專利名稱：含有季銨基的纖維材料及其合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖維材料及其合成方法，尤其涉及一種含有季銨基的纖維材料及其合成方法，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對常見的紡織纖維(包括合成纖維和天然纖維)進行功能化，使之既保持纖維材料固有的特點和優(yōu)點，又被賦予各種特殊的性能和用途，這一領(lǐng)域的研究正在日益受到人們的關(guān)注。紡織纖維供應充足、品種繁多，是獲取新材料的良好原料來源?；瘜W改性是對纖維進行功能化的重要手段，利用纖維本身所帶有的可反應化學基團，通過與某些化學試劑的反應引入新的功能基團和結(jié)構(gòu)，使纖維具有新的表面化學特性，賦予其抗靜電、吸水保濕、吸附分離、抗菌除臭、水和空氣凈化等新的功能?；瘜W改性可采用不同的纖維作為原料，通過不同的處理方法和過程得以實現(xiàn)，以含季銨基的纖維材料為例，有相關(guān)文獻報道如下
(I)中國專利CN201110357387. 2“一種羥丙基三甲基氯化銨甲殼胺纖維的制備方法”通過甲殼胺纖維的氨基與2，3_環(huán)氧丙基三甲基氯化銨分子上環(huán)氧基的反應，引入季銨鹽基團；(2)中國專利CN201110290869.0“多功能螯合離子交換纖維的制備方法”是以合成纖維或合成纖維與棉、麻混紡纖維為基材纖維，浸過胺基樹脂溶液、制得叔胺基功能纖維，而后叔胺基功能纖維依次與5-氯甲基水楊醛和氨基化合物反應，從而得到含有季銨基和水楊醛縮氨基結(jié)構(gòu)的多功能螯合離子交換纖維；(3)中國專利CN201010216107. I “一種強堿性陰離子交換纖維材料及其合成方法”采用腈綸纖維先與多胺基化合物反應引入胺基，再利用胺基與縮水甘油三甲基氯化銨反應引入季銨基，得到一種新型纖維材料；(4)中國專利CN201010555361. 4 “聚苯硫醚基強堿離子交換纖維的制備方法”將原料聚苯硫醚纖維在溶劑中溶脹、加入原料氯甲醚和催化劑加熱進行氯甲基化與交聯(lián)反應，將得到的氯甲基化交聯(lián)聚苯硫醚纖維在溶劑中進行溶脹、加入三甲胺溶液進行季銨化反應，得到產(chǎn)物聚苯硫醚基強堿離子交換纖維；(5)中國專利CN200910228776. 8 “一種含羧基和季銨基的離子交換纖維的制備方法”是將聚丙烯纖維在Y-射線輻照下接枝丙烯酸，然后在紫外輻照下與甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨反應，得到含有羧基和季銨基的離子交換纖維；(6)中國專利CN200710191881. X “麻纖維接枝胺化改性工藝”先將麻纖維用高碘酸鈉等選擇性氧化得到氧化麻纖維，然后利用氧化麻纖維表面醛基與端氨基超支化合物及其季銨鹽表面的氨基發(fā)生反應并以共價鍵結(jié)合，在纖維表面引入豐富的氨基、亞胺基和季銨鹽結(jié)構(gòu)；(7)中國專利CN200710047757. 6 “等離子體法接枝季銨基團的化學纖維及其接枝方法”采用等離子活化纖維接枝陽離子季銨基團的方法，先將所需處理的化學纖維在電暈放電的電場中處理使纖維表面產(chǎn)生自由基或離子基團，然后浸入含雙鍵的季銨單體溶液水溶液中進行接枝聚合反應，再經(jīng)后處理即得到含有季銨陽離子基團的化學纖維；(8)文獻“季銨型陰離子交換纖維的制備及其吸附性能研究”(合成纖維工業(yè)，2011年第6期)將棉纖維進行堿化、老化處理，所 得的堿纖維與交聯(lián)劑4，4’- 二苯基甲烷二異氰酸酯反應制得中間產(chǎn)物，再與3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨接枝反應得到季銨型陰離子交換纖維；(9)文獻“等離子體法制備強堿性離子交換纖維”(北京服裝學院學報(自然科學版)2009年第4期)通過等離子體引發(fā)苯乙烯單體與腈綸無紡布接枝聚合，對接枝產(chǎn)物進行氯甲基化和胺化反應制備了強堿性離子交換纖維；(10)文獻“含季銨基離子交換纖維的制備研究”(離子交換與吸附，2009年第6期)以輻射接枝丙烯酸后的聚丙烯無紡布為基材，采用紫外引發(fā)的方法接枝甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨，得到含季銨基的離子交換纖維；(11)文獻“強堿性離子交換纖維的結(jié)構(gòu)與性能” (材料科學與工藝，2006年第I期)由聚丙烯纖維與苯乙烯-二乙烯苯經(jīng)Y-射線共輻照接枝后再經(jīng)氯甲基化和胺化反應后制得聚丙烯基強堿性離子交換纖維；(12)文獻“腈綸纖維的季銨化及抗菌效果探討”(化學世界，1995年第3期)對腈綸或錦綸纖維進行季銨化，使之具有殺菌消毒特性，具體方法第一步，利用醇鈉或四氫鋁鋰將腈綸的氰基還原成伯胺基，第二步，利用碘甲烷將伯胺基轉(zhuǎn)變?yōu)榧句@基，如采用錦綸可直接進行第二步反應。上述報道中，文獻3、12所采用的原料纖維與本發(fā)明相同，所采用的反應試劑和合成方法則與本發(fā)明顯著不同；文獻5、10、11采用了輻射化學接枝的方法，文獻7、9采用了等離子體活化的方法，本發(fā)明則不涉及輻射或等離子技術(shù)；其余文獻中所采用的原料纖維和合成方法與本發(fā)明不同。本發(fā)明以腈綸纖維為基礎(chǔ)材料，依次通過與特定的二元胺、溴代烷的化學反應即可獲得含有季銨基的纖維材料，其化學結(jié)構(gòu)和合成路線不同于現(xiàn)有相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型的含有季銨基的纖維材料；又在于提供一種原料易得、工藝簡單、具有實用性的該種纖維材料的合成方法。為實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為以腈綸纖維為基礎(chǔ)材料，通過腈綸纖維與特定結(jié)構(gòu)的二元胺反應引入叔胺基，再通過叔胺基與溴代烷的反應生成季銨基，得到一種新型的含有季銨基的纖維材料。本發(fā)明提供的合成方法具體過程為首先將腈綸纖維浸沒在二元胺的溶液中進行反應，溶劑為乙二醇、丙二醇或丙三醇，原料的用量比例為每g腈綸使用flOml 二元胺和l(TlOOml溶劑，反應溫度為90-130°C，反應時間為l_10h，反應結(jié)束后將纖維用去離子水洗凈，在50-80°C溫度下烘干，得到含叔胺基的纖維；然后將該含叔胺基的纖維浸沒在溴代烷的溶液中進行反應，溶劑為甲醇、乙醇或丙酮，原料的用量比例為每g纖維使用f IOml溴代烷和l(TlOOml溶劑，反應溫度為20-70°C，反應時間為l_10h，反應產(chǎn)物依次用溶劑和用去離子水洗滌，在50-80°C溫度下烘干，得到含季銨基的纖維。該化學反應過程及所合成纖維材料的化學結(jié)構(gòu)如下所示
權(quán)利要求
1.一種含季銨基的纖維材料，其特征在于以腈綸纖維為基礎(chǔ)材料，通過腈綸纖維與特定的二元胺反應引入叔胺基，再利用溴代烷與叔胺基反應生成季銨基，從而得到含有牢固化學鍵合的季銨基結(jié)構(gòu)的纖維材料；所采用的特定的二元胺的分子結(jié)構(gòu)為
2.如權(quán)利要求I所述的纖維材料，其特征在于纖維的季銨基含量為0.2 2mmol/g纖維。
3.如權(quán)利要求I或2所述的纖維材料的合成方法，其特征在于首先將腈綸纖維浸沒在如權(quán)利要求I所述的二元胺的溶液中進行反應，溶劑為乙二醇、丙二醇或丙三醇，原料的用量比例為每g腈綸使用廣IOml 二元胺和l(Tl00ml溶劑，反應溫度為90_130°C，反應時間為l-10h，反應結(jié)束后將纖維用去離子水洗凈，在50-80°C溫度下烘干，得到含叔胺基的纖維；然后將該含叔胺基的纖維浸沒在如權(quán)利要求I所述的溴代烷的溶液中進行反應，溶齊IJ為甲醇、乙醇或丙酮，原料的用量比例為每g纖維使用f IOml溴代烷和KTlOOml溶劑，反應溫度為20-70°C，反應時間為l-10h，反應產(chǎn)物依次用溶劑和去離子水洗滌，在50-80°C溫度下烘干，得到含季銨基的纖維。
4.如權(quán)利要求3所述的纖維材料的合成方法，其特征在于所采用的原料腈綸纖維為結(jié)構(gòu)中含有90%以上的丙烯腈單元的商品腈綸纖維或腈綸織物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含季銨基的纖維材料及其合成方法，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以腈綸纖維為基礎(chǔ)材料，通過腈綸纖維與特定結(jié)構(gòu)的二元胺反應引入叔胺基，再通過叔胺基與溴代烷的反應生成季銨基，得到一種新型的纖維材料，在化學物質(zhì)分離提取、水和空氣凈化、功能紡織品等方面具有良好應用前景。本發(fā)明的合成方法過程簡單、條件溫和、容易控制，反應過程中原料消耗較少，產(chǎn)物的分離和后處理簡單，是一種具有實用性的合成方法。
文檔編號D06M13/08GK102720057SQ20121022635
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月3日
發(fā)明者徐其超, 王靜, 趙東, 趙亮 申請人:河南省科學院化學研究所有限公司