聚丙烯腈纤维

聚丙烯腈纤维之物理化学性质及其应用与发展

一、前言

聚丙烯腈纤维，学名Polyacrylonitril，商品名为Acrylic，大陆称为腈纶。聚丙烯腈纤维为今日已工业化之合成纤维中，最多采多姿的纤维。聚丙烯腈纤维的定义为“属一种人造纤维形成这种纤维的物质是任何长练的聚合体所组成的，此聚合体至少含有85%以上之聚丙烯腈成分”。而经改质过的聚丙烯腈纤维称为改质聚丙烯腈纤维(modacrylic fiber)，其中聚丙烯腈成分占85%以下但至少须含有35%以上(Textile Fiber Product Identification Act 1960)。

聚丙烯腈纤维之分类

聚丙烯腈纤维为高熔点之聚合物，例如奥隆(Orlon)之熔点为238℃~249℃，聚丙烯腈纤维之熔点约在240℃左右，故加热至融点时容易变质，不能融熔纺丝，一班均采用融液纺丝法。早期因为无适当的溶剂，对于溶剂的选择上，为最大的问题点。直到1948年，美国杜邦公司(Du pont)发现DMF(dimethyl formamide二甲基甲酰胺)为聚丙烯腈纤维之最佳的溶剂，而在1950年大量生产，命名为奥隆(Orlon)。

因为聚丙烯腈单独聚合时染色较不易，故除了奥隆及极少数商品之外，现在市场上出售的聚丙烯腈纤维皆为其共聚合物(copolymer)。例如维尼龙N为丙烯腈与醋酸乙烯酯，压克力隆为丙烯腈与苯乙烯之共聚合物。

而共聚合之意义在于强化物理性质与改善染色性(导入染色座席使盐基性染料可染或酸性染料可染)，但各个制造厂商对于所使用之共聚合原料均极端的保守秘密，不做任何明确的说明。

纯粹聚丙烯腈纤维具有甚高的强度，而改质的聚丙烯腈纤维则强度较低，与黏液嫘萦差不多。各种聚丙烯腈纤维的纵侧面都很类似，唯有截面的形状有异。

Orlon截面之形态 Orlon纵侧面之形态

Acrilan截面之形态 Acrilan纵侧面之形态

特有特有性质

(1)短纤维柔软、蓬松，有像羊毛般给人温暖的感觉。

(2)抗候性特强，一般棉纤维经一年之风吹日晒，强度降低95%，nylon和蚕丝损失约99%，而聚丙烯腈织品的强度仅损失约20%。

(3) 耐热性优良：于150℃温度下，经过两日，强度仍不改变，200℃变黄，温度继续升高，色由黄而黑，但强度损失并不是很严重。

(4) 耐旋光性特优良：于室外暴露一年半，强度仍然保有77%。

(5) 水分率：1.5%。

(6) 比重：1.17。

(7) 具有防霉、抗虫和抗霉菌性。

一般用途：帐棚、遮日棚、雨棚、防水布、阳伞、窗帘、沙袋、衬衣、领带、运动服、工作服等等。

二、聚丙烯腈之化学构造及化性

１、聚丙烯腈（PAN）的加成聚合反应

由氰化氢分别与环氧乙烷、乙炔、乙醛作用，皆可生成丙烯腈单体。氰化氢与环氧乙烷可经由两阶段反应生成丙烯腈。

聚丙烯腈（Polyacrylonitrile→P.A.N.）由原料丙烯腈（A.N.）加成聚合而成。

丙烯腈为具不饱和键的单体，可藉游离基引发剂的作用，促使它发生游离基聚合反应，其加成聚合反应（Addition Polymerization）步骤为：

(1)初始反应（initiation）

首先若干单元体被起始剂（initiator）活化而开始聚合反应，活化单体的方式

有：热效应；游离基效应（常用）；光效应；离子催化效应（常用）。

以游离基效应与离子催化效应为例。

Ⅰ、游离基效应：反应系统内添加初始剂，(R－R)吸收能量而分解成游离基

R*（free radical），再以游离基R*为活化中心，诱导单元

体进行成长反应。

Ⅱ、离子催化效应：利用金属卤化物（BF3、TiCl4、SnCl4、AlCl3等）的催化

作用，将单元体在极低的温度下进行聚合反应。反应期间

催化剂吸收电子，单元体含双键的碳原子释放电子成为

C＋离子（carbonium iron）。

(2)成长反应（propagation）

依成长反应单元体结合的方式，分为头－尾结合；头－头或尾－尾结合。

头－尾结合（head to tail）→较为安定

a、同位立体结构（isotactic structure）

b、对位立体结构（syndiotactic structure）

c、错位立体结构（atactic structure）

头－头（head to head）或尾－尾结合（tail to tail）→较不安定

(3)终止反应（termination）

交互终止反应

溶剂转移终止反应

质子转移终止反应

不均齐化反应

、终止反应，∵质子转移，∴分枝多，所需能量高；

终止反应，分枝少，所需能量低，∴温度低即可。

反应过程中，分枝最多的地方在终止反应，不是初始或成长反应，因此要减少聚合反应的分枝的方法，就是降低并控制聚合反应温度。

２、聚丙烯腈纤维的分类

根据美国联邦贸易委员会资料表示：

(1) 丙烯腈（acrylonitrile）含量占聚合体的85％以上，称为聚丙烯腈纤维

（Acrylic Fibers）。

(2) 丙烯腈含量占聚合体的35～85％，称为改质聚丙烯腈纤维（Modacrylic

Fibers）。

(3) 含100％丙烯腈含量者，一般称为工业级聚丙烯腈纤维（Technical grade，

T-Acrylics）。

学术上分类聚丙烯腈纤维(Acrylic Fibers) 改质聚丙烯腈纤维(Modacrylic Fibers) 商业上分类Acrylic FiberⅠAcrylic Fiber

Ⅱ

Acrylic Fiber Ⅲ丙烯腈含量95～100％85～95％35～85％

商品名称美 Orlon®

日 Cashmilon®日 Exlan®

日 Vonnel®

日 Kanekalon®

结晶性较大（H-bond较多）较小

吸湿性较小较大

染色性较难（结构致密）较易（结构松弛，第二成份多）强力较大较小

回潮率1～2.5％0.4～4％

比重较轻较重

横断面近乎圆形近乎椭圆形

聚丙烯腈纤维加入其它共聚合体（copolymer），其作用有二：

改良物性（如强力等）

增加对染料的可染性与均匀性

一般丙烯腈与其它单体共聚合，其单元体有下列几种类别：

使纤维带负电的酸性monomer

使纤维带正电的碱性monomer