Способ получения ионообменного волокна

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИОНООБМЕННОГО ВОЛОКНА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физико-органической химии Национальной академии наук Беларуси Общество с ограниченной ответственностью ИМТ(72) Авторы Свиридов Игорь Алексеевич Солдатов Владимир Сергеевич Полховский Евгений Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физико-органической химии Национальной академии наук Беларуси Общество с ограниченной ответственностью ИМТ(56)1051989 , 1995. СОЛДАТОВ В.С. и др. Журнал Всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева, 1990 - Т.1. - С. 101-106. Волокна с особыми свойствами. - М. Химия, 1980. - С. 75-99.905344, 1982.1343596 1, 1995.1439753 , 2003.2194809 2, 2002.(57) Способ получения ионообменного волокна химической обработкой полиакрилонитрильного волокна при повышенной температуре, отличающийся тем, что обработку осуществляют 15-38 -ным водным раствором кристаллогидрата силиката натрия, содержащим 5-10 об.диэтилентриамина, при 90-102 С в течение 3-7 часов. Изобретение относится к технологии получения химических волокон с ионообменными свойствами, в частности полиакрилонитрильных, которые могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства для сорбции кислых газов и аэрозолей из газовоздушных сред, извлечения ионов металлов из водных сред. Известен способ получения ионообменного полиакрилонитрильного волокна 1, состоящий из следующих стадий 1) обработка ПАН-волокна 10-80 -ным раствором алкиленамина (в частности, полиэтиленполиамином (ПЭПА) при 75-85 С в течение 30-60 минут,2) обработка 10-30 -ным раствором диметилолмочевины (ДМЭМ) при 75-85 С в течение 30-60 минут. При этом достигается статическая обменная емкость по основным группам, равная 6,0 ммоль/г и по кислотным 1,2 ммоль/г. Указанный способ характеризуется следующими недостатками 1) двухстадийность с использованием двух модифицирующих агентов, один из которых (ДМЭМ) является дефицитным сырьем 2) низкие физико-химические характеристики полученного ионообменного волокна,резко ограничивающие возможность получения текстильных конструкций 13717 1 2010.10.30 3) большой потерей прочности при работе в циклах сорбция-десорбция при регенерации серной кислотой. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения ионообменного волокна на основе полиакрилонитрила 2 путем обработки его гидразингидратом или сернокислым гидразином и раствором едкого натра. Затем проводят дополнительную обработку 20-40 раствором гидразингидрата при 80-95 С в течение 10-90 минут. Величины обменной емкости, достигаемые в этом случае по кислотным группам - 0,5-2,5 мг-экв/г по основным группам - 2,8-4,5 мг-экв/г. Основными недостатками приведенного способа получения ионообменного волокна являются многостадийность способа получения, применение в качестве модифицирующего агента гидразингидрата или сернокислого гидразина, которые являются высокотоксичными, относятся к первому классу опасности по 3, ПДК гидразингидрата в рабочей зоне составляет 0,1 мг/м 3 4, а также высоким расходом щелочи. Задача изобретения - создание более экономичного одностадийного способа получения ионообменного полиакрилонитрильного волокна, отказ от использования высокотоксичных гидразингидрата или сернокислого гидразина, сокращение расхода едкого натра при сохранении высоких значений статической обменной емкости по кислотным и основным группам. Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения ионообменного волокна химической обработкой полиакрилонитрильного волокна при повышенной температуре, обработку осуществляют 15-38 -ным водным раствором кристаллогидрата силиката натрия, содержащим 5-10 об.диэтилентриамина (ДЭТА), при 90-102 С в течение 3-7 часов. Содержание диэтилентриамина взято в количествах, необходимых для сшивки полимерных цепей и образования пространственной трехмерной структуры. Данный интервал температур обоснован тем, что при температурах ниже 90 С значительно замедляется скорость процесса, поэтому получить высокие обменные емкости невозможно. Верхний предел обусловлен тем, что реакционная смесь кипит при температуре 102 С, поэтому нагревание выше этой температуры приводит к выкипанию компонентов реакционной смеси и усилению процессов деструкции волокна. Применение растворов кристаллогидрата силиката натрия (2352) выше 38 неприемлемо, так как происходит расслоение реакционной смеси и выпадение осадка, что не позволяет равномерно пропитывать волокно. При концентрации ниже 15 замедляется скорость реакции, что делает невозможным получение высокой ионообменной емкости. Время обработки не менее 3-х часов выбрано исходя из возможности достижения достаточно высокой величины обменной емкости волокна по анионообменным группам при указанных выше параметрах. Увеличение времени обработки более 7 часов не целесообразно, так как не приводит к увеличению значений статической обменной емкости. При таком способе получения ионообменного волокна достигаются следующие величины статической обменной емкости по кислотным группам- 1,0-2,0 мг-экв/г по основным группам (2) - 2,5-3,5 мг-экв/г. Существенными отличиями заявляемого изобретения являются получение ионообменного волокна в одну стадию, использование в процессе получения безвредного и дешевого реагента - кристаллогидрата силиката натрия, более низких концентраций амина,использующегося в качестве катализатора и сшивающего агента. Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами Пример 1. Полиакрилонитрильное волокно в количестве 3 г загружают в емкость на 20 мл и обрабатывают 38 -ным водным раствором кристаллогидрата силиката натрия, содержащим 5 об.диэтилентриамина, при температуре 102 С в течение 3-х часов. Переносят волокно в емкость и промывают водой. Для подготовки полученного ионообменного волокна к работе его подвергают кондиционированию попеременной обработке 0,1 раствороми 0,1 раствором . 2 13717 1 2010.10.30 Полученное ионообменное волокно имеет статическую обменную емкость, равную по основным группам - 2,81 мг-экв/г по кислотным группам - 1,62 мг-экв/г. Статическую обменную емкость определяли по методике, описанной в 5. Пример 2. Полиакрилонитрильное волокно нитрон обрабатывают 38 -ным водным раствором кристаллогидрата силиката натрия, содержащим 5 об.диэтилентриамина, при температуре 95 С в течение 3-х часов. Волокно промывают и кондиционируют. Готовое волокно имеет следующие величины статической обменной емкости по кислотным группам 2,30 мг-экв/г по основным группам - 1,75 мг-экв/г. Пример 3. Волокно нитрон обрабатывают 38 -ным раствором кристаллогидрата силиката натрия, содержащим 5 об.диэтилентриамина, при 95 С в течение 5 часов. Волокно промывают и кондиционируют. Получают следующие величины статической обменной емкости по кислотным группам - 2,32 мг-экв/г по основным группам - 1,25 мг-экв/г. Примеры 4-16. Получение ионообменного волокна проводят, как описано в примере 1. Условия получения и свойства полученного ионообменного волокна приведены в таблице. Пример 17. Полиакрилонитрильное волокно в количестве 43 кг загружают в реактор на 400 л и обрабатывают 38 -ным водным раствором кристаллогидрата силиката натрия, содержащим 5 об.диэтилентриамина, при температуре 102 С в течение 3-х часов. Промывают волокно водой в реакторе до нейтральной реакции среды. Полученное ионообменное волокно имеет статическую обменную емкость, равную по основным группам - 3,55 мгэкв/г по кислотным группам -1,13 мг-экв/г. Из данных, приведенных в таблице, видно, что по заявляемому способу могут быть получены волокнистые иониты на основе ПАН-волокна как с высокой анионообменной емкостью, так и сбалансированные полиамфолиты. Параметры модификации и характеристика получаемых волокон. Свойства полученного Условия получения ионообменного волокна ионообменного волокна 13717 1 2010.10.30 Источники информации 1. Патент РФ 2194809, МПК 701 11/04,08 5/20, 2002. 2. Патент РФ 1051989, МПК 601 11/04, 1995. 3. ГОСТ 12.1.007-76. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности. 4. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. - Л. Химия, 1985. 5. Полянский Н.Г., Горбунов Г.В., Полянская Н.Я. Методы исследования ионитов. М. Химия, 1976. - 208 с. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4