高俊娜 崔國士 束興娟 袁夢珍 馬翔

摘 要：以聚烯烴纖維非織布為基材，以二乙烯基苯為交聯(lián)劑，采用微乳液接枝液體系，通過電子束預(yù)輻射接枝丙烯酸，成功制備非織布型弱酸性陽離子交換纖維。該纖維離子交換容量≥8.0mmol/g，接枝率大于90%。中試生產(chǎn)實驗表明，該弱酸性陽離子交換纖維制備工藝過程簡單易行，制備工藝參數(shù)可靠。本實驗室設(shè)計開發(fā)的靜態(tài)反應(yīng)裝置，較好地保證了加熱溫度的均勻性，提高了接枝的均勻性。本設(shè)計適宜進(jìn)行規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：電子束輻照；離子交換纖維；中試

中圖分類號：TQ342.84 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）16-0148-02

Pilot Production of Weak Acid Cation Exchange Fiber

GAO Junna1，2 CUI Guoshi1，2 SHU Xingjuan1，2 YUAN Mengzhen1，2 MA Xiang1，2

Abstract： A weakly acidic cation exchange fiber was successfully prepared by using polyolefin fiber non-woven fabric as a substrate， divinylbenzene as a cross-linker in microemulsion grafting system through electron beam pre-irradiation grafting of acrylic acid. The ion exchange capacity of the fiber is higher than 8.0 mmol/g and the grafting rate is greater than 90%. Pilot production test showed that the preparation process of the weakly acidic cation exchange fiber was simple and easy， and the preparation process parameters were reliable. The static reaction device developed by our laboratory ensured the uniformity of heating temperature and improved the uniformity of the graft. This design was suitable for large-scale industrial production.

Keywords： electron beam irradiation；ion exchange fiber；pilot scale

離子交換纖維被國際科學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界稱為21世紀(jì)功能材料，是全球分離材料研發(fā)領(lǐng)域的一大熱點。離子交換纖維直徑小，比表面積大，交換與洗脫速度快，吸附速度比顆粒狀離子交換劑要高10～100倍，對產(chǎn)品的凈化更為徹底，凈化度可達(dá)到ppb級（億萬分之一）。弱酸性陽離子交換纖維是一種重要的離子交換纖維品種，可廣泛應(yīng)用于濕法冶金中貴重金屬離子的富集提取、含重金屬離子廢水的治理、含陽離子基團(tuán)的生物大分子提取、含陽離子基團(tuán)的有機廢水的治理、含氨廢氣治理等方面。對于生物制藥、有機化工及環(huán)境污染治理等方面的技術(shù)發(fā)展具有重要價值[1]?？聘咻椛涔窘陙硪恢痹谶M(jìn)行電子束輻射接枝制備堿性電池隔膜的研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化實施，已形成成熟的成套裝置和生產(chǎn)工藝技術(shù)。堿性電池隔膜本質(zhì)上是一種離子交換纖維，因此，這一生產(chǎn)工藝技術(shù)完全可以應(yīng)用于離子交換纖維的生產(chǎn)。而且，生產(chǎn)規(guī)模及效率遠(yuǎn)高于常規(guī)的γ-射線輻射接枝。

1 材料與方法

1.1 實驗用主要原材料

聚烯烴纖維濕法非織布，纖維直徑1.5D，面密度72g±10%，幅寬1 000mm；輻照裝置采用AB0.5-60高頻高壓型自屏蔽電子直線加速器，由河南科高輻射化工科技有限公司提供；丙烯酸（市售高純工業(yè)品）；二乙烯基苯（市售工業(yè)品，含量80%）；乳化劑（自制）。

1.2 離子交換容量的檢測方法

按照《陽離子交換樹脂交換容量測定方法》（GB/T 8144-2008）進(jìn)行。

1.3 接枝率G

接枝率的計算公式為：

G=100 %×（W-W0）/W0 （1）

式中，W0為接枝前纖維重量，W為接枝后纖維重量。

1.4 單體利用率U

單體利用率的計算公式為：

U=100%×（W-W0）/W1 （2）

式中，W為接枝后纖維重量，W1為反應(yīng)前，反應(yīng)液中丙烯酸和二乙烯基苯的質(zhì)量。

1.5 中實實驗方法

根據(jù)室內(nèi)實驗獲得的適宜條件，確定中試生產(chǎn)實驗按以下條件進(jìn)行：輻照參數(shù)：0.5MeV，30mA，20m/min；吸收劑量為50kGy；反應(yīng)溫度：60～65℃；反應(yīng)時間：6h；接枝液配方：丙烯酸27，二乙烯基苯2.7，乳化劑4.1，去離子水66.2。

2 結(jié)果與討論

2.1 實驗室實驗結(jié)果

弱酸性陽離子交換纖維的適宜條件為：丙烯酸濃度25%～30%，二乙烯基苯用量為丙烯酸的10%，乳化劑用量為二乙烯基苯的1.5倍，吸收劑量為50～75kGy，反應(yīng)溫度為60～65℃，反應(yīng)時間為6h。接枝率在177以上的樣品，離子交換容量均達(dá)到8mmol/g以上。

2.2 中試結(jié)果

中試生產(chǎn)實驗共進(jìn)行5批，試生產(chǎn)結(jié)果見表1。

中試生產(chǎn)產(chǎn)品每批次從卷首、卷中、卷尾及橫向左、中、右取9個樣品，按照《陽離子交換樹脂交換容量測定方法》（GB/T 8144—2008）檢測其陽離子交換容量。檢測結(jié)果見表2

從表1和表2可以看出，批次間實驗結(jié)果重現(xiàn)性良好，各批次內(nèi)不同部位離子交換容量基本一致，全部達(dá)到8mmol/g；各批次單體利用率均達(dá)到90%以上。這表明本研究獲得的弱酸性陽離子交換纖維制備工藝及各項工藝參數(shù)可行、可靠，具有進(jìn)一步工業(yè)化開發(fā)的價值。

3 結(jié)論

本研究以聚烯烴纖維非織布為基材，以二乙烯基苯為交聯(lián)劑，采用微乳液接枝液體系，通過電子束預(yù)輻射接枝丙烯酸，成功制備了離子交換容量≥8.0mmol/g、單體利用率大于90%的非織布型弱酸性陽離子交換纖維。

中試生產(chǎn)實驗表明，本研究獲得的弱酸性陽離子交換纖維制備工藝過程簡便易行，各項工藝參數(shù)可靠，設(shè)計開發(fā)的靜態(tài)反應(yīng)裝置，較好地保證了加熱溫度的均勻性，有效提高了接枝均勻性，適宜進(jìn)行規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)。

本研究主要開展了羧基型弱酸性陽離子交換纖維的制備研究。在未來的研究工作中，將進(jìn)一步開展對產(chǎn)品的化學(xué)結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)、熱性能及應(yīng)用方面的研究，以期更全面地掌握產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]李鑫，趙俊英，李偉，等.弱酸性陽離子交換纖維對銅離子吸附性能的研究[J].河南科學(xué)，2008（1）：28-30.