聚丙烯腈合成工艺 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】
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～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。常用的第二单体有甲酯(CH 2＝CH-COOCH 3)、甲基丙烯酸甲酯
[CH 2C(CH 3)COOCH 3]、酯(CH 2＝CHOOCCH 3)等中性单体，第三单体有丙烯磺酸[CH 2＝
C(SO 3H)-CH 3]、丙烯酸(CH 2＝CHCOOH)、衣康酸(CH 2=CHCOOHCH 2COOH)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～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％～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～cm 2，在220℃～230℃软化的同时发生分
解。聚丙烯腈纤维大分子中含有氰基，能吸收日光中的紫外线而保护分子主链，因而
聚丙烯腈纤维的耐光性是最好的。成纤聚丙烯腈的分子量通常在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、浓硝酸、浓磷酸的作用下会溶解。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。
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。
均相溶液聚合的配料
NaSCN水溶液作为溶剂的均相溶液聚合的配方原料如表二所示。
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%NaOH水溶液将衣康酸配制成%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=并调温后，与异丙醇在输送管道中混合连续地送入聚合釜中，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℃，聚合反应时间为小时，搅拌速度为50-80 r/min。
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%，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。
图一聚丙烯腈均相聚合工艺流程简图（连续法）
原液准备
原液准备过程由四个设备来完成:
（1）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；
（2）脱泡桶，真空下脱除原液中的气泡，有利于纺丝；
（3）纺前多级混合器，用以混合消光剂等添加剂；
（4）原液过滤器，用以除去原液中的机械杂质。
以硫氰酸钠一步法均相溶液聚合为例，其原料丙烯腈、第二单体丙烯酸甲酯(MA)、异丙醇及％硫氰酸钠水溶液等分别经由计量泵计量后放人配料桶。引发剂偶氮
二异丁腈（AIBN）和浅色剂二氧化硫脲（TUD）经称量后，经由旋流液封加料斗加入配料桶。衣康酸（ITA）则被调成一定浓度水溶液经计量相加入配料桶。调好后连续地以稳定的流量注入试剂混合桶，然后，与从聚合浆液中脱除的未反应单体等充分混合并调温后．用计量泵连续送入聚合釜进行聚合反应。聚合反应结束后,料液进入脱单体塔,将未反应的单体分离并抽提到单体冷凝器，由反应油混合液冷凝后带回试剂混合桶。对于低转化率聚合反应，出料混合物中非反应单体约含40%～45%，中转化率反应则含30%左右。料液中单体含量不应超过%。脱单体后聚合物溶液经脱泡、调湿、过滤即可送去纺丝。
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
聚丙烯腈纤维中的三种单体的配比一般是AN(M1):M2:M3 =～88:5～10：～2。用NaSCN水溶液作为溶剂的均相溶液聚合时，反应所得的聚合物溶液可以直接作为纺丝
原料去纺丝。根据产品纤维及纺丝工艺的要求，控制聚合物的分子量在5～8万，原液中的聚合物浓度为%～%，NaSCN浓度为44%～45%。则聚合物配料中的单体总浓度控制在17%～21%。
（2）聚合温度氰酸
因单体的沸点较低，故适宜的反应温度在80℃以下，一般在76～78℃。
（3）原料中杂质的影响
单体中常含有氢氰酸、乙醛、乙腈等杂质，会影响反应速率和降低聚合物的分子量。故各种原料的纯度必须控制。
（4）聚合时间及转化率
聚合时间短，聚合热来不及散发，聚合转化率低；聚合时间长，则会降低设备的生产能力。一般通过调整引发剂等因素使得聚合时间控制在～，并达到一定的聚合转化率（低转化率在50%～55%，中转化率在70%～75%）即停止聚合。
表四聚合时间对聚合转化率和聚合分子量的影响
（5）介质pH值
pH小于4时，NaSCN易发生分解，故一般控制在～。
（6）引发剂和分子量调节剂
常用的引发剂为偶氮二异丁腈，随引发剂浓度的增加，聚合速率加快，但聚合分子量降低。分子量调节剂为异丙醇，实验表明，聚合液的平均分子量随异丙醇的用量增加而递减，而转化率变化很小，故用异丙醇的加入来调节聚合物的分子量大小。
图二偶氮二异丁腈对AN共聚的影响
（7）染色剂二氧化硫脲的影响
浅色剂的作用是防止空气中的氧或其它氧化剂对聚合体系中有机原料或溶剂的氧化，以保持稳定。二氧化硫脲(TUP)是一种性能量良好的浅色剂，能改善聚丙烯腈纤维的色泽。加入% 时，透光率可提高到95%，通常加入量为单体量的左右。
4、均相溶液聚合工艺的特点
（1）聚丙烯腈不溶于丙烯腈，但丙烯腈与丙烯酸甲酯等第二单体共聚合，溶解性能改善，可溶于硫氰酸钠、二甲基甲酰胺等溶剂中进行均相溶液聚合。
（2）丙烯腈溶液聚合中，存在多种链转移反应，由于溶剂的存在，大分子自由基向溶剂的链转移，结果使大分子支化受到抑制。因此，一般选择链转移常数适当的溶剂，且用异丙醇或乙醇作调节剂。
（3）丙烯腈聚合中，采用不同溶剂、不同的聚合方法，对引发剂的选择也有所不同。例如硫氰酸钠、二甲基聚砜为溶液常以偶氮二异丁腈为引发剂。
（4）丙烯腈单体活性较大，可以同许多单体进行共聚改性，为改善聚丙烯腈纤维性能奠定了基础。
5、丙烯腈的水相沉淀聚合
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，故又称为聚丙烯腈纤维的“二步法”。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，所以称为“水相沉淀聚合法”。水相沉淀聚合的工艺流程
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℃%，40℃%，60℃%）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。水相沉淀聚合的有反应热容易控制，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特点。其工艺条件如表五所示。
图三聚丙烯腈（连续式）水相沉淀聚合工艺流程示意图丙烯腈连续式水相沉淀聚合工艺流程如图三所示，其整个流程分为四个工艺，分别是原料准备、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，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。
水相沉淀法的优势
水相沉淀法可以将聚丙烯腈纤维生产与纺丝工序分段进行，一旦发生停车事故，可以避免互相影响。连续水相沉淀聚合法有下列优点：
（1）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，可在30-55℃甚至更低的温度下进行聚合，所得产物色泽较白；
（2）水相沉淀聚合的反应热易于排除，聚合温度容易控制，从水相得到的产品分子量分布较均一；
（3）聚合速率快，聚合物粒子比较均匀，转化率较高；
（4）聚合物浆液易于处理，对于纺丝溶液—硫氰酸纳水溶液的纯度要求不像均相法要求的纯度那样高，可省去溶剂回收过程；
（5）聚丙烯腈固体粒子干燥后可作半成品出售；
（6）选用适当的氧化-还原引发体系，如以过硫酸盐作为氧化剂，可使聚丙烯腈分子中含有磺酸基团，可染性增强，使第三单体用量减少,节约成本。
四、聚丙烯腈的合成工艺的评价
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。
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。
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，而且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。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。
由于“二步法”生产聚丙烯腈纤维质量较好，目前世界上生产多采用“二步法”来生产
聚丙烯腈纤维。
参考文献
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聚丙烯腈生产工艺的对比与评述 聚丙烯腈是合成纤维的重要原料之一，在世界上有“人造羊毛”之称，目前其产量仅次于涤纶和尼龙而居第三位。对于聚丙烯腈生产工艺的方法很多，其中以水相沉淀聚合和溶液聚合应用最为广泛。丙烯腈的聚合属于自由基型链式反应，丙烯腈可以进行本体聚合、乳液聚合和溶液聚合，实际生产大多采用溶液聚合。根据所用溶液的小同，可分为均相溶液聚合和非均相溶液聚合。均相溶液聚合所得的聚合物可直接用于纺丝；故又称为腈纶生产的一步法。非均相溶液聚合所得聚合物不断地呈絮状沉淀析出，经分离后用合适的溶剂溶解，以制成纺丝原液，此法称为腈纶生产的两步法。因非均相的溶液聚合介质通常采用水，所以又称为水相聚合法。采用水相沉淀聚合法和均相溶液聚合法合成聚丙烯腈生产工艺，讨论了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的评述。 聚丙烯腈为白色粉末状物质，加热至220-300℃时软化并发生分解，耐光性优良，热稳定性较高。聚丙烯腈主要用途是纺制纤维，聚丙烯腈纺制成纤维具有许多优良的性能，如短纤维蓬松、卷曲、柔软，极似羊毛，而且某些性能超过羊毛。聚丙烯腈纤维不发霉、不怕微生物和虫蛀，该纤维还可加工制成膨体纱，由于其中保存大量空气，具有高度的保暖性。聚丙烯腈中空纤维膜具有透析、超滤、反渗透和微过滤等功能，可用于医用器具、人工器官、超纯水制造、污水处理和回用等。 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
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(CH 2 ＝ CH-COOCH 3)、甲基丙烯酸甲酯[CH 2 C(CH 3 )COOCH 3 ]、醋酸乙烯酯(CH 2 ＝CHOOCCH 3 )等 中性单体，第三单体有丙烯磺酸[CH 2＝C(SO 3 H)-CH 3 ]、丙烯酸(CH 2 ＝CHCOOH)、衣 康酸(CH 2=CHCOOHCH 2 COOH)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：
腈纶的合成及生产工艺 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。 腈纶的生产方法及生产工艺 生产方法：聚丙烯腈纤维对原料丙烯腈的纯度要求较高，各种杂质的总含量应低于0.005%。聚合的第二单体主要用丙烯酸甲酯，也可用甲基丙烯酸甲酯，目的是改善可纺性及纤维的手感、柔软性和弹性；第三单体主要是改进纤维的染色性，一般为含有弱酸性染色基团的衣康酸，含强酸性染色基团的丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、对甲基丙烯酰胺苯磺酸钠，含有碱性染色基团的甲基乙烯吡啶等。
石油化工学院 聚合物合成工艺学课程论文 论文名称：聚丙烯腈纤维文献综述 姓名：章耀华 学号： 041203230 专业：化学工程与工艺 指导老师：江献财、英晓光
聚丙烯腈纤维文献综述 摘要：腈纶工业始于20世纪50年代，经过多年的发展，腈纶的用途已经多种多样。其产量大，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。本文将从聚丙烯腈的结构与性质，合成工艺进行简单的描述。 关键词：聚丙烯腈结构与性质合成工艺 引言 腈纶（PAN fiber），学名又称聚丙烯腈纤维，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。腈纶通过化学和物理改性，制成不少新的变性纤维，扩大了腈纶在民用和工业的用途，所以腈纶是一种有发展前途的纤维。 1 聚丙烯腈纤维的结构与性质 1.1 结构 聚丙烯腈自问世，因严重的发脆、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。一般的腈纶是丙烯腈重量比高于85％的共聚体。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： 1.2 性质 1.2.1 聚丙烯腈纤维的化学性质 腈纶对化学药品的稳定性良好，但在浓硫酸、浓硝酸、浓磷酸的作用下会溶解。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。 1.2.2 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1.14～1.15g/cm2，在220℃～230℃软化的同时发生分解，聚丙烯腈中-CN的存在，使它具有优良的耐光性。成纤聚丙烯腈的分子量通常在10000以上，而且要求分子量分散性较小。 1.2.3 聚丙烯腈纤维的热学性能 腈纶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，这种性质称为腈纶的热弹性。腈纶有两个玻璃化温度，分别为80℃～100℃和140℃～150℃，无明显的熔点，
聚丙烯腈系纤维 性质和用途： 聚丙烯腈纤维的密度一般为 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好，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。普通聚丙烯腈短纤维的断裂强度为2.4～3.7克／旦，断裂伸长为26～44％。主要用作毛线、针织物（纯纺或与羊毛混纺）和机织物，特别适用于作室内装饰布，如窗帘。 丙烯腈系纤维的新品种有具有永久立体卷曲的复合纤维和具有多孔结构的高吸水性纤维，联邦德国商品名叫杜诺瓦，日本称阿奎纶,穿着舒适,适于做运动衣；还有抗燃、阻燃纤维、高收缩纤维等。聚丙烯腈中空纤维可用作人工肾脏透析器的材料。聚丙烯腈纤维是生产碳纤维的主要原料，它的共聚组分与一般聚丙烯腈纤维不同,多为二元共聚，且第二组分含量小,经预氧化、炭化、石墨化处理可分别制成耐1000℃的碳纤维和耐3000℃的石墨纤维。 制备： 聚丙烯腈的原料可从石油、天然气、煤和电石中制取。由丙烯、液氨以及氧气在400～500℃下发生气、固相催化反应的方法称丙烯氨氧化法。丙烯腈的聚合大多采用溶液法，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。如以浓硫氰酸钠水溶液、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，例如使用硫氰酸钠和二甲基亚砜溶剂时常用偶氮二异丁腈作为引发剂；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他添加剂，如二氧化碳脲、氯化亚锡等，以提高纤维的白度。 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0.3～2.0％。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。使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、甲义丁二酸(又名衣康酸)、对－乙烯基苯磺酸钠等；另一类是对酸性染料有亲和力，含有胺基、酰胺基、吡啶等的单体，如乙烯吡啶、甲基乙烯吡啶等。 硫氰酸钠法均相溶液聚合的工艺流程是： 将原料丙烯腈(AN)、第二单体丙烯酸甲酯（MA）、异丙醇 (IPA)和48.8％硫氰酸钠溶液分别用计量桶计量后放入调配桶。引发剂偶氮二异丁腈 (AIBN)和浅色剂二氧化硫脲(TUD)经称重后也加入调配桶。第三单体衣康酸 (ITA)则被调成一
聚丙烯腈碳纤维的工艺流程 1.概述 碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它不仅具有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。聚丙烯碳纤维是一种以聚丙烯腈(PAN)、沥青、粘胶纤维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的含碳量大于90％的特种纤维。碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能，是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。PAN基碳纤维生产工艺简单、产品综合性能好，因而发展很快，产量占到90％以上，成为最主要的品种。 2.制备 聚丙烯腈碳纤维是以聚丙烯腈纤维为原料制成的碳纤维，主要作复合材料用增强体。无论均聚或共聚的聚丙烯腈纤维都能制备出碳纤维。为了制造出高性能碳纤维并提高生产率，工业上常采用共聚聚丙烯腈纤维为原料。对原料的要求是：杂质、缺陷少；细度均匀，并越细越好；强度高，毛丝少；纤维中链状分子沿纤维轴取向度越高越好，通常大于80%；热转化性能好。 生产中制取聚丙烯腈纤维的过程是：先由丙烯腈和其他少量第二、第三单体(丙烯酸甲醋、甲叉丁二脂等)共聚生成共聚聚丙烯腈树脂(分子量高于 6～8万)，然后树脂经溶剂(硫氰酸钠、二甲基亚矾、硝酸和氯化锌等)溶解，形成粘度适宜的纺丝液，经湿法、干法或干-湿法进行纺丝，再经水洗、牵伸、干燥和热定型即制成聚丙烯腈纤维。若将聚丙烯腈纤维直接加热易熔化，不能保持其原来的纤维状态。因此，制备碳纤维时，首先要将聚丙烯腈纤维放在空气中或其他氧化性气氛中进行低温热处理，即预氧化处理。预氧化处理是纤维碳化的预备阶段。一般将纤维在空气下加热至约270℃，保温0.5h～3h，聚丙烯腈纤维的颜色由白色逐渐变成黄色、棕色，最后形成黑色的预氧化纤维。这是聚丙烯腈线性高分子受热氧化后，发生氧化、热解、交联、环化等一系列化学反应形成耐热梯型高分子的结果。再将预氧化纤维在氮气中进行高温处理(l 600℃)，即碳化处理，则纤维进一步产生交联环化、芳构化及缩聚等反应，并脱除氢、氮、氧原子，最后形成二维碳环平面网状结构和层片粗糙平行的乱层石墨结构的碳纤维。 由PAN原丝制备碳纤维的工艺流程如下：PAN原丝→预氧化→碳化→石墨化→表面处理→卷取→碳纤维。 3.性能 碳纤维有如下的优良特性：①比重轻、密度小；②超高强力与模量；③纤维细而柔软； ④耐磨、耐疲劳、减振吸能等物理机械性能优异；⑤耐酸、碱和盐腐蚀，可形成多孔、表面活性、吸附性强的活性碳纤维；⑥热膨胀系数小，导热率高，不出现蓄能和过热；高温下尺寸稳定性好，不燃，热分解温度800℃，极限氧指数55；⑦导电性、X射线透过性及电磁波遮蔽性良好；⑧具有润滑性，不沾润在熔融金属中，可使其复合材料磨损率降低； ⑨生物相容性好，生理适应性强。
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。 2.1引发剂选择 PAN原丝聚合生产中曾使用各种有机和无机溶剂，包括二甲基甲酰胺（DMF)、二甲基乙酰胺（DMAC)、二甲基亚砜（DMSO)、硝酸水溶液、硫氰化钠水溶液、氯化锌水溶液等。
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
聚丙烯腈纤维 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基本信息 腈纶化学分子式腈纶在显微镜下观察的几种形态。 其它名称: “腈纶(jīnglún) 读音:jù bǐng xī jīng xiān wéi 英文名:polyacrylonitrile fiber 聚丙烯腈纤维有人造羊毛之称。具有柔软、膨松、不易染、色泽鲜艳、耐光、抗菌、不怕虫蛀等优点。 2生产历程 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。1984年，聚丙烯腈纤维的世界产量为2.4Mt。 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。 3性能作用 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、，根据不怕虫蛀等不同优点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”。 4种类特点 粘胶(吸湿易染) 是人造纤维素纤维，由溶液法纺丝制得，由于纤维芯层与外层的凝固速率不一致，形成皮芯结构（从横截面切片可明显看出）。粘胶是普通化纤中吸湿最强的，染色性很好，穿着舒适感好，粘胶弹性差，湿态下的强度，耐磨性很差，所以粘胶不耐水洗，尺寸稳定性差。比重大，织物重，耐碱不耐酸。 腈纶筒纱
聚丙烯腈 组员：刘俭翔，余波 摘要：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。 关键词：丙烯腈，聚丙烯腈 一、概述 英文简写：PAN 聚丙烯腈纤维的研发趋势，可以归纳为二个方面；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。其二，是研究聚丙烯腈纤维的新品种，例如阻燃性聚丙烯腈纤维，高收缩性聚丙烯腈纤维，聚丙烯腈纤维纺丝过程中的在线着色技术，抗静电聚丙烯腈纤维，高吸水率聚丙烯腈纤维，细旦丝纤维，复合聚丙烯腈纤维，抗菌防臭聚丙烯腈纤维，远红外聚丙烯腈纤维，高强高模聚丙烯腈纤维等 二、单体 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。 单体分子结构式：丙烯腈 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。 三、丙烯腈的概述 1、1893年已经在实验室合成； 1930年被工业上用于合成耐油丁腈橡胶； 在丙烯产品系列中居第二，仅次于聚丙烯，是三大合成材料(纤维、橡胶、塑料)的重要化工原料； 2、丙烯腈的物理性质 丙烯腈，英文名Acrylonifrile（简称CAN）；化学分子式：CH2=CH-CN；分子量：53.1；
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（CH 2 =CH-CＯ OCH 3)、甲基丙烯酸甲酯[ＣH 2 Ｃ(ＣＨ 3 )ＣOＯCH 3 ］、醋酸乙烯酯(CH 2 =CＨOOCCＨ 3 ) 等中性单体，第三单体有丙烯磺酸[CH 2=C(SO ３ Ｈ）－ＣH 3 ］、丙烯酸（CＨ 2 =CHＣ OOH)、衣康酸(CＨ ２=CHCOOHCH ２ CＯＯH）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:
聚丙烯腈合成工艺 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】
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～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。常用的第二单体有甲酯(CH 2＝CH-COOCH 3)、甲基丙烯酸甲酯 [CH 2C(CH 3)COOCH 3]、酯(CH 2＝CHOOCCH 3)等中性单体，第三单体有丙烯磺酸[CH 2＝ C(SO 3H)-CH 3]、丙烯酸(CH 2＝CHCOOH)、衣康酸(CH 2=CHCOOHCH 2COOH)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～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％～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～cm 2，在220℃～230℃软化的同时发生分 解。聚丙烯腈纤维大分子中含有氰基，能吸收日光中的紫外线而保护分子主链，因而
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%。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。腈纶是聚丙烯腈纤维在我国的商品名，国外则称为“奥纶”、“开司米纶”。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。丙烯腈含量在35%～85%之间的共聚物纺丝制得的纤维称为改性聚丙烯腈纤维。 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。 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℃。 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。1984年，聚丙烯腈纤维的世界产量为2.4Mt。 生产方法：聚丙烯腈纤维对原料丙烯腈的纯度要求较高,各种杂质的总含量应低于0.005%.聚合的第二单体主要用丙烯酸甲酯，也可用甲基丙烯酸甲酯，目的是改善可纺性及纤维的手感、柔软性和弹性；第三单体主要是改进纤维的染色性，一般为含有弱酸性染色基团的衣康酸，含强酸性染色基团的丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、对甲基丙烯酰胺苯磺酸钠，含有碱性染色基团的-甲基乙烯吡啶等。 ①聚合聚合工艺分为以水为介质的悬浮聚合和以溶剂为介质的溶液聚合两类。悬浮聚合所得聚合体以絮状沉淀析出，需再溶解于溶剂中制成纺丝溶液。溶液聚合所用溶剂既能溶解单体,又能溶解聚合体,所得聚合液直接用于纺丝。溶液聚合所用溶剂有二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、硫氰酸钠和氯化锌等。采用前两种有机溶剂的聚合时间一般在10h以上，但溶解力强,纺丝溶液的浓度较高，可适当提高纺丝速度，溶剂回收也较简便，所得纤维性能较好，且对设备的材质要求较低；而用后两种无机溶剂，聚合时间仅需2h，所得纤维白度较好。 ②纺丝纺丝液一般为聚丙烯腈聚合体，数均分子量为53000～106000，其纤维白度较好，热分解温度200～250℃，溶点达320℃。因此，聚丙烯腈纤维用高聚物溶液的湿法纺丝和干法纺丝制得。干法纺丝的纺丝液浓度为25％～30％,纺丝速度快,但因喷丝头喷出的细流固化慢，固化前易粘结，不能采用孔数较多的喷丝头，纺丝溶剂仅二甲基甲酰胺一种,所得纤维结构均匀致密,适于织制仿真丝织物。湿法纺丝适于制作短纤维，纤维蓬松柔软，宜织制仿毛织物，所用的纺丝溶剂除溶液聚合用的溶剂外，还有二甲基乙酰胺、碳酸乙烯酯、硝酸等，大部分溶剂的沸点较高，在纺丝过程中不易蒸出。80年代，研究了用熔体纺丝法制聚丙烯腈纤维，以水为聚合体的增塑剂，无需制备聚合体原液，省去溶剂的回收和循环系统，纤维的物理性能与干法或湿法纺丝制得的纤维基本相同，现已进入中间试验阶段。 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。
聚丙烯腈纤维的生产过程与设备 第一节概述 一、聚丙烯腈纤维的性能和用途 聚丙烯腈纤维（PAN）是指由聚丙烯腈或丙烯腈占85%以上的共聚物制得的纤维，共聚物中丙烯腈占比例在35%~85%之间的纤维，则称为改性聚丙烯腈纤维。我国商品名称为“腈纶”。 聚丙烯腈纤维具有很多优良性能，其柔软性和保暖性好，近似于羊毛，所以有“合成羊毛”之称。它具有很好的耐光性和耐辐射性能，适合于做室外织物，在制作地毯人造毛皮方面有很大的优越性。但其耐磨性能和耐疲劳性能不够理想。随着工艺的改进，有各种改性聚丙烯腈纤维和复合聚丙烯腈纤维出现，使用性能不断提高，用途也随之不断扩大。 二、聚丙烯腈纤维的生产工艺路线 聚丙烯腈纤维各种生产工艺路线的共同点是：采用共聚物，利用溶液纺丝方法成形，有相应的溶剂回收处理等。 各种生产工艺路线的差别主要在于： （1）不同的共聚物组成； （2）不同的聚合方法（均相溶液聚合或水相沉淀聚合）及工艺规程； （3）不同的纺丝溶剂，目前生产上已采用的有：二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基乙酰胺（DMA）、二甲基亚砜（DMSO）、碳酸 乙烯酯（EC）、硫氰酸钠（NaSCN）、硝酸（HNO?）、氯化锌 （ZnCl?） （4）不同的纺丝方法和工艺规程（湿法、干法、干湿法）； （5）不同的拉伸、后处理工艺规程（先水洗后拉伸、先拉伸后水洗，以及各种不同的后处理工序）； （6）不同的溶剂回收工艺。 第二节丙烯腈的聚合 丙烯腈的聚合绝大多数采用溶液聚合法，它根据所用的溶剂的不同，又可分为均相溶液聚合和非均相沉淀聚合两种。 均相聚合就是所用的溶剂既能够溶解单体，又能溶解反应后所生成的高聚合物。反应完毕，聚合液可直接用于纺丝，称为一步法。 非均相聚合所用的溶剂只能够溶解或部分溶解单体，而不能溶解所有的聚合物。在聚合过程中聚合物不断地呈絮状沉淀析出，如作纺丝用，还需经过分离，用另外的溶剂重新溶解制成纺丝原液，送去纺丝成形，因此称为二步法。又由于非均相聚合的溶剂大多采用水，故又称它为水相沉淀聚合。