《聚丙烯腈纤维》ppt课件

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1、高分子材料与纺丝技术第五章聚丙烯腈纤维第五章聚丙烯腈纤维学习目的要求初步掌握聚丙烯腈纤维的生产技术,把握聚丙烯腈的制备及其性能,了解聚丙烯腈的改性和新品种。第五章聚丙烯腈纤维第一节概述最早的聚丙烯腈（PAN）纤维由纯PAN制得，因染色困难且弹性较差，仅作为工业用纤维。聚丙烯腈（PAN）纤维通常指含丙烯腈在85％以上的丙稀腈共聚物或均聚纤维，国内简称腈纶。丙烯腈含量占35%—85%的共聚物制成的纤维称为改性聚丙烯腈纤维。第五章聚丙烯腈纤维1950年美国杜邦公司首先实现了工业化生产，商品名为ORLON，目前产量居合成纤维第三位。腈纶纤维有许多优

2、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。第五章聚丙烯腈纤维第一单体丙烯腈，88％～95％第二节聚丙烯腈的制备及性能一、腈纶生产的主要原料及用途1.单体聚丙烯腈纤维大多由三元共聚物制得第二单体，5％～10％第三单体，0.5％～3％第二单体作用：降低大分子间的作用力从而降低PAN的结晶性、增加纤维的柔软性。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）第五章聚丙烯腈纤维第五章聚丙烯腈纤维第三单体作用：引入亲染料基团，提高纤维

3、对染料的亲和力。常用的第三单体有：衣康酸（甲叉丁二酸，ITA）丙烯磺酸钠甲基丙烯磺酸钠对乙烯基苯磺酸钠乙烯吡啶2－甲基－5－乙烯吡啶对阳离子染料有亲和力对酸性染料有亲和力无机溶剂：NaSCN水溶液、ZnCl2有机溶剂：二甲基甲酰胺（DMF）二甲基乙酰胺（DMAC）二甲基亚砜（DMSO）碳酸乙烯酯（EC）引发剂偶氮类：偶氮二异丁腈（AIBN）氧化还原体系：氯酸钠－亚硫酸钠NaClO3－Na2SO3过硫酸钾－亚硫酸氢钠K2S2O8－NaHSO3第五章聚丙烯腈纤维2.其它原料溶剂浅色剂－还原剂：可以提高纤维的白度，常用二氧化硫脲(TUD)、氧化亚

4、锡。分子量调节剂：异丙醇（IPA）异丙醇分子中与伯碳原子相连的氢原子特别活泼，易和生长着的大分子自由基作用发生链转移反应。异丙醇自由基地活性强，但由于加入少量对反应速度没影响。第五章聚丙烯腈纤维第五章聚丙烯腈纤维二、丙烯腈的聚合聚合机理：丙烯腈的聚合为自由基链式反应，丙烯腈可以进行本体聚合、乳液聚合和溶液聚合。对于腈纶，采用溶液聚合方法。均相溶液聚合（一步法）：所用的溶剂即能溶解单体、又能溶解反应生成的聚合物，反应完毕，聚合液可直接用作纺丝。如以浓NaSCN水溶液、DMSO、DMF或DMAC为溶剂的聚合，均为均相溶液聚合。第五章聚丙烯腈纤维

5、非均相溶液聚合（二步法）：可用介质只能溶解或部分溶解单体，而不能溶解反应生成的聚合物，纺丝前需要用溶剂重新溶解聚合物制成纺丝溶液。因非均相的聚合介质通常采用水，所以又称为水相沉淀聚合。1、NaSCN一步法均相溶液聚合优点：聚合后经脱单、脱泡、过滤等工序后可直接纺丝，省去分离聚合物的沉淀、过滤和烘干等工序，国内多采用此法。第五章聚丙烯腈纤维生产工艺流程：见下页流程图。脱单体的目的：减少消耗、减少环境污染；残存单体在贮存中发生再聚合、影响原丝粘度；残存单体会使纤维的强力和伸度下降。脱单体过程：完成聚合后的浆料由釜顶出料，通往脱单体塔，未反应的单

6、体在脱单体器的伞面上沸腾逸去，在这里反应用的试剂混合液又被作为回收单体的冷凝液，经冷凝器把未反应的单体冷凝下来，带回试剂混合槽。第一次可以除去未反应单体的90～95％，残存单体仍高于工艺要求需进行第二次再脱，单体含量<0.3%。第五章聚丙烯腈纤维第五章聚丙烯腈纤维混合液中原料的组成：总单体浓度％其中ANMAITAAIBN(占总单体0.4%)TUD(占总单体0.8%)IPA(占总单体2%)51.7%NaSCN溶液H2O20.2118.61.330.280.081%0.162%0.404%75％2.333%温度升高，引发剂分解速度加快，反应总速

7、度加快，但聚合物分子量下降。生产上一般为76～78℃。DP↓第五章聚丙烯腈纤维DP↓影响聚合反应主要因素1、引发剂用量↑转化率↑引发剂用量增加，单位时间内产生的引发自由基增多，单体聚合速度快，转化率增加；引发剂用量增加，活性中心多，不利于提高聚合产物分子量。AIBN为总单体重量的0.2％～0.8％，NaSCN法用AIBN做引发剂。2、聚合温度T↑转化率↑3、总单体浓度C↑转化率↑4、聚合时间t↑转化率↑NaSCN为溶剂聚合时间为1.5～2小时。第五章聚丙烯腈纤维DP↑DP↓5、TUD用量↑转化率↓DP↓TUD也有链转移和阻聚作用，从而使转化

8、率和分子量下降。6、IPA用量↑转化率不变DP↓第五章聚丙烯腈纤维2、非均相聚合（水相沉淀聚合）丙烯腈的非均相聚合一般多采用以水为介质的水相沉淀聚合法。水相沉淀聚合是指以水为介质