CN106823768A - 一种二氧化钛‑超支化聚胺酯‑蒙脱土复合纤维过滤材料及其制备方法 - Google Patents

一种二氧化钛‑超支化聚胺酯‑蒙脱土复合纤维过滤材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二氧化钛‑超支化聚胺酯‑蒙脱土复合纤维过滤材料，由以下重量份的原料组成：二乙醇胺8‑15，甲醇58‑86，丙烯酸甲酯14‑30，蒙脱土39‑56，三羟甲基丙烷33‑45，对甲苯磺酸4‑9，丙二酸二乙酯60‑84，无水碳酸钾2‑7，TiCl4 21‑34，盐酸溶液适量，蒸馏水适量，无水乙醇适量，N,N‑二甲基甲酰胺适量。本发明利用蒙脱土的层状结构，实现对二氧化钛催化剂的稳定固化，之后利用超支化聚胺酯插层改性蒙脱土，得到三元复合物，通过纺丝工艺制得超支化聚胺酯/蒙脱土/二氧化钛复合纤维过滤材料，具有较高的过滤效果，同时具有自清洁性、净化空气的作用，可应用于空调过滤器等领域。

Description

一种二氧化钛-超支化聚胺酯-蒙脱土复合纤维过滤材料及其 制备方法
技术领域
本发明涉及一种甲醛清除剂，具体涉及一种二氧化钛-超支化聚胺酯-蒙脱土复合纤维过滤材料及其制备方法。
背景技术
甲醛是一种极强的杀菌剂，广泛用于工业生产中。甲醛是制造合成树脂、油漆、塑料和人造纤维的原料，是人造板工业制造脲醛树脂胶、三聚氰胺树脂胶和酚醛树脂胶的重要原料。甲醛为较高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位。甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。
目前，人们消除室内空气中甲醛污染的主要方法是使用甲醛消除剂。但目前市场上销售的普通的甲醛消除剂产品在一定时间内的甲醛消除量有限并且效果的持久性差，通常这些甲醛消除剂的有效期只有几天时间。
王学川、袁绪政等人在其《活泼亚甲基类超支化聚合物甲醛捕获剂的合成及应用》一文中，以二乙醇胺(DEA)和丙烯酸甲酯(MA)为原料通过Michael加成反应制得AB2型单体，在对甲苯磺酸催化下，与三羟甲基丙烷发生酯交换反应，制得一种端羟基超支化聚(胺-酯)，之后与丙二酸二乙酯，通过酯交换反应对端羟基超支化聚(胺-酯)进行端基改性，从而制备活泼亚甲基类超支化聚合物(HPAM)，可以有效的捕捉甲醛，但是其捕获过程比较缓慢。
蒙脱土(MMT)是一类层间有可交换阳离子的二维层状硅酸盐矿物，具有良好的膨胀性、吸附性和阳离子交换性能，为许多插层物质进行层间复合嵌入反应提供了有利的条件。因此利用蒙脱土可以实现对催化剂的稳定固载，同时可用来吸附甲醛，以达到净化空气的目的。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种二氧化钛-超支化聚胺酯-蒙脱土复合纤维过滤材料及其制备方法。
一种二氧化钛-超支化聚胺酯-蒙脱土复合纤维过滤材料，由以下重量份的原料组成：二乙醇胺8-15份，甲醇58-86份，丙烯酸甲酯14-30份，蒙脱土39-56份，三羟甲基丙烷33-45份，对甲苯磺酸4-9份，丙二酸二乙酯60-84份，无水碳酸钾2-7份，TiCl4 21-34份，盐酸溶液适量，蒸馏水适量，无水乙醇适量，N,N-二甲基甲酰胺适量。
具体步骤如下：
（1）配制TiCl4柱化剂：
将TiCl4加入到盐酸溶液中，用蒸馏水稀释至Ti4+和HCl浓度分别为0.8mol/L和0.2-0.4mol/L，即得TiCl4柱化剂；
（2）将蒙脱土分散在蒸馏水中，缓慢滴加上述TiCl4柱化剂，搅拌反应4-5小时，调pH值至2-3，搅拌反应3-5小时，之后离心分离，用无水乙醇洗涤、抽滤，之后水洗、干燥，在500℃下煅烧产品45-70分钟，经冷却、研磨，即得二氧化钛柱撑蒙脱土；
（3）反应单体的合成：
在三口烧瓶中加入二乙醇胺和甲醇，混合物在室温下搅拌至二乙醇胺完全溶解后，缓慢滴加丙烯酸甲酯，加料完毕后升温至30-40℃保温反应3-5小时，然后抽真空除去甲醇，得到油状物；
（4）端羟基超支化聚胺酯改性蒙脱土的制备：
在三口烧瓶中加入步骤（2）二氧化钛柱撑蒙脱土、三羟甲基丙烷和对甲苯磺酸，搅拌混合物10-25分钟，升温至110-120℃，开始搅拌并滴加步骤（3）反应单体，110-130℃反应30-50分钟后，转移到旋转蒸发仪中继续反应，直到体系不再有气泡鼓出为止，得到端羟基超支化聚胺酯改性蒙脱土；
（5）在三口烧瓶中加入丙二酸二乙酯和催化剂无水碳酸钾，搅拌均匀后，缓慢升温至95-105℃，开始缓慢加入步骤（4）产物，加料完毕后保温反应4-5小时，然后减压蒸馏，抽真空处理，即得超支化聚胺酯/蒙脱土/二氧化钛三元复合物；
（6）将步骤（5）得到的复合物分散在N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，，制得质量百分含量为10-50%的纺丝浆液；
（7）将纺丝浆液以1-100mL/h的挤出速度通过直径为5-5000μm的纺丝喷头，于5-30℃的凝固液中停留1-3600s凝固成丝，洗涤，40-80℃真空干燥24小时，得到超支化聚胺酯/蒙脱土/二氧化钛复合纤维过滤材料。
其中，所述的盐酸溶液的浓度为2.0mol/L。
其中，步骤（1）配制TiCl4柱化剂时，Ti:HCl摩尔比为2:1。
其中，步骤（2）中干燥条件为干燥温度在65-73℃，干燥时间3-6小时。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明制备了端羟基超支化聚胺酯插层改性蒙脱土，之后与丙二酸二乙酯反应对聚合物进行封端改性，超支化聚胺酯是一个近球型的三维分子结构，在分子的内部存在空腔，对甲醛小分子有一定的吸附作用，同时利用蒙脱土的吸附性能，将甲醛快速捕获，吸附在消除剂上，另外因其含有的大量活泼亚甲基官能团可与甲醛发生反应，能够有效降低甲醛的含量。
（2）本发明利用蒙脱土的层状结构，实现对二氧化钛催化剂的稳定固化，提高对甲醛的光催化降解效率，将甲醛的物理吸附和化学反应相结合，最终使甲醛转化成无毒、无味物质，做到边吸附边消除甲醛的目的，达到快速、持久净化空气的效果，在实际使用时对空气中的其它有毒有味气体也具有较强的吸附作用，实际使用效果良好。
（3）本发明纺丝工艺简单，所得复合纤维过滤材料耐高温性能优异，具有较高的过滤效果，同时具有自清洁性、净化空气的作用，可应用于空调过滤器等领域。
具体实施方式
一种二氧化钛-超支化聚胺酯-蒙脱土复合纤维过滤材料，由以下重量份的原料组成：二乙醇胺13份，甲醇76份，丙烯酸甲酯22份，蒙脱土43份，三羟甲基丙烷40份，对甲苯磺酸7份，丙二酸二乙酯75份，无水碳酸钾5份，TiCl4 27份，盐酸溶液适量，蒸馏水适量，无水乙醇适量，N,N-二甲基甲酰胺适量。
具体步骤如下：
（1）配制TiCl4柱化剂：
将TiCl4加入到盐酸溶液中，用蒸馏水稀释至Ti4+和HCl浓度分别为0.8mol/L和0.3mol/L，即得TiCl4柱化剂；
（2）将蒙脱土分散在蒸馏水中，缓慢滴加上述TiCl4柱化剂，搅拌反应4小时，调pH值至2.5，搅拌反应4小时，之后离心分离，用无水乙醇洗涤、抽滤，之后水洗、干燥，在500℃下煅烧产品60分钟，经冷却、研磨，即得二氧化钛柱撑蒙脱土；
（3）反应单体的合成：
在三口烧瓶中加入二乙醇胺和甲醇，混合物在室温下搅拌至二乙醇胺完全溶解后，缓慢滴加丙烯酸甲酯，加料完毕后升温至35℃保温反应4小时，然后抽真空除去甲醇，得到油状物；
（4）端羟基超支化聚胺酯改性蒙脱土的制备：
在三口烧瓶中加入步骤（2）二氧化钛柱撑蒙脱土、三羟甲基丙烷和对甲苯磺酸，搅拌混合物20分钟，升温至115℃，开始搅拌并滴加步骤（3）反应单体，120℃反应40分钟后，转移到旋转蒸发仪中继续反应，直到体系不再有气泡鼓出为止，得到端羟基超支化聚胺酯改性蒙脱土；
（5）在三口烧瓶中加入丙二酸二乙酯和催化剂无水碳酸钾，搅拌均匀后，缓慢升温至100℃，开始缓慢加入步骤（4）产物，加料完毕后保温反应4小时，然后减压蒸馏，抽真空处理，即得超支化聚胺酯/蒙脱土/二氧化钛三元复合物；
（6）将步骤（5）得到的复合物分散在N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，，制得质量百分含量为30%的纺丝浆液；
（7）将纺丝浆液以10mL/h的挤出速度通过直径为100μm的纺丝喷头，于5℃的丙酮中停留360s凝固成丝，洗涤，60℃真空干燥24小时，得到超支化聚胺酯/蒙脱土/二氧化钛复合纤维过滤材料。
其中，所述的盐酸溶液的浓度为2.0mol/L。
其中，步骤（1）配制TiCl4柱化剂时，Ti:HCl摩尔比为2:1。
其中，步骤（2）中干燥条件为干燥温度在65-73℃，干燥时间3-6小时。

Claims (5)

1.一种二氧化钛-超支化聚胺酯-蒙脱土复合纤维过滤材料，其特征在于，由以下重量份的原料组成：二乙醇胺8-15份，甲醇58-86份，丙烯酸甲酯14-30份，蒙脱土39-56份，三羟甲基丙烷33-45份，对甲苯磺酸4-9份，丙二酸二乙酯60-84份，无水碳酸钾2-7份，TiCl4 21-34份，盐酸溶液适量，蒸馏水适量，无水乙醇适量，N,N-二甲基甲酰胺适量。
2.根据权利要求书1所述的一种二氧化钛-超支化聚胺酯-蒙脱土复合纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）配制TiCl4柱化剂：
将TiCl4加入到盐酸溶液中，用蒸馏水稀释至Ti4+和HCl浓度分别为0.8mol/L和0.2-0.4mol/L，即得TiCl4柱化剂；
（2）将蒙脱土分散在蒸馏水中，缓慢滴加上述TiCl4柱化剂，搅拌反应4-5小时，调pH值至2-3，搅拌反应3-5小时，之后离心分离，用无水乙醇洗涤、抽滤，之后水洗、干燥，在500℃下煅烧产品45-70分钟，经冷却、研磨，即得二氧化钛柱撑蒙脱土；
（3）反应单体的合成：
在三口烧瓶中加入二乙醇胺和甲醇，混合物在室温下搅拌至二乙醇胺完全溶解后，缓慢滴加丙烯酸甲酯，加料完毕后升温至30-40℃保温反应3-5小时，然后抽真空除去甲醇，得到油状物；
（4）端羟基超支化聚胺酯改性蒙脱土的制备：
在三口烧瓶中加入步骤（2）二氧化钛柱撑蒙脱土、三羟甲基丙烷和对甲苯磺酸，搅拌混合物10-25分钟，升温至110-120℃，开始搅拌并滴加步骤（3）反应单体，110-130℃反应30-50分钟后，转移到旋转蒸发仪中继续反应，直到体系不再有气泡鼓出为止，得到端羟基超支化聚胺酯改性蒙脱土；
（5）在三口烧瓶中加入丙二酸二乙酯和催化剂无水碳酸钾，搅拌均匀后，缓慢升温至95-105℃，开始缓慢加入步骤（4）产物，加料完毕后保温反应4-5小时，然后减压蒸馏，抽真空处理，即得超支化聚胺酯/蒙脱土/二氧化钛三元复合物；
（6）将步骤（5）得到的复合物分散在N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，，制得质量百分含量为10-50%的纺丝浆液；
（7）将纺丝浆液以1-100mL/h的挤出速度通过直径为5-5000μm的纺丝喷头，于5-30℃的凝固液中停留1-3600s凝固成丝，洗涤，40-80℃真空干燥24小时，得到超支化聚胺酯/蒙脱土/二氧化钛复合纤维过滤材料。
3.根据权利要求书1、2所述的一种二氧化钛-超支化聚胺酯-蒙脱土复合纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的盐酸溶液的浓度为2.0mol/L。
4.根据权利要求书2所述的一种二氧化钛-超支化聚胺酯-蒙脱土复合纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）配制TiCl4柱化剂时，Ti:HCl摩尔比为2:1。
5.根据权利要求书2所述的一种二氧化钛-超支化聚胺酯-蒙脱土复合纤维过滤材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中干燥条件为干燥温度在65-73℃，干燥时间3-6小时。
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