸性腈氯纶离子交换多功能纤维。
2.将含超细吸附剂的聚乙烯醇纤维先缩醛化，再半碳化，最后进行磺化处理制取带有磺酸基的强酸性阳离子多功能纤维；其具体离子化处理工艺是将含超细吸附剂的聚乙烯醇纤维放入苯甲醛与乙醇(体积比为40∶60)的混合溶液中，依次加入规定量的蒸馏水、氯化锌、硫酸，摇匀后装上球形冷凝器在恒温水浴中加热2小时。反应毕，先用无水乙醇清洗缩醛化纤维(浴比1∶20)，清洗5次后再用蒸馏水彻底清洗，然后在50℃下烘干至恒重；将缩醛化后的纤维垂直挂于烘箱内，缓慢升温至180～200℃，在此温度下保持一定时间，然后自然冷却；再称取半炭化后的纤维5g，置于烧杯内，加入200mL98％的浓硫酸反应2h后水洗，即制成带有磺酸基的聚乙烯醇阳离子交换多功能纤维。
3.将含超细吸附剂的再生纤维素纤维先交联再磺化制备带有磺酸基的强酸性阳离子多功能纤维；其具体离子化处理工艺是将2g左右含超细吸附剂的再生纤维素纤维放入装有环氧氯丙烷10mI，3mol/L的NaOH40ml的三颈瓶中，加热回流1h，过滤得交联再生纤维素纤维，将已交联的再生纤维素纤维与3-氯-2羟基丙磺酸钠按重量比为1∶1.8放入50ml异丙醇和水的混合溶液(体积比为4∶1)中，保持一定温度，反应3h，过滤，水洗至中性，制得所述带有磺酸基的强酸性阳离子交换多功能纤维。
所述弱酸性阳离子交换多功能纤维的离子化处理方法是将含超细吸附剂的腈氯纶纤维用水合肼或二乙烯三胺交联反应后，再与氢氧化钠溶液反应，制取弱酸性阳离子交换多功能纤维；其具体离子化处理工艺是将含超细吸附剂的腈氯纶功能纤维在90～105℃下，用适当浓度的水合肼溶液处理6h，水洗中性，加入1～2mol.L-1氢氧化钠溶液，95℃左右下反应5h，水洗风干可得到羧酸钠型多功能离子交换纤维。
所述碱性阴离子交换多功能纤维的离子化处理方法是将含超细吸附剂的腈氯纶纤维经水合肼交联，乙二胺胺化，再经稀盐酸和氨水浸泡，制取碱性阴离子交换多功能纤维。其具体离子化处理工艺是将含超细吸附剂的腈氯纶功能纤维在90～105℃下，用适当浓度的水合肼溶液处理6h，水洗中性，在1～2mol.L-1的乙二胺溶液中于95℃左右下反应5h后，水洗至中性，在1mol.L-1的稀盐酸中浸泡10h，取出水洗后风干，再经1mol.L-1的氨水浸泡10h，水洗后风干得碱性阴离子交换多功能纤维。
所述含多官能团的离子交换功能纤维的离子化处理方法是将含超细吸附剂的腈氯纶纤维用水合肼或二乙烯三胺交联反应后，再与含氢氧化钠及二硫化碳的溶液反应，制取含多官能团的离子交换多功能纤维；其具体离子化处理工艺是将所得含超细吸附剂的腈氯纶纤维与33％二乙烯三胺按1∶40的固液比，在95～97℃下反应8h，先后用40～50℃去离子水洗和无水乙醇洗涤，风干；加入到含氢氧化钠和二硫化碳的去离子水溶液中，适当搅拌，在室温下反应16h；升温至40～45℃，恒温反应8h，反应过程中将纤维适当搅拌。反应完毕后，取出纤维，用去离子水洗至近中性，然后用乙醇浸泡洗涤3次，风干得到多功能基离子交换-吸附纤维。
本发明所述的功能纤维和多功能纤维可采用一般的或常规的纺丝工艺生产制造，不需要采用较复杂的复合法纺丝工艺，因此设备不必更新，生产更为简单，成本低廉，适宜工业化推广。
本发明的功能纤维和多功能纤维可以用来制造传统的纤维制品。它的一个主要优点是物理机械性能较好，并且所述功能纤维的强度可根据需要对吸附剂含量的多少进行控制，比常规活性炭纤维具有更广泛的可选择性；而所述的多功能纤维在离子交换改性时也可根据需要通过改变相应化学试剂的浓度、温度和作用时间而适当控制纤维物理机械性能，具有良好适用性，特别是它可以用来制造既要求物理吸附作用又要求化学吸附作用的复杂场合使用的特殊产品，例如，用于处理同时含有重金属离子和染料分子的电镀废水；同时含有微生物大分子和染料分子的食品行业废水；以及含有C-H化合物、含氧有机物、NH3、NOx等多种成分的汽车尾气等。这些功能是目前现有技术不能做到的。
本发明的功能纤维和多功能纤维由于所述的超细吸附剂是均匀分布在成纤聚合物之中的，所述的成纤聚合物均为常规或说常用的材料，因而本发明纤维及其制品无论是在纤维的生产及制品的加工过程中，还是在所述制品的使用和废弃过程中，都不再存在着“三废”污染或潜在危害。
还应当指出的是，采用本发明所述的超细吸附剂按一定比例与成纤聚合物混合后制成的功能纤维，并经进一步离子化处理后制成的多功能纤维，也可用于水质净化、提纯精制及卫生保健制品，如鞋垫、口罩、敷料、防护内衣外套等抗菌防护保健用品等，尽管本发明对此没有提出要求。
本发明未述及之处适用于现有技术。
下面以具体实施例进一步描述本发明，但本发明的保护范围不受这些实施例的限制实施例1将市售颗粒状活性炭粉(平均粒径2.0mm，比表面积200m2/g)与二甲基甲酰胺(DMF)按1∶1的重量比混合，在球磨机中搅拌2小时，抽滤后得到50wt％固含量的活性炭滤饼。扫描电子显微镜观察，该活性炭的微粒直径在0.1～4μm之间，达到超细吸附剂的要求。将活性炭滤饼中的活性炭与改性聚丙烯腈纺丝原液(丙烯腈含量为90mol％，丙烯酸甲酯含量为10mol％，原液中固含量为20wt％)按重量比为4～40∶96～60(具体活性炭含量为4.4、9.9、14.1、19.5、25.2、30.0和40.0wt％)在搅拌釜中共混、搅拌、脱泡，经计量泵由喷丝头喷出，经水洗、牵伸、烘干卷绕，可制得活性炭含量分别为4.4～40.0wt％(具体活性炭含量为4.4、9.9、14.1、19.5、25.2、30.0和40.0wt％)的聚丙烯腈功能纤维。
采用YG003A电子强伸仪测定出未改性前的含活性炭聚丙烯腈纤维的性能及可纺性如表1所示。
表1不同活性炭含量改性聚丙烯腈纤维及可纺性测试表

对所得的改性聚丙烯腈功能纤维离子化处理取活性炭含量分别为0.0、14.1和25.2wt％的聚丙烯腈功能纤维，放入浓度为20.9wt％的水合肼溶液中，在90～105℃下反应6h，水洗中性，加入1mol.L-1氢氧化钠溶液中，95℃左右下反应5h，水洗风干后，即可得到所述不同活性炭含量的弱酸性(羧酸钠型)离子交换聚丙烯腈多功能纤维。
经测定，本发明所述纤维的功能效果十分明显未离子化的聚丙烯腈功能纤维(活性炭含量为25.2wt％)对染料甲基橙的吸附量4.01mg.g-1，吸附率74.0％；离子化处理后的改性聚丙烯腈多功能纤维，在染料和重金属离子混合共存情况下，对亚甲基兰和Pb2+均表现出良好的吸附性能，对亚甲基兰和Pb2+的吸附量可分别达到9.5mg.g-1和487.8mg.g-1；对重金属离子的吸附作用约为普通活性炭纤维的10倍，并且也高于一般的离子交换纤维。
实施例2将市售活性炭纤维粉末(长度20mm，直径30μm，比表面积为1000m2/g)100g与750g浓度为20wt％的聚乙烯醇(聚合度1800，水解度88％)水溶液混合后搅拌均匀，经脱泡、计量泵计量、喷丝板和凝固浴及牵伸、干燥等工艺，可制成聚乙烯醇吸附纤维。
将5g的该吸附纤维放入200ml苯甲醛与乙醇(体积比为40∶60)的混合溶液中，再依次加入40ml的蒸馏水、0.5g氯化锌、10mL 98％的浓硫酸，摇匀后装上球形冷凝器在恒温水浴中加热一定时间；反应毕，先用无水乙醇清洗缩醛化纤维(浴比1∶20)，清洗5次后再用蒸馏水彻底清洗，然后在50℃下烘干至恒重；将经过缩醛化的纤维垂直挂于烘箱内，缓慢升温至180～200℃，在此温度下保持一定时间，然后自然冷却；再称取半炭化后的纤维5g，置于烧杯内，加入200mL 98％的浓硫酸反应一定时间，水洗风干，即可制成带有磺酸基的吸附-离子交换聚乙烯醇多功能纤维。
实施例3利用气流粉碎机将钙A型(5A)分子筛(平均粒径2.8mm)研磨成超细分子筛粉，与丙烯腈-偏氯乙烯共聚物(丙烯腈含量为80mol％，偏氯乙烯含量为20mol％，原液中固含量为20wt％)的DMF原液混合，共混纺丝。丙烯腈-偏氯乙烯共聚物及超细分子筛粉按重量比为90∶10，75∶25和60∶40均匀混合，纺丝原液经计量泵，烛形过滤器过滤后，由喷丝头喷入纺丝凝固浴(50～60wt％DMF的水溶液)，纤维凝固成形后，经预热浴水洗、牵伸，再经沸水牵伸、上油、烘干、卷绕，即制得超细分子筛粉含量分别为10、30和40wt％的腈氯纶吸附纤维。
将制得超细分子筛粉含量分别为10、30和40wt％的腈氯纶吸附纤维在90～105℃下，用20.9wt％的水合肼溶液处理6h，水洗中性，在1～2mol.L-1的乙二胺溶液中于95℃左右下反应5h后，水洗至中性，在1mol.L-1的稀盐酸中浸泡10h，取出水洗后风干，再经1mol.L-1的氨水浸泡10h，水洗后风干得碱性阴离子交换多功能纤维。
实施例4将市售粉末状活性氧化铝(平均粒径2.8mm，比表面积250m2/g)与去离子水按1∶2的重量比混合，在球磨机中搅拌4h，扫描电子显微镜观察平均粒径为0.5μm，抽滤后，得到固含量40wt％的活性氧化铝滤饼，将滤饼中的超细氧化铝与再生纤维素(α-纤维素含量95％)纤维的纺丝原液按重量比为25∶75和35∶65在搅拌釜中共混，搅拌，脱泡，经计量泵由喷丝头喷出进入硫酸、硫酸钠和硫酸锌组成的凝固浴，经水洗，牵伸，烘干、卷绕，可制得活性氧化铝含量分别为25和35wt％的再生纤维素吸附纤维。
取5g左右吸附纤维放入装有环氧氯丙烷25mI，3mol/L NaOH的100ml的三颈瓶中，加热回流1h，过滤。得交联纤维素纤维；再将已交联的纤维素纤维与3-氯-2羟基丙磺酸钠按重量比为1∶1.8放入100ml异丙醇和水的混合溶液(体积比为4∶1)中，保持一定温度，反应3h，过滤，水洗至中性，可制得强酸性阳离子交换-吸附再生纤维素多功能纤维。
实施例5将活性碳纤维粉末(平均粒径2.6mm)与丙烯腈-偏氯乙烯共聚物(丙烯腈含量为80mol％，偏氯乙烯含量为20mol％，原液中固含量为20wt％)的DMF原液混合，共混纺丝；丙烯腈-偏氯乙烯共聚物及活性碳纤维粉末按重量比为90∶10，75∶25和60∶40均匀混合，纺丝原液经计量泵，烛形过滤器过滤后，由喷丝头喷入纺丝凝固浴(50～60wt％DMF的水溶液)，纤维凝固成形后，经预热浴水洗、牵伸，再经沸水牵伸、上油、烘干、卷绕，即可制得活性碳纤维粉末含量分别为10、30和40wt％的腈氯纶吸附纤维。
离子化处理方法同实施例3，可得碱性阴离子交换多功能纤维。
实施例6将市售颗粒状活性炭粉(平均粒径2.0mm，比表面积1000m2/g)与二甲基甲酰胺(DMF)按1∶1的重量比混合，在球磨机中搅拌2小时，抽滤后得到50wt％固含量的活性炭滤饼。扫描电子显微镜观察，该活性炭的微粒直径在0.1～4μm之间，达到超细吸附剂的要求。将活性炭滤饼中的活性炭与丙烯腈-偏氯乙烯共聚物(丙烯腈含量为80mol％，偏氯乙烯含量为20mol％，原液中固含量为20wt％)的DMF原液混合，共混纺丝；丙烯腈-偏氯乙烯共聚物及活性碳粉末按重量比为90∶10，75∶25和60∶40均匀混合，纺丝原液经计量泵，烛形过滤器过滤后，由喷丝头喷入纺丝凝固浴(50～60wt％DMF的水溶液)，纤维凝固成形后，经预热浴水洗、牵伸，再经沸水牵伸、上油、烘干、卷绕，即可制得活性碳纤维粉末含量分别为10、30和40wt％的腈氯纶吸附纤维。
将制得活性碳粉末含量分别为10、30和40wt％的腈氯纶吸附纤维悬挂于60℃的烘箱中处理5h，取出放入含有发烟硫酸的烧瓶中反应4h后，水洗风干后投入1mol/L的亚硫酸钠溶液，在60℃反应6h后，取出水洗风干，即可得到强酸性腈氯纶离子交换多功能纤维。
实施例7将市售颗粒状活性炭粉(平均粒径2.0mm，比表面积1000m2/g)与二甲基甲酰胺(DMF)按1∶1的重量比混合，在球磨机中搅拌2小时，抽滤后得到50wt％固含量的活性炭滤饼。扫描电子显微镜观察，该活性炭的微粒直径在0.1～4μm之间，达到超细吸附剂的要求。将活性炭滤饼中的活性炭与丙烯腈-偏氯乙烯共聚物(丙烯腈含量为80mol％，偏氯乙烯含量为20mol％，原液中固含量为20wt％)的DMF原液混合，共混纺丝；丙烯腈-偏氯乙烯共聚物及活性碳粉末按重量比为90∶10，75∶25和60∶40均匀混合，纺丝原液经计量泵，烛形过滤器过滤后，由喷丝头喷入纺丝凝固浴(50～60wt％DMF的水溶液)，纤维凝固成形后，经预热浴水洗、牵伸，再经沸水牵伸、上油、烘干、卷绕，即可制得活性碳纤维粉末含量分别为10、30和40wt％的腈氯纶吸附纤维。
将制得活性碳粉末含量分别为10、30和40wt％的腈氯纶吸附纤维与33wt％二乙烯三胺按1∶40的固液比，在95～97℃下反应8h，先后用40～50℃去离子水洗和无水乙醇洗涤，风干，加入到含氢氧化钠和二硫化碳的去离子水溶液中，适当搅拌，在室温下反应16h，升温至40～45℃，恒温反应8h，反应过程中将纤维适当搅拌。反应完毕后，取出纤维，用去离子水洗至近中性，然后用乙醇浸泡洗涤3次，风干得到多功能基离子交换-吸附纤维。
权利要求
1.一种功能纤维，包括基材成纤聚合物和功能性添加成分，采用常规纺丝工艺方法制成；所述的基材成纤聚合物为可采用常规湿法纺丝工艺生产纤维的成纤聚合物，包括聚丙烯腈和改性聚丙烯腈、聚乙烯醇或再生纤维素纤维中的任一种；所述功能性添加成分为超细吸附剂，包括活性炭粉末、活性碳纤维粉末、分子筛或活性氧化铝中的任一种，平均直径为0.01～20μm；所述的基材成纤聚合物与功能性添加成分两者的重量比为60～96∶40～4。
2.根据权利要求1所述的功能纤维，其特征在于所述的超细吸附剂的平均直径为0.1～5μm，所述基材成纤聚合物与超细吸附剂两者的重量比为60～96∶40～4。
3.根据权利要求2所述的功能纤维，其特征在于所述的超细吸附剂主要采用搅拌磨法和气流粉碎法而制得，采用搅拌磨法在球磨机中研磨时，加入的共混研磨液为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜或水中的一种。
4.一种多功能纤维，其特征在于该多功能纤维是在权利要求1、2或3所述的功能纤维经进一步离子化处理而制成的，包括强酸性阳离子交换多功能纤维、弱酸性阳离子交换多功能纤维、多官能团的离子交换多功能纤维和碱性阴离子交换多功能纤维；所述强酸性离子交换多功能纤维的离子化处理方法包括(1)将含超细吸附剂的腈氯纶纤维低温氧化，用发烟硫酸处理，在纤维中引入磺酸基制取强酸性离子交换多功能纤维；(2)将含超细吸附剂的聚乙烯醇纤维先缩醛化，再半碳化，最后进行磺化处理，制取带有磺酸基的强酸性阳离子多功能纤维；(3)将含超细吸附剂的再生纤维素纤维先交联再磺化，制备带有磺酸基的强酸性阳离子多功能纤维；所述弱酸性阳离子交换多功能纤维的离子化处理方法是将含超细吸附剂的腈氯纶纤维用水合肼或二乙烯三胺交联反应后，再与氢氧化钠溶液反应，制取弱酸性阳离子交换多功能纤维；所述多官能团的离子交换多功能纤维的离子化处理方法是将含超细吸附剂的腈氯纶纤维用水合肼或二乙烯三胺交联反应后，再与含氢氧化钠及二硫化碳的溶液反应，制取多官能团的离子交换多功能纤维；所述碱性阴离子交换多功能纤维的离子化处理方法是将含超细吸附剂的腈氯纶纤维经水合肼交联，乙二胺胺化，再经稀盐酸和氨水浸泡，制取碱性阴离子交换多功能纤维。
全文摘要
本发明涉及一种功能纤维及以该功能纤维为基础制备的多功能纤维。该功能纤维包括基材成纤聚合物和功能性添加成分，所述基材成纤聚合物为可采用常规湿法纺丝工艺生产的成纤聚合物，所述功能性添加成分为超细吸附剂，平均直径为0.01～20μm；两者的重量比为60～96∶40～4；该多功能纤维的特征在于是利用本发明所述的功能纤维经进一步离子化处理而制成的，包括强酸性离子交换多功能纤维、弱酸性阳离子交换多功能纤维、多官能团的离子交换多功能纤维和碱性阴离子交换多功能纤维。该功能纤维具有良好的物理吸附性；该多功能纤维既具有物理吸附作用又具有化学吸附作用，可用于电镀废水、食品行业废水处理和汽车尾气净化等复杂场合。
文档编号D01F6/18GK1811021SQ200610013220
公开日2006年8月2日 申请日期2006年2月27日 优先权日2006年2月27日
发明者张华 , 梁晓飞, 张兴祥, 王学晨, 牛建津 申请人:天津工业大学