腈纶的用途和生产方法及工艺

腈纶的综述

07高分子一班卢玉亮 07206020144

摘要：腈纶工业始于20世纪50年代，先后经历了快速发展期，缓慢期，进入21世纪发展速度呈现螺旋上升的趋势，在发达国家产量逐渐降低，而发展中国家产量不断走高。腈纶的用途多种多样，它产量大，价格便宜，质量堪比羊毛、棉花。在纺织行业中有着举足轻重的地位。腈纶的生产工艺也多种多样，而氯化锌一步法又是其中比较成熟的工艺。

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1．绪论

腈纶（PAN fiber），学名又称聚丙烯腈纤维，在我国还称为“人造羊毛”，在国外则称为“奥纶”、“开司米纶”。腈纶通常是指用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。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。腈纶在化学纤维中需求量一直身居显赫，并能保持此位置而抵住涤纶、尼龙汲取烯烃类纤维的强烈竞争，原因在于腈纶具有诸多非常有用而重要的优势。腈纶的优良性能使其在服装、服饰、产业三大领域有广泛的应用。所以了解一下腈纶的用途和它的发展简史以及生产方法和生产工艺，对于化工从业人员来说是非常必要的。

2.腈纶的用途

聚丙烯腈纤维是一种高分子长链合成聚合物形成的人造纤维，其丙烯腈含量至少占85%。它表面平滑，具有良好的悬垂性能，可以生产保暖但是很轻的织物。它的弹性和回弹性具佳，并具有优异的耐阳光和耐气候性能。这种纤维可以水洗或干洗。但是聚丙烯腈纤维的强度一般，湿态时强度约降低20%，但是干燥后即行恢复。这是一种疏水性纤维（回潮率为1%），常发生静电和起球现象，其耐磨性能一般。

有着人造羊毛美称的腈纶，又有着便宜的价格，所以成为了羊毛和棉花的最佳替代品。在我国化纤工业中，聚酯纤维主要用于仿棉或仿丝型织物、而仿毛型织物以腈纶为主要原料。腈纶外观蓬松，手感柔软，具有良好的耐光、耐气候、

其弹性和保暖性可以和羊毛媲美，深受消费者欢迎。在我国毛纺及人造毛皮所用原料中腈纶占最主要地位。腈纶的优良性能使其在服装、服饰、产业三大领域有广泛的应用。聚丙烯腈纤维根据不同的用途的要求可纯纺或与天然纤维混纺，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。

3.腈纶的发展历史

早在100多年前人们就已制得聚丙烯腈,但因没有合适的溶剂，未能制成纤维。1942年，德国人H.莱因与美国人G.H.莱瑟姆几乎同时发现了二甲基甲酰胺溶剂，并成功地得到了聚丙烯腈纤维。1950年，美国杜邦公司首先进行工业生产。以后,又发现了多种溶剂,形成了多种生产工艺。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，提高了实用性，促进了聚丙烯腈纤维的发展。

腈纶工业从2O世纪5O年代在美国、德国和日本实现了工业化生产，6O年代和7O年代世界腈纶工业快速发展，到8O年代由于服用纤维转向棉和天然纤维，而且原料价格上涨，成本增加，导致腈纶增长减缓。欧洲、美国、日本等发达国家和地区因腈纶生产中物耗、能耗和环境影响等因素逐渐处于停滞或萎缩状况，并向发展中国家转移。1984年，聚丙烯腈纤维的世界产量为2.4Mt。2000-2006年，我国平均每年要进口411kt腈纶，已经成为世界最大腈纶输入国。

近年来世界腈纶产量不断减少。美国目前唯一腈纶生产厂Solutia公司在2005年已退出腈纶产业，墨西哥生产厂也宣布自2006年从腈纶退出，欧洲和日本、韩国也在减小腈纶产量。1990-2005年，世界腈纶生产的平均增长率仅有0．8％，其总体变化不大，基本保持平衡。2004年全球腈纶产量为2 750kt，占化纤总量的比例为7．96％；2005年全球腈纶产量为2 619 kt，占化纤总量的比例为7．78％。2006年全球腈纶产量继续下降约4％。

在世界经济一体化大趋势中, 睛纶产业链形成了国际供需分工新格局。发达国家产品侧重于个性化、功能化、环保化和高技术化;发展中国家则主要生产中低档常规产品。我国腈纶工业要想在激烈的竞争中生存发展下去, 就要突破科技创新的贫乏区, 努力提高产品的科技含量, 研制开发高性能、高技术的腈纶纤维, 进一步向精、深、细加工方向发展, 确保产品质量的稳定,逐步提高产品的附加值。

4. 腈纶的合成

世界各国生产的聚丙烯腈纤维大多由三元共聚物制得,丙烯腈占90 %～94 % ,第二单体加入量为5 %～8 % ,第三单体为013 %～210 %。加入第二单体的目的是为了提高纤维的机械强度、弹性和手感,在一定程度上也可以改善染色性能。常用的第二单体有丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯和丙烯酰胺等。加入第三单体的目的是引入一定数量的亲染料基团,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。第三单体分两大类: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、甲基丁二酸(又名衣康酸) 、对- 乙烯基苯磺酸钠等;另一类对酸性染料有亲和力,含有胺基、酰胺基、啶等的单体,如乙烯吡啶,含有碱性染色基团的α2甲基乙烯吡啶等。

腈纶的原料丙烯腈由石油裂解的副产品丙烯制得,由丙烯、液氨以及氧气在400 ℃～500 ℃下发生气、固相催化反应制取(丙烯- 氨氧化法) 。由于聚

丙烯腈共聚物加热到230 ℃以上时只发生分解而不熔融,因此,它不能像涤纶、锦纶纤维那样进行熔融纺丝,而采用溶液纺丝的方法。根据所用溶剂的不同分为均相溶液聚合和非均相溶液聚合。均相溶液聚合所用的溶剂既能溶解单体,又能溶解反应所生成的聚合体,反应完毕后,聚合液可直接用于纺丝,故又称腈纶生产一步法。如浓硫氰酸钠水溶液、浓氯化锌水溶液、硝酸、二甲基亚砜(DMSO) 、二甲基甲酰胺(DMF) 和二甲基乙酰胺(DMAC) 为溶剂聚合,则可采用均相溶液聚合。非均相聚合所用的介质只能溶解或部分溶解单体,而不能溶解聚合体,在聚合过程中聚合体不断地呈絮状沉淀析出,经分离再溶解于溶剂中制成纺丝溶液,称为腈纶生产二步法。因非均相聚合介质在大多数情况下都使用水,又称为水相聚合法。聚合时根据溶剂不同选用不同的引发剂,在水相聚合时则用氧化还原引发体系。为防止聚合体产生颜色,在聚合过程中加入少量的还原剂或其它添加剂,以提高纤维的白度。

腈纶纺丝分为干法与湿法。在腈纶纤维的纺丝工序中,把腈纶原液从有很多微细孔眼的喷嘴中挤出,使之成为纤维状。湿式是在凝固浴中、干式是在惰性气体中凝固后变成纤维,这就是湿式和干式的不同。湿法纺丝速度慢,适于纺制仿真丝织物。

干法纺丝速度高,适合生产短纤维。短纤维蓬松柔软,适用生产仿毛织物。干法纺丝时,原液从喷丝孔中挤出形成的原液细流,不是进入凝固浴而是进入纺丝