一种交联聚丙烯腈纤维的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种交联聚丙烯腈纤维的制备方法，包括以下步骤：1)将聚丙烯腈纤维放入辐照管中；2)密封所述辐照管，并抽真空，然后通入氧气；3)将装有所述聚丙烯腈纤维的辐照管置于钴源下进行室温辐照处理；以及4)取出所述辐照处理过的聚丙烯腈纤维，在惰性气氛下进行加热处理。本发明所提供的有氧辐照结合加热处理制备交联聚丙烯腈纤维的方法，可以使聚丙烯腈纤维的辐射氧化降解显著减小，并且其交联程度得到提高。通过上述方法获得的交联聚丙烯腈纤维其凝胶含量达到80％以上。交联的聚丙烯腈纤维的机械性能，物理以及化学性质也得到了大幅度的提高，从而大大延长了其作为吸附材料基材的寿命，节约成本。
【专利说明】一种交联聚丙烯腈纤维的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高分子材料领域，更具体地涉及一种交联聚丙烯腈纤维的制备方法。【背景技术】
[0002]辐射加工技术作为一种可以调节聚合物性能的重要技术正在得到越来越广泛的应用。由于聚合物分子量大，通常由几千甚至上万个单元组成，所以辐射引发的微小化学变化也可能引起聚合物材料性能的显著变化。聚合物的辐射效应中最重要的是辐射交联与辐射降解，多数情况下两个过程同时发生，但有主次之分，主要取决于聚合物的结构以及辐照条件和后处理条件。辐射交联是通过辐照作用使聚合物分子之间通过键桥联在一起，形成三维网状结构，使聚合物达到不溶，大大提高聚合物的热稳定性；除此之外还会导致聚合物发生许多物理和化学变化，利用这些变化可以使聚合物的性能得到改善。
[0003]聚丙烯腈作为一种用于吸附重金属离子的螯合型聚合物基材，已经得到了广泛的应用，交联的聚丙烯腈纤维有利于保证纤维的强度，实现材料的重复利用。
[0004]聚丙烯腈纤维在无氧的条件下辐照主要产生交联，而氧的存在可促进其产生辐射裂解。对聚丙烯腈纤维而言，辐射交联有利于在改善其它性能比如热稳定性的同时而尽量保持其原有的机械强度，而辐射裂解则会在降低其性能的同时，大大降低其机械强度。但是实际上，在辐射过程中保持绝对的无氧比较困难，同样，当无氧辐照处理后的样品空气条件下储存时，由于辐照产生的陷落自由基的存在会继续引发氧化降解，通常也采用惰性气氛下加热退火的方式，清除自由基。由于辐射裂解主要受氧气扩散的影响，因此聚丙烯腈纤维在有氧条件下辐照时的裂解程度还主要受到剂量，剂量率以及氧分压等因素的影响。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种交联聚丙烯腈纤维的制备方法，从而解决现有技术中聚丙烯腈纤维在有氧辐射加工中强度被显著降低的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
[0007]提供一种交联聚丙烯腈纤维的制备方法，包括以下步骤:1)将聚丙烯腈纤维放入辐照管中；2)密封所述辐照管，并抽真空，然后通入氧气；3)将装有所述聚丙烯腈纤维的辐照管置于钴源下进行室温辐照处理；以及4)取出所述辐照处理过的聚丙烯腈纤维，在惰性气氛下进行加热处理。
[0008]优选地，所述加热处理的温度是80?170°C，最优选地是80?105°C。
[0009]所述加热处理的时间是10?120min,最优选地是10?80min。
[0010]优选地，所述加热处理是在105°C下进行80min。
[0011]所述通入氧气后的压力范围为IXlO4?lX106Pa。
[0012]所述辐照的辐照剂量控制在IOkGy?500kGy，优选为45kGy?135kGy，最优选为90kGy。
[0013]所述辐照的剂量率控制在0.lGy/s?3Gy/s。[0014]所述惰性气氛为氮气或氩气。
[0015]抽真空至1~lOOOPa，然后通入氧气。
[0016]聚丙烯腈在有氧辐照时主要发生氧化降解，因此，现有技术中主要采用无氧辐照即尽可能削弱氧化降解程度，提高其辐照交联程度，获得交联度高的聚丙烯腈纤维。而本发明则是充分利用聚丙烯腈的辐射氧化，并联合热处理方法，提高其交联程度。本发明所提供的有氧辐照结合加热处理制备交联聚丙烯腈纤维的方法，可显著削弱聚丙烯腈纤维在有氧条件下辐照时的氧化降解程度，有效提高其交联程度。这种削弱辐射氧化降解、提高交联程度的方法尚未见报道，对其它高分子材料同样具有借鉴意义。
[0017]高分子材料交联后形成的三维网状结构，不溶于任何溶剂，因而可用萃取方法将交联高分子在适当溶剂中充分溶解后测得其不溶解部分的重量，即凝胶含量，通过该凝胶含量即可衡量其交联的程度，凝胶含量越大，则交联程度越高。通过上述方法获得的交联聚丙烯腈纤维其凝胶含量达到80%以上，与无氧辐照获得的最高凝胶含量相当，但可大大降低辐照剂量。交联的聚丙烯腈纤维的机械性能，物理以及化学性质也会得到大幅度的提高，从而大大延长其作为吸附材料基材的寿命，节约成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是分别在2 X IO4Pa, IX IO5Pa, 5 X IO5Pa的氧分压下以剂量率为0.5Gy/s辐照剂量为90kGy的聚丙烯腈纤维在热处理前后的凝胶含量变化图。
【具体实施方式】
[0019]以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
[0020]1、辐照
[0021]将聚丙烯腈纤维样品放入辐照管中，抽真空至I~lOOOPa，密封，然后通入氧气使其压力达到IXlO4~IXlO6Pa,放入钴源在室温下进行辐照，通过控制辐照时间以及样品与钴源的距离来控制剂量与剂量率。
[0022]2、凝胶含量的测定
[0023]称取一定质量经过辐照处理的聚丙烯腈纤维，用滤纸包裹后装入100目的不锈钢网制成的网篮中，浸入纯净的二甲亚砜溶剂中，在80°C溶解24h;然后将样品取出，用甲醇对样品抽提12h以上；然后将样品放入真空烘箱中，在60°C干燥24h后取出冷却至室温，称重；重复抽提干燥，直至样品的质量不再变化。根据以下公式计算凝胶含量:
[0024]
【权利要求】
1.一种交联聚丙烯腈纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)将聚丙烯腈纤维放入辐照管中； 2)密封所述辐照管，并抽真空，然后通入氧气； 3)将装有所述聚丙烯腈纤维的辐照管置于钴源下进行室温辐照处理；以及 4)取出所述辐照处理过的聚丙烯腈纤维，在惰性气氛下进行加热处理。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热处理的温度是80?170°C。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述加热处理的时间是10?120mino
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述加热处理是在105°C下进行80mino
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述通入氧气后的压力范围为IXlO4 ?IXlO6Pa0
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述辐照的辐照剂量控制在IOkGy?500kGy。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述辐照的辐照剂量控制在45kGy?135kGy。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述辐照的剂量率控制在0.lGy/s?3Gy/s0
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛为氮气或氩气。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，抽真空至I?lOOOPa，然后通入氧气。
【文档编号】D06M10/06GK103924440SQ201410190697
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】王谋华, 吴国忠, 刘伟华, 张文礼, 张文发 申请人:中国科学院上海应用物理研究所