聚丙烯腈纤维的文献综述

1．绪论

聚丙烯腈是由单体丙烯腈经自由基聚合反应而得到。大分子链中的丙烯腈单元是接头尾方式相连的。主要用于制聚丙烯腈纤维，聚丙烯腈纤维（俗称晴纶）的强度并不高，耐磨性和抗疲劳性也较差。聚丙烯腈纤维的优点是耐候性和耐日晒性好，在室外放置18个月后还能保持原有强度的77%。它还耐化学试剂,特别是无机酸、漂白粉、过氧化氢及一般有机试剂。

2.聚丙烯腈的性能及用途

聚丙烯腈纤维是一种高分子长链合成的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，可以生产保暖且很轻的织物。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%，但是干燥后即恢复。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、产业领域有广泛的应用。聚丙烯腈纤维根据不同的用途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，德国人莱因与美国人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。

表一世界主要纤维产量（1994）

表二 1995年世界腈纶产量（按地区划分）

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 619kt，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％。具体如表三：

在世界经济一体化大趋势中, 腈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。

图 4.腈纶产业链国际分工格局

4. 丙烯腈的合成

丙烯腈 H 2C = CH - CN ，C 3H 3N 作为聚丙烯腈的初始原料,是一种无色、易

燃且有刺激性气味的液体。它的分子量为53.06 ，密度为0. 806 g/ cm 3

，丙烯

腈的熔点为- 82 ℃，沸点为77 ℃。这种液体属易爆品，爆炸极限在2.8 %～28 %(容

积比) 之间,闪点为- 5 ℃,丙烯腈是一种极易致癌的物质，并且推测是致诱变及

畸形的物质。丙烯腈的其他工业应用包括用作生产丙烯腈—丁二烯—苯乙烯(ABS)

塑料，丙烯腈—丁二烯橡胶(ABR) 以及苯乙烯—丙烯腈共聚物等的原材料。己二

酸腈由丙烯腈二聚体氢化形成,这种酸可用于聚酰胺生产的初始产品 - 己二酰

二胺的合成，而且自1965 年以来Monsanto 公司已将此工艺用于工业生产。

丙烯腈还用于生产杀虫剂。丙烯腈的产量接近470 万t/ a ，其中50 %～60 %

进一步用作聚丙烯腈的生产。丙烯腈有四种不同的合成方式:

(1) 根据O.Bayer 和P. Kurtz 在1939 年发明的生产工艺,即将氰化氢直接加

入到乙炔中去,同时在催化剂如氯化铜( I) 以及氯化钠、氯化钾或氯化铵存在的

情况下80 ℃～90 ℃,或者在氯化物催化剂如氯化锌存在的情况下,在450 ℃～

700 ℃的气相条件下合成得到。

HC ≡CH + HCN →H 2C = CH —CN

(2) 在工艺初期通过水裂解将环氧乙烷转变为3-羟基丙腈：

CH 2

CH 2

O + HCN 催化剂+H O HO CH 2CH 2CN

(3) 第二阶段,3-羟基丙腈在金属氯化物或碱金属盐存在的条件下脱水而制成丙烯腈:

CH 2CN H 2O H 2C OH CH 2CH CN

(4) 丙烯腈是石油化学工业的重要产品，是合成聚丙烯腈纤维、丁腈橡胶

和合成塑料（例如ABS 树脂）的重要单体。丙稀氨氧化法制丙烯腈是1960年由

美国Sohio 公司首创并工业化的，现已成为合成丙烯腈的主要方法，丙烯腈的其

他生产方法则已相继被淘汰。丙烯腈氧化法的有点如下：

1.丙烯是目前大量生产的石油化学工业的产品，氨是合成氨工业的产品，这

两种原料均来源丰富且价格低廉。

2.工艺流程比较简单，经一步反应便可得到丙烯腈产物。

3.反应的副产物较少，副产物主要是氢氰酸和乙腈，都可回收利用，而且丙