Способ получения хемосорбционного карбоксилсодержащего волокна

 

Использование: в химической промышленности в качестве волокнистых ионообменных материалов. Сущность изобретения: полиакрилонитрильное волокно с 1,5 мас.% карбоксильных групп обрабатывают водным раствором, содержащим 8-15 мас. % гидразина и 1,0-2,0 мас.% гидроксида натрия, при 90-100^oC в течение 120-150 мин. 1 табл.

Изобретение относится к области производства ионообменных химических волокон, а именно к способам получения хемосорбционного карбоксилсодержащего волокна с трехмерной химической сеткой.

Известен способ получения ионообменного полиакрилонитрильного волокна обработкой свежесформованного волокна раствором едкого натра и сульфата гидразина [1] Известный способ позволяет упростить и удешевить получения волокна и увеличить его сорбционные способности, однако волокно имеет достаточно низкие прочностные характеристики.

Известен способ получения ионообменного волокна, использующий обработку полиакрилонитрильного волокна водным раствором гидразингидрата и раствором едкого натра [2] Известный способ позволяет получать волокна с высокой сорбционной способностью при достаточно низком времени обработки, однако прочностные характеристики волокна недостаточны.

Известен способ получения ионообменного полиакрилонитрильного волокна обработкой волокна раствором производного гидразина и раствором едкого натра [3] В данном способе совмещение процессов гидразидирования и щелочного гидролиза в одну технологическую стадию позволяет сократить продолжительность обработок, технологический режим проще, чем в предыдущем способе, однако здесь требуется большой расход омыляющего и структурирующего реагентов (до 120 г/л каждого). Суммарная концентрация соли гидразина и NaOH составляет порядка 24 мас. Кроме того, в качестве исходного волокна в данном случае используется только свежеформованное невысушенное полиакрилонитрильное волокно, обладающее пористой структурой, которая обеспечивает проникновение гидразина к нитрильным группам полиакрилонитрила, что способствует образованию трехмерной химической сетки. Высушенное же (готовое) полиакрилонитрильное волокно такой способностью не обладает и поэтому при использовании в качестве исходного стандартного волокна нитрон образование трехмерной сетки не происходит.

Известен способ получения хемосорбционного карбоксилсодержащего волокна обработкой полиакрилонитрильного волокна, содержащего не менее 1,5 мас. карбоксильных групп, водным раствором гидразина и гидроксида натрия при температуре 90^oC [4] Известный способ осуществляется в две стадии, но имеет сравнительно небольшой расход реагентов.

Известен способ получения хемосорбционного карбоксилсодержащего волокна обработкой полиакрилонитрильного волокна, содержащего не менее 1,5 мас. карбоксильных групп, водным раствором гидразинсодержащего соединения и гидроксида натрия при повышенной температуре в течение 120-150 минут [5] Известный способ выбран в качестве прототипа. Известный способ является одностадийным, но имеет значительный расход реагентов.

Задачей настоящего изобретения является создание более эффективного способа получения хемосорбционного полиакрилонитрильного волокна на основе сополимера, содержащего в своем составе не менее 1,5 мас. мономера с карбоксильными группами (на основе волокна нитрон) с требуемыми физико-механическими и сорбционными свойствами, сокращение расхода исходных реагентов.

Технический результат настоящего изобретения состоит в упрощении и удешевлении процесса получения хемосорбционного полиакрилонитрильного волокна с повышенными прочностными характеристиками.

Это позволит осуществить технологический процесс получения хемосорбционного волокна не только на предприятиях, выпускающих полиакрилонитрильные волокна, но и на любом химическом производстве, используя промышленное волокно нитрон.

Указанный эффект достигается путем одностадийной обработки полиакрилонитрильного волокна, имеющего в своем составе не менее 1,5 мас. мономера с карбоксильными группами, водным раствором 8-15 мас. гидразина и 1,0-2,0 мас. гидроксида натрия при температуре 90-100^oC в течение 120-150 мин.

Данные режимы обработки полиакрилонитрильного волокна (стандартного волокна нитрон), содержащего не менее 1,5 мас. мономера с карбоксильными группами, обеспечивают проникновение молекул гидразина к нитрильным группам исходного волокна и, тем самым, создают условия для образования трехмерной химической сетки. Наличие трехмерной структуры, как известно, предотвращает в последующем, как в процессе обработки волокна, так и при эксплуатации изделий из него, растворение полимера в воде и органических растворителях.

Путем изменения различных параметров процесса (концентрации гидразина и гидроксида натрия, температуры и времени реакции) получены экспериментальные данные, которые представлены в таблице.

Пример 1. Штапельное полиакрилонитрильное волокно нитрон загружают в перфорированную корзину реактора при орошении умягченной водой и механическом уплотнении.

Корзину с волокном устанавливают в реакторе химической обработки, закрывают крышкой и заполняют нагретым водным раствором, содержащим 13 мас. гидразина и 1,5 мас. гидроксида натрия.

Обработка волокна происходит при непрерывной циркуляции по замкнутому контуру: реактор насос теплообменник реактор. Температура процесса 95^oC, продолжительность 150 мин.

По окончании реакции отработанный раствор сливают в емкость для укрепления и последующего использования.

Волокно в реакторе промывают умягченной водой при циркуляции. Время одной промывки 15-20 минут, температура комнатная, число промывок 5-7.

Обработанное волокно выгружают из реактора и помещают в сушилку. Температура сушки 80-90^oC. Волокно сушится до влажности не более 10 мас.

Физико-механические и сорбционные свойства полученного карбоксилсодержащего волокна приведены в таблице (образец 3).

Пример 2. Опыт проводят так же, как указано в примере 1, но вместо реактора химической обработки используют центрифу. Волокно обрабатывают раствором, содержащим 15 мас. гидразина и 1 мас. гидроксида натрия. Температура процесса 95^oC, время 150 минут.

Промывку и сушку волокна проводят при режимах, указанных в примере 1.

Физико-механические и сорбционные свойства полученного волокна приведены в таблице (образец 2).

Анализ приведенных в таблице экспериментальных данных показывает, что получение требуемых характеристик обеспечивается только при использовании водного раствора с содержанием гидразина 8-15 мас. гидроксида натрия 1,0-2,0 мас. в течение 120-150 минут при температуре 90-100^oC.

При концентрации гидразина выше 15 мас. волокно обладает низкой COE (образец 1), в то время как при концентрации гидразина ниже 8 мас. волокно получается с низкой разрывной прочностью (образцы 4-6).

Повышение температуры реакции выше 100^oC приводит к существенному снижению прочности волокна (образец 10), а снижение температуры ниже 90^oC понижает показатель COE (образец 9).

Практически так же влияет на величину разрывной прочности увеличение времени реакции более 150 минут (образец 12), в то время как сокращение его ниже 120 минут снижает COE (образец 11).

Из приведенных данных видно также, что повышение концентрации гидроксида натрия более 2 мас. приводит к получению хемосорбционного волокна с низкой разрывной прочностью (образцы 6, 7), в то время как снижение концентрации менее 1,0 мас. при концентрации гидразина 13% уменьшает COE до 3,8 мг·экв/г (образец 8).

Из изложенного видно, что хемосорбционные волокна, полученный при концентрации гидразина 8-15 мас. концентрации гидроксида натрия 1,0-2,0 мас. и температуре реакции 90-100^oC в течение 120-150 минут по физико-механическим и сорбционным показателям удовлетворяют предъявляемым требованиям.

Это позволяет повысить экономические показатели при производстве указанных волокон. Кроме того, повышение прочностных характеристик получаемых волокон положительно влияет на прочностные характеристики при выработке нетканных материалов, что обусловливает снижение отходов при производстве и также положительно влияет на экономические показатели.

Формула изобретения

Способ получения хемосорбционного карбоксилсодержащего волокна обработкой полиакрилонитрильного волокна, содержащего не менее 1,5 мас. карбоксильных групп, водным раствором гидразинсодержащего соединения и гидроксида натрия при повышенной температуре в течение 120 150 мин, отличающийся тем, что обработку проводят водным раствором, содержащим 8 15 мас. гидрозина и 1,0 2,0 мас. гидроксида натрия при 90 100^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1