聚丙烯腈生产中应注意的几个环节探讨

聚丙烯腈生产中应注意的几个环节探讨

作者：梁伟

来源：《科学与财富》2012年第05期

摘要：腈纶即聚丙烯腈纤维，通常是指含丙烯腈85%以上的丙烯腈共聚物或均聚合物纤维，其在服装、饰品、户外等产业均有广泛应用。因此，探讨腈纶生产应注意的环节具有十分重要的现实意义。

关键词：腈纶（聚丙烯腈）；化学组成；结构形态；生产中应注意环节

我国已经是世界上最大的腈纶生产基地，同时也是腈纶产品最大的消费市场。目前，我国几乎拥有所有的腊纶纤维生产工艺路线，有干法、湿法，一步法、二步法等纺丝工艺，所用的溶剂变化很大，腈纶纤维共聚成分也不尽相同。可以说，所有这些都是我国腈纶纤维发展的先天优越条件。下面就对腈纶生产中应当注意的几个问题进行探讨。

1.聚丙烯腈的化学组成

100%聚丙烯腊纤维弹性很差，染色困难，一般在工业上很少使用，大部分的腈纶纤维是含丙烯鸟6o/o以上的丙烯腈共聚物或均聚合物，第么三单体的加入量分别为4～10%的非离子单体和0.5～1.0%离子单体。非离子单体通常选用含用酷基的乙烯基单体，它们的功能是增加柔软性，同时加快染料上染的速度，离子单体为阳离子染料的上染提供染座，使染料更为容易上染纤维，另外它们的存在使得纤维的延展拉伸性能更好。

2.聚丙烯腈的结构形态

聚丙烯腈纤维的截面因溶剂及纺丝方法的不同而有所不同。通常用圆形纺丝孔进行喷丝，采用硫氰酸钠为溶剂进行湿法纺丝得到的聚丙烯腈纤维其截面是圆形的，但纤维的结构中存在微孔，微孔的大小与共聚休的组成、纺丝成形的条件等有很大的关系，微孔的大小及多少影响纤维的机械及染色性能。阳离子染料上染聚丙烯腊纤维的染色温度跟聚合物的单体有密切的关系，一般情况下在75℃进行染色，通过对纤维处理后可以在低于40℃进行染色。

3.聚丙烯腈生产中应注意的几个环节探讨

3.1聚丙烯腈生产中化工物料的停留时间

延长各种化工物料在聚合釜的停留时间会使反应更加充分，进而可提高转化率。但对于固定容积的聚合釜而言增加停留时间只能相应的降低化工物料的流量，实际就是降低了产量，这在实践生产中应予以避免。

3.2聚丙烯腈生产中釜温的控制问题

聚合反应包括链引发、增长、终止、转移四部分。温度升高使反应体系能量增加，使单体与自由基活性增加，从而加快反应，但同时使链转移的速度也增加，这样就降低了聚合物的特性粘度。因此尽管提高温度会加快聚合反应，但为了保证粘度指标的稳定以及能耗问题对聚合釜温度进行了严格控制，经过多次试验当釜温控制59～60℃左右时效果最理想。

生产实践表明当釜温超过60度时，容易引起聚合釜的剧烈反应，如果温度控制不住，会产生爆聚。因此，在生产过程中应当在给定的配料比和进料速度条件下，选定了每一段的反应温度以后，在聚合过程中必须严格控制聚合温度的恒定。因为聚合温度的波动直接影响引发剂的分解速度，也就直接影响聚合反应的速率和聚合物的平均分子量。

工艺控制上的微小变化和化工原料含杂质情况的变化，混合料组成的波动都将引起反应温度的波动，装置生产中是通过调节夹套水温来控制反应温度的恒定，控制反应温度的范围在60±0.5℃，以保证生产出合乎质量要求的聚丙烯腈纤维。

3.3聚丙烯腈生产中引发剂的浓度及配比问题

聚合反应的引发体系又称氧化还原体系。其中氧化剂是过硫酸铵;还原剂是亚硫酸氢钠;促进剂是硫酸亚铁。当氧化剂和促进剂增加时转化率增加;还原剂增加时转化率微量减少;当氧化剂与还原剂比例增加时转化率却减少。但在实际生产中要保证粘度指标及分子量不变，增加一种引发剂的浓度必须相应的降低另一种引发剂的浓度，由此可见调整引发剂的浓度及配比对于控制聚合反应的速率几乎没有意义。

3.4聚丙烯腈生产中脱盐水浓度的控制问题

脱盐水是聚合反应的分散剂及载体，当引发剂与单体比例一定的情况下，由于单体微溶于水而引发剂全部溶解与水，这在一定程度上提高了引发剂的浓度，活性就会增加，从而加快了反应。

生产实践表明，降低脱盐水用量，转化率相应提高。原因如下:一是减少脱盐水用量实际上是减少了聚合釜的进料量，提高了各种化工物料在聚合釜的停留时间。二是提高了反应淤浆中单体的浓度。但随着转化率的升高，淤浆粘度会增大，容易在聚合釜内结疤，甚至易堵管线及泵滤器，为后道工序带来许多不变，因此脱盐水量不能降低太多。此外，适当降低脱盐水的用量还可减少催化剂的用量，在一定程度上降低了消耗。

3.5聚丙烯腈生产中搅拌转数的合理确定问题

由于聚合釜的反应要求各种化工物料浓度必须均一、稳定，搅拌器起到了关键性作用。各种化工物料沿搅拌轴向向下流动在二层搅拌叶带动下达到浓度的均一、稳定，从而进行化学反应，反应形成的淤浆从顶部溢流口溢出。据有关文献记载，提高搅拌转数，聚合物的粘度增加，转化率降低;降低搅拌转数，粘度降低，转化率升高。如果搅拌转数降的太低，会增加挤出机的负荷，容易堵料;搅拌转数太高，增加了电机功率，提高了电耗。另外有的文献记载:增

加搅拌层数可提高转化率，还可降低催化剂的用量。通常来讲，搅拌转数应控制在53～55转/分左右。

3.6聚丙烯腈生产中聚合物平均聚合度的控制问题

分子量是评价高聚物性能的一个重要指标，它直接关系到成品纤维的机械强度，耐热性和溶解性等指标，且从纤维的强力指标来说，在一定范围内成纤高聚物强力随其分子量的增加而增加超过了这一范围，虽然分子量继续增加，而纤维的强力却趋向于一恒定值（增加不大），而过高的分子量却引起聚合液粘度的过分增加，引起纺丝生产的困难，因此在聚合过程中必须控制聚合物的平均分子量在一定范围内，并使其聚合物的分子量分布比较均一。

4.结语

腈纶与其它合成纤维相比，从分子结构层面上，腈纶可以通过调整共聚组成和含量而改变聚合物的化学结构和超分子结构，从而改变纤维的染色性、热性能、稳定性等特点。加上其蓬松柔软、导热系数小、耐气候性等众多优点而被广泛应用于服装、饰品、户外及产业用品等领域。因此，只有采取有效措施提升其生效率和质量，才能为相关产业的发展提供有力支撑。

参考文献

[1]王立国《腈纶生产中聚合速率及聚合物分子量的控制》[J] 炼油与化工 2009（4）；

[2]徐继兵戴益隋晓东《睛纶生产中硫酸钠结晶工艺的调控》[J] 合成纤维工业 2011(5)；

[3]窦金发《腈纶生产中聚合反应转化率的影响因素分析》[J] 产业与科技论坛 2011（12）。