[发明专利]一种酚醛基活性炭纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种酚醛基活性炭纤维，该酚醛基活性炭纤维以热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂为原料，通过共混纺丝法制备得到前驱体酚醛纤维后，经高温碳化与活化制得；其中热塑性酚醛树脂与热固性酚醛树脂的重量配比为1:7～7:1。本发明采用热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂共混纺丝法制备前驱体酚醛纤维，不引入其他化学添加剂，绿色环保，原料利用率高，产品纯度高；经高温碳化与活化处理制得的酚醛基活性炭纤维孔隙结构发达，吸附性能优异，产品得率高。比表面积为1300‑1600m²/g，总孔容为0.4‑0.6cm³/g，得率为30％‑50％。

技术领域

本发明涉及新材料领域，具体涉及一种酚醛基活性炭纤维的制备方法。

背景技术

现有工艺中，通常是以酚醛树脂为原料，经熔融纺丝机的喷丝孔挤出形成丝束，在空气中冷却、卷绕，制得酚醛初生纤维。然后将其在一定条件下进行交联固化，再进行高温碳化与活化处理，从而制备出具有丰富孔隙结构的酚醛基活性炭纤维。

酚醛树脂有热固性酚醛树脂和热塑性酚醛树脂两种。以热固性酚醛树脂为原材料制备酚醛纤维时，通常采用有机酯固化法，即在碱性条件下，热固性酚醛树脂中的羟甲基与有机酯反应，生成活性较大的苄酯A，加入的有机酯可促进亚甲基醌化合物的快速产生，使酚醛树脂在常温下能够快速生成固化反应所需要的活性中间体，从而使树脂分子间快速发生交联反应而凝胶固化。但该方法主要针对热固性酚醛树脂基纤维，但其成纤较为困难，且成纤质量差。

以热塑性酚醛树脂为原料制备酚醛纤维时，通常采用盐酸-甲醛固化浴固化法，即在酚醛树脂固化过程中甲醛作为亚甲基桥键的供应体，盐酸作为交联反应的催化剂，首先使CH₂OH形成+CH₂O碳正离子进攻芳环中未取代的H原子，形成羟基酚，后者进一步与另一芳环上未取代H发生脱水缩合反应，形成亚甲基桥。在甲醛和盐酸为体系的酚醛纤维固化反应中，甲醛不仅起交联剂的作用，而且还与酚醛树脂有良好的相容性及溶胀性，并使其熔点降低。盐酸不仅是甲醛和酚醛树脂发生交联反应的催化剂，同时又是酚醛纤维分子内亚甲基和羧基发生脱水缩合反应的催化剂。该方法中固化剂浓度和升温速率对酚醛纤维的交联有着很大影响，皮层的交联度不够，容易产生“熔并”现象。固化过程中升温速率过快或固化剂的浓度太高，就会因皮层固化速率太快，固化度太高，阻碍纤维内部的固化过程，进而出现“皮芯”现象，同时，固化耗时长，甲醛和盐酸在加热情况下容易反应形成二氯甲醚致癌物。并且，盐酸、甲醛属于易制毒药品，受到国家严格监管，无法用于工业化生产。

在上述酚醛基活性炭纤维前驱体酚醛纤维的制备方法中，成纤质量均受到固化效率的影响，如果固化不充分，高温碳化时容易发生“熔并”问题，进而影响到后续活化过程中孔隙的形成与扩展。如何有效提高酚醛纤维的固化效率，节省能源，提高纤维质量，是当下亟待解决的关键技术问题。

同时，酚醛纤维固化步骤产生的毒性大的问题，是另一个需要解决的问题，有害物质残留，也会影响后续加工和应用，同时污染环境，无法进行大规模的工业化生产。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种无需引入原材料以外的其他杂质、绿色环保，且适合进行大规模工业化生产的酚醛基活性炭纤维制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种酚醛基活性炭纤维的制备方法，该制备方法以热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂为原料，通过共混纺丝法制备得到前驱体酚醛纤维后经高温碳化与活化制得酚醛基活性炭纤维；其中热塑性酚醛树脂与热固性酚醛树脂的重量配比为1:7～7:1。

本发明酚醛基活性炭纤维的制备方法包括以下步骤：

(1)酚醛纤维预制：按重量配比取热塑性酚醛树脂和热固性酚醛树脂母粒经熔融纺丝机制备酚醛初生纤维；

(2)交联固化：取步骤(1)制备得到的酚醛初生纤维加热固化，制得酚醛纤维；