聚丙烯腈纤维的改性

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亲水性多孔聚丙烯腈纤维的研究

亲水性多孔聚丙烯腈纤维的研究研究与开发合成纤维工业,2010,33(4):28CHINASYNTHE,I]【CFIBERINDUSTRY 亲水性多子L聚丙烯腈纤维的研究刁彩虹肖长发胡晓宇(天津工业大学改性与功能纤维天津市重点实验室,天津300160)摘要:将聚丙烯腈(PAN)与聚氧化乙烯(PEO)共混后湿法纺丝,经水洗后处理,制成具有不同微孔结构的改性PAN纤维,然后在NaOH溶液中水解,得到亲水性多孔PAN纤维(HM—PAN).借助红外光谱和扫描电镜表征了HM—PAN的化学结构和形貌;讨论了HM.PAN的亲水性能和力学性能.结果表明:相同水解条件下,随PEO含量增大,HM—PAN中引入的亲水基团增多,表面形成的孑L穴加深,数量增多,纤维的亲水性能提高;在相同PEO含量下,通过控制水解时间,HM—PAN的孔隙结构及亲水基团数量,可以提高HM—PAN对水分的吸收及转移性能.PEO质量分数为10%的HM.PAN试样的平衡吸水倍率可高达lO.48g/g,最大芯吸高度为13.5cm,保水率高达98.1%.HMPAN中微孔产生的应力集中以及大分子排列规整性的破坏,导致纤维的力学性能有所下降,而水解时张力的施加可有效降低其下降幅度.关键词:聚丙烯腈纤维聚氧化乙烯水解多孔纤维亲水性能改性中图分类号:TQ342.2文献识别码:A文章编号:1001.0041(2OLO)O4.0028.04常规聚丙烯腈(PAN)纤维有许多优异的性能,但是作为服用材料,由于其特殊结构所导致的纤维吸水,吸湿性差的缺点,严重影响了织物的穿着舒适性,从而大大限制了它的应用范围.因此,目前人们对PAN纤维亲水改性的研究比较多¨j.其中PAN纤维形态结构多孔化的物理方法及水解处理在纤维表层引入亲水基团的化学方法为两种常用的亲水改性途径.该2种方法得到的纤维吸水,吸湿性能提高幅度较小J.作者将以上2种亲水改性方法相结合,首先对PAN/聚氧乙烯(PEO)/N,N一二甲基乙酰胺(DMAc)体系进行湿法纺丝,经水洗后处理,制成具有微孔结构的改性PAN纤维,然后对纤维进行水解处理,得到兼具良好吸湿,吸水性的多孔PAN纤维,并对其化学结构,形貌及亲水性能进行了研究.1实验1.1材料PAN粉末:工业级,齐鲁石化腈纶厂;DMAc,PEO(相对分子质量为50000),NaOH:分析纯,天津博迪化工有限公司产.1.2试样制备将PAN,PEO粉末烘干后,按PAN/PEO质量比为95/5,90/10分别溶于DMAC中,在65℃溶解3h,得到质量分数为20%,具有良好可纺性的PAN/PEO纺丝溶液.将纺丝溶液于50℃脱泡后湿法纺丝,凝固浴为40%的DMAC水溶液.纺丝成形后在95～97℃热水浴中拉伸3倍后将其置于50℃的温水中浸泡7h,制成具有微孔结构的改性PAN纤维(M.PAN),文中将PAN/PEO质量比为95/5,90/10的纤维分别表示为5M-PAN,10M—PAN.然后将M—PAN置于碱液中进行水解后处理,水解条件为:浴比1:50,NaOH质量分数为10%,温度90c【=,时间8min.得到的纤维以HM.PAN表示,并将5M—PAN,10M—PAN经水解后的纤维分别表示为5HM-PAN,10HM—PAN.另以相同纺丝工艺制得一种常规PAN纤维(PAN),将对其水解得到的纤维以H-PAN表示.1.3测试红外光谱(FTIR):采用德国Bruker公司Ten—sor37型傅立叶变换红外光谱仪测定.扫描电镜(SEM)观察:采用荷兰FEI公司QUANTA200型扫描电子显微镜观察喷金后纤维表面及横截面形貌.吸水性能:取出于真空烘箱中烘干的纤维试样2g,置于铁丝编成的小篮中,浸没在蒸馏水中不同时间,取出排水10min,称重.纤维加小篮吸水后质量减去吸水前质量除以纤维试样干重,即为吸水倍率.收稿日期:2009—09—10;修改稿收到日期:2010?06-21. 作者简介:刁彩虹(1984一),女,硕士研究生.从事功能纤维材料研究.通讯联系人*****************第4期刁彩虹等.亲水性多孔聚丙烯腈纤维的研究29 导水性能:通过测定纤维束的最大芯吸高度(Ⅳ.)研究纤维的导水性能.其测试方法如下i取100根长15cm的纤维组成纤维束,将一端固定在铁架台上,在另一端(下垂端)加上50g张力,使纤维束伸直,调整夹钳高度,使纤维束浸入有色水面以下1cm,待纤维束达到芯吸平衡时,测定其矾.保水性能:称取纤维试样1g,浸在蒸馏水中2h,提出排水3min,离心脱水10min称重(G),再将纤维试样105cc真空烘干至恒重(G.),按下式计算保水率():=(G—G0)/Go×100%(1)吸湿性能:将纤维试样在温度为20℃,相对湿度为65%的条件下放置24h,称重(),然后将纤维试样lO5oC真空烘干至恒重(Wo),按下式计算回潮率():M=(一Wo)/WoX100%(2)力学性能:采用YGOOIA型纤维电子强力仪对纤维试样在松弛和张力状态下的力学性能进行测试.2结果与讨论2.1红外光谱分析从图1可见,随PEO含量增大,在波数为2242,1733cm处分别对应PAN及M—PAN的一CN以及第二单体酯基吸收峰强度逐渐减弱.水解后的纤维在波数为1633,3440cm处分别出现了一NH以及一C0OH的吸收峰,且随PEO含量增大其峰强增强.红外分析结果表明,相同水解条件下,随PEO含量增大,纤维中有更多一CN被转化为亲水性基团一CONH以及一cO0H.这是因为随PEO含量增大,M—PAN孔隙率提高,水解时与碱液接触面积增大,水解程度增强.图1PAN纤维及改性PAN纤维的FFIR图谱Fig.1FfI'IRspectraofPANfiberandmodifiedPANfibers1一lOHM—PAN;2—_5HM-PAN;3一H—PAN;4一PAN 2.2形貌分析由图2,3可见,PAN纤维表面光滑,结构致密,水解刻蚀掉纤维表层结构疏松部分的无定型区域,纤维表面出现分布均匀的坑穴.而M—PAN表面存在许多沿纤维轴向分布的沟槽和缝隙,内部存在尺寸不等的孔洞.这是因为M.PAN在制备过程中,PAN/PEO共混溶液中分散均匀的PEO分散相在喷丝孔毛细流动,热水浴中拉伸以及水洗后处理过程中被拉长并溶于水中后,在纤维表面形成许多沟槽和缝隙,内部形成大量孔洞.b.1OM—PANd.10HM—PAN图3改性PAN纤维横截面SEM照片Fig.3Cross—sectionalSEMmicrographsofmodifiedPANfibers 由图2还可见,M—PAN经水解后其表面的沟槽不复存在,出现了许多尺寸不等的孔穴.这是由于在水解过程中,M.PAN中的沟槽,缝隙及孔洞增大了纤维与碱液的接触面积,加剧了水解的进行.水解过程中,部分碱液沿着纤维中内外贯通的孔隙进入纤维内部发生反应,部分碱液进攻纤维表层的薄弱区域,其中纤维表面的凸起部分因与碱液接触面积较大,易被刻蚀掉,所以水解后的HM—PAN表面出现了许多尺寸不等的孔穴.且与5HM—PAN相比,因10HM.PAN分散相相畴尺寸增大,数量增多,所以溶于水中后,10M.PAN表面的沟槽加深,数量增多,进一步水解后对应的IOHM—PAN中的孔穴较5HM～PAN增多,加深.一圈匿圈一■囊图一■盈合成纤维工业2010年第33卷2.3改性PAN纤维性能2.3.1吸水性能由图4可见,PAN因自身结构致密,且无亲水基团,纤维依靠表面吸附以及纤维集合体问毛细孔隙吸水,在很短时间内达到吸水平衡,平衡含水量低.H-PAN因表面含有坑穴及亲水基团,其瞬时吸水速率加快,但是皮层亲水基团达到完全吸水需要一个过程,所以达到吸水平衡需时略长.10M—PAN中大量尺寸不等的沟槽,缝隙及孔洞为水分的吸收和保存提供了场所,其平衡吸水倍率较高,与H-PAN相近,但是由于不同孔径的微孔其毛细吸附能力有别,所以达到吸水平衡需时也较长.IOHM—PAN集亲水基团与微孔于一体,其瞬时吸水速率最快,达到吸水平衡需时最长,平衡吸水倍率可达1O.48g/g.图4纤维吸水动力学曲线Fig.4Waterab~entkineticcu~e80ffibem一1OHM—PAN;●一10M—PAN;▲一H—PAN;■一PAN 2.3.2导水性能由表1可见,PAN,5M—PAN,10M—PAN的日分别为5.6,7.3,11.3cm,同PAN相比,M.PAN导水性能提高,且IOM.PAN较5M—PAN提高幅度大.这是因为,一方面M—PAN表面的沟槽结构使相邻纤维靠拢形成的毛细管径小于PAN间的毛细管径,增大了毛细管附压力;另一方面M—PAN中大量内外贯通的孔隙赋予纤维束较多的导水通路.其中10M.PAN因表面沟槽及内外贯通的孔隙数量较多,其导水性能较5M—PAN高出许多.表1纤维的导水性能Tab.1Watertranspo~propertyoffibe~试样Hq/cm试样Hq/cmPAN5.6H—PAN6.85M.PAN7.35HM—PAN7.9lOM.PAN11.310HM—PANl3.5再将水解前后各纤维的Hq对比可知,水解提高了各纤维的导水性能.其原因在于水解在纤维表面及纤维中毛细管内表面引人了亲水基团,同时提高了各表面的粗糙度,增大了纤维束中毛细管的表面能,增强了水对毛细管的润湿能力.2.3.3保水性能由图5可看出,PAN表面光滑,内部结构致密,且无亲水基团,纤维较低.M.PAN中PEO溶出后形成的大量微孔使纤维的大大提高.未水解时,10M—PAN由于PEO添加量多,溶出后形成的微孔数量多,其为79.23%,较5M.PAN的29.43%高出许多.水解后,由于水解程度不同,纤维所含亲水基团数量以及微孔结构等的差异导致不同纤维的随时间变化趋势不同. PAN随水解的进行,纤维中亲水基团,微孔数量增多,呈单一的递增趋势.而M—PAN在水解开始时,随着时间的延长,纤维中引入的亲水基团增多,增大,达到一定程度后纤维开始下降,其中5M—PAN于水解时间为10min时最大,达46.26%,IOM.PAN于水解时间为8rain时最大,达98.11%.这种变化趋势与M—PAN随水解时间延长其内部微孔孔径增大有关.图5水解时间对纤维保水性能的影响Fig.5Effect0fhydrolysistimeonwaterretention0ffibe~●～1OM-PAN;▲一H—PAN;●一PAN2.3.4吸湿性能由图6可见,在最初水解的8min内,随时间延长,各纤维均增大.这是因为水解在纤维表层引入了亲水基团,同时刻蚀作用使纤维结构变得疏松,表面粗糙,比表面积增大,从而使各纤维吸湿性显着提高.进一步延长水解时间,IOM-PAN吸湿性反而下降则可能是由于水解时间延长,刻蚀作用增强,导致亲水基团减少,从而表现为开始下降.对PAN纤维而言,由于其结构致密,仅表层发生反应,水解程度低,刻蚀作用弱,在一定范围内,随水解时间的延长而递增.但是PAN试样于水解15rain时达到的最高远小于10M—PAN于8rain时达到的最高.第4期刁彩虹等.亲水性多孔聚丙烯腈纤维的研究31 图6水解时间对纤维吸湿性能的影响Fig.6Effectofhydrolysistimeonmoistureabsorbencyoffibers ▲一l0M.PAN;●—-5M-PAN;一一PAN2.3.5力学性能由表2可见,水解条件相同时,张力作用下水解后的各纤维强度较松弛状态下提高.原因在于高温水解时,NaOH及水分子会发生运动,纤维自身的大分子链段也会发生运动,又因为纤维在纺丝拉伸过程中,残留有部分应力,所以大分子链段有一种从伸展状态向卷曲状态转变的趋势.无张力作用时,大分子链段会自由收缩,从而使大分子排列的规整性变差,分子间作用力减小,其结果使水解程度进一步加强.表2不同水解时间下改性PAN纤维的力学性能Tab.2Mechanicalpropertiesofmodified PANfibersatdifferenthydrolysistime断裂强度/(cN?dtex)试样5min8min15min张力松弛张力松弛张力松弛H—PAN3.052.642.922.532.462.035HM—PAN1.981.551.641.471.081.1210HM—PAN1.191.O60.98O.850.68O.62当施加一定张力于纤维后,大分子链段自由收缩的倾向被抑制,其规整结构也被破坏,但程度较小.所以水解过程中对多孔纤维施加张力,可有效降低纤维力学性能被进一步破坏的程度.3结论a.水溶性聚合物PEO与PAN共混湿法纺丝,经水洗及水解后处理,可制备出具有亲水性能的多孔改性PAN纤维.b.改性PAN纤维特殊的表面沟槽,内部微孔及水解引入的亲水基团使其在吸水,导水,保水,吸湿性能方面均有提高,其提高程度可通过调节PEO含量及水解条件来控制.c.微孔的形成和发展以及纤维中大分子排列规整性的破坏使改性PAN纤维的力学性能下降,而水解时张力的施加可有效降低其下降幅度.参考文献[1]GuptaBC.Hydrophilicmodificationofacrylicfibreinfluence ofreactionconditions[J].IndianJFiberTextTechnol,2005,3O(1):13—18.[2]WangN,XuY,LuDN.Enzymaticsurfacemodificationofa. crylicfiber[J].AATCCRev,2004,4(9):28—30.[3]MikolajczykT,CzapnikA.Effectoftheporousstructureofgela—tine—polyacrylonitrilegmfcopolymerfibresontheirhygroscopicproperties[J].FiberTextEastEur,1998,6(I):49—55.[4]LiY,LuoZX.Physicalmechanismsofmoisturediffusioninto hygroscopicfabricsduringhumiditytransients[J].JTextInst,2002,91(1):302—316.[5]肖长发,胡晓宇,安树林,等.亲水性聚丙烯腈纤维[J].纺织,2007,28(2):12一l4.Researchofhydrophilicmulti-porouspolyacrylonitrilefiberDiaoCaihong,XiaoChangfa,HuXiaoyu (TianjinMunicipalKeyLaboratoryofFiberModification&FunctionalFiber,TianjinP olytechnicUniversity,Tianjin300160)Abstract:Modifiedpolyaerylonitrile(M—PAN)fiberswithdifferentmicro?porousstretureswaspreparedbywetspinningthe blendsystemofpolyacrylontrile(PAN)andpolyoxyethylene(PEO)priortowashingtreatme nt,whichwashydrolyzedinNaOH solutiontoproducehydrophilicmulti—porousPAN(HM—PAN)fiber.ThechemicalstructureandmorphologyofHM.PANwere characterizedbyinfraredspectrometryandscanningelectronmicroscopy.Thehydrophility andmechanicalpropertiesofHM—PANwerediscussed.TheresultsshowedthatmorehydrophilicgroupswereintroducedinHM-PA Nandmoredeeperpitsformedonthe surfaceofthefiberwhenthePEOcontentwasincreasedunderthe8anlehydrolysisconditions ,thusthehydrophilityofthefiberwasimproved.Thewaterabsorbingand~ansferringpropertiesofHM-PANcanbeimproved bycontroHingtheporestructuresand hydrophilicgroupsquantityinthefiberthroughhydrolysistimeataspecificPEOcontent.The HM—PANsamplecontaining10% PEObymassfractionexhibitedtheequilibriumwatercontentupto10.48g/g,themaximumwi ckingheight13.5cm,waterre—tentionrate98.1%.NotonlythestressconcentrationcausedbytheporeformationinHM—PANbutalsothedamageofthemacro—moleculeregularityledtothedeclinationofthemechanialproperties,thedegreeofwhichcan bedepressedbytensionhydrolysis.Keywords:polyacrylonitrilefiber;polyoxyethylene;hydrolysis;multi?p0musfiber;hydro phility;modification。

聚丙烯腈纤维介绍

二、丙烯腈的聚合
完成聚合后的浆液由釜顶出料，通往脱单体塔。脱单体后的浆液被送入后续的脱泡工段。
均相溶液聚合的优点是省去分离聚合物的沉淀、过滤和烘干等过程，但对原料的纯度要求较高，对原液的质量控制和检测难度较大。
二、丙烯腈的聚合
(三)丙烯腈的水相沉淀聚合（图5－2）
丙烯腈等单体可溶于水，PAN则不溶于水而沉淀。
部发生歪扭和曲折。
三、聚丙烯腈的结构和性质
2 PAN的三种不同聚集状态
x射线图发现，这种不规则螺旋状大分子在整个纤维中的堆砌，就有序区来说，它的序态还是有缺陷的，还未达到结晶高聚物晶区的规整程度。这是由于这种螺旋体的歪曲和曲折，并且没有一定螺距，所以不能整齐堆砌成较完整的晶体，通常称为“准晶”。但就无序区来说，它的序态又高于一般高分子物的无定形区的规整程度。因此，聚丙烯腈具有三种不同的聚集状态，即非晶相的低序态，非晶相中序态和准晶相高序态。
事实上， PAN纤维
中的大分子并不完全如
图所示那样是有规则的螺旋状分子，而是具有不规则曲折和扭转的分子，是由于氰基的存在。氰基中的碳原子带正电荷，氮原子带负电荷，
所以把氰基称为偶极子。
三、聚丙烯腈的结构和性质
在同一大分子上氰基间
因极性方向相同而互相排
斥，而相邻大分子间的氰基则因极性方向相反而互相吸引(偶极子力)，由于这种很大的斥力和引力的相互作用，使大分子活动受到极大的阻碍，而在它局
非均相溶液聚合—所用介质（水或溶剂）只能溶解或部分溶解单体，而不能溶解所得到的聚合物，在聚合过程中聚合物不断地呈絮状沉淀析出，经分离后需用合适的溶剂再溶解，方可制成纺丝原液，此法称为腈纶生产的两步法。因非均相聚合的介质通常采用水，所以又称为水相聚合法。由此可见，溶液聚合主要有三大部分：单体、引发剂和溶剂。

聚丙烯腈的结构简式-概述说明以及解释

聚丙烯腈的结构简式-概述说明以及解释1.引言1.1 概述聚丙烯腈是一种重要的合成纤维材料，也是丙烯腈单体聚合得到的聚合物。

它具有优异的物理性质和化学性质，广泛应用于纺织、化工等领域。

聚丙烯腈的化学结构中含有酰胺基团，使得其具有良好的强度、耐久性、抗静电性和抗皱性等特点。

此外，聚丙烯腈还可以通过进一步的化学反应和处理获得其他功能性纤维，如碳纤维，增加了其应用的多样性。

本文将对聚丙烯腈的化学结构、物理性质以及应用领域进行详细介绍，并展望其未来可能的发展方向。

1.2文章结构1.2 文章结构本文将以聚丙烯腈（Polyacrylonitrile，简称PAN）为研究对象，探讨它的结构简式、物理性质及应用领域。

具体而言，文章将分为三个主要部分。

第一部分为引言部分，包括概述、文章结构和目的三个小节。

在概述中，将简单介绍聚丙烯腈的基本情况，以及其在化学和材料领域的重要性。

文章结构一节将解释整篇文章的组织框架，说明各部分的主要内容。

目的一节将明确本文的主要研究目标和意义。

第二部分为正文部分，主要包括聚丙烯腈的化学结构、物理性质及应用领域三个小节。

在聚丙烯腈的化学结构一节中，将详细介绍聚丙烯腈的分子结构、化学键以及聚合方式。

聚丙烯腈的物理性质一节将涵盖其热力学性质、力学性能、光学性质等方面的内容。

在聚丙烯腈的应用领域一节中，将探讨聚丙烯腈在纺织、医药、电子等领域的广泛应用和发展前景。

第三部分为结论部分，将主要包括总结聚丙烯腈的结构简式、对聚丙烯腈的未来发展进行展望以及结束语。

总结聚丙烯腈的结构简式一节将回顾本文中所提及的聚丙烯腈的化学结构，并概括其主要特点。

对聚丙烯腈的未来发展进行展望一节将探讨聚丙烯腈在新材料、新技术等方向的发展前景，并提出相关建议和展望。

最后，结束语将对本文的研究进行总结，并提出对读者的期望。

通过以上结构的安排，本文将全面介绍聚丙烯腈的结构简式、物理性质及其应用领域，为读者提供一份关于聚丙烯腈的综合性参考文献。

聚丙烯腈纤维改性技术及其应用

等。其中以偏二氯乙烯较为常用，采用水相聚合法
用碱减量法对聚丙烯腈纤维进行表面处理，使纤维表面粗糙化，产生沟槽、凹窝，以增强其吸水效果。同时，纤维结构中氰基与酯基在一定浓度
烯酸和二羰基吡咯化合物等亲水性单体，就可以得
到吸湿性较好的聚丙烯腈纤维。也可以采用增加丙
烯腈共聚物中第二单体丙烯酸甲酯含量的办法。这种聚合物纤维中的酯经过碱处理会生成酸，从而最终在聚丙烯腈大分子中引进羧基［ＩＪ。
合成纤维ＳＦ００Ｎ．７Ｃ２１ｏ１
年下降了１９％。
近年来，我国聚丙烯腈纤维产业高速发展，产
能呈现跳跃式扩张。据统计，２００５年我国聚丙烯
２改性技术
２１吸湿改性．
腈产能达到７．２８万ｔ，年产量已位居全球首位。２００７年我国累计生产聚丙烯腈纤维８－ｔ２２万，与上年基本持平，增幅仅为Ｏ７％。由于金融危机的影．６
日本实现了工业化生产。６０年代和７年代世界聚Ｏ丙烯腈纤维工业快速发展，但在１９－２０９００５年间，－
世界聚丙烯腈纤维生产的平均年增长率仅有０．８％。
２０年全球聚丙烯腈纤维的产量为２１０５６．ｔ９万，占化纤总量的比例为７８％。由于金融危机的影响，．７２０年全球聚丙烯腈纤维的产量为２０ｔ０８０万，比上
聚丙烯腈纤维吸湿性的改善可通过以下３种化学改性方法加以实现。
２１１引进亲７｝基团．．ＫＩ生

聚丙烯腈纤维接枝丙烯酰胺亲水改性的研究

水化合物接枝或共聚，与亲水ｆ生聚合物共混纺丝，与亲水性聚合物复合纺丝等。ＭｅｈｅｍＣｅｌｉｋ懈甲基丙烯酰胺用化学方法接枝到腈纶上，提高腈纶的吸湿性能和吸水性能；殷英贤等将聚丙烯腈纤维用水合肼交联、ＮａＯＨ处理，提高纤维回潮率、吸湿性和抗静电效果；王厚德等用水解法制得高吸水性腈纶；王雅珍
聚丙烯腈纤维加入到配好的溶液中，在室温下浸渍２ｈ，在恒温水浴中进行接枝反应。反应完毕，放置待冷却，接枝后的样品先用去离子水洗涤，再以丙酮为溶剂，用索氏提取器抽提１２ｈ，最后用去离子水洗涤，
纤维上接枝了ＡＨ，适宜的溶液配比为ＡＨ０．８ｍｏｌ／Ｌ、ＢＰＯ３ｘ１０ｍｏｌ／Ｌ、ＴＡｌＣ１ｖｏ１％，在８５￣Ｃ恒温水浴中反应２ｈ，可得到导入率为ｌ２７．９％的接枝纤维，接枝改性后的纤维亲水性得到提高，断裂强度和断裂伸长率均有下降，纤
１实验部分
１．１原材料
聚丙烯腈纤维（ＰＡＮ），市购；过氧化苯甲酰（ＢＰＯ），化学纯，湖北大学化工厂；丙烯酰胺（ＡＭ），超纯，美国Ａｍｒｅｓｃｏ公司；■烯丙基异三聚氰酸￣（ＴＡＩＣ），市购；无水乙醇，分析纯，国药集团化学试剂有限公
聚丙烯腈纤维接枝丙烯酰胺亲水改性的研究
陈志军，黄年华，柳浩
（武汉纺织大学纺织科学与工程学院，湖北武汉４３００７３）

无机微粒改性聚丙烯腈纤维的结构和性能

固浴：０ａＣ１％ＮＳＮ水溶液。
电阻率：采用Ｙ３１Ｇ２型纤维比电阻仪测定改
收稿日期：０５１・修改稿收到日期：０６０・７２０・２２７；２０・４０。
作者简介：林耀（９７）男，士，１５，博高级工程师。从事化
分子质量１００５％水溶液，国ＢＨ实验室００，０英Ｄ
生产；ＡＰＮ纺丝原液：聚合物粘均相对分子质量为（８总固体质量分数为１％；６～）Ｘ０，１３硫氰酸钠（ａＣ）化学纯，ＮＳＮ：上海化学试剂公司生产；凝
林耀王栋顾利霞
２０４）０５０
（．１东华大学材料与工程学院，上海
摘
２０５；．００１２上海石油化工股份有限公司，上海
要：将经过表面修饰的纳米二氧化锑掺杂二氧化锡（Ｔ）ＡＯ悬浮液加入到预热浴中。对聚丙烯腈（ＡＰＮ）
纤维进行抗静电改性。讨论了悬浮液ＡＯ含量和添加位置对纤维抗静电性、Ｔ力学性能等的影响。用差示采扫描量热仪、ｘ射线衍射、透射电镜对改性纤维的结构进行了分析。结果表明：ＡＯ质量分数为５当Ｔ％以上时，改性ＰＮ纤维的电阻率下降到１・１纤维的断裂强度保持２７ｃｄｘ改性ＰＮ纤维耐水洗性ＡＯｎ１１２。／．Ｎ／ｔ，ｅＡ好，且不同ＡＯ含量的改性ＰＮ纤维的结晶形态和结晶度接近，ＴＡ玻璃化转变温度也没有明显的变化，维持
无机微粒：米ＡＯ导电粉末，东理工大纳Ｔ华学超细粉末中心生产，电阻率为１～・ｍ，５Ｑｃ粒

腈纶

4.1前言聚丙烯腈纤维与其它合成纤维比较具有更酷似羊毛的风格和性能，易染色，并显示鲜艳的发色性，高蓬松化而适于针织用途。

聚丙烯腈纤维可将聚合物溶解于溶剂后进行纺丝，也考虑了通过改性的办法熔融纺丝，进行象聚酯和尼龙纤维那样的熔纺。

溶液纺丝法有湿法纺丝、干法纺丝、干湿法纺丝、凝胶纺丝、快速纺丝等多种方法。

制造聚丙烯腈纤维主要用湿法纺丝和一步法干法纺丝。

关于聚丙烯腈纤维的湿法纺丝因制造商使用的溶剂、凝固剂的不同得到的纤维性质也有细微的差别（特别在风格、色泽上）。

下面列出聚丙烯腈纤维的主要制造商及其工艺。

表1 聚丙烯腈纤维的制法下表是聚丙烯腈纤维的不同改性方法的制法分类：将在下面对其中有代表性的改性材料进行介绍。

4.2 共聚型改性为了丙烯腈聚合体赋予成纤的特性和加工性，是一种含5～10%丙烯酸甲酯或醋酸乙烯共聚体，又为了增加对阳离子染料的亲和性，大多进行与少量的甲基丙烯磺酸钠或苯乙烯磺酸钠的共聚合。

基于上述的基本前提条件，改变共聚体成分的配比，进而在牵伸热处理工序上想办法来改进各种纤维的特性。

例如，改变风格、收缩特性，提高蓬松性，赋予抗起球性，提高阻燃性等。

（1）改善风格丙烯腈聚合物通过第二、第三单体的共聚合，可制得酸性染料可染、改善柔软性，进而混入不同量的二氧化钛，与纤维截面的异型化相结合可改善风格。

（2）蓬松化将作为第二组分的丙烯酸甲酯共聚合，在一定的工艺条件下通过牵伸热处理，得到高收缩纤维。

这种纤维与通常的纤维或低收缩原棉混纺，经加热得到蓬松纤维。

（3）抗起球在聚合物中作为第二单体的丙烯酸甲酯共聚合，通过一定的牵伸热处理的工艺条件能减少纤维发粘，提高抗起球性，例如东丽的“コーピロン”“パイレス”，旭化成的“ハイコール”，三菱人造丝的“スーパーキヤメロン”，钟纺的“ルシーナ”，旭化成的“カシミロンKP”等。

（4）阻燃钟纺的“ヵネヵロン”是丙烯腈与氯乙烯的共聚体，所谓的改性丙烯睛通过氯乙烯组分增加，阻燃指数提高（LOI:30～35），用在窗帘、地毯、毛毯、毛衣、毛织运动衫、人造毛发及玩具等。

聚丙烯腈纤维的化学改性

化、氧化及脱氢等反应，形成一种多共体系的梯
形结构。所制得产物即聚丙烯腈预氧化纤维
旦产生静电会很快散逸移去。例如三菱人造丝 “ 采用５％一９％的００
（ＡＯ）ＰＮＦ，其最大特点是耐焰、耐化学试剂，具
有自熄性，ＬＩ高达５６，其高温热处理后Ｏ值５— ２的强度保持率也最高。
团，使纤维对水分子有着很强的亲和力。也
通过聚合或共聚在大分子的基本结构中引进
大量亲水性基团。如在共聚时引进丙烯酸、乙烯
收稿日期：０７— ３— ７２０００
作者简介：锐钿（９４一）男，广东汕头人，读硕士研究生，事高分子材料改性及功能化研究。朱１８，在从
聚丙烯腈纤维的化学改性
朱锐钿，严玉蓉詹怀宇，，彭锦荣
（．华南理工大学高分子系，广东广州５０４；１１６０２．华南理工大学制浆造纸国家重点实验室，广东广州５０４）１６０
摘要：聚丙烯腈化学结构出发，述了通过侧基水解和接枝共聚等手段，改善聚丙烯腈纤维吸湿从综
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第１期
２００７年３月
化纤与纺织技术
ＣｈｍｉａｂｅｅｃｌＦｉｒ＆ＴｅｔｌｃｈｏｏｇｘｉｅＴｅｎｌｙ１７

聚丙烯腈纤维介绍

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二、丙烯腈的聚合
(二)丙烯腈的均相溶液聚合（图5－1流程简图）
丙烯腈等单体及PAN均溶于同种溶剂－ NaSCN；
单体：原料丙烯腈（AN）、第二单体丙烯酸甲酯 (MA)、第三单体衣康酸(ITA)；
引发剂：偶氮二异丁腈(AIBN)；
溶剂：48.8％硫氰酸钠(NaSCN)；
浅色剂：二氧化硫脲(TUD)；
20世纪30年代初期，就已着手聚丙烯腈纤维的生产试验，直至1 950年，聚丙烯腈纤维才正式投入大生产。
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最早的聚丙烯腈纤维由纯聚丙烯腈(PAN)制成，故染色困难，且弹性较差，仅作为工业用纤维。后来开发出丙烯腈与烯基化合物组成的二元或三元共聚物，改善了聚合体的可纺性和纤维的染色性。其后又研制成功丙烯氨氧化法制丙烯腈新方法，才使聚丙烯腈纤维工业得以迅速发展。
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二、丙烯腈的聚合
第三单体的目的是引入一定数量的亲染料基团，以增加纤维对染料的亲和力，可制得色谱齐全，颜色鲜艳，染色牢度好的纤维，并使纤维不会因热处理等高温过程而发黄。
第三单体为离子型，分两大类：一类是对阳离子染料有亲和力，含有羧基或磺酸基团的单体，如丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠等；另一类是对酸性染料有亲和力，含有氨基，酰胺基，吡啶基等的单体。此外，为使聚合产物具有合适的分子量，在丙烯腈聚合过程中还需加入分子量调节剂（如异丙醇）、终止剂(如乙二胺四乙酸四钠盐)和浅色剂(如二ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ化硫脲)等。
由于共聚组分的加入两个Tg逐渐相互靠近，以至完全
相同，三元共聚的PAN的Tg约为75～100℃。由于水的
增塑作用，次级溶胀PAN的Tg进一步下降到65～80℃；
而初级溶胀PAN的Tg则在40～60℃范围内。
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聚丙烯腈纤维抗静电改性的技术现状与发展趋势

因阴，阳离子相互吸引，或因经热处理发生交联，用黏或
纺织导报ＣｉａＴｘｉｅｄｒ２０ｏ１ｈｎｅｔｅＬａｅ．０６Ｎ．１ｌ
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纤维技术
一 …．
一一
合剂使抗静电剂固着，使材料具备抗静电性能。
为世界合成纤维的三大主要品种之一。腈纶的许多性能与羊毛相似，甚至超过羊毛，被人们称为 “ 合成羊毛” 或人
造羊毛 ” 。
普通腈纶在标准状态下的体积比电阻为１ ” ｃ一０Ｑ・ｍ。般认为，纤维的体积比电阻小于１Ｑ・ｍ时即可达到抗０ｃ
１纤维概述
ＰＮ中含有大量的疏水性基团，使得腈纶的吸湿性Ａ差，易发生静电现象。在加工过程中，带有静电的纤维极会缠绕或堵塞机件；织造时易出现经纱开口不清、织物折
静电所产生的较高电位可能会对人体产生电击，还可能击
低的电阻率，优良持久的抗静电性能以及普遍的使用范围的新型导电纤维。
２腈纶抗静电改性的方法和技术
２１后整理法．
后整理法是指用含抗静电剂（多用表面活性剂类抗静电剂）的溶液对纤维及其织物进行浸渍或涂覆处理，从而
在使用抗静电剂对纤维进行抗静电改性处理时，由于这些表面活性剂类抗静电剂具有亲水性基团在纤维外层
得到机械强度优良、电阻率为１１．ｍ半导体性０～０Ｑｃ质的纤维。聚丙烯腈纤维先用阳离子染色，后浸入能将然

聚丙烯腈纤维(晴仑)

聚丙烯腈纤维（晴仑）腈纶腈纶是聚丙烯腈纤维在我国的商品名，国外则称为“奥纶”、“开司米纶”。

通常是指用85%以上的丙烯腈与第二和第三单体的共聚物，经湿法纺丝或干法纺丝制得的合成纤维。

丙烯腈含量在35%～85%之间的共聚物纺丝制得的纤维称为改性聚丙烯腈纤维。

腈纶针织纱腈纶筒纱编辑本段聚丙烯腈纤维简介即平时所说的“腈纶(jīnglún)”，也叫“人造羊毛”读音:jù bǐng xī jīng xiān wéi英文名:polyacrylonitrile fiber腈纶的主要生产工艺：聚合→ 纺丝→ 预热→ 蒸汽牵伸→ 水洗→ 烘干→热定形→ 卷曲→ 切断→ 打包。

聚丙烯腈纤维的性能极似羊毛,弹性较好,伸长20%时回弹率仍可保持65%，蓬松卷曲而柔软，保暖性比羊毛高15%，有合成羊毛之称。

强度 22.1～48.5cN/dtex，比羊毛高1～2.5倍。

耐晒性能优良，露天曝晒一年，强度仅下降20％，可做成窗帘、幕布、篷布、炮衣等。

能耐酸、耐氧化剂和一般有机溶剂，但耐碱性较差。

纤维软化温度190～230℃。

腈纶纤维有人造羊毛之称。

具有柔软、膨松、易染、色泽鲜艳、耐光、抗菌、不怕虫蛀等优点，根据不同的用途的要求可纯纺或与天然纤维混纺，其纺织品被广泛地用于服装、装饰、产业等领域。

聚丙烯腈纤维可与羊毛混纺成毛线，或织成毛毯、地毯等，还可与棉、人造纤维、其他合成纤维混纺，织成各种衣料和室内用品。

聚丙烯腈纤维加工的膨体毛条可以纯纺，或与粘胶纤维、羊毛混纺，得到各种规格的中粗绒线和细绒线“开司米”聚丙烯睛纤维主要生产工艺。

编辑本段腈纶与其他六大纤维的区别一、粘胶(吸湿易染)：是人造纤维素纤维，由溶液法纺丝制得，由于纤维芯层与外层的凝固速率不一致，形成皮芯结构（从横截面切片可明显看出）。

粘胶是普通化纤中吸湿最强的，染色性很好，穿着舒适感好，粘胶弹性差，湿态下的强度，耐磨性很差，所以粘胶不耐水洗，尺寸稳定性差。

聚丙烯腈纤维概述

聚丙烯腈纤维概述聚丙烯腈纤维（Polyacrylonitrile Fiber，Acrylic Fiber，Polyacrylic Fiber），商品名为腈纶或奥纶。

通常由85%以上的丙烯腈和其他单体的共聚物组成，常用的第二单体为非离子型单体，如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯等，第三单体为离子型单体如丙烯磺酸钠和2-亚甲基-1，4-丁二酸等。

共聚物中丙烯腈的含量在35%～85%，称为改性腈纶。

由于在外观、手感、弹性、保暖性等方面类似羊毛，所以有“合成羊毛”之称。

1931年，德国化学家Rein探索溶解丙烯腈的合适溶剂。

1934年，他发现了在某些无机盐（氯化锌、硫氰化钠、硫氰化钙）的浓溶液和氰胺盐中溶解聚丙烯腈的可能性。

然而从经济学观点来看这些溶剂并不能被人们所接受。

1941年，Rein与美国人Houtz各自独立地几乎同时发明了除α-吡咯烷酮和环丁砜以外最经济适用的溶剂：二甲基甲酰胺（DMF）。

1939年，德国法本公司首次进行了聚丙烯腈长丝纱的生产实验，并将这种纤维命名为“PAN”纤维。

在美国，Latham 描述了一种从聚丙烯腈纺丝溶液中制备纤维的工艺，按此工艺在杜邦公司进行了聚丙烯腈长丝纱的生产实验，纤维命名为ANP或纤维A。

第二次世界大战的爆发耽搁了聚丙烯腈纤维的研究。

1950年，DuPont公司在美国市场推出了名为Orlon 的聚丙烯腈纤维，该纤维是按干法纺丝工艺生产的。

1952年，首批工业生产的聚丙烯腈纤维进入德国市场，商品名为PAN和Redon。

另外，改性聚丙烯腈纤维的生产于1949年在美国Union Carbide公司开始。

在德国，聚丙烯腈的主要产地是多尔马根，在那里Bayer工厂生产出了Dralon，在此以前，德国法兰克福的Cassella-Werke Mainkur在1955年成功地通过了聚丙烯腈纤维的生产验收，而且从1956年开始，Wolcrylon（后改为Wolpryla）在沃尔芬投产，从1960年起，在Premnitz进行生产。

聚丙烯腈纤维(共62张PPT)

按工艺路线分为：先水洗后拉伸或先拉伸后水洗两种类型。后加工路线较多，归纳起来，可分为5种。
湿法纺丝及后处理工艺流程图
先拉伸后水洗、先水洗后拉伸。如初生纤维不经预热处理直接蒸汽或沸水拉伸，纤维物理机械性能较差；
在高倍拉伸前，应对冻胶体的初生纤维进行预热浴处理以降低其溶胀度，加强纤维结构单元之间的作用力，为进一步的高倍拉伸创造条件。
拉伸
喷丝头拉伸率－58%～－65％。刚凝固的纤维是高度
溶胀的冻胶体，一般采取喷丝头负拉伸。
喷丝头拉伸率
VLV010% 0 a V0
V0，VL分别为纺丝原液挤出速度和初生纤
维在第一导辊上的卷取速度。
熔体纺丝喷丝头拉伸率 PET〔POY〕130～
140； PP：60。
先预拉伸，后高倍拉伸。预拉伸2倍左右，总拉伸8～ 11倍。
反响热容易控制，聚合产物的相对分子质量分布较窄。
工艺流程
AN MA
NaOH 无离子水
水溶液→聚合→终止反响→真空过滤→烘干和粉碎→聚合物粉末
HNO3
引发剂水相沉淀聚合采用的是水溶性氧化－复原引
发剂。在碱性条件下十分稳定，不会引
发聚合反响，其水溶液的PH值在8～9之间，不会发生分解。只有在pH<4.5时才能分解为自由基，引发聚合反响最正确pH值是1.9～2.2。聚合时一般参加HNO3或H2SO4使体系成为强酸性。
⑵纺丝成形
湿法纺丝成形机理凝固介质：PAN可以采用不同溶剂制备纺
丝原液。湿法纺丝时，一般都用溶剂的水溶液作为凝固浴。
双扩散
纺丝液由喷丝头喷出进入凝固浴后，原液细
流的外表首先与凝固浴接触，很快凝固成一层膜，凝固
浴中的凝固剂〔水〕不断通过这一皮层扩散到细流内部

浅谈高收缩纤维制作方法和用途

浅谈高收缩纤维制作方法和用途何谓“收缩纤维”？它是一种具有潜在收缩性能的纤维，在1991年纺织工业社出版的“化学纤维词典”中，管宝琼和何德琨两位同人将沸水收缩率在20左右的纤维称为一般收缩纤维，而把沸水收缩率为35%～45%的纤维称为高收缩纤维。

目前，常见的有高收缩型聚丙烯腈纤维（腈纶）和聚酯纤维（涤纶）两种。

如果以沸水收缩率的高低来区分合成纤维的话，那么可将其分为普通收缩纤维和高收缩纤维。

而普通收缩纤维的沸水收缩率一般在20%左右。

近来，随着细旦丝、新合纤、新新合纤的开发利用，高收缩丝的用途也日益扩大。

如今，市面上常见的高收缩丝有高收缩型聚丙烯腈纤维和聚酯纤维两种。

高收缩纤维的制法一般分两种，包括化学改性法和物理改性法。

1、化学改性法：在构成涤纶和腈纶的聚合物分子中加入共聚物组分，以降低大分子内旋活化能，提高拉伸时的高弹形变量，降低结晶速率和结晶度，从而提高纤维的收缩率。

2、物理改性法：改变纤维成型的纺丝、拉伸和后处理等工艺，如采用低温、低倍拉伸和低温干燥工具，使纤维具有适当取向而不结晶或极少结晶，从而提高纤维的收缩率。

一、高收缩聚酯纤维制法高收缩纤维具有低结晶、高取向的超分子结构。

因此，在工艺实施过程中必须采用化学改性与物理改性相结合的措施，即应保证其高收缩性及其稳定性。

所以应当采用化学改性的共聚切片，使其具有难结晶的特点；同时在拉伸、热定型过程中采用低温拉伸、低温定型工艺，使其能得到高取向、低结晶的结构。

再者，制作高收缩聚酯纤维企业所用原料厂家的切片不同，所用工艺也不同，纺丝参数更不同。

一般生产厂家主要通过两条途径来生产高收缩聚酯纤维。

1、采用特殊的纺丝与拉伸工艺，如用市售的POY丝经低温拉伸﹑低温定形等工艺可制得沸水收缩为15-50%的高收缩性涤纶。

其工艺路线为：常规切片—纺制POY—低温低速牵伸（空变）—高收缩聚酯纤维；2、采用化学变性的方法，如以新戊二醇制取共聚聚酯纺丝，以这种纤维制成精梳毛条或纺成纱线进行染色，制成织物后在180℃左右的温度下，使其收缩，收缩率可达40%。

牛奶蛋白改性聚丙烯腈纤维结构及其性能研究的开题报告

牛奶蛋白改性聚丙烯腈纤维结构及其性能研究的开题报告一、研究背景及意义近年来，纤维材料的应用越来越广泛，由于其优异的力学性能、物理化学性能和生物性能等特性，使得纤维材料成为了各个领域的研究热点。

随着人们健康意识的提高，对日常消费品以及食品的需求也越来越高，因此研究新型食品包装材料也成了热门领域。

目前市面上使用的食品包装材料中，乳制品包装所使用的膜材料以及纤维材料主要是聚乙烯、聚丙烯等合成材料，这些合成材料具有化学稳定性、耐热性能好等优点，但是缺点也很明显，主要是存在对环境的污染以及会释放对人体有害的化学物质。

对此，研究人员提出使用天然的乳制品成分，如牛奶、蛋白质等作为材料，开发新型食品包装材料，这样不仅不会对环境造成污染，还有利于人体健康。

因此，本研究选取牛奶和蛋白质为原材料，通过改性聚丙烯腈纤维的制备，研究改性后的纤维材料的结构、形态以及物理化学及力学性能等方面，为开发新型食品包装材料提供理论依据。

二、研究内容及方法本研究的主要研究内容包括以下四个方面：1. 原材料的选择和处理选取鲜牛奶和鸡蛋清作为原材料，通过超滤、离心等方法进行处理，并对牛奶和蛋清中的蛋白质进行分离纯化。

2. 蛋白改性以乳化硫酸钠为乳化剂，将改性剂与蛋白共同混合，并在不同温度和时间下进行改性处理。

3. 聚丙烯腈纤维的制备将改性后的蛋白质与聚丙烯腈进行混合，通过纺丝、拉伸等方法制备成纤维材料。

4. 纤维的性能测试对改性后的纤维材料进行形态学、物理化学以及机械性能等各方面的测试研究。

三、预期成果及意义本研究预期能够获得以下成果：1. 成功研制出牛奶蛋白改性聚丙烯腈纤维。

2. 对改性后的纤维材料进行形态学、物理化学以及机械性能等各方面的测试研究，全面评价纤维材料的性能。

3. 借鉴本研究结果，可进一步开发新型食品包装材料，探索纺织品在食品包装领域的应用，同时具有良好的环保性，塑料材料使用量被大幅降低。

本研究对今后开发新型食品包装材料具有重要的科学意义和实际应用价值，有利于推动纤维材料在包装领域的应用进程。