CN111041821B - 一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法，属于功能高分子材料领域。所述方法步骤为：将基体纤维加入环物质和功能化合物混合溶液中，在60℃～100℃下回流反应0.5h～6h，然后将产物洗至中性，干燥，得到一种功能纤维。所述方法以纤维为基体，利用三元环物质的高反应活性将功能化合物接枝到反应活性较低的固体基体纤维上，实现纤维的功能化。具有制备方法简便，所得纤维功能基团类别和数量方便控制且接枝率高的特点。

Description

一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法
技术领域
本发明涉及一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法，具体涉及一种以商品纤维为基体通过三元环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法，属于功能高分子材料领域。
背景技术
功能纤维是指在纤维现有的性能上，再同时附加上某些特殊功能的纤维。含有特定官能团的功能纤维的应用领域取决于其官能团。例如，含有胺基的功能纤维可用于气调库中CO2的脱除、蔬菜大棚中CO2气施、居室空气中甲醛等有害气体清除；含特殊结构的胺基功能纤维可用于水中重金属离子的清除与回收；含有亲水性官能团的功能纤维，可用于吸保水领域；含有钨和铅等重金属的功能纤维可用于防辐射领域；含银离子的功能纤维可用于抗菌抑菌纺织品领域。目前，现有功能纤维一般是通过物理涂覆或基体纤维与功能化合物直接反应的方法制备得到，上述方法存在接枝率低，基体纤维和功能化合物选择范围小的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法，所述方法以纤维为基体，利用三元环物质的高反应活性将功能化合物接枝到反应活性较低的固体基体纤维上，实现纤维的功能化。具有制备方法简便，所得纤维功能基团类别和数量方便控制、接枝率高且物质选择范围广的特点。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法，所述方法步骤如下：
将基体纤维加入环物质和功能化合物混合溶液中，在60℃～100℃下回流反应0.5h～6h，然后将产物洗至中性，干燥，得到一种功能纤维；
其中，所述基体纤维为含有羧基(-COOH)或胺基(-NH2)基团的纤维；
所述环物质为含氮三元环类物质或含氧三元环类物质；
所述功能化合物为含有羧基(-COOH)、胺基(-NH2)或羟基(-OH)基团的大分子化合物；
所述基体纤维与功能化合物不同时含有相同基团；
所述混合溶液的溶剂为去离子水纯度以上的水、乙醇或丙酮；
所述混合溶液中环物质的质量分数为0.1％～1％；
所述混合溶液中功能化合物的质量分数为0.1％～50％。
优选的，所述基体纤维为聚丙烯腈羧基纤维(PAN-COOH纤维)或聚丙烯腈胺基纤维(PAN-NH2纤维)。
优选的，所述环物质为氮丙啶、甲基氮丙环、三羟甲基丙烷-三[3-(2-甲基氮丙啶基)]丙酸酯、2,3-环氧丙醇、甲基丙烯酸缩水甘油酯或异氰尿酸三缩水甘油酯。
优选的，所述环物质为氮丙啶；所述混合溶液中环物质质量分数为0.5％。
优选的，所述功能化合物为聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、乙二胺四乙酸(EDTA)、氨基乙酸、氨基磷酸、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠、油酸、油酸酰胺或硬脂醇；所述混合溶液中功能化合物的质量分数为5％。
优选的，所述环物质与功能化合物的质量比为1:1～1:50。
优选的，所述环物质与功能化合物的质量比为1:10。
优选的，所述混合溶液与基体纤维的用量比为100mL:1～10g。
优选的，所述混合溶液与基体纤维的用量比为100mL:2g。
优选的，反应温度为80℃～100℃，反应时间为1h～3h。
有益效果
1.本发明提供了一种以商品纤维为基体通过三元环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法。所述制备方法操作简便，制备过程绿色环保。
2.所述制备方法将高反应性环物质引入接枝过程，增大了纤维基体与功能化合物间的反应几率，制备的功能纤维官能团含量高，力学性能好，满足不同工业背景需求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法，所述方法步骤如下：
(1)混合溶液的配置
称取1g氮丙啶、10g聚乙烯亚胺(PEI，重均分子量为3000)，配置成200mL氮丙啶和PEI的混合水溶液，其中混合水溶液中氮丙啶的质量分数为0.5％，PEI的质量分数为5％。
(2)功能纤维的制备
称量4g羧基含量为2.0mmol/g的聚丙烯腈羧基(PAN-COOH)纤维；将200mL混合溶液和4g PAN-COOH纤维依次加入500mL三口烧瓶中，于100℃下回流反应1h，然后将产物洗涤至中性，干燥，得到一种功能纤维(PEI-NH2)-
Figure BDA0002296328630000031
-(HOOC-PAN)。
通过酸碱滴定法测得所述功能纤维中胺基含量为5.4mmol/g，表明所述功能纤维具有较高的接枝率。
经测试，相较PAN纤维，改性后的功能纤维断裂强度和断裂伸长率损失较小，满足工业应用需求。
实施例2
一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法，所述方法步骤如下：
(1)混合溶液的配置
称取1g甲基丙烯酸缩水甘油酯、10g聚乙烯胺(PVAM)(重均分子量为5000)，配置成200mL甲基丙烯酸缩水甘油酯和PVAM的混合水溶液，其中混合水溶液中甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量分数为0.5％，PVAM的质量分数为5％。
(2)功能纤维的制备
称量4g羧基含量为2.0mmol/g的PAN-COOH纤维；将200mL混合水溶液液和4g PAN-COOH纤维依次加入500mL三口烧瓶中，于80℃下回流反应3h，然后将产物洗涤至中性，干燥，得到一种功能纤维(PVAM-NH2)-
Figure BDA0002296328630000041
-(HOOC-PAN)。
通过酸碱滴定法测得所述功能纤维中胺基含量为3.85mmol/g，表明所述功能纤维具有较高的接枝率。
经测试，相较PAN纤维，改性后的功能纤维断裂强度和断裂伸长率损失较小，满足工业应用需求。
实施例3
一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法，所述方法步骤如下：
(1)混合溶液的配置
称取1g异氰尿酸三缩水甘油酯、10g油酸，配置成200mL异氰尿酸三缩水甘油酯和油酸混合乙醇溶液。其中，所述混合乙醇溶液中异氰尿酸三缩水甘油酯的质量分数为0.5％，油酸的质量分数为5％。
(2)功能纤维的制备
称量4g胺基含量为5.4mmol/g的PAN-NH2纤维；将200mL混合乙醇液和4g纤维依次加入500mL三口烧瓶中，于90℃下回流反应2h，然后将产物洗涤至中性，干燥，得到一种功能纤维
Figure BDA0002296328630000051
-
Figure BDA0002296328630000052
-(NH2-PAN)。
通过增重法测得所述纤维的增重率为22.5％，表明所述功能纤维具有较高的接枝率。
经测试，相较PAN纤维，改性后的功能纤维断裂强度和断裂伸长率损失较小，满足工业应用需求。
实施例4
一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法，所述方法步骤如下：
(1)混合溶液的配置
称取1g甲基氮丙环、10g硬脂醇，配置成200mL甲基氮丙环和硬脂醇混合乙醇溶液。所述混合乙醇溶液中甲基氮丙环的质量分数为0.5％，硬脂醇的质量分数为5％。
(2)硬脂醇-PAN纤维的制备
称量4g羧基含量为2.0mmol/g的PAN-COOH纤维；将200mL混合乙醇溶液和4g PAN-COOH纤维依次加入500mL三口烧瓶中，于80℃下回流反应3h，然后将产物洗涤至中性，干燥，得到一种功能纤维
Figure BDA0002296328630000053
-
Figure BDA0002296328630000054
-(COOH-PAN)。
通过增重法测得所述纤维增重率为30％，表明所述功能纤维具有较高的接枝率。
经测试，相较PAN纤维，改性后的功能纤维断裂强度和断裂伸长率损失较小，满足工业应用需求。
本发明所述功能纤维具有以下优点：(1)纤维基体和三元环类原料均为工业品，来源稳定，价格较低；(2)功能基团类别和数量方便控制；(3)既可以大批量生产，也可以小量定制；(4)具有较高的强度，可加工成散纤、无纺布等多种形式，应用方式丰富多样。
本发明所述方法具有以下优点：(1)反应实现途径灵活，可根据需求引入特定功能基团，满足不同工业环境对功能纤维的需求；(2)制备过程简便，易于工业化生产。
综上所述，发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
将基体纤维加入环物质和功能化合物混合溶液中，在60℃～100℃下回流反应0.5h～6h，然后将产物洗涤至中性，干燥，得到一种功能纤维；
其中，所述基体纤维为含有羧基或胺基基团的纤维；
所述环物质为含氮三元环类物质或含氧三元环类物质；
所述功能化合物为含有羧基、胺基或羟基基团的大分子化合物；
所述基体纤维与功能化合物不同时含有相同基团；
所述混合溶液的溶剂为去离子水纯度以上的水、乙醇或丙酮；
所述混合溶液中环物质的质量分数为0.1％～1％；
所述混合溶液中功能化合物的质量分数为0.1％～50％。
2.如权利要求1所述的一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法，其特征在于：所述基体纤维为聚丙烯腈羧基纤维或聚丙烯腈胺基纤维。
3.如权利要求1所述的一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法，其特征在于：所述环物质为氮丙啶、甲基氮丙环、三羟甲基丙烷-三[3-(2-甲基氮丙啶基)]丙酸酯、2，3-环氧丙醇、甲基丙烯酸缩水甘油酯或异氰尿酸三缩水甘油酯。
4.如权利要求1所述的一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法，其特征在于：所述环物质为氮丙啶；所述混合溶液中环物质质量分数为0.5％。
5.如权利要求1所述的一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法，其特征在于：所述功能化合物为聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、EDTA、氨基乙酸、氨基磷酸、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠、油酸、油酸酰胺或硬脂醇；所述混合溶液中功能化合物的质量分数为5％。
6.如权利要求1所述的一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法，其特征在于：所述环物质与功能化合物的质量比为1:1～1:50。
7.如权利要求1所述的一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法，其特征在于：所述环物质与功能化合物的质量比为1:10。
8.如权利要求1所述的一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法，其特征在于：所述混合溶液与基体纤维的用量比为100mL:1～10g。
9.如权利要求1所述的一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法，其特征在于：所述混合溶液与基体纤维的用量比为100mL:2g。
10.如权利要求1所述的一种通过环物质开环接枝功能化合物制备功能纤维的方法，其特征在于：反应温度为80℃～100℃，反应时间为1h～3h。
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