聚丙烯腈合成实用工艺
丙烯腈的合成工艺

丙烯腈的合成工艺丙烯腈是一种有机化合物,化学式为C3H3N,属于腈类化合物。
它是一种无色液体,有刺激性气味。
丙烯腈主要用于合成合成纤维聚丙烯腈(PAN)等重要的化学原料。
那么,丙烯腈的合成工艺主要有以下几种方法:1. 丙烯腈的合成方法之一是通过丙烯与氨气在催化剂的作用下反应。
这种方法通常采用贵金属催化剂,如铑、钯、铂等。
反应的条件一般在高温高压下进行,以提高反应速度和收率。
反应的化学方程式如下:CH2=CHCN + NH3 →NCCH2CH=CH22. 另一种合成丙烯腈的方法是通过丙烯醇与氨气在高温下反应。
这种方法也需要催化剂的作用,一般采用铜、锌等金属作为催化剂。
反应的条件有一定的要求,一般需要在400-600的高温下进行。
反应的化学方程式如下:CH2=CHOH + NH3 →NCCH2CH=CH2 + H2O3. 还有一种合成丙烯腈的方法是通过异氰酸酯与丙烯在溶剂中反应得到。
这种方法是通过亲核取代反应进行,一般在碱性催化剂的作用下进行。
反应的条件相对较温和,容易控制。
反应的化学方程式如下:R-NCO + CH2=CH2 →R-NH-CO-CH=CH24. 在工业生产中,还有一种常用的合成丙烯腈的方法是通过丙烯与氰化氢在催化剂的作用下反应。
催化剂通常采用有机碱金属化合物,如吡啶、三乙胺等。
反应的条件一般在高温高压下进行。
反应的化学方程式如下:CH2=CH2 + HCN →NCCH2CH=CH2以上是丙烯腈的几种常用合成方法,每种方法都有其适用的场合和条件,需要根据具体情况选择合适的方法。
在工业上,一般采用丙烯与氨气在催化剂的作用下反应的方法进行生产,因为该方法的原料易得,反应收率较高。
同时,需要注意的是,在合成丙烯腈的过程中,需要注意安全性和环保性的考虑,选择合适的催化剂和适当的反应条件,以降低对环境的负面影响。
腈纶的合成及生产工艺

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。
腈纶的主要生产工艺流程: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。
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。
聚丙烯腈的合成工艺

聚丙烯腈的溶液聚合工艺简述摘要主要概述了聚丙烯腈均相溶液聚合和水相沉淀聚合聚合工艺以及影响两种聚合的因素。
关键词聚丙烯腈溶液聚合工艺1 前言聚丙烯腈(PAN)主要用于室外纺织品、滤材以及碳纤维原丝等,最初是由法国化学家在19世纪末合成出来的,而直到20世纪30年代德国化学家才将其用于石油和耐汽油橡胶中。
杜邦公司最开始采用DMF为溶剂生产聚丙烯腈。
但均聚的聚丙烯腈由于氰基存在分子间的氢键和范德华力强内聚能高,如此大的次价键使得其手感僵硬而分子间堆砌紧密造成染料进入其内部因此染色困难。
于是就开始有了加入第二第三单体对聚丙烯腈进行共聚改性以改善其手感和染色性能。
2 聚丙烯腈的溶液聚合工业上生产聚丙烯腈的方法主要是自由基聚合但也有报道一些其他的聚合方法,比如阴离子聚合和基团转移聚合等[1]。
聚丙烯腈的溶液聚合可以根据溶剂对聚合物的溶解能力分为均相溶液聚合和非均相溶液聚合两种。
2.1 均相溶液聚合工业化生产应用的聚丙烯腈大多是三元共聚物,除了丙烯腈(约占88%-95%)外,还有第二单体和第三单体。
工业上的丙烯腈在运输储藏过程中为了避免自聚一般需要加入阻聚剂,为了减少除去阻聚剂这步工序,一般采用易挥发的氨。
工业上采用的第二单体一般为非离子型单体如甲基丙烯酸甲酯等,其主要作用是降低PAN的结晶性增加纤维的柔软性以及增加染料向纤维内部扩散的速率。
第三单体一般为含羧基或磺酸基的烯类单体。
现在工业上大都采用依康酸,其主要作用是增加对染料的亲和性。
共聚单体的选择必须考虑单体的竟聚率,单体将的竟聚率R1和R2不宜相差过大。
工业上一步法均相溶液聚合采用的无机溶剂有硫氰酸钠(国内就普遍使用)、氯化锌水溶液(Dow Chemical)、DMF(钟纺)、DMSO (东丽)等。
溶液聚合是选择溶剂必须考虑溶剂的链转移常数,聚丙烯腈溶液聚合的链转移常数不宜过大。
丙烯腈的聚合因使用不同的方法而选择不同的引发剂。
在均相溶液聚合中硫氰酸钠和DMSO通常选用偶氮二异丁腈作为引发剂。
聚丙烯腈(pan)基碳纤维生产工艺

聚丙烯腈(pan)基碳纤维生产工艺聚丙烯腈(PAN)基碳纤维是制备高品质碳纤维的主要原料之一。
该纤维具有高强度、高模量、高导电性和优异的耐高温性能,被广泛应用于高端航空、航天、汽车和体育器械等领域。
本文将介绍PAN基碳纤维的生产工艺。
1. 原料准备根据生产工艺要求,选择合适的聚丙烯腈原料。
将原料进行初步处理,去除杂质和水分,以确保生产过程中的纤维质量。
2. 聚合反应将经过准备的聚丙烯腈原料溶解在适当的溶剂中,加入聚合催化剂和其他添加剂,进行聚合反应。
反应温度和时间、反应条件等要求均需严格控制,以确保聚合品质量和纤维性能。
3. 细纤化将聚合物溶液经过细纤化处理,使聚合物分子链排列有序,形成纤维形态。
细纤化方法有湿法和干法两种,其中湿法多使用纺丝机或旋转杯法,而干法则多采用气流旋转杯法。
4. 洗涤和脱水将细纤化后的纤维进行多次洗涤,以去除残留的溶剂和其他杂质。
洗涤后进行脱水处理,以去除水分,为后续的碳化步骤做好准备。
5. 碳化将经过脱水处理的PAN基纤维置于高温炉中进行碳化。
碳化温度和碳化速率对纤维质量和性能有着极大的影响,要根据产品要求进行合理的控制。
6. 热处理将碳化后的纤维再次进行高温热处理,使其内部结构进一步改善,提高其力学性能和稳定性。
7. 修边和检测对制备完成的碳纤维进行修边处理,去除开口、裂纹等缺陷。
然后进行质量检测,检查其力学、热学、导电等性能是否符合要求。
8. 包装通过卷绕或缠绕等方式对碳纤维进行包装,以便于运输和使用。
总之,PAN基碳纤维生产工艺控制精度要求高,涉及多个关键步骤,每一个环节都需要精益求精,以确保产品质量和性能稳定。
在实际生产过程中,还需要根据产品品种和规格进行细致的调整和改进,以满足不同用户的需求。
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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。
(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1.2%~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1.14~1.15g/cm2,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。
2.1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。
表二丙烯腈均相溶液聚合的配方原料及工艺条件2.2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1.2-1.5小时,搅拌速度为50-80 r/min。
2.3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。
图一聚丙烯腈均相聚合工艺流程简图(连续法)2.4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48.8%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0.3%。
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=94.5~88:5~10:0.5~2。
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12.2%~13.5%,NaSCN浓度为44%~45%。
则聚合物配料中的单体总浓度控制在17%~21%。
表三单体浓度对聚合反应的影响(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1.5~2.0h,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4.8~5.2。
(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0.75% 时,透光率可提高到95%,通常加入量为单体量的0.5-1.2%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”。
5.1水相沉淀聚合的工艺流程5.1.1水相沉淀聚合的原料工艺条件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。
表五水相沉淀聚合工艺条件5.1.2水相沉淀法的聚合过程图三聚丙烯腈(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。