专利名称：一种离子交换纤维及其制造方法
技术领域：
本发明涉及化学纤维材料及其制造方法技术，具体为一种离子交换纤维及其制造方法技术。其IPC主分类号拟为Int.Cl7B01G 39/20。
日本专利特开昭63-108039报道了一种离子交换纤维的制造方法。该纤维是以聚苯乙烯为海成分，以聚丙烯为岛成分，在250℃和260℃下进行熔融纺丝，岛数为16。该制造方法涉及复合纺丝技术，其不足是一是需要使用制造难度较大的海岛型纺丝组件；二是其虽然采用海岛型式，并用聚丙烯增强纤维，但由于没有解决海与岛聚合物之间的相分离问题，从而使功能化后的纤维存在一定剥离度。最新的中国专利CN1279135A号公开了一种聚苯乙烯和聚烯烃的共混物经通用熔融纺丝设备制造“多芯海岛型共混型离子交换纤维”制造方法。该种方法虽然使用了通用熔融纺丝设备制造共混型离子交换纤维，但该方法同样存在聚苯乙烯和聚烯烃两类聚合物之间的相分离问题，纤维功能化后其强度很低，使用寿命短，不利于实际应用。
(三)技术内容针对现有技术的不足，本发明拟解决所述的海岛型或共混型离子交换纤维都存在的聚合物之间的相分离技术问题，提供一种制造方法比较简单，但聚合物之间相容性较好、使用寿命较长的离子交换纤维及其制造方法技术。
本发明解决所述技术问题的技术方案是设计一种离子交换纤维，其特征在于该纤维具有皮芯复合结构，皮芯重量比是3∶7-7∶3；其皮层料的重量百分比配方是高抗冲聚苯乙烯 20-80％，聚苯乙烯 19.5-79.9％，交联剂 0.5-0.1％；其芯层料的重量百分比配方是高抗冲聚苯乙烯 10-30％，聚丙烯 60.6-74.4％，聚乙烯 5-15％，增容剂 4-0.5％，交联剂 0.4-0.1％；
其中，高抗冲聚苯乙烯的熔融指数为4-30，聚苯乙烯的熔融指数为5-50，聚丙烯的熔融指数为18-50，聚乙烯的熔融指数为15-60。
本发明的离子交换纤维采用皮芯复合纺丝方法纺制，其工艺方法如下1.制造纤维皮层料将配方所述熔融指数和比例的高抗冲苯乙烯、聚苯乙烯、交联剂混合均匀后，在220-260℃下经双螺杆挤出，造粒，制造出纤维皮层料；2.制造纤维芯层料将配方所述熔融指数和比例的高抗冲聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、增容剂、交联剂混合均匀后，在180-230℃下经双螺杆挤出，造粒，制造出纤维芯层料；3.制造皮芯复合丝将上述1、2所述的皮层料和芯层料用皮芯复合纺丝机纺制出卷绕丝；再将卷绕丝在90-110℃温度下拉伸，拉伸倍数1.5-3倍，即得到皮芯复合丝；4.纤维交联反应将所得皮芯复合丝放入含有多聚甲醛、冰醋酸、浓硫酸按8-2∶25-31∶67比例配制的交联溶液中，在80-95℃下反应1.5-3小时，得到交联纤维；5.纤维功能化处理根据需要，将所得交联纤维进行功能化反应，即可得到相应的离子交换纤维。
经测试，所得纤维的交换量为1.8-3.8mmol/g，特别是所得到离子交换纤维的皮芯层之间的相分离现象大为改善，实用性增强，使用寿命也大大增加。
具体实施方式
本发明离子交换纤维具有皮芯复合结构，皮芯重量比为3∶7-7∶3；其皮层料的重量百分比配方是高抗冲聚苯乙烯20-80％，聚苯乙烯 19.5-79.9％，交联剂0.5-0.1％；其芯层料的重量百分比配方是高抗冲聚苯乙烯10-30％，聚丙烯60.6-74.4％，聚乙烯5-15％，增容剂4-0.5％，交联剂0.4-0.1％；其中，高抗冲聚苯乙烯的熔融指数为4-30，聚苯乙烯的熔融指数为5-50，聚丙烯的熔融指数为18-50，聚乙烯的熔融指数为15-60。
本发明离子交换纤维的皮层料和芯层料的配方中都设计使用了所述比例的高抗冲聚苯乙烯，使用其目的是为了增加聚合物之间的相容性，并可产生一定交联作用，可较好地解决聚苯乙烯和聚烯烃两类聚合物之间的相分离问题。
为了进一步改善聚合物之间的相容性，本发明离子交换纤维在纤维的芯层料中添加了增容剂。所述的增容剂为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)中的一种。
为了增加皮、芯料内部和皮、芯料界面聚合物之间的结合力，更好地解决聚苯乙烯和聚烯烃两类聚合物之间的相分离问题，本发明离子交换纤维在纤维的皮、芯层料中都添加了适当比例的交联剂。所述的交联剂为2，5-二甲基-2，5-双(叔丁过氧基)己烷(AD)、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁过氧基)己炔-3(YD)、α，α-(叔丁过氧基)二异丙苯、过氧化二异丙苯(DCP)中的一种或一种以上。
本发明离子交换纤维具有皮芯复合结构，皮芯重量比为3∶7-7∶3，但更为理想的是4∶6-6∶4。
本发明离子交换纤维的制造方法简单说是按配方要求分别制造皮、芯两种离子交换纤维的专用纺丝料，经复合纺丝设备中通用皮芯复合纺丝组件制造皮芯复合纤维，再将复合纤维拉伸、交联、磺化或胺化反应。磺化可制得强酸型离子交换纤维；将交联后的纤维进行氯甲基化、经不同胺化可制得强碱型或弱碱型离子交换纤维。
本发明离子交换纤维的制造方法是采用皮芯复合纺丝方法纺制离子交换纤维，具体说是按配方要求1.制造纤维皮层料将熔融指数为4-30的高抗冲苯乙烯占混合料重量的20-80％，熔融指数为5-50的聚苯乙烯，占19.5-79.9％，交联剂0.1-0.5％，按重量百分比混合后，在220-260℃下经双螺杆挤出，造粒。制造出离子交换纤维皮层料；2.制造纤维芯层料将熔融指数为18-50的聚丙烯按50.6-84.4％、熔融指数为15-60的聚乙烯按5-15％、高抗冲聚苯乙烯占混合料重量的10-35％，增容剂占0.5-4％，交联剂占0.1-0.4％的重量百分比混合后，在180-230℃下经双螺杆挤出，造粒。制造出离子交换纤维芯层料；3.制造皮芯复合丝将上述1、2两种切粒料用皮芯复合纺丝机纺制出卷绕丝；再将卷绕丝经90-110℃，拉伸倍数1.5-3的拉伸，得到皮芯复合丝；4.纤维交联将皮芯复合丝放入含有多聚甲醛、冰醋酸、浓硫酸按2-8∶25-35∶57-73比例配制的交联溶液中，在80-95℃下反应1.5-3小时，得到交联纤维；5.纤维功能化处理根据需要，将所得交联纤维进行功能化反应，即可得到相应的离子交换纤维。
本发明离子交换纤维制造方法所述的第5步，即“5.纤维功能化处理”工艺中，根据需要，可以进行纤维磺化处理工艺或胺化处理工艺。当进行纤维磺化处理工艺时，可以得到强酸型离子交换纤维。具体的纤维磺化处理工艺是将第4步所得的交联纤维浸入二氯乙烷与浓硫酸按8-2∶92-98比例配制的磺化液中，在70-80℃下反应2-3小时，然后升至90-98℃，反应2-3小时，即可得到所述的强酸型离子交换纤维。
当进行纤维胺化处理工艺时，可以得到碱型离子交换纤维。当进行纤维强胺化处理工艺时，可以得到强碱型离子交换纤维；当进行纤维弱胺化处理工艺时，可以得到弱碱型离子交换纤维。所述的强胺化处理工艺具体是把第4步所得的交联纤维浸入含催化剂的氯甲醚溶液中，在45℃下反应8--10小时后，得到氯甲基化纤维；再将所得纤维放入三甲胺溶液中，在室温下反应20--24个小时后，即得到强碱型离子交换纤维；所述的弱胺化处理工艺具体是将所得交联纤维浸入含催化剂的氯甲醚溶液中，在45℃下反应8--10小时后，得到氯甲基化纤维；再将所得纤维放入乙二胺溶液中，在50℃下反应12--15小时后，即得到弱碱型离子交换纤维。
经测定，本发明离子交换纤维的交换量为1.8-3.8mmol/g，特别是所得离子交换纤维的皮芯层相分离现象大为改善，使用寿命长。
以下给出本发明的几个具体实施例
2.取熔融指数为4 5的聚丙烯按60.7份、熔融指数为40的聚乙烯为5份、高抗冲聚苯乙烯为30份，增容剂SBS(苯乙烯.丁二烯.苯乙烯嵌段共聚物)占4份，交联剂2，5-二甲基-2，5-双(叔丁过氧基)己炔-3(YD)占0.4份，混合后，在180℃下经双螺杆挤出，造粒，制备出纤维芯层料；3.将上述两种切片按3∶7皮芯重量比经皮芯复合纺丝机在280℃下纺制出卷绕丝；卷绕丝经水洗后，在100℃下3倍拉伸、烘干、切断后，得到皮芯复合短纤维；4.将8份多聚甲醛、25份冰醋酸、67份浓流酸混合均匀，将得到皮芯复合短纤维放入此交联溶液中，加热至95℃，反应1.5小时，得到交联纤维。
5.将交联纤维浸入含有二氯乙烷按2份、浓硫酸98份配制的磺化溶液中，在80℃下反应3小时，然后升至98℃，反应2小时，得到所述的离子交换纤维。经测试，该纤维的交换量为1.6mmol/g，纤维相分离现象大为改善。
2.取熔融指数为20的聚丙烯按67.9份、熔融指数为20的聚乙烯10
份、熔融指数为20的高抗冲聚苯乙烯为20份，增容剂SB占2份，交联剂过氧化二异丙苯(DCP)占0.1份，混合后，在190℃下经双螺杆挤出，造粒，制备出纤维芯层料；3.将上述两种切片按4∶6皮芯比经皮芯复合纺丝机在275℃下纺制出卷绕丝；卷绕丝经水洗后，在100℃下3倍拉伸、烘干、切断后得到皮芯复合短纤维；4、5同实施例3。经测试，纤维的交换量为2.3mmol/g，纤维相分离现象大为改善。
权利要求
1.一种离子交换纤维，其特征在于该纤维具有皮芯复合结构，皮芯重量比为3∶7-7∶3；其皮层料的重量百分比配方是高抗冲聚苯乙烯20-80％，聚苯乙烯 19.5-79.9％，交联剂0.5-0.1％；其芯层料的重量百分比配方是高抗冲聚苯乙烯10-30％，聚丙烯60.6-74.4％，聚乙烯5-15％，增容剂4-0.5％，交联剂0.4-0.1％；其中，高抗冲聚苯乙烯的熔融指数为4-30，聚苯乙烯的熔融指数为5-50，聚丙烯的熔融指数为18-50，聚乙烯的熔融指数为15-60。
2.根据权利要求1所述的离子交换纤维，其特征在于该纤维所述的皮芯重量比为4∶6-6∶4。
3.根据权利要求1或2所述的离子交换纤维制造方法，其特征在于该方法按下列工艺进行(1)制造纤维皮层料将配方所述熔融指数和比例的高抗冲苯乙烯、聚苯乙烯、交联剂混合均匀后，在220-260℃下经双螺杆挤出，造粒，制造出纤维皮层料；(2)制造纤维芯层料将配方所述熔融指数和比例的高抗冲聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、增容剂、交联剂混合均匀后，在180-230℃下经双螺杆挤出，造粒，制造出纤维芯层料；(3)制造皮芯复合丝将上述(1)、(2)所述的皮层料和芯层料用皮芯复合纺丝机纺制出卷绕丝；再将卷绕丝在9 0-110℃温度下拉伸，拉伸倍数1.5-3倍，即得到皮芯复合丝；(4)纤维交联反应将所得皮芯复合丝放入含有多聚甲醛、冰醋酸、浓硫酸按8-2∶25-31∶67比例配制的交联溶液中，在80-95℃下反应1.5-3小时，得到交联纤维；(5)纤维功能化处理根据需要，将所得交联纤维进行功能化反应，即可得到相应的离子交换纤维。
4.根据权利要求3所述的离子交换纤维制造方法，其特征在于该方法所述的(5)纤维功能化处理是纤维磺化处理工艺即将所得交联纤维浸入二氯乙烷与浓硫酸按8-2∶92-98比例配制的磺化液中，在70-80℃下反应2-3小时，然后升至90-98℃，反应2-3小时，即可得到所述的强酸型离子交换纤维。
5.根据权利要求3所述的离子交换纤维制造方法，其特征在于该方法所述的(5)纤维功能化处理是纤维强胺化处理工艺即将所得交联纤维浸入含催化剂的氯甲醚溶液中，在45℃下反应8--10小时后，得到氯甲基化纤维；再将所得纤维放入三甲胺溶液中，在室温下反应20--24个小时后，即得到强碱型离子交换纤维。
6.根据权利要求3所述的离子交换纤维制造方法，其特征在于该方法所述的(5)纤维功能化处理是纤维弱胺化处理工艺即将所得交联纤维浸入含催化剂的氯甲醚溶液中，在45℃下反应8--10小时后，得到氯甲基化纤维；再将所得纤维放入乙二胺溶液中，在50℃下反应12--15小时后，即得到弱碱型离子交换纤维。
全文摘要
本发明涉及一种离子交换纤维及其制造方法。其纤维特征在于具有皮芯结构，皮芯重量比为3∶7－7∶3；皮层料配方是高抗冲聚苯乙烯20－80％、聚苯乙烯19.5－79.9％、交联剂0.5－0.1％；芯层料配方是高抗冲聚苯乙烯10－30％、聚丙烯60.6－74.4％、聚乙烯5－15％、增容剂4－0.5％、交联剂0.4－0.1％。其制造方法特征是1.制造皮层料按所述皮层料配方均匀混合后在220－260℃温度下经双螺杆挤出造粒制得；2.制造芯层料以雷同1方法制得；3.制造复合丝将所得皮、芯料按比例纺制卷绕丝；再将其于90－110℃温度下拉伸1.5－3倍制得；4.纤维交联将复合丝放入含有多聚甲醛、冰醋酸、浓硫酸按8－2∶25－31∶67比例配制的交联溶液中，在80－95℃下反应1.5－3小时制得；5.纤维功能化处理根据需要将所得交联纤维功能化反应即可得到相应的离子交换纤维。
文档编号B01J39/00GK1396001SQ0212520
公开日2003年2月12日 申请日期2002年7月17日 优先权日2002年7月17日
发明者齐鲁, 叶建忠, 邹建柱, 李和玉 申请人:中国石油化工股份有限公司, 天津工业大学