聚丙烯腈纤维及其合成工艺(DOC)

聚丙烯腈纤维及其合成工艺

摘要：聚丙烯腈纤维由聚丙烯腈或丙烯腈含量大于85%质量百分比）的丙烯腈共聚物制成的合成纤维。丙烯腈的聚合属于自由基型链式反应，通常有丙烯腈经自由基引发剂引发聚合而成。其聚合方法根据所用溶剂（介质）的不同，可分为均相溶液聚合（一步法）和非均相溶液聚合（二步法）。

关键词：聚丙烯腈纤维；合成工艺；均相溶液聚合；水相沉淀聚合

刖言

聚丙烯腈纤维的商品名是腈纶，由聚丙烯腈或丙烯腈含量大于85%（质量百

分比）的丙烯腈共聚物制成的合成纤维。聚丙烯腈纤维的性能极似羊毛，弹性较好，伸长20%寸回弹率仍可保持65%蓬松卷曲而柔软，保暖性比羊毛高15% 强度比羊毛高1〜2.5倍，有合成羊毛之称。因为聚丙烯腈纤维具有柔软、膨松、不易染、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、装饰等领域。

二、聚丙烯腈的结构和特性

1、聚丙烯腈的结构

聚丙烯腈自问世，因其严重的发脆、熔点高，当加热到280〜290 r还未熔

融就开始分解无法进行纺丝的缺点，应用受到限制。使用第二单体与丙烯腈共聚，聚合物分子间作用力降低，克服了脆性并改善了柔性和弹性，使聚丙烯腈成为重要的合成纤维品种。以后随着第三单体的引入，进一步改善了纤维的染色性，这样聚丙烯腈的生产才得到迅速发展。常用的第二单体有丙烯酸甲酯（CH2 = CH-COOCH甲基丙烯酸甲酯［CH2C（CH）COOGH、醋酸乙烯酯（CH2= CHOOCQ等中性单体，第三单体有丙烯磺酸［CH2= C（SOH）-CH3］、丙烯酸（CH k= CHCOOH）衣康酸（CH M CHCOOH C OOH等。例：由丙烯腈、丙烯酸甲酯和丙烯磺酸聚合成的聚丙烯腈纤维的结构如下：

CH2——CH CH? CH CH

CN COOCH3 第一单体第二单体

CH^SOjKa 第三单悻

2、聚丙烯腈的特性

（1）聚丙烯腈纤维的热学性能

聚丙烯腈纤维具有特殊的热收缩性，将纤维热拉伸 1.1〜1.6倍后骤然冷却， 则纤维的伸长暂时不能恢复， 若在松弛状态下高温处理， 则纤维会相应地发生大 幅度回缩，这种性质称为聚丙烯腈纤维的热弹性。

（2） 聚丙烯腈纤维的吸湿性与染色性

吸湿性较差，标准回潮率为 1.2％〜2％。由于聚丙烯腈纤维中加入了第二、 第三单体，改善了染色性，可采用阳离子染料或酸性染料染色。 （3） 聚丙烯腈纤维的物理性质

聚丙烯腈为白色粉末状物质，密度为1.14〜1.15 g/cm 2

，在

220C 〜230C 软 化的同时发生分解。 聚丙烯腈纤维大分子中含有氰基， 保护分子主链， 因而聚丙烯腈纤维的耐光性是最好的。 常在

10000以上，而且要求分子量分散性较小。

（4） 聚丙烯腈纤维的化学性质 聚丙烯腈对化学药品的稳定性良好，但在浓硫酸、

下会溶解。耐碱性比锦纶差，在热稀碱、冷浓碱溶液中会变黄，在热浓碱溶液中 会立即被破坏。

三、聚丙烯腈纤维的合成工艺

1、聚丙烯腈的合成 丙烯腈的聚合属于自由基型链式反应， 通常有丙烯腈经自由基引发剂

引发聚 合而成。其聚合方法根据所用溶剂（介质）的不同，可分为均相溶液聚合（一步 法）和非均相溶液聚合（二步法）。

均相溶液聚合，所用的溶剂既能溶解单体，又能溶解聚合物，例如 NaSCN 水溶液、氯化锌水溶液等。聚合结束后，聚合可直接纺丝，使聚合纺丝连续化。

非均相溶液聚合 ，聚合过程中聚合物不断地呈絮状沉淀析出，需经分离以 后用合适的溶剂重新溶解， 以制成纺丝原液才可以纺织纤维。 均相溶液聚合是采 用的溶液是水则称为“水相沉淀聚合法”。

聚丙烯腈纤维以丙烯腈为主（其质量含量大于 85%）的三元共聚物，第二单 体和第三单体的种类、含量和作用如表一所示。

能吸收日光中的紫外线而 成纤聚丙烯腈的分子量通

2、聚丙烯腈的均相溶液聚合工艺

整个流程为分四个工序，分别为配料、聚合、脱除单体及原液准备。 2.1均相溶液聚合的配料

NaSCf 水溶液作为溶剂的均相溶液聚合的配方原料如表二所示。

表二丙烯腈均相溶液聚合的配方原料及工艺条件

2.2均相溶液聚合的聚合过程

NaSCN 水溶液作为溶剂的均相溶液聚合工艺流程图如图一所示，原料丙烯 醇、丙烯酸甲脂、衣康酸一钠盐溶液（用22%NaO 水溶液将衣康酸配制成13.5% 衣康酸一钠盐溶液）、偶氮二异丁腈和二氧化硫脲、硫氰酸钠水溶液均分别计量 后连续地以稳定的流量注人混合器内，与聚合浆液中脱除出的未反应单体等物充 分混合，调节PH=4.8-5.2并调温后，与异丙醇在输送管道中混合连续地送入聚

组分 丙烯腈

丙烯酸甲酯 衣康酸 偶氮二异丁腈 异丙醇（分子量调节剂） 二氧化硫脲（浅色剂） 硫氰酸钠水溶液

（浓度 51-52%）

质量份数

91.7

1.3 0.75 1-3 0.75 80-80.5 聚合工艺条件 聚合反应温度，C

聚合反应时间,h 高转化率控制范围，％ 高转化率时聚合物浓度，％ 低转化率控制范围，％ 低转化率时聚合物浓度，％ 搅拌速度，r/min 数值

76-80

1.2-1.5

70-75

11.9-12.75

50-55

10-11

50-80

合釜中，在反应釜内进行聚合，其聚合工艺条件为：聚合釜反应温度为76-80 C, 聚合反应时间为1.2-1.5小时，搅拌速度为50-80 r/min 。

2.3聚合物脱除单体

聚合后浆液在两个脱单体塔内真空脱除未聚合的单体。 从混合器中抽出一部

分混合液冷至9C 送入单体冷凝器作为喷淋液使用，

由两个脱单体塔分离逸出的

混合蒸汽被喷淋液冷凝成液体，一起返回到混合器循环使用。蒸汽被冷凝成液体， 体积大大减小因而形成真空，聚合液中最终单体含量低于

0.2%，把聚合物单体

通入原液聚合槽中进行进一步的混合及储存。原液混合槽中的单体送到脱泡桶 中，余压为1.3-3.3Kpa 的真空下脱除原液中的气泡，再与混合消光剂的添加剂 在纺前多级混合器中混合，之后再通入原液过滤机除去机械杂质， 之后聚合物可

作为纺丝原液直接送去纺丝。

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2.4原液准备

原液准备过程由四个设备来完成： 原液混合槽，若前面工序所得的产物不稳定，它的庞大体积起着“混合” 和“仓库”的作用；

脱泡桶，真空下脱除原液中的气泡，有利于纺丝； 纺前多级混合器，用以混合消光剂等添加剂； 原液过滤器，用以除去原液中的机械杂质。 3均相溶液聚合工艺的主要控制因素

(1) 单体的配比及总浓度

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222 221

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图一 聚丙烯腈均相聚合工艺流程简图 （连续法）

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