常见与高性能纤维纺织品.ppt
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1、高性能纤维一、高吸水纤维(一)高吸水纤维的概念 吸湿性材料:医用脱脂棉、餐巾、卫生纸吸收低于自重数倍的水,稍加压力,水会反湿出来。,高吸水性聚合物能够吸收自重数十倍、数百倍乃至千倍的水,不但吸速快,而且吸水后成为一种被水高度溶涨的无色透明凝胶,施加压力,难于将水挤出,但当外界温度较低时,吸收的水可自行扩散出来。,美国农业部北部研究所于1974年开发,主要由丙烯腈接枝聚合到糊状淀粉上,再进行水解而成。高吸水聚合物制品形状共分为4种:粉末状、颗粒状、膜状、纤维。,(二)高吸水纤维的种类 1、纤维素类:是最早开发的吸湿性纤维之一,包括物理改性和化学改性。,物理改性:从纤维截面、形状、平直度、容积等增
2、加纤维的内外比表面积来提高吸收量。主要有:中空型:充气型:,化学改性:纤维素与尿素反应生成纤维素氨基酸酯。将醚基引入纤维素链,即羟甲基化纤维素 在纤维素纤维未挤压成型之前,加入淀粉、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸酯这样的物质于纺丝液中,然后共同纺丝成型。,2、聚羧酸类 丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸 中添加适量的多羟基醇作为交联剂,共同制成纺丝液。极性基团的数量对吸水能力有很大的影响。,3、聚丙烯腈类 丙稀腈甲基丙烯酸N羟甲基丙稀酰胺共聚纺丝,浸渍于浓硫酸中干燥后,即得到高吸水纤维。,4、改性聚乙烯醇类 并不具有短时间内吸收大量水份的高吸水型,但引入羧基后,经干法或湿法纺丝后得到的纤维,吸水能力可达到自
3、重100倍以上,在40度的温水中基本不溶。,(三)高吸水纤维的吸水机理 1、水分子进入网状结构后,与离子基团形成化学键,网状结构具有弹性,可以容纳许多分子,外观呈现一种透明凝胶状态。,2、高吸水聚合物是一种高分子电解质,能在水或溶剂中电离。,高吸水聚合物吸水能力的计算公式:Q5/3=(i/2VVS1/2)2+(1/2-X1)/V1/(Ve/V0)式中:Q吸水能力 Ve/V0聚合物交联密度(1/2-X1)聚合物亲水性 i/2VV聚合物中固定电荷密度 S外部电解质的离子强度,(四)高吸水纤维的开发应用 日本的Exlan公司的“兰西尔F”,能吸收120ml/g150ml/g的纯水,40ml/g-50
4、ml/g的0.9盐溶液。,美国Arco多公司研制的Fibersorb纤维是以丙烯酸类化合物作芯的高吸水纤维,能吸收自重200300倍。英国考陶尔兹的ST高吸湿粘胶连续长丝。美国杜邦的聚酯Aquasorb是一种羧甲基纤维素钠。,卫生用品材料尿布、卫生巾、高效吸血纱布、绷带,快速吸收体液,不沾伤口。,农业、林业、园艺与其他纤维混用制成的膜,作为土壤保水剂,透水透气性好,所吸收的水份95可被植物利用,用它制成的“水合土”可在沙漠中种植庄稼。,二、生体吸收性纤维(一)生体吸收性纤维的分类 天然材料羊肠线、纤维素、甲壳素、胶原质、海藻酸盐。,合成材料聚乙交酯类(PGA)、聚二氧杂环己酮(PDS)、草酸酯
5、共聚物、琥珀酸共聚物、聚酰胺酯、玻璃质。混合材料明胶聚乙烯醇,(二)应用 1、缝合线 最大的应用领域。3080天后,吸收作用完成。,2、内脏修补织物及固定材料 腹壁修补、胸隔膜修补、疝修补作为暂时支撑材料。器官修复(脾脏、肝脏、肾脏)的包复物 体内定位材料。,3、人工假肢 和其他纤维一起混合制作人工骨的强化纤维。,4、人工皮肤 创面敷布,不仅保证创面纤维芽细胞很好生长。而且与生体亲和性好,能被创面吸收,愈后皮肤光滑。,此外还开发了许多止血纤维,其他载体性纤维。,三、离子交换纤维纤维大分子长链上具有活性侧基的合成纤维,经与具有离子交换功能官能团的化合物进行侧基置换,使构成该纤维的大分子长链上,带
6、有相应的可以用作离子交换用的官能团,从而使之成为具有离子交换功能的“离子交换纤维”。,(一)分类:强酸型阳离子交换纤维弱酸型阳离子交换纤维强碱型阴离子交换纤维弱碱型阴离子交换纤维,(二)制法:1.化学转化法:将离子交换基团以置换的方法加至基材纤维的分子链上,常用的基材有聚乙烯醇、纤维素、聚氯乙烯、聚酚醛、聚苯乙烯、聚乙烯、氯乙烯-丙烯腈共聚物等。,2.接枝单体法 以聚烯烃、聚乙烯醇、聚氯乙烯以及聚己内酰胺纤维为基体,经过辐射或化学接枝可以制备离子交换纤维。如以聚烯烃纤维为基体,辐射接枝苯乙烯,再经磺化或氯甲基化、胺化反应可以制得阳离子或阴离子交换纤维。聚烯烃纤维接枝丙烯酸可制备弱酸性阳离子交换
7、纤维。,3.混合成纤法 在纺丝液中加入离子交换剂,均匀混合后进行纺丝,可以制成离子交换纤维。用复合纺丝法将两种共聚物纺制成海岛纤维,如以聚乙烯为岛,聚苯乙烯为海成纤后再将聚苯乙烯交联,经功能化后可以制得阴离子或阳离子交换纤维。,(三)离子交换纤维举例1.聚乙烯醇系强酸性阳离子交换纤维 聚乙烯醇系磺酸型阳离子交换纤维 聚乙烯醇纤维在进行磺化前先经部分碳化处理,因此实际结构较复杂,难以用简单的结构式加以表述,通常其含碳量为52%53%,含硫量为6.7%6.8%(以SO3H形式存在)。,选用干法纺丝制取的维纶长丝做原丝,相应要求其单丝的线密度9.39.6dtex,总线密度12221333dtex,经
8、脱水及催化处理后,在80120下烘干,再使之在140180空气中部分碳化,继而又在浓硫酸和硫酸盐的溶液中对其进行磺化、经水洗后再用10%20%氯化钠水溶液使之转型,即使它的磺酸基团转变为磺酸钠型,经水洗、卷绕即可。,具有较高的离子交换容量,对钙离子和铜离子的交换速度快,十几分钟即可达到交换平衡。对亚甲基蓝有很高的吸附能力。较好的耐热性、耐化学药品性和耐辐射性,吸附、脱色能力强,通水性良好。纤维呈棕褐色至黑色,相对膨润度为1.2%。,用途:充填有该纤维的电渗析器,可以用作核工业排放的低水平放射物的废水处理,另外,也可用它制作饮用水的净化器、木糖醇才净化器,以及用于分离稀土金属等。,(三)离子交换
9、纤维举例2.聚乙烯醇系阴离子交换纤维 聚乙烯醇系氨基离子交换纤维 取用干纺的维纶长丝作原丝,性能指标要求与上述聚乙烯醇系阳离子交换纤维相同。经脱水及催化剂处理后,经用上述同样的条件烘干和碳化后,放入胺类溶液中进行侧基置换,再经水洗、卷绕、包装即得成品。根据侧基置换所选用的胺类溶液性能的不同,成品可分为“弱碱性”或“强碱性”的阳离子交换纤维两类。,纤维为棕褐色,含水率约50%,总交换能量为2meq/g(干态),其交换、再生和洗脱速度均比相应的离子交换树脂要快。耐热性、耐化学药品性优良,膨润性较小。主要与阳离子交换纤维配套使用于纯水的制备、组装电渗析器、净化木糖醇,以及组装水处理装置等。,(三)离
10、子交换纤维举例3.聚丙烯腈离子交换纤维 聚丙烯腈螯合型离子交换纤维 实际为两性离子交换纤维,既有弱酸性的离子交换基团,也有弱碱性的阴离子交换基团,同时对某些稀有金属离子和贵金属离子具有特殊的螯合性能。其离子交换容量为2.7meq/g,孔连续对这些金属离子进行富集和分离。,由丙烯腈、丙烯酸甲酯、亚甲基丁二酸三元共聚的聚丙烯腈短纤维,使之与盐酸羟胺溶液反应,随后用氢氧化钠的溶液进行中和,接着再在6264的甲醇中回流反应46h,随后取出纤维进行水洗、甩干,在95下烘干即可。主要用于在各种场合下富集各种稀有和贵金属元素,并可用于化学找矿,以及过滤、吸附某些有害物质。,(三)离子交换纤维举例4.两性离子
11、交换纤维 纤维结构中同时含有阳离子和阴离子交换基团,兼有阴、阳离子交换性能的纤维,它对一般有机溶剂稳定、耐酸碱、强度良好。,制造方法有两种:一是采用聚乙烯纤维为原料,先按磷酸酯型阳离子交换纤维的制法,进行缩甲醛化及水解反应,然后浸渍在甲胺和乙二胺水溶液中,得阴、阳离子交换容量分别为1.02.0meq/g和1.52.5meq/g的纤维;,制造方法有两种:二是采用氯乙烯-丙烯腈共聚纤维为原料,先按羧酸型阳离子交换纤维的制法进行水解反应,然后用乙二胺的乙醇溶液作胺化反应,可制得具有阴、阳离子交换容量分别为1.53.0meq/g和2.53.5meq/g的纤维,可以制成织物和非织造布,用于废水处理、无离
12、子水的制备或由高粘度溶液和饮料中除去氯离子等。,(三)离子交换纤维举例5.超吸附纤维 具有超高吸附速率和吸附容量的纤维,吸附物包括水、盐溶液、血和某些高毒性物质。当其吸水时具有高度的膨润和密封特性、有效的阻水性、非常好的湿态完整性和强度保持性,使被吸附物难以从干湿态纤维中迁移出来。,将聚丙烯酸盐、聚丙烯腈或水合纤维素纤维等,加工成具有吸水功能的交联纤维或微孔的碳化活化纤维。主要用作防露材料、食物的托盘垫、农业和园艺保水材料、电缆或光缆阻纱、医用绷带、毒物吸附以及混凝土固化片材等。,(三)离子交换纤维举例6.含正丙胺基离子交换纤维 其最大特点是对三价金离子具有离子交换、吸附或螯合的功能,还具有氧
13、化还原的功能。在静态吸附情况下,当溶液的pH3.5时,对金离子具有较高吸附量,而在pH为1.53.5时,则吸附量较低或为零。,制法:1.将聚乙烯醇纤维在经射线照射后与苯乙烯-二乙烯基接枝,然后取1,2-二氯乙烷为溶剂,使经接枝了的纤维与甲醛、二氯亚砜反应,产物用甲醇、蒸馏水洗至中性,制成氯甲基化纤维,把其置于1,4-二氯六环中溶胀后,在60下、与过量的正丙胺反应制成。2.将聚乙烯醇纤维与甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝共聚,再与丙烯酸双酯发生交换,最后再与正丙胺反应而制成。,主要用于对金离子的吸附、回收和提取。,四、中空纤维分离膜(一)类型按功能:微滤型中空纤维膜 超滤型中空纤维膜 反渗透型中空纤维膜
14、 透析型中空纤维膜 气体分离型中空纤维膜 蒸发渗透型中空纤维膜等。其材质遍及所有主要化学纤维品种。还有一些非常规的纤维品种。,按其结构:均质膜 复合膜 非对称膜(双重膜结构、三重膜结构),中空纤维分离膜的分离功能主要取决于其膜壁微孔的大小和分布,一般情况下:微孔的平均直径在0.510微米,称为“微滤膜”;在0.014微米,称为超滤膜;在0.0051微米,称为“反渗透膜”。,(二)用途:根据中空纤维分离膜的特性和功能,它可用于分离超微粒子、悬浊物、不同分子量区间的聚合物、大分子、菌类、细胞、血浆、血清、蛋白质、霉类、尿素、尿酸、肌酐、各种离子以及各种混合气体,此外还可用于固化酶的固定载体和生物反
15、应器等。,(三)中空纤维分离膜举例:1.聚丙烯腈中空纤维透析膜 具有微孔直径和孔隙率较大的特点,透水量大,耐霉菌性、时间稳定性和耐光性极好,耐溶剂性、耐化学稳定性和耐热性也很好,可以在较宽的pH值范围内使用,对某些物质的截留选择性很好,透析率大,血透时无血栓产生。,适用于尿激酶液、黏多糖、果胶酶、青霉素酰化霉和人血蛋白的浓缩,白蛋白的超滤和盐析,结晶猪胰岛素和细胞色素C的回收和测定。组装人工肝透析器,以及纯水制造和棉浆黑液的综合治理。,(三)中空纤维分离膜举例:2.三醋酯纤维素中空纤维反渗透膜 将三醋酯纤维素粉碎,用100目筛网过筛,在130下烘干,以环丁砜为溶剂将其溶解,加入脱水的聚乙二醇和
16、其他无机物添加剂,配制成一定浓度的纺丝液,中空纤维纺丝。,其内外径分别为15025微米和35050微米,初始脱盐率大于85%,产水量1mL/cm2h,耐氯性能好。用于制备电子工业用的高纯度水、低盐度苦咸水的淡化、锅炉给水的软化,以及食品工业、化学工业、医药卫生、科研和环保等领域高要求用水的制备。,(三)中空纤维分离膜举例:3.芳族聚酰胺中空纤维反渗透膜 结构式:具有良好的反渗透性能,它有较高的机械强度和较好的热稳定性及耐化学稳定性,但其耐氯性较差。主要用于海水和苦咸水的淡化、超纯水及锅炉用水的制备以及医疗领域用纯净水的制备等。,(三)中空纤维分离膜举例:4.聚4-甲基-1-戊烯中空纤维空气分离
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