聚丙烯腈合成工艺
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。
聚丙烯腈原丝生产工艺

聚丙烯腈原丝生产工艺哎呀,聚丙烯腈原丝这玩意儿,听起来是不是有点高大上?其实呢,它就是我们日常生活中很多物品的原材料,比如你穿的毛衣,或者你用的地毯,都有可能是用这玩意儿做的。
别急,让我给你慢慢道来,咱们聊聊这聚丙烯腈原丝的生产工艺,就像咱们平时聊天一样。
首先,咱们得从聚丙烯腈的原料说起。
聚丙烯腈,这名字听起来挺拗口的,其实就是一种合成纤维,它的原料是丙烯腈。
这丙烯腈,你可以理解为一种化学物质,它在高温高压下,通过聚合反应,就变成了聚丙烯腈。
接下来,就是把这聚丙烯腈变成原丝的过程了。
这个过程,就像是把面团揉成面条一样,得经过好几个步骤。
首先,得把聚丙烯腈溶解在一种叫做二甲基甲酰胺的溶剂里,这溶剂就像是水,能让聚丙烯腈溶解,变成一种粘稠的液体。
然后,这粘稠的液体会被送到一个叫做纺丝机的地方。
纺丝机,你可以理解为一个超级大的注射器,它会把这粘稠的液体挤出来,形成一根根细细的丝。
这丝在挤出来的时候,会经过一个叫做凝固浴的地方,凝固浴里有一种特殊的液体,能让这丝凝固成型。
凝固成型后的丝,还得经过一系列的处理,比如拉伸、热处理、冷却等等,这些步骤都是为了改善丝的物理性能,让它更结实、更有弹性。
这就像是你把面团揉成面条后,还得把它煮熟,让它更有嚼劲。
最后,这些处理好的丝会被卷起来,就成了聚丙烯腈原丝。
这原丝,就是很多纺织品的原材料了。
你别看这原丝细细的,它可是能织成各种各样的纺织品,从毛衣到地毯,从袜子到窗帘,都有可能是用这聚丙烯腈原丝做的。
所以,你看,这聚丙烯腈原丝的生产工艺,其实就像是把面团变成面条的过程,虽然听起来复杂,但其实原理挺简单的。
这就是聚丙烯腈原丝的故事,希望你喜欢。
下次你看到聚丙烯腈制品的时候,可以想想,这玩意儿,其实就是从一团粘稠的液体,经过一系列的加工,变成了你手中的温暖和舒适。
腈纶工艺技术

腈纶工艺技术腈纶是一种合成纤维,也被称为聚丙烯腈纤维。
它具有高强度、耐磨性和耐化学腐蚀性等优点,被广泛应用于纺织、工业和军事等领域。
本文将介绍腈纶的工艺技术。
腈纶的制造过程包括纤维化、聚合、纺丝、拉伸和织造等环节。
首先是纤维化,通过将原料腈纶聚合物经过筛选、切片和干燥等步骤,使其变成适合纺丝的形态。
纤维化过程中需要控制温度、湿度和拉伸力等参数,以确保腈纶聚合物的质量和形状。
接下来是聚合,将纤维化的腈纶聚合物放入聚合器中,加入引发剂和催化剂,通过高温和反应时间的控制,使腈纶聚合物发生聚合反应,形成高分子链结构。
聚合过程中需要注意控制反应温度和聚合时间,以确保得到具有良好性能的聚丙烯腈纤维。
经过聚合反应后,腈纶聚合物需要通过纺丝工艺将其形成纤维。
纺丝工艺主要包括熔融纺丝和湿法纺丝两种方法。
熔融纺丝是将聚合后的腈纶聚合物加热熔化,通过旋转孔板或喷丝装置将其挤出,形成连续的纤维。
湿法纺丝则是将聚合后的腈纶聚合物溶解在溶剂中,通过旋转盘或旋转嘴,将溶液均匀地滴下,溶剂逐渐蒸发,形成纤维。
拉伸是指将纺丝后的纤维进行拉伸和定形处理。
拉伸可以使纤维的强度、延伸性和线密度得到进一步的提高,并调节其表观密度和外观。
定形处理则是通过热空气或热辊将纤维加热和冷却,使其保持所需的形态。
最后是织造环节,将拉伸和定形处理后的腈纶纤维进行织造。
织造工艺有很多种,包括传统的手工织造和现代化的机织。
根据需要可以选择不同的织物结构和纺织方式,使腈纶纤维的性能得到发挥。
腈纶工艺技术的不断发展,使得腈纶纤维的性能和品质越来越好。
腈纶纤维具有较强的耐热性和耐磨性,因此广泛用于工业防护服装,如防火服和防化服。
此外,腈纶纤维还可用于户外运动服装、内衣和袜子等服饰领域。
同时,腈纶纤维也被应用于汽车座椅、沙发面料和床上用品等家居领域。
总之,腈纶工艺技术的不断创新和提升,为腈纶纤维的广泛应用提供了坚实的基础。
关于聚丙烯腈生产工艺

关于聚丙烯腈生产工艺摘要:介绍了聚丙烯腈的生产情况、工艺技术、产品应用以及市场供求情况,分析了该产品的价格趋势及竞争能力,对发展我国聚丙烯腈工业提出了建议。
介绍聚丙烯腈的性质特点、生产及加工方法和应用情况,指出了其发展前景。
关键词: 聚丙烯腈生产前景应用流程一、概述1.聚丙烯腈发展概况。
1894年,法国化学家Moureu首次提出了聚丙烯腈的合成。
直到1929年,德国的巴斯夫公司(BASF)才成功地合成了聚丙烯腈。
1942年美国的杜邦公司和德国的Herbert Rein公司同时发明了溶解聚丙烯腈的溶剂二甲基甲酰胺(DMF)。
1950年,在德国和美国首先实现了聚丙烯腈纤维的工业化生产。
此后,各国的化学家又致力于其他溶剂的研发,如二甲基亚砜(DMSO)、二甲基乙酰胺(DMA)、硫氰酸钠(NaSCN)浓溶液、硝酸和氯化锌溶液等。
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,提高了其实用性,促进了聚丙烯腈纤维的发展。
2.聚丙烯腈的结构。
首尾连接是聚丙烯腈大分子链中丙烯腈单元的主要连接方式,与C≡N基相连的碳原子间隔着一个—CH2—基。
由于聚丙烯腈结构中存在极性较强体积较大的侧基——氰基,在同一大分子和相邻分子间产生斥力和引力,使的大分子活动受到极大阻碍而具有不规则的曲折和扭矩。
因此聚丙烯腈主链呈不规则螺旋状空间立体构象。
3.聚丙烯腈的性能。
聚丙烯腈有优良的耐光性,并且热稳定性高,成纤用聚丙烯腈加热至170~180℃颜色才有变化。
4.聚丙烯腈纤维的应用。
聚丙烯腈主要用途是纺制纤维。
该纤维还可以加工制成膨体纱,由于其中保存大量空气,具有高度的保暖性,可代替羊毛绒线。
聚丙烯腈纤维除民用外,在军事方面也应用广泛。
5.聚丙烯腈纤维的研发趋势及前景。
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。
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

溶液聚合
聚合条件 聚合温度76~80℃,时间1.2~1.5h 高转化率控制在70%~75%, 低转化率控制在50%~55% 搅拌速度55~80r/min 高转化率时溶液中聚合物浓度11.9%~12.7%
低转化率时溶液中聚合物浓度为10%~11%。
浅色剂二氧化硫脲 二氧化硫脲→防止氧化剂对聚合反应的影响→反应稳定,纤维 白度好 溶剂NaSCN浓度 浓度为51.8%的硫氰酸钠溶液中的水分子,可全部与NaSCN分 子溶剂化,使丙烯腈 与聚丙烯腈中的氰基与硫氰酸钠构成的溶 剂化层最稳定,溶液黏度最低。 工业:浓度50%~52%硫氰酸钠作溶剂,制得原液中硫氰酸钠含 量为43.5%~44.5% 聚合反应时间 聚合时间↑→引发剂分解↑→活化中心↑→单体转化率↑ →单体浓度↓ →体系黏度↑→生成的大分子链变短→平均聚合度 ↓ 工业:硫氰酸钠一步法中,聚合时间1.6~2.5h 硝酸和二甲基亚砜为溶剂时,聚合时间为12~14h
COOCH 3
丙烯腈:分子中含有碳-碳双键和腈基, 化学性质很活泼。用量90-94%
主要原料
第二单体:丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、 醋酸乙烯酯等,用量5%~10%。
第三单体:带有酸性基团的乙烯基 单体如乙烯基苯磺酸、甲基丙烯酸 、衣康酸钠盐等;或是带有碱性基 团的乙烯基单体如2-乙烯基吡啶、 2-甲基-5-乙烯基吡啶等。 用量很少,一般低于5% 。
异丙 醇
电动机
视镜
出料
聚合釜 夹套
热水 进料温度控制器
热水
不 锈 钢 釜
热水 排污 排污
热水
搅拌器
冷水
冷水
去单体喷 淋冷凝器 夹套用蒸汽 盘管加热
伞
视镜
从聚合釜来
去浆液混合 贮槽
2 连续水相沉淀聚合——工艺特点
腈纶生产工艺

腈纶生产工艺腈纶是一种合成纤维,广泛应用于纺织品、鞋材、汽车材料等领域。
腈纶生产工艺是指将合成纤维聚丙烯腈通过聚合、纺丝、后处理等环节制成腈纶纤维的过程。
腈纶的生产包括以下几个主要工艺环节:聚合、纺丝、后处理。
首先是聚合,聚合是将丙烯腈进行聚合反应,得到聚丙烯腈。
该过程通常采用连续聚合反应,反应器内配置有催化剂和溶剂,为了促进反应进程,需要控制反应温度和压力。
反应结束后,通过过滤、洗涤、干燥等处理,得到丙烯腈的聚合物。
接下来是纺丝,纺丝是将聚合得到的聚丙烯腈溶液通过纺丝机进一步处理,得到腈纶纤维。
纺丝机通过旋转喷孔,将聚丙烯腈溶液喷射到空气中,使其快速凝固,并形成连续的纤维。
纤维被收集、拉伸、卷绕后进入后续的处理环节。
最后是后处理,后处理是指对纺丝得到的原纤维进行染色、平整、整理等操作。
这些操作旨在进一步改善纤维的品质和性能。
染色过程通常采用染液浸泡、烘干等处理;平整和整理通过机械加工使纤维表面平整,增加其光泽度和光滑度;同时还需要进行定型处理,使纤维保持所需形态。
在腈纶生产工艺中,还有一些辅助工艺起到重要作用,例如脱除剂处理、研磨处理等。
脱除剂处理是为了去除纺丝和后处理过程中产生的杂质和残留物,从而提高纤维的质量;研磨处理是为了改善纤维的触感和光泽,使用化学或物理方法处理纤维表面,使其更加光滑。
总的来说,腈纶生产工艺是一个复杂的过程,需要通过聚合、纺丝、后处理等多个环节来制备高品质的腈纶纤维。
这个过程需要严格控制各个环节的工艺参数,以确保纤维具有所需的品质和性能。
随着技术的不断发展,腈纶生产工艺也在不断改进和优化,用于生产更加高效、高性能的腈纶纤维。
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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。
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聚合时间/min 总固体/% 转化率/% 分子量AN/560 11.5 67.6 85300 87.880 12.14 71.4 86300 86.8120 12.12 71.3 77500 88.1(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。