聚丙烯腈生产工艺与特点
聚丙烯腈原丝生产工艺
聚丙烯腈原丝生产工艺哎呀,聚丙烯腈原丝这玩意儿,听起来是不是有点高大上?其实呢,它就是我们日常生活中很多物品的原材料,比如你穿的毛衣,或者你用的地毯,都有可能是用这玩意儿做的。
别急,让我给你慢慢道来,咱们聊聊这聚丙烯腈原丝的生产工艺,就像咱们平时聊天一样。
首先,咱们得从聚丙烯腈的原料说起。
聚丙烯腈,这名字听起来挺拗口的,其实就是一种合成纤维,它的原料是丙烯腈。
这丙烯腈,你可以理解为一种化学物质,它在高温高压下,通过聚合反应,就变成了聚丙烯腈。
接下来,就是把这聚丙烯腈变成原丝的过程了。
这个过程,就像是把面团揉成面条一样,得经过好几个步骤。
首先,得把聚丙烯腈溶解在一种叫做二甲基甲酰胺的溶剂里,这溶剂就像是水,能让聚丙烯腈溶解,变成一种粘稠的液体。
然后,这粘稠的液体会被送到一个叫做纺丝机的地方。
纺丝机,你可以理解为一个超级大的注射器,它会把这粘稠的液体挤出来,形成一根根细细的丝。
这丝在挤出来的时候,会经过一个叫做凝固浴的地方,凝固浴里有一种特殊的液体,能让这丝凝固成型。
凝固成型后的丝,还得经过一系列的处理,比如拉伸、热处理、冷却等等,这些步骤都是为了改善丝的物理性能,让它更结实、更有弹性。
这就像是你把面团揉成面条后,还得把它煮熟,让它更有嚼劲。
最后,这些处理好的丝会被卷起来,就成了聚丙烯腈原丝。
这原丝,就是很多纺织品的原材料了。
你别看这原丝细细的,它可是能织成各种各样的纺织品,从毛衣到地毯,从袜子到窗帘,都有可能是用这聚丙烯腈原丝做的。
所以,你看,这聚丙烯腈原丝的生产工艺,其实就像是把面团变成面条的过程,虽然听起来复杂,但其实原理挺简单的。
这就是聚丙烯腈原丝的故事,希望你喜欢。
下次你看到聚丙烯腈制品的时候,可以想想,这玩意儿,其实就是从一团粘稠的液体,经过一系列的加工,变成了你手中的温暖和舒适。
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维生产工艺
粘胶基热解法生产碳纤维:
以为粘胶丝为原料,400度以下分解,1500度惰性气氛中炭化,石墨化温度高于 2800度。 碳回收率低,产量少,成本高。以被前两种方法代替,现已较少使用。
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维生产工艺:
工艺特点 碳回收率高,成本低,性能好ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ最有发展前途。
用PAN纤 维制造碳纤 维有三个阶 段:氧化、 碳化、石墨 化。PAN原 丝在制造碳 纤维过程中 的结构变化 见左图。
沥青基碳纤维生产工艺简介:
1、 以聚氯乙烯、煤焦油、石油和沥青混合料为原料,将其纺丝后在250350氧化处理,产生交联结构。 2、炭化是在1350-2000度氮气中进行,纤维保持高度取向结构。 3、石墨化温度为2500-3000度,进一步增加取向程度,模量可达900GPa, 接近石墨单晶理论模量1060GPa。
聚丙烯腈反应工艺
聚丙烯腈反应工艺材料科学与工程学院201013020427杨艳艳1 聚丙烯腈聚合方法PAN溶液聚合的基本工艺为:丙烯腈、溶剂和少量助剂进入反应签,达到一定的温度条件,单体在引发剂的作用下打开双键连接为线性聚丙烯腈链并释放出反应热;这些溶有大分子的有机溶液经过一些后处理工序,成为最终聚合产品。
水相沉淀聚合是当前聚丙烯睛纤维工业中使用最广泛的方法。
水相沉淀聚合工艺具有连续相不参与聚合过程、聚合釜时空利用率高、体系粘度低、聚合热易除去、反应易稳定控制、生产灵活性大等优点。
2聚合方法选择选择水相沉淀聚合中连续聚合方法,以二甲基亚砜为溶剂的工艺路线,该工艺路线采用丙烯腈为主单体,衣康酸、丙烯酸甲酯等物质作为共聚单体,二甲基亚砜为溶剂,通过偶氮二异丁腈热分解引发进行自由基链式聚合反应。
DMSO法聚合也可以采用连续聚合法,即:聚合主体过程按照转化率划分为前后两段,进出料均为连续过程,无批次划分。
其生产过程为:所有原料和助剂在混合成均匀溶液后,连续、定量进入聚合釜,并与已达到一定反应程度(70%以上)的丙烯腈—聚丙烯腈一二甲基亚砜溶液进行反应;该阶段得到的长链产物连续送入第二聚合釜,达到较高转化率(90%左右);此后经过连续脱单、脱泡、过滤等处理后达到一定的中控指标,恒压输送至纺丝单元。
DMSO法聚合的主要特点在于条件缓和及可控性好。
其工艺具有以下优点A、聚合体系温度条件和缓,通过普通的循环热水系统即可完成,不仅降低了成本,而且安全可靠,控制精度高。
B、所得纺丝液不易水解,能够长时间贮存,在纺丝过程条件条件更加温和可控,制得的原丝和碳纤维综合性能更好C、二甲基亚砜对碳钢有一定腐蚀,因此主物料管线设备使用不锈钢材质,但对空间影响不严重,现场除有机物料接触的管线设备外,其余都可采用碳钢材质和普通防腐技术,检修维护成本不高。
D、二甲基亚砜人身伤害性小,只需配备简单劳保措施,安全环保投入低。
E、二甲基亚砜稀溶液回收技术简单,回用效果好,成本方面可控。
聚丙烯腈合成方法
聚丙烯腈合成方法聚丙烯腈是一种重要的合成纤维材料,广泛应用于纺织、化工、医药等领域。
本文将介绍聚丙烯腈的合成方法及其特点。
聚丙烯腈的合成方法主要包括自由基聚合法和离子聚合法两种。
其中,自由基聚合法是目前应用较广泛的一种方法。
下面将分别介绍这两种合成方法。
自由基聚合法是通过丙烯腈单体的自由基聚合反应来合成聚丙烯腈。
首先,将丙烯腈单体与引发剂、溶剂等混合物加入反应釜中,经过适当的搅拌和加热,引发剂产生自由基,引发聚合反应。
聚合反应进行一段时间后,反应釜中生成的聚合物经过过滤和洗涤等步骤,最终得到聚丙烯腈。
自由基聚合法具有反应速度快、操作简单的优点,但聚合度较低,分子量分布较宽,所得聚丙烯腈的性能较一般。
离子聚合法是通过丙烯腈单体的离子聚合反应来合成聚丙烯腈。
离子聚合法主要包括阴离子聚合和阳离子聚合两种。
阴离子聚合是将丙烯腈单体与阴离子引发剂反应,生成负离子,进而引发聚合反应。
阳离子聚合则是将丙烯腈单体与阳离子引发剂反应,生成正离子,引发聚合反应。
离子聚合法可以得到分子量较高、分子量分布较窄的聚丙烯腈,具有优异的物理性能和化学稳定性。
除了上述两种主要的合成方法,还有其他一些改进方法,如催化剂聚合法、辐射聚合法等。
催化剂聚合法是通过添加催化剂来促进聚合反应的进行,提高聚合速度和聚合度。
辐射聚合法则是利用辐射能量引发聚合反应,可以在常温下进行,不需要引发剂和溶剂,具有环保、高效的特点。
总的来说,聚丙烯腈的合成方法多种多样,各有特点。
选择合适的合成方法,可以得到具有不同物理性能和化学性质的聚丙烯腈。
这些聚丙烯腈材料在纺织、化工、医药等领域有着广泛的应用前景。
未来,随着合成技术的不断发展和完善,聚丙烯腈的合成方法将变得更加高效、环保和经济。
年产聚丙烯腈纤维
年产聚丙烯腈纤维1. 简介聚丙烯腈纤维是一种合成纤维,具有优良的物理和化学性能,被广泛应用于纺织、医疗、汽车、建筑等领域。
本文档将介绍年产聚丙烯腈纤维的相关信息,包括生产工艺、产品特性和市场前景等。
2. 生产工艺2.1 原料准备聚丙烯腈纤维的生产主要原料为丙烯腈单体。
原料的准备包括丙烯腈的采购和质量检测。
2.2 聚合反应原料丙烯腈通过聚合反应生成聚丙烯腈。
聚合反应需要控制反应温度、反应时间和添加聚合催化剂等参数。
2.3 纺丝和拉伸聚合得到的聚丙烯腈通过纺丝和拉伸工艺,形成连续的聚丙烯腈纤维。
纺丝过程中需要控制纺丝温度和纺丝速度,拉伸过程中需要控制拉伸速度和温度。
2.4 染色和后处理获得的聚丙烯腈纤维可以进行染色和后处理。
染色可以改变纤维的颜色和外观,后处理可以改善纤维的强度和柔软性。
3. 产品特性聚丙烯腈纤维具有以下特性:•高强度:聚丙烯腈纤维的强度比其他合成纤维高,可以用于制备强度要求高的纺织品。
•耐磨性:聚丙烯腈纤维具有良好的耐磨性,适用于制作耐久性要求高的衣物和织物。
•耐候性:聚丙烯腈纤维对紫外线和氧化性环境具有较好的耐受性,能够在户外环境中长时间使用。
•舒适性:聚丙烯腈纤维具有柔软和吸湿排汗的特性,能够增加纺织品的舒适感。
•抗菌性:聚丙烯腈纤维具有抗菌性能,可以防止细菌滋生。
4. 市场前景聚丙烯腈纤维作为一种功能性纤维,具有广阔的市场前景。
随着人们对生活品质的要求提高,对纺织品的功能性需求也越来越多样化。
聚丙烯腈纤维具备多种功能特性,可以满足不同领域的需求。
在纺织行业中,聚丙烯腈纤维可以用于制作高强度的织物和服装,如军用服装、工作服等。
在医疗行业中,聚丙烯腈纤维可以应用于医疗纺织品,如手术衣、口罩等。
在汽车行业中,聚丙烯腈纤维可以用于汽车座椅材料,提供舒适性和耐久性。
在建筑行业中,聚丙烯腈纤维可以用于制作防水材料和隔热材料,提高建筑的性能和耐久性。
综上所述,年产聚丙烯腈纤维具有广阔的市场前景,可以满足不同领域对纺织品功能性的需求。
聚丙烯腈原料
聚丙烯腈原料聚丙烯腈原料是一种广泛应用于化工、纺织、电子等多个领域的高分子材料。
它由丙烯腈单体聚合而成,具有优异的物理性质和化学性质,广泛应用于制备各种聚合物产品。
一、聚丙烯腈的性质聚丙烯腈是一种无色、透明、坚硬的高分子材料,具有较高的强度、硬度和耐热性能,耐化学腐蚀性能也很好。
同时,聚丙烯腈具有很好的导电性能和抗静电性能,可以广泛应用于电子器件和纺织品等领域。
二、聚丙烯腈的制备方法聚丙烯腈的制备方法主要有两种:一种是通过自由基聚合反应制备聚丙烯腈;另一种是通过离子聚合反应制备聚丙烯腈。
自由基聚合反应是将丙烯腈单体加入反应釜中,加入一定量的自由基引发剂后,在一定温度下进行聚合反应。
这种方法制备的聚丙烯腈分子量分布较宽,但生产成本较低。
离子聚合反应是将丙烯腈单体在有机溶剂中与一定量的活性离子引发剂进行反应,得到聚丙烯腈。
这种方法制备的聚丙烯腈分子量分布较窄,但生产成本较高。
三、聚丙烯腈的应用领域聚丙烯腈作为一种高分子材料,具有很广泛的应用领域。
其中,最广泛的应用领域是化工领域。
聚丙烯腈可以用作制备合成纤维的原料,可以制备各种聚合物材料,如聚丙烯腈-丙烯酸甲酯共聚物、聚丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚丙烯腈-丙烯酸共聚物等。
聚丙烯腈还可以用于制备电子器件材料,如电容器、电解质等。
聚丙烯腈还可以用于制备阻燃材料、摩擦材料、抗氧化材料等。
四、聚丙烯腈的市场前景随着工业化的不断发展,聚丙烯腈作为一种高分子材料,其市场需求量也在不断增加。
目前,聚丙烯腈的主要应用领域是纺织、化工、电子等行业。
特别是在纺织行业,聚丙烯腈可以用于制备各种高强度、高弹性的合成纤维,如腈纶、亚麻素等,市场前景非常广阔。
随着新材料技术的不断发展,聚丙烯腈的应用领域也在不断扩大。
未来,聚丙烯腈将会在新材料、新能源等领域得到更广泛的应用。
第六章聚丙烯腈纤维详解演示文稿
目前十七页\总数六十一页\编于七点
三、聚丙烯腈的性能
聚丙烯腈为白色粉末,密度1.14~1.15g/cm3, 220~230 ℃时软化并发生分解。
由于侧氰基作用,聚丙烯腈大分子主链呈螺旋状空间立体构象。 聚丙烯腈的耐光性非常优良,这主要是由于聚丙烯腈大分子上
引发剂用量增加,单位时间内产生的引发自 由基增多,单体聚合速度加快,转化率增加;同 时活性中心增多,不利于提高聚合产物分子量。 NaSCN法用AIBN做引发剂,AIBN为总单体重量 的0.2%~0.8%。
目前十四页\总数六十一页\编于七点
⑵聚合温度 T ↑ 转化率↑ ↓ 温度升高,引发剂分解速度加快,反应总速
第三单体, 0.5%~3%
第二单体的作用:降低大分子间的作用力,降低PAN的结晶性、 增加纤维的页\编于七点
常用的第二单体有:
丙烯酸甲酯(MA) 甲基丙烯酸甲酯
(MMA) 醋酸乙烯酯(VAC)
丙烯酰胺(AAM)
目前七页\总数六十一页\编于七点
第三单体的作用:引入亲染料基团,改进纤维 的染色性和亲水性。
第六章聚丙烯腈纤维详解演示文 稿
目前一页\总数六十一页\编于七点
优选第六章聚丙烯腈纤维
目前二页\总数六十一页\编于七点
2009年1-12化纤产量完成情况
目前三页\总数六十一页\编于七点
腈纶纤维有许多优点,蓬松性、保暖性好、手 感柔软、近似羊毛,而且具有优良的耐光性和 耐辐射性。但其强度不高,耐磨性和抗起球性 较差。
目前十九页\总数六十一页\编于七点
湿法纺丝工艺流程 1-喷丝头 2-凝固浴 3-导丝盘 4-卷绕装置
关于聚丙烯腈生产工艺
关于聚丙烯腈生产工艺摘要:介绍了聚丙烯腈的生产情况、工艺技术、产品应用以及市场供求情况,分析了该产品的价格趋势及竞争能力,对发展我国聚丙烯腈工业提出了建议。
介绍聚丙烯腈的性质特点、生产及加工方法和应用情况,指出了其发展前景。
关键词: 聚丙烯腈生产前景应用流程一、概述1.聚丙烯腈发展概况。
1894年,法国化学家Moureu首次提出了聚丙烯腈的合成。
直到1929年,德国的巴斯夫公司(BASF)才成功地合成了聚丙烯腈。
1942年美国的杜邦公司和德国的Herbert Rein公司同时发明了溶解聚丙烯腈的溶剂二甲基甲酰胺(DMF)。
1950年,在德国和美国首先实现了聚丙烯腈纤维的工业化生产。
此后,各国的化学家又致力于其他溶剂的研发,如二甲基亚砜(DMSO)、二甲基乙酰胺(DMA)、硫氰酸钠(NaSCN)浓溶液、硝酸和氯化锌溶液等。
1954年,联邦德国法本拜耳公司用丙烯酸甲酯与丙烯腈的共聚物制得纤维,改进了纤维性能,提高了其实用性,促进了聚丙烯腈纤维的发展。
2.聚丙烯腈的结构。
首尾连接是聚丙烯腈大分子链中丙烯腈单元的主要连接方式,与C≡N基相连的碳原子间隔着一个—CH2—基。
由于聚丙烯腈结构中存在极性较强体积较大的侧基——氰基,在同一大分子和相邻分子间产生斥力和引力,使的大分子活动受到极大阻碍而具有不规则的曲折和扭矩。
因此聚丙烯腈主链呈不规则螺旋状空间立体构象。
3.聚丙烯腈的性能。
聚丙烯腈有优良的耐光性,并且热稳定性高,成纤用聚丙烯腈加热至170~180℃颜色才有变化。
4.聚丙烯腈纤维的应用。
聚丙烯腈主要用途是纺制纤维。
该纤维还可以加工制成膨体纱,由于其中保存大量空气,具有高度的保暖性,可代替羊毛绒线。
聚丙烯腈纤维除民用外,在军事方面也应用广泛。
5.聚丙烯腈纤维的研发趋势及前景。
其一,是新成纤工艺研究,如采用增塑剂法,合成聚丙烯腈共聚物,以期降低聚丙烯腈大分子间的相互作用从而降低聚合物的熔点,来采用熔融纺织工艺或提高干喷湿纺工艺中纺丝浆液的浓度,达到提高成纤后原丝力学性能的目的。
丙烯腈工艺设计
丙烯腈工艺设计第一节:引言丙烯腈,又称丙烯氰,是一种无色液体,具有较高的挥发性和毒性。
它是合成合成纤维聚丙烯腈(PAN)的重要原料,也被广泛用于制造橡胶、塑料、涂料等化工产品。
在丙烯腈的生产过程中,工艺设计起着至关重要的作用。
本文将对丙烯腈工艺设计进行探讨。
第二节:丙烯腈的生产过程丙烯腈的生产一般采用氰化氢与丙烯的反应,生成丙烯腈。
该反应是一个剧烈的放热反应,需要在适当的温度和压力下进行控制,以确保反应的顺利进行。
第三节:反应条件的选择在丙烯腈的工艺设计中,选择适当的反应条件是非常重要的。
首先,温度的选择应考虑到反应速率和产率之间的平衡。
温度过高会导致副反应的发生,降低产率;温度过低则会减缓反应速率,影响生产效率。
其次,压力的选择也很关键。
较高的压力有助于提高反应速率和产率,但过高的压力会增加设备成本和安全风险。
因此,反应条件的选择需要综合考虑多个因素,以达到最优的工艺设计。
第四节:反应器的选择反应器是丙烯腈生产过程中的关键设备。
常见的反应器包括连续流动反应器和批量反应器。
连续流动反应器适用于大规模生产,具有高效、稳定的特点。
批量反应器适用于小规模生产或研发阶段,具有操作灵活、易于控制的优势。
在工艺设计中,需要根据生产规模和需求选择适当的反应器。
第五节:催化剂的选择在丙烯腈的生产过程中,催化剂的选择对反应效果起着至关重要的作用。
常用的催化剂包括铜基和银基催化剂。
铜基催化剂具有成本低、稳定性好的特点,但对反应条件要求较高;而银基催化剂具有活性高、选择性好的特点,但成本较高。
在工艺设计中,需要根据经济性、效率和产品质量等方面的考虑,选择合适的催化剂。
第六节:产品分离和纯化在丙烯腈的生产过程中,产品的分离和纯化是必不可少的环节。
常用的分离技术包括蒸馏、结晶、吸附等。
蒸馏是最常用的分离技术,可以根据组分的沸点差异实现分离。
结晶则通过溶解度的差异将目标物质与杂质分离。
吸附技术则利用吸附剂对目标物质进行选择性吸附,实现分离纯化。
聚丙烯腈生产工艺与特点
聚丙烯腈生产工艺与特点摘要:本文论述了用采用水相沉淀聚合法和均相溶液聚合法合成聚丙烯腈共聚物生产工艺,讨论两种不同聚合方法和聚合条件所合成的丙烯腈共聚物的生产工艺,并对生产聚丙烯腈的两种工艺进行综述评述。
关键词:聚丙烯腈溶液聚合水相沉淀聚合对比聚丙烯腈,通常称为聚丙烯腈纤维(Polyacry-lonitrile or acrylic )}睛纶是聚丙烯腈纤维在我国的商品名。
用85%以上的丙烯腈和其它第二、第三单体共聚的高分子聚合物纺制的合成纤维,又称聚丙烯腈纤维。
如果丙烯腈含量在35%-85%之间,而第二单体含量占15%-65%,这种共聚物纤维则称为改性聚丙烯腈纤维。
聚丙烯腈的特点:聚丙烯腈外观为白色粉末状,密度为1.14~1.15g/cm ,加热至220~300℃时软化并发生分解。
玻璃化转变温度:104℃为白色或略带黄色的不透明粉末;相对密度1.12,玻璃化温度约90℃。
它溶于二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、环丁砜、硝酸亚乙基酯等极性有机溶剂,还能溶于硫氰酸盐、过氯酸盐、氯化锌、溴化锂等无机盐的浓水溶液,以及浓硝酸等特殊溶剂。
它的软化温度和分解温度很接近,加热至200℃以上也不熔化,而是逐渐着色,以至碳化。
用途:聚丙烯腈主要用于制造合成纤维(如腈纶)。
用85%以上的丙烯腈和其他第二、第三单体共聚的高分子聚合物仿制的合成纤维。
聚丙烯腈纤维的中国商品名。
俗称人造羊毛。
美国杜邦公司于20世纪40年代研制成功纯聚丙烯腈纤维(商品名为奥纶),因染色困难、易原纤化,一直未投入工业化生产。
后来在改善聚合物的可仿性和纤维的染色性的基础上,腈纶才得以实现工业化生产。
各个国家有不同的商品名,如美国有奥纶、阿克利纶、克丽斯纶、泽弗纶,英国有考特尔,日本有毛丽龙、开司米纶、依克丝兰、贝丝纶等。
腈纶密度一般为 1.16~1.18克/厘米3,标准回潮率为1.0%~2.5%。
纤维的特点是蓬松性和保暖性好,手感柔软,并具有良好的耐气候性和防霉、防蛀性能。
聚丙烯腈合成工艺
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;水相沉淀聚合一、前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%时回弹率仍可保持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℃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-COOCH3)、甲基丙烯酸甲酯[CH2C(CH3)COOCH3]、醋酸乙烯酯(CH2=CHOOCCH3)等中性单体,第三单体有丙烯磺酸[CH2=C(SO3H)-CH3]、丙烯酸(CH2=CHCOOH)、衣康酸(CH2=CHCOOHCH2COOH)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: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。
腈纶生产工艺及应用
腈纶生产工艺及应用
腈纶(Acrylic fiber),是一种合成纤维材料,其化学名为聚
丙烯腈(Polyacrylonitrile),是一种重要的合成纤维材料之一。
腈纶具有多种优异的物理性能和化学性能,因此被广泛用于纺织、化工、建材、汽车等行业。
腈纶的生产工艺主要包括以下几个步骤:
1. 聚合:将丙烯腈与其他单体(如酯类、酮类等)共聚合,经过聚合反应形成聚丙烯腈。
2. 溶解纺丝:将聚丙烯腈溶解于有机溶剂中,并添加相应的添加剂,形成纺丝溶液。
3. 纺丝:将纺丝溶液通过纺丝机器进行纺丝,形成连续的腈纶纤维。
4. 固化:将纺丝后的连续纤维经过牵伸、热固化等处理,使其具有所需的物理性能。
腈纶具有以下几个主要的应用领域:
1. 纺织品:腈纶纤维具有坚韧、耐磨等优点,被广泛用于纺织品制造。
例如,腈纶可以与棉、丝、毛等天然纤维进行混纺,制成不同类型的服装、家纺等。
2. 合成皮革:腈纶纤维具有柔软、耐磨等特点,可以用于合成
皮革的制造。
与传统的供甲醛及其他有害物质的合成皮革相比,腈纶合成皮革更环保、更安全。
3. 建材:腈纶纤维可以用于制作各种建材产品,如地毯、地垫、防滑垫等。
由于腈纶具有耐磨、耐高温等特性,使得这些建材产品更加耐用。
4. 汽车行业:腈纶纤维可以用于汽车内装饰品的制造,如座椅面料、车门饰板等。
腈纶具有耐光、不褪色等特点,使得它成为理想的汽车内饰材料。
总体来说,腈纶作为一种合成纤维材料,在众多领域都有重要的应用价值。
随着科技的不断发展和创新,腈纶的生产工艺和应用领域也将不断拓展和改进。
第四五章聚丙烯腈纤维(腈纶)的生产、结构和性能
Tg2 140~150℃ 中侧序度区
结构比低侧序 度区紧密, 柔性更低
“熔点”Tm 327℃
高侧序度(蕴晶)
准晶体的熔融
(2)三元共聚物的热转变点
Tg2向Tg1靠拢甚至Tg1消失 三个阶段:
80~90℃ → 170℃
低侧序度区大分子链段运动 模量急剧降低 热塑性很大
200→ 300℃
第四章 聚丙烯腈纤维(腈纶)的生产、结构和性能
腈纶特点:
多元共聚 具有热弹性 耐晒 耐霉腐 耐虫蛀
…
腈纶产品:
长丝:很少 短纤:棉型、毛型 膨体纱
腈纶衍生产品:
人造毛皮 碳纤维
…
第一节 聚丙烯腈纤维的基本组成物质和生产
聚丙烯腈均聚物(奥纶)
单体:丙烯腈 缺点:大分子间作用力强,缺少吸湿基团
蒸发水分,消除微孔和裂缝,使结构密实
• 热定形:提高蕴晶完整性
– 毛型:松弛热定形
– 棉型:张力热定形
干法纺丝
第二节 聚丙烯腈纤维的形态结构和超分子结构
一、聚丙烯腈纤维的形态结构
纺丝方法 截面
纵向
湿法纺丝 圆形
粗糙
干法纺丝 花生果形 似树皮状
备注 有气孔
二、聚丙烯腈纤维的超分子结构
(一)聚丙烯腈纤维超分子结构的特点
与羊毛相比
强度较大
2.影响应力-应变曲线的因素
纤维结构
单体组成(均聚物和共聚物、第二第三单体的成分) 生产条件(抽伸、热定形)
温度
温度越高,模量越低、强度越低、延伸度越大 温度对腈纶的应力应变曲线的影响比对锦纶和涤纶的都 大
湿度
强度、模量稍有下降
温湿度共同作用
强度、模量明显下降 很易拉伸和变形
腈纶:又名聚丙烯腈纤维
腈纶:又名聚丙烯腈纤维(polyacrylonitrile fiber)是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。
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。
1、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。
2、性能: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”。
3、功能:(1)分散性好(2)化学性能稳定(3)耐腐蚀性好(4)抗拉强度高(5)耐光性、耐候性。
4、改性品种突出的有丙烯腈与氯乙烯共聚纤维,是将丙烯腈和氯乙烯共聚所得的共聚物溶于丙酮,再经干法纺丝或湿法纺丝制得。
1949年,由美国联合碳化物公司首先生产,由于氯乙烯含量占50%~60%,因此阻燃性能良好,且具有自熄性,但染色性稍差。
聚丙烯腈纤维生产工艺路线及原料
第二单体 降低丙烯腈分子间引力和抵消-CN基的作用,降低PAN的结晶性,改善聚丙烯腈的可溶性、弹性、
手感、热塑性,提高染料向纤维内部的扩散速度,在一定程度上改善纤维的染色性(丙烯酸甲酯、甲基 丙烯酸甲酯、醋酸乙烯和丙烯酰胺等);它在纤维中的含量为4%~10%左右)
第三单体 引入亲染料基团,增加纤维对染料的亲和力;(甲基丙烯磺酸钠,丙烯磺酸钠、亚甲基丁二酸);
它在纤维中的含量为0.3%~2%左右。
溶剂 ——有机溶剂:占63% ,DMF、DMA、EC、丙酮、DMSO。腈纶结构致密,截面非圆形,
光泽和谐; ——无机溶剂:约占37%,NaSCN、HNO3、ZnCl2。腈纶蓬松性好,截面圆形,光泽较亮,
聚丙烯腈纤维纺丝工艺及质量控制
——聚丙烯腈纤维生产工艺路线及原料
腈纶:聚丙烯腈纤维 、PAN纤维或PAC纤维 丙烯腈和第二、第三单体的共聚物(comonomer)纺制的合成纤维; 常规聚丙烯腈纤维中AN含量在85%以上; 改性聚丙烯腈纤维(modacrylic fiber)中 AN含量为35%~85%
强度较高; 引发剂:偶氮二异丁腈
浅色剂:二氧化硫脲
分子量调节剂:异丙醇(IPA)
萃取剂 :异丙醚(IPE)
碳酸钡:用BaCO3即可除去SO42- 草酸钾钛:降低溶剂色度,防止铁质进入聚合体 油剂、抗静电剂:油剂(司配60、吐温60);
抗静电剂如甲基(三羟乙基)甲基硫酸季铵盐; 其他:钛白粉、荧光增白剂、硫酸、醋酸、盐酸、离子交换树脂等原料。
干法纺丝与湿法纺丝 :腈纶的成形借助于蒸发除去挤出细流中的溶剂,称为干法纺丝; 借助于挤出细流中的溶剂与凝固浴中溶剂的双向扩散,称为湿法纺丝;
聚丙烯腈生产工艺
聚丙烯腈生产工艺
嘿,朋友们!今天咱来聊聊聚丙烯腈生产工艺。
这玩意儿可重要啦,就好像是一位神奇的魔法师,能变出好多有用的东西呢!
你想想看,聚丙烯腈能变成各种纤维,那可是我们生活中常见的宝贝呀!就像我们穿的衣服,好多都是用它做的呢。
那这神奇的工艺是怎么回事呢?简单来说,就像是一场精心编排的舞蹈。
先是原材料们排好队,准备登场。
然后在各种条件的配合下,开始它们的表演。
温度啦、压力啦,这些就像是舞蹈的节奏和旋律,把握得恰到好处,才能让这场“舞蹈”精彩绝伦。
生产过程中,那些设备就像是一个个身怀绝技的舞者,它们相互配合,精准地完成每一个动作。
反应釜就像是舞台的中央,所有的精彩都在这里发生。
这工艺可不简单哟!需要高度的专注和细心,就像一个细心的厨师在烹饪一道美味佳肴,稍有不慎,可能味道就变了。
这可不是闹着玩的,要是出了差错,那可就麻烦啦!
而且呀,这工艺还得不断改进和创新呢。
就跟我们人一样,得不断学习进步呀,不然怎么能跟上时代的步伐呢?你说是不是?
你看现在科技发展得多快,要是不努力提升这生产工艺,那不是要落后啦?那可不行,我们得让聚丙烯腈生产工艺变得越来越好,越来越厉害。
这就好像是一场比赛,我们要跑得越来越快,跳得越来越高,才能在这个大舞台上展现出我们的实力和魅力。
想想看,如果没有好的生产工艺,我们的生活得失去多少便利呀。
那些漂亮的衣服、好用的东西可就没那么容易得到啦。
所以呀,我们得重视这聚丙烯腈生产工艺,让它为我们的生活带来更多的美好和惊喜。
让我们一起为它加油,为它喝彩吧!总之,聚丙烯腈生产工艺就是这么神奇,这么重要,我们可不能小瞧它哟!。
聚丙烯腈碳纤维
未来,聚丙烯腈碳纤维在新能源、智能制造等领域的应用将得到进一 步拓展,为新兴产业的发展提供有力支持。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
聚丙烯腈碳纤维对酸、碱等化学物质具有较 强的耐腐蚀性。
抗氧化性
在高温和有氧环境中,聚丙烯腈碳纤维不易 被氧化。
良好的耐溶剂性
对各种有机溶剂,聚丙烯腈碳纤维表现出较 好的稳定性。
耐辐照稳定性
在强辐照环境下,聚丙烯腈碳纤维的性能不 易发生变化,具有较好的稳定性。
04 聚丙烯腈碳纤维的应用实 例
航空航天领域
05 聚丙烯腈碳纤维的未来发 展与挑战
新材料开发与性能提升
研发高强度、高模量、轻量化的聚丙烯腈碳纤维
通过材料改性、纳米复合等技术手段,提高聚丙烯腈碳纤维的力学性能和热稳定性,以满 足高端领域对高性能纤维的需求。
探索新型聚丙烯腈碳纤维的制备方法
研究新的合成路径和反应条件,降低生产成本,提高产量和纯度,实现大规模生产。
表面打磨
对碳纤维表面进行打磨处理,去 除表面的毛刺和不平整部分,提
高碳纤维与基体的结合强度。
03 聚丙烯腈碳纤维的性能特 点
力学性能
高强度
聚丙烯腈碳纤维具有极高的拉 伸强度,远超过其他纤维材料
。
高弹性模量
其弹性模量高,能够承受较大 的压力而不发生形变。
耐磨性
聚丙烯腈碳纤维具有较好的耐 磨性,能在复杂环境中保持其 性能。
在汽车领域,聚丙烯腈 碳纤维因其高强度和轻 质特性,被用于制造汽 车零部件,如车架、悬 挂系统等,提高了汽车 的燃油经济性和动力性 能。
在体育器材领域,聚丙 烯腈碳纤维因其轻质和 高强度特性,被广泛应 用于制造高尔夫球杆、 钓鱼竿、自行车车架等 运动器材,提高了运动 性能和安全性。
聚丙烯腈 原材料
聚丙烯腈原材料聚丙烯腈是一种重要的合成纤维原料,具有广泛的应用领域。
本文将从聚丙烯腈的结构、性质、制备方法以及应用方面进行介绍。
聚丙烯腈是一种由丙烯腈单体聚合而成的高聚物。
它的化学结构中含有一个氰基,因此也被称为聚丙烯腈纤维。
聚丙烯腈的分子链结构紧密,由于聚合度高,因此具有较高的拉伸强度和耐磨损性。
此外,聚丙烯腈还具有较好的耐热性和耐化学性。
聚丙烯腈的制备方法主要有两种:乳液聚合法和溶剂聚合法。
乳液聚合法是将丙烯腈溶解在水中,通过乳化剂的作用使丙烯腈形成乳液,然后加入引发剂进行聚合反应。
溶剂聚合法是将丙烯腈溶解在有机溶剂中,加入引发剂后进行聚合反应。
两种方法均可获得高分子量的聚丙烯腈。
聚丙烯腈具有良好的物理性能和化学性能,因此在纺织、合成革、纸张增强等领域得到广泛应用。
在纺织领域,聚丙烯腈纤维可以用于制作针织品、毛线衫、袜子等。
由于聚丙烯腈纤维具有较好的弹性和保暖性能,因此在冬季服装中得到广泛应用。
此外,聚丙烯腈纤维还可以制作过滤材料、绳索、工业线等。
在合成革领域,聚丙烯腈纤维可以用于制作仿皮革材料。
聚丙烯腈纤维具有较好的耐磨损性和耐化学性,因此合成的仿皮革材料具有较高的耐用性和耐腐蚀性。
在纸张增强领域,聚丙烯腈纤维可以用于纸张增强,提高纸张的强度和耐久性。
除了上述应用领域,聚丙烯腈还可以用于制备其他功能性材料。
例如,聚丙烯腈可以在高温下进行炭化处理,得到碳纤维材料,具有较高的强度和刚度。
碳纤维材料被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
此外,聚丙烯腈还可以进行化学修饰,制备各种功能性化合物,如聚丙烯腈酰胺和聚丙烯腈酮等。
聚丙烯腈作为一种重要的合成纤维原料,在纺织、合成革、纸张增强等领域具有广泛的应用。
通过不同的制备方法和后续处理,可以得到不同性能的聚丙烯腈材料,满足不同领域的需求。
聚丙烯腈的应用前景仍然广阔,随着科技的进步,相信聚丙烯腈材料在更多领域将发挥重要作用。
浅谈聚丙烯腈纤维工艺与用途
浅谈聚丙烯腈纤维工艺与用途摘要:主要论述了聚丙烯腈纤维的加工方法与工艺流程和纤维的特点,说明了其具有良好的性能,在纺织工程与高科技领域有较大的运用前景。
关键字:聚丙烯腈纤维;生产技术;应用;介绍1、引言聚丙烯腈纤维,在我国的商品名称为腈纶,是由丙烯腈的均聚物或共聚物经纺丝加工制得的纤维。
这类纤维的主要特点,是它的柔软性和保暖性与羊毛十分相似,故又称为“合成羊毛”。
因此,其大量用作“仿羊毛”纤维,替代羊毛。
聚丙烯腈纤维可以用来制作套衫、毛毯、地毯、童装以及诸如旗布、遮阳篷等户外产品,在纺织上有很大的用处。
它的发展很快,现今已是合成纤维中的第三位,其产量仅次于涤纶和尼龙。
腈纶的优良性能使其在服装、服饰、产业三大领域有广泛的运用。
所以了解一下腈纶的用途以及生产方法生产工艺,对于学习高聚物合成工艺学的学生来说是非常必要的。
2、聚丙烯腈纤维的结构和性质2.1 聚丙烯腈纤维的结构聚丙烯腈纤维是由单体丙烯腈经自由基聚合反应而得到的。
一般的腈纶是丙烯腈含量占85%以上的共聚体。
为了改进腈纶的特性,会在聚合反应时引入第二单体和第三单体。
常用的第二单体有丙烯酸甲酯(CH2=CH-COOCH3)、甲基丙烯酸甲酯[CH2C(CH3)COOCH3]、醋酸乙烯酯(CH2=CHOOCCH3)等中性单体,第三单体有丙烯磺酸[CH2=C(SO3H)-CH3]、丙烯酸(CH2=CHCOOH)、衣康酸(CH2=CHCOOHCH2COOH)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:2.2 聚丙烯腈纤维的性质2.2.1聚丙烯腈纤维引入单体改性纯粹的丙烯腈纤维,由于内部结构紧密,服用性能差,所以通过加入第二,第三单体,改善其性能。
聚合的第二单体主要目的是破坏大分子链的规整性,降低链的敛集密度,改善可纺性及纤维的手感、柔软性和弹性;第三单体通过引入亲染料的基团来改进纤维的染色性,可采用阳离子染料或酸性染料染色。
2.2.2聚丙烯腈纤维的热学性能聚丙烯腈经二次拉伸所纺得的纤维中,非晶区中弯曲的大分子链已伸展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
聚丙烯腈生产工艺与特点
摘要:本文论述了用采用水相沉淀聚合法和均相溶液聚合法合成聚丙烯腈共聚物生产工艺,讨论两种不同聚合方法和聚合条件所合成的丙烯腈共聚物的生产工艺,并对生产聚丙烯腈的两种工艺进行综述评述。
关键词:聚丙烯腈溶液聚合水相沉淀聚合对比
聚丙烯腈,通常称为聚丙烯腈纤维(Polyacry-lonitrile or acrylic )}睛纶是聚丙烯腈纤维在我国的商品名。
用85%以上的丙烯腈和其它第二、第三单体共聚的高分子聚合物纺制的合成纤维,又称聚丙烯腈纤维。
如果丙烯腈含量在35%-85%之间,而第二单体含量占15%-65%,这种共聚物纤维则称为改性聚丙烯腈纤维。
聚丙烯腈的特点:
聚丙烯腈外观为白色粉末状,密度为1.14~1.15g/cm ,加热至220~300℃时软化并发生分解。
玻璃化转变温度:104℃为白色或略带黄色的不透明粉末;相对密度1.12,玻璃化温度约90℃。
它溶于二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、环丁砜、硝酸亚乙基酯等极性有机溶剂,还能溶于硫氰酸盐、过氯酸盐、氯化锌、溴化锂等无机盐的浓水溶液,以及浓硝酸等特殊溶剂。
它的软化温度和分解温度很接近,加热至200℃以上也不熔化,而是逐渐着色,以至碳化。
用途:
聚丙烯腈主要用于制造合成纤维(如腈纶)。
用85%以上的丙烯腈和其他第二、第三单体共聚的高分子聚合物仿制的合成纤维。
聚丙烯腈纤维的中国商品名。
俗称人造羊毛。
美国杜邦公司于20世纪40年代研制成功纯聚丙烯腈纤维(商品名为奥纶),因染色困难、易原纤化,一直未投入工业化生产。
后来在改善聚合物的可仿性和纤维的染色性的基础上,腈纶才得以实现工业化生产。
各个国家有不同的商品名,如美国有奥纶、阿克利纶、克丽斯纶、泽弗纶,英国有考特尔,日本有毛丽龙、开司米纶、依克丝兰、贝丝纶等。
腈纶密度一般为 1.16~1.18克/厘米3,标准回潮率为1.0%~2.5%。
纤维的特点是蓬松性和保暖性好,手感柔软,并具有良好的耐气候性和防霉、防蛀性能。
主要用做人造纤维,俗称人造羊毛;制毛线、针织物(纯纺或与羊毛混纺)和机织物,尤其适宜作室内装饰布,如窗帘等。
在材料学中常以聚丙烯腈为基体来合成多空材料,例如PAN基活性炭。
一、丙烯腈均相溶液聚合
聚丙烯腈不溶于丙烯腈,很难找到合适的溶剂,用纯聚丙烯腈原丝制取炭纤维,由于其化学结构存在大量的一CN基团,大分子间作用力强,又无侧链,致
使预氧化和炭化作用周期长而使产品成本高,强度低。
通过加入共聚组分,如衣糠酸、丙烯酸、丙烯酸甲脂等,在制取炭纤维时可使纤维反应活化能降低,有利于促进环化和交联,缓和预氧化放热反应,改善纤维的致密性和均匀性,且能减少断链机会,保证炭纤维强度。
1、聚合配方
以硫氰酸钠水溶液为溶剂,丙烯腈作主单体的三元共聚物的配方及工艺条件如下表:
2、合成原理
常见的PAN纤维都是以丙烯腈为主的三元共聚物,其中除第一单体丙烯腈外,还要采用第二单体和第三单体进行共混。
选用了丙烯腈和丙烯酸甲醋进行溶液聚合,以硫氰酸钠水溶液为溶剂,以偶氮二异丁睛( AIBN)为引发剂聚合聚丙烯腈的合成原理为
nCH2CH
CN CH2CH
CN
n
3、合成工艺
丙烯腈均相溶液聚合工艺流程如下图。
原料丙烯醇、丙烯酸甲脂、衣康酸一钠盐溶液(用22%NaOH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,与异丙醇在管道中混合连续地送人两个并联聚合釜,在反应釜内按设定
的工艺条件进行聚合。
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9℃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。
丙烯腈均相溶液聚合工艺(连续法)流程图
二、丙烯腈水相沉淀聚合
沉淀聚合不论溶剂为水或为非水溶剂 ,聚合体系中生成的聚合物均不溶于单体 ,或不溶于溶剂 ,产生相分离从聚合体系中沉析出来 ,因此聚合体系属于非均相体系。
一般沉淀聚合时 ,当聚合反应未开始之际聚合体系为均匀的相 ,聚合一开始则产生浑浊 ,随反应程度加深 ,聚合体系的浑浊程度也增加。
反应结束 ,聚合体系分为上下2层 ,上部液体较清 ,下部液体较为浑浊 ,体现了沉淀
聚合的特征现象。
对聚丙烯腈纤维生产来说,采用水相沉淀聚合供以后取得的聚合物,必须再行溶解才可以纺丝,这种将树脂生产与纺丝工序分段进行的“聚合”+“溶解纺丝”的方法又称为腈纶生产二步法。
丙烯腈水相沉淀聚合是指用水作介质的聚合方法。
单体在水中有一定的溶解度,当用水溶性引发剂引发聚合时,生成聚合物不溶于水而从水相中沉淀析出,所以称沉淀聚合,又称为水相悬浮聚合。
1、聚合的工艺条件
水相沉淀聚合时控制的工艺因素为,聚合温度:35℃-55℃;聚合时间:1-2h;单体总浓度:28%-30%;高聚合转化率:80%-85%;搅拌速度:55 r/min;聚合的PH:1.9-2.2
2、合成原理
丙烯腈水相沉淀聚合是聚丙烯腈纤维的主要生产方式之一,它是根据丙烯腈单体在水中有一定溶解度(20℃-7.35%,40℃-7.9%,60℃-9.10%)而聚合物则不溶于水的特点而进行通常采用水溶性氧化还原引发体系。
引发剂的分解活化能较低,聚合可以在30—50℃之间甚至还可以在更低温度下进行。
水相聚合的反应热容易控制,产物的分子量分布较均一,聚合速度快,聚合体转化率较高等。
其反应式可表示为:
nCH2CH
CN CH2CH
CN
n
3、合成工艺
丙烯腈连续式水相沉淀聚合工艺流程如下图。
其整个流程分为四个工艺,也就是原料准备、聚合、回收为反应的单体及聚合物后处理。
原料丙烯醇、丙烯酸甲脂、第三单体、NaClO3—Na2SO3水溶液等引发剂和水通过计量泵打入聚合釜。
用次硝酸调节聚合液的pH值为1.9-2.2,在40℃下进行聚合反应,控制一定的转化率,之后将聚合釜内含单体的聚合淤浆压至碱终止釜,用氢氧化钠水溶液调节pH值使反应终止。
将含有单体的淤浆送至脱单体塔,用低压蒸汽在减压下驱赶未反应的单体并将其回收。
脱除单体后的聚合物淤浆在脱水离心机中经脱水、洗涤、千燥即得粉状丙烯睛共聚物。
连续式水相沉淀聚合工艺流程示意图
三、合成工艺评述
通过对聚丙烯腈共聚物合成的两种不同聚合方法和聚合条件的生产工艺对比,两种工艺各具其优缺点。
水相沉淀聚合通常采用水溶性氧化-还原引发体系,引发剂分解活化能较低,聚合温度低,所得产物色泽较白;聚合的反应热易于排除,聚合温度容易控制,所得产品分子量分布均一、平均分子量较高;聚合速率快,聚合物粒子比较均匀,转化率较高,聚合物物料为浆状液容易处理,溶液后处理简单;最后得出的产品干燥后即可作为半成品出售,省去溶剂回收过程。
但不足的是聚合较多地采用含有碱金属离子的水溶性引发体系,聚合釜釜壁容易结疤,釜内聚合体容易沉淀堆积,不仅不利于提高聚丙烯腈原液的性能,而目降低了聚合釜的导热性和有效容积,影响聚合温度和聚合时间,同时沉淀物的脱落沉积易使管道堵塞,使聚合釜的搅拌功率上升。
同时聚丙烯腈固体用溶剂重新溶解,以制成纺丝原液,比一步法增加一道“溶解”生产工序,聚合物浆状物分离、干燥耗能较大。
均相溶液聚合,单体可溶于硫氰酸钠、二甲基甲酰胺等第二单体溶剂中进行反应,溶解性能改善;聚合热容易导出,避免了由于局部过热而引起的自动加速现象,聚合物的相对分子质量分布较窄,保证了产品质量;同时聚合反应容易控制,可以实现连续聚合、连续纺丝。
但不足的是要考虑溶剂对聚合反映的影响,
在溶液聚合中,酸碱度控制不好容易造成分子链转移和反应的阻聚;原料的纯度必须严格控制,否则杂质影响产品质量,减低聚合速率和分子量;聚合反应温度比水相沉淀聚合的反应温度高出一半,热能消耗大,另外溶液后处理复杂,增加了溶剂回收工序。
对比均相溶液聚合和水相沉淀聚合聚丙烯腈共聚物,两种生产工艺都有其可取之处,虽然水相沉淀聚合多了一道“溶解”工艺,但因其所得腈纶纤维质量较好,所以水相沉淀聚合聚丙烯腈共聚物的生产工艺更可行,更适合在工业中操作,目前世界上腈纶生产多采用水相沉淀聚合。
参考文献:
1、《第五章,自由基溶液聚合原理及生产工艺》——百度文库,2011-4-29
2、李克友,张菊华,向福如.高分子合成及工艺学,科学出版社,1999
3、赵德仁,张慰盛.高聚物合成工艺学.华东理工大学,1996,(02)
4、赵建青,李伯耿,袁惠根,潘祖仁. 丙烯腈水相沉淀聚合研究进展[J]. 高分子通报,
1992,(01) .
5、林农, 张爱丽, 罗东, 李文刚. 水相沉淀与溶液聚合法合成丙烯腈共聚物的对比[J]. 合
成纤维, 2009,(09)
6、赵亚奇,王成国,朱波,王延相,王启芬. 丙烯腈水相沉淀聚合引发机理的研究[J]. 材料工
程, 2008,(03) .
7、王成国,赵亚奇,王启芬. 连续水相沉淀聚合法合成聚丙烯腈的反应机理研究进展[J]. 现
代化工, 2008,(01) .。