Способ получения ионообменного волокна

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИОНООБМЕННОГО ВОЛОКНА обработкой полиакрилонитрильного волокна водным раствором гидразингидрата или сернокислого гидразина и раствором едкого натра, отличающийся тем, что, с целью повышения анионообменной емкости, обработку раствором едкого натра проводят до степени гидролиза 6 - 30% и затем дополнительно обрабатывают 20 - 40%-ным раствором гидразингидрата при 80 - 95^oС 10 - 90 мин.

Изобретение относится к области производства ионообменных волокон, в частности к области производства анионообменных волокон на основе полиакрилонитрила или сополимеров акрилонитрила.
Известен способ получения модифицированного волокна на основе полиакрилонитрила путем обработки его гидразингид- ратом.
Согласно этому способу процесс осуществляют в несколько стадий: предварительно волокно подвергают набуханию в растворе диметилформамида, затем обрабатывают водным раствором гидразингидрата и термообрабатывают в среде инертного газа при 150-200^oC. Несмотря на сложную обработку, статическая обменная емкость таких волокон (СОЕ) по анионообменным группам невысока и составляет 0,5 - 0,9 мг экв/г.
Известен способ получения ионообменного полиакрилонитрильного волокна путем обработки его раствором соли гидразина и едкого натра при соотношении компонентов 1:1-1:1,2.
Этот способ позволяет получать катионообменные волокна для волокна с амфотерными свойствами, но не позволяет получить анионообменные волокна с достаточно высокой СОЕ по основным группам.
Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ получения ионообменного волокна обработкой полиакрилонитрильного волокна водным раствором гидразингидрата или сернокислого гидразина и раствором едкого натра.
Этот способ позволяет получать волокна с достаточно высокой обменной емкостью (СОЕ) по карбоксильным группам до 9-9,5 мг - экв/г, однако СОЕ таких волокон по анионообменным группам не превышает 0,9 мг-экв/г.
Целью изобретения является повышение анионообменной емкости полиакрилонитрильного волокна.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения ионообменного волокна обработкой полиакрилонитрильного волокна водным раствором гидразингидрата или сернокислого гидразина и раствором едкого натра, обработку раствором едкого натра проводят до степени гидролиза 6-30%, а затем дополнительно обрабатывают 20-40%-ным раствором гидразингидрата при 80-95^oC 10-90 мин.
Снижение степени гидролиза волокна ниже 6% нецелесообразно, так как в этом случае в значительной степени замедляется процесс гидразидирования и для повышения величины обменной емкости по анионообменным группам требуются более жесткие условия обработки, при которых ухудшаются физико-механические свойства волокна. При повышении степени гидролиза выше 30% увеличиваются амфотерные свойства волокна и снижается величина максимальной обменной емкости по анионообменным группам. Использование растворов гидразингидрата, имеющих концентрацию менее 20%, вызывает уменьшение обменной емкости волокна и приводит к увеличению времени обработки.
Применение растворов гидразингидрата с концентрацией выше 40% усложняет аппаратурное оформление процесса из-за возможности образования взрывоопасных концентраций, увеличивает расход гидрозингидрата, а также ухудшает физико-механические свойства получаемых волокон. Интервал температур 80-95^oC обоснован тем, что при температурах ниже 80^oC замедляется процесс гидразидирования, а высокая температура способствует окислительному разложению растворов гидразингидрата и протеканию вторичных реакций, вызывающих уменьшение обменной емкости волокна.
Время обработки 10-90 мин выбрано, исходя из возможности достижения достаточно высокой величины обменной емкости волокна по анионообменным группам при указанных выше параметрах проведения процесса.
П р и м е р 1. Волокно нитрон обрабатывают 20%-ным раствором гидразингидрата при 90^oС в течение 2 ч, затем волокно обрабатывают 2,5%-ным раствором NaOH в течение 30 мин при 80^oC.
СОЕ волокна по катионообменным группам равна 2,5 мг - экв/г. Указанная величина CОЕ cоответствует степени гидролиза 30%. Полученное волокно модифицируют 20% -ным раствором гидразингидрата при 95^oC в течение 10 мин (М 1: 50). СОЕ по анионообменным (основным) группам составляет 4,2 мг - экв/г, прочность волокна 15,8 сн/текс, удлинение 22,8%.
П р и м е р 2. Волокно нитрон гидразидируют аналогично примеру 1. Обрабатывают 2,5%-ным раствором NaOH в течение 30 мин при 70^oC. СОЕ по катионообменным группам равна 0,94 мг - экв/г, что соответствует степени гидролиза 11,3% . Затем волокно обрабатывают 30%-ным раствором гидразингидрата при 95^oC 60 мин. СОЕ по анионообменным группам составляет 3,2 мг - экв/г, прочность 16,5 сн/текс.
Для сравнения волокно нитрон обрабатывают 30%-ным раствором гидразингидрата при 95^oC 60 мин. СОЕ по анионообменным группам 0,4 мг экв/г, прочность 18,3 сн/текс.
П р и м е р 3. Полиакрилонитрильное волокно обрабатывают при 90^oC раствором сернокислого гидразина при концентрации 120 г/л и раствором NaOН (120 г/л) в течение 10 мин (М 1:50). СОЕ по катионообменным группам составляет 2, 0 мг - экв/г, по аминным группам 0,2 мг - экв/г, степень гидролиза равна 24%.
Полученное волокно гидразидируют 30%-ным раствором гидразингидрата при 90^oC в течение 90 мин. СОЕ по основным группам 4,5 мг - экв/г.
П р и м е р 4. Волокно нитрогидразидируют аналогично примеру I. Обрабатывают 2,5%-ным раствором NaOН в течение 10 мин при 80^oC. СОЕ волокна по катионообменным группам равна 0,5 мг - экв/г, что соответствует степени гидролиза 6%.
Обменная емкость по аминным группам отсутствует. Далее волокно обрабатывают 40% -ным раствором гидразингидрата при 80^oC в течение 60 мин. СОЕ по основным группам 2,8 мг - экв/г.
Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет получить анионообменные волокна с алифатическими аминогруппами. Волокна обладают удовлетворительными сорбционными и механическими свойствами, а также расширяет ассортимент и области применения волокнистых сорбентов.