皮芯复合材料离子交换纤维
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作者: 杨红亮
【摘 要】以聚乙烯为芯层，以易接受辐射的聚丙烯为表层，通过有氧预辐射改性接枝制备皮芯复合材料离子交换纤维。使其各方面性能得到提高。
【关键词】离子交换纤维；有氧预辐射；皮芯复合材料
离子交换功能纤维是一门新兴的、实用性很强的研究领域。它的制备涉及到功能高分子化学化纤及纺织加工使用范围则遍及工农业、军事、医学等领域，而为了实现这些目标还需 要材料学科、工程机械等部门的积极参与。因此目前必需大力加强人们对它的认识与了解，发动各个学科的协同研究与开发，使它的性能不断完善，品种及使用设备系列配套，应用领域更加拓宽。相信经过人们的不断努力，功能纤维必将迎来自己辉煌的明天，并为人类带来可观的经济与社会效益。
一、离子交换纤维的发展历史及其制备方法
离子交换纤维最早出现于20世纪40年代，F.M.Ford，W.P.Hall及D.Guttorie等人首次采用磷酸化和胺化的方法，制得了具有一定离子交换容量的阴、阳离子交换纤维棉，通过对天然纤维进行化学改性的方法开创了该研究领域的先河。20世纪60年代初，中山大学的曾汉民教授就制备出了具备较高交换容量的弱酸性离子交换纤维，以后研制出中空型、强酸型、半炭化离子交换纤维及含有磷酸酯基、有机胺基、等螯合纤维。离子交换纤维可以用单体共聚法、聚合物共混法、化学改性法、化学接枝法、辐射接枝法等多种方法制备，它们各有特点，但近来应用较多的是化学改性法和辐射接枝法。辐照接枝法是将纤维通过X射线、钴60、静电加速器和大功率电子直线加速器等作为辐照源，使纤维结构产生变化，并进而对纤维进行接枝改性的方法。皮芯型离子交换纤维不仅机械强度性能好，而且因为较易受辐射的PP作为表层，使这种离子交换纤维的离子交换性能也有较大的交换容量。
二、离子交换纤维的性能分类
（1）强酸性阳离子交换纤维，含活性磺酸基和磷酸基；（2）弱酸性阳离子交换纤维，含羧基；（3）强碱性阴离子交换纤维，含季胺基；（4）弱碱性阴离子交换纤维，含伯、仲、叔氨基、吡啶基、咪唑基；（5）两性离子交换纤维，如同是含伯氨基和羧基；（6）螯合纤维，含胺肟基。
三、离子交换纤维的应用
目前经过实验研究，已在工业领域产生效果的离子交换纤维的应用领域主要有以下几个方面：（1）有害气体吸附。利用纤维状吸附剂对离子性气体有较强的吸附作用，可用于除去气体中的有害物质，如SO2、HF、HCl、Cl2、F2、NH3以及液体水凝胶(酸雾、各种盐的水凝胶)；清除电解车间的重金属和酸的蒸汽及水凝胶；用于NOx的去除；用于制作呼吸面具和防毒面具、吸附分解毒气的防护服装、通风过滤材料等。（2）重金属分离和污水处理。强酸性阳离子交换纤维可用于含金属废水的深度处理，离子交换纤维可有效除去水中的重金属离子，净化60Co、134Cs废水以及核电站循环水和废水中铁、镁、钙、铵、铬、汞等离子，除去染料废水中的有机污染物，还可用于超纯水的制备。（3）食品脱色、去味和吸附农药残留物。可用于食品脱色、物质的分离提纯和富集。制糖工业中产生的碱性分解物可用弱酸碱性离子交换纤维提取，将糖浆中的有色物质除去。果汁生产过程中对色素和产生的沉淀多酚类物质的有效吸附，可以解决目前果汁产品面临的出口难等问题。同时离子交换纤维对食品行业目前存在的农药残留物超标问题将提供有效的解决方案。（4）生物分离。离子交换纤维可用于分离蛋白质、氨基酸、酶、激素、生物碱及核酸等，目前在发达国家处于科学研究的前沿领域，预期生物制药和生化分析领域将成为离子交换纤维的最大应用领域。（5）贵重金属和稀有金属回收利用。用于过渡金属和稀土元素的分离和富集；目前在稀土矿产加工和贵金属提取方面日本已经开始应用。（6）环境保护：在特种行业用于废水处理、海水淡化、核废水污染治理等。另外，在工业方面，离子交换纤维可作为催化剂或催化剂载体，用于催化某些有机反应；可用作脱水剂和油水分离材料；用作水吸附剂，用于仓库中水分的脱除；用作吸血性卫生材料，可制成放射性吸收和防护材料；利用离子交换纤维对细菌的吸附和杀菌能力，制成防臭鞋垫、保健内衣等。
近年来以聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维为基体的离子交换纤维日益受到重视，与其原料丰富、耐酸碱腐蚀、价格低廉等优点是分不开的。同时，它们具有易于制备的优势――聚丙烯腈纤维中的腈基为离子交换纤维的化学改性提供了方便，而聚丙烯纤维易于通过辐射加工。因此，这两类离子交换纤维仍将是未来的主要发展方向之一。一方面，继续加强以聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维为基体的离子交换纤维的开发研究；同时，需要加强以可再生天然纤维为基体制备离子交换纤维理论的探索与实践。另外，在离子交换纤维应用与开发方面，国内还主要集中于传统的环境保护领域，而且投入实际工业应用的报道不多，但国外已经将离子交换纤维的应用研究延伸到高附加值的药物缓释领域。因此，国内不仅在产业化研究方面尚待深入，争取产生巨大的经济与社会效益；而且，需要扩展其应用研究范围，为培养新的经济增长点创造条件。
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