聚丙烯腈纖維改性課件

聚丙烯腈纖維改性趙華國(guó)紡碩1002聚丙烯腈纖維改性趙華1聚丙烯腈纖維改性的原因聚丙烯腈纖維被稱為合成羊毛，是代替羊毛的一種理想合成纖維，它具有較好的蓬松性、彈性、保暖性，但是其回彈性、卷曲性與羊毛相比仍存在較大的差距。聚丙烯腈纖維吸濕性差的弊端也使其在使用過(guò)程中缺少天然纖維的舒適性。此外，聚丙烯腈纖維易于產(chǎn)生靜電的積聚，纖維的體積電阻率高達(dá)6.5×1013Ω/cm，影響了紡絲加工性能及其應(yīng)用。隨著生活水平的提高，人們對(duì)合成纖維的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)聚丙烯腈纖維已不能適應(yīng)人們的需求，因此需要對(duì)聚丙烯腈纖維進(jìn)行改性。聚丙烯腈纖維改性的原因聚丙烯腈纖維被稱為合成羊毛，是2PAN纖維的親水性改性高聚物分子的親水化：在聚合時(shí)引入親水性單體與AN共聚,增加纖維的親水性。這種親水性單體是含有-OH、COOH或其它親水基團(tuán)的乙烯基化合物,在國(guó)外有大量的專利報(bào)道。如日本旭化成曾分別采用乙烯基吡啶和二羰基吡咯化合物等為主的親水性共聚單體,制得了吸水性PAN纖維。PAN纖維的親水性改性高聚物分子的親水化：3PAN纖維的親水性改性用親水物共混：可用來(lái)共混的親水性化合物可以分為兩種:一種是低分子化合物,另一種是高分子化合物。對(duì)溶液紡絲來(lái)說(shuō),用低分子化合物共混的紡絲溶液宜采用干法紡絲,如西德拜耳公司在PAN紡絲原液中加入5%～10%的甘油或四甘醇,進(jìn)行干紡,生產(chǎn)高吸水性改性PAN纖維?，F(xiàn)在所采用的親水性化合物逐漸趨向于用高分子化合物,這些高分子化合物有:親水性輕度交聯(lián)樹脂、聚乙二醇衍生物和聚丙烯酰胺等。PAN纖維的親水性改性用親水物共混：4PAN纖維的親水性改性與親水物接枝共聚：與親水性物質(zhì)接枝共聚，同樣可以達(dá)到增加纖維中親水性基團(tuán)的目的，其工藝要比大分子結(jié)構(gòu)親水化的方法簡(jiǎn)單易行。聚丙烯腈可與甲基丙烯酸、聚乙烯醇等接枝共聚，達(dá)到改善吸濕性的目的。丙烯腈與天然大豆蛋白通過(guò)接枝共聚制得親水改性聚丙烯腈纖維是又一成功的范例。隨著接枝效率的提高，吸濕率相應(yīng)增加，這是由于大豆蛋白存在于聚丙烯腈纖維的表面的原因。PAN纖維的親水性改性與親水物接枝共聚：5PAN纖維的親水性改性對(duì)纖維表面進(jìn)行堿減量處理：用堿減量法對(duì)聚丙烯腈纖維進(jìn)行表面處理，使纖維表面粗糙化，產(chǎn)生溝槽、凹窩，以增強(qiáng)其吸水效果。同時(shí)，纖維結(jié)構(gòu)中氰基與酯基在一定濃度堿溶液作用下，水解生成的—COOH、—COONa等親水基團(tuán)，也使纖維對(duì)水分子產(chǎn)生很強(qiáng)的親和力。PAN纖維的親水性改性對(duì)纖維表面進(jìn)行堿減量處理：6PAN纖維的親水性改性纖維表面改性PAN纖維表面親水化是在纖維后處理工序中進(jìn)行的。在纖維表面加上一層親水性化合物,改善纖維的親水性。常用的親水化合物是聚醚類化合物或離子型表面活性劑。作為親水化劑不僅須具有較好的親水性,而且還必須具有持久的親水化效果。拜耳公司用聚乙烯醇作表面活性劑,生產(chǎn)吸水率高的PAN纖維。日本愛(ài)克斯綸公司用硫酸、醛等小分子化合物的混合水溶液來(lái)處理PAN纖維,從而獲得親水性。PAN纖維的親水性改性纖維表面改性7PAN纖維的抗靜電性改性提高纖維的吸濕性：該方法與提高PAN纖維親水性的方法很相似?？刹捎霉簿酆驮赑AN大分子主鏈上引入親水性、導(dǎo)電性成分。如AN與不飽和酰胺的N-羥甲基化合物和CH2=CR1COO(CH2CH2O)nR2構(gòu)成的混合物共聚,通過(guò)濕法紡絲,所得纖維物性指標(biāo)沒(méi)有下降,抗靜電性能優(yōu)良。也可在聚合或紡絲時(shí)加入親水性聚合物共混紡絲,可制造抗靜電PAN纖維。PAN纖維的抗靜電性改性提高纖維的吸濕性：8PAN纖維的抗靜電性改性抗靜電劑法：靜電劑按使用方法分為外用抗靜電劑和內(nèi)用抗靜電劑。外用抗靜電劑大多是水溶性界面活性劑,采用噴灑、浸潤(rùn)、涂布等工藝達(dá)到抗靜電的目的,主要用于纖維表面進(jìn)行暫時(shí)性的抗靜電處理,以消除在纖維成形、后處理和紡織加工過(guò)程中出現(xiàn)的靜電干擾。也有耐久性外用抗靜電劑,其耐久性不受時(shí)間和摩擦等因素的影響,一般采用陽(yáng)離子線型或含有交聯(lián)基的高分子化合物,它們?cè)诶w維中或因異種離子相互吸引而固著,或因熱處理發(fā)生交聯(lián)而具有耐洗滌性。內(nèi)用抗靜電劑是加入紡絲原液中,要求與聚合物有較好的相容性,無(wú)毒等,最常用的是炭黑。PAN纖維的抗靜電性改性抗靜電劑法：9PAN纖維的阻燃性改性化學(xué)改性：高聚物分子鏈的改性,包括共聚合、分子鏈的交聯(lián)或環(huán)化。世界上已工業(yè)化的阻燃PAN纖維產(chǎn)品大部分是采用共聚法制造的。共聚法就是將含有阻燃元素(鹵、磷等)的乙烯基化合物作為共聚單體,與AN進(jìn)行共聚合而實(shí)現(xiàn)阻燃改性的方法。共聚單體以選用偏二氯乙烯居多,聚合方法以水相懸浮聚合為主,紡絲方法則濕紡比干紡用得多。由于阻燃成分是以化學(xué)鍵的方式引入聚合物中,由這種方法得到的纖維具有永久的阻燃性能。國(guó)外由此法制造的阻燃PAN纖維有日本鐘淵化學(xué)工業(yè)公司的Kanecaron、鐘紡公司的Lufnen、意大利的Velicren及英國(guó)Courtaulds公司的Teklan等。PAN纖維的阻燃性改性化學(xué)改性：10PAN纖維的阻燃性改性物理改性：紡絲原液的物理改性,包括共混入低分子添加劑(有機(jī)物或無(wú)機(jī)物),或與高聚物共混紡絲等。共混法就是在紡絲原液中混入添加型阻燃劑,制取阻燃改性PAN纖維的方法。常用的阻燃改性劑有高分子類的聚氯乙烯、聚(氯乙烯-偏氯乙烯)等,低分子類阻燃劑有氧化銻、鹵化物、含6～16個(gè)碳原子的烷基磷酸酯、金屬醇化物等。對(duì)添加型阻燃劑要求顆粒細(xì)、與PAN相容性好、不溶于凝固浴和水、紡絲過(guò)程中無(wú)堵孔現(xiàn)象。對(duì)濕紡工藝生產(chǎn)的PAN纖維,干燥前是具有多微孔結(jié)構(gòu)的凍膠網(wǎng)絡(luò),此時(shí)也可采用凍膠絲處理法對(duì)纖維進(jìn)行阻燃改性。PAN纖維的阻燃性改性物理改性：11PAN纖維的阻燃性改性表面處理法：阻燃后處理是在紡絲成形過(guò)程中對(duì)纖維用阻燃劑進(jìn)行處理。用脲甲醛和溴化銨的水溶液,羥甲基化的三聚氰胺羥胺鹽等做阻燃劑,對(duì)PAN纖維或織物進(jìn)行表面涂覆,是較早也是最方便的阻燃整理方法。但阻燃效果不易長(zhǎng)期保存。PAN纖維的阻燃性改性表面處理法：12PAN纖維的阻燃性改性熱氧化法：這是隨著碳纖維發(fā)展而興起的一種制取高阻燃、耐燃PAN纖維的方法。PAN原絲在高溫和空氣中氧的作用下,制得預(yù)氧化纖維。其特點(diǎn)是耐燃、耐化學(xué)試劑、具有自熄性,LOI值高達(dá)55%～62%,用于防火、耐熱、勞動(dòng)保護(hù)和密封材料等。東華大學(xué)曾研制了雙功能改性的阻燃PAN纖維。90年代撫順有機(jī)化工廠引進(jìn)了意大利Snia公司的阻燃PAN生產(chǎn)技術(shù),已投入生產(chǎn),年生產(chǎn)能力為4000t/a。PAN纖維的阻燃性改性熱氧化法：13抗起毛起球PAN纖維降低纖維的剪切強(qiáng)度：影響PAN纖維起球的三個(gè)主要因素是剪切強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度和形狀因子,它們對(duì)起球性的貢獻(xiàn)分別是74%、16%和5%。調(diào)節(jié)聚合物組成和紡絲條件可以改變這些影響因素。如減少PAN大分子中丙烯酸甲酯的含量,增加丙烯磺酸鈉的含量,可增加分子間的斂集密度,降低分子鏈段的活動(dòng)性,增加纖維的剛性和對(duì)于剪切作用的脆性,能獲得較好的抗起球效果。在紡絲時(shí),采用較低的凝固浴濃度,較高的凝固溫度都會(huì)導(dǎo)致不均勻的纖維皮芯結(jié)構(gòu),較低的拉伸比以及緊張狀態(tài)下干燥熱定型也會(huì)增加纖維的脆性,提高纖維的抗起毛起球性。抗起毛起球PAN纖維降低纖維的剪切強(qiáng)度：14抗起毛起球PAN纖維樹脂整理：在PAN纖維織物表面涂覆一層改性整理劑,以防止織物起毛起球?？捎玫娜橐河?丁苯橡膠、氯丁橡膠及丙烯酸、丁二烯和丙烯腈三元共聚變性橡膠;聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、三聚氰氨類樹脂等?？蛊鹈鹎驑渲磉^(guò)程大致是整理液配制、浸軋樹脂液、預(yù)烘、焙烘和水洗等。而整理的效果以及對(duì)織物其它性能的影響取決于纖維織物性質(zhì)、整理劑組成及其相互作用和加工工藝條件。國(guó)外典型的抗起毛起球PAN纖維有:Monterfiber公司的IeacrilNP、三菱人造絲公司的H-613和孟山都公司的HP等。國(guó)內(nèi)東華大學(xué)也曾進(jìn)行過(guò)PAN纖維抗起毛起球的探討研究抗起毛起球PAN纖維樹脂整理：15謝謝謝謝16聚丙烯腈纖維改性趙華國(guó)紡碩1002聚丙烯腈纖維改性趙華17聚丙烯腈纖維改性的原因聚丙烯腈纖維被稱為合成羊毛，是代替羊毛的一種理想合成纖維，它具有較好的蓬松性、彈性、保暖性，但是其回彈性、卷曲性與羊毛相比仍存在較大的差距。聚丙烯腈纖維吸濕性差的弊端也使其在使用過(guò)程中缺少天然纖維的舒適性。此外，聚丙烯腈纖維易于產(chǎn)生靜電的積聚，纖維的體積電阻率高達(dá)6.5×1013Ω/cm，影響了紡絲加工性能及其應(yīng)用。隨著生活水平的提高，人們對(duì)合成纖維的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)聚丙烯腈纖維已不能適應(yīng)人們的需求，因此需要對(duì)聚丙烯腈纖維進(jìn)行改性。聚丙烯腈纖維改性的原因聚丙烯腈纖維被稱為合成羊毛，是18PAN纖維的親水性改性高聚物分子的親水化：在聚合時(shí)引入親水性單體與AN共聚,增加纖維的親水性。這種親水性單體是含有-OH、COOH或其它親水基團(tuán)的乙烯基化合物,在國(guó)外有大量的專利報(bào)道。如日本旭化成曾分別采用乙烯基吡啶和二羰基吡咯化合物等為主的親水性共聚單體,制得了吸水性PAN纖維。PAN纖維的親水性改性高聚物分子的親水化：19PAN纖維的親水性改性用親水物共混：可用來(lái)共混的親水性化合物可以分為兩種:一種是低分子化合物,另一種是高分子化合物。對(duì)溶液紡絲來(lái)說(shuō),用低分子化合物共混的紡絲溶液宜采用干法紡絲,如西德拜耳公司在PAN紡絲原液中加入5%～10%的甘油或四甘醇,進(jìn)行干紡,生產(chǎn)高吸水性改性PAN纖維。現(xiàn)在所采用的親水性化合物逐漸趨向于用高分子化合物,這些高分子化合物有:親水性輕度交聯(lián)樹脂、聚乙二醇衍生物和聚丙烯酰胺等。PAN纖維的親水性改性用親水物共混：20PAN纖維的親水性改性與親水物接枝共聚：與親水性物質(zhì)接枝共聚，同樣可以達(dá)到增加纖維中親水性基團(tuán)的目的，其工藝要比大分子結(jié)構(gòu)親水化的方法簡(jiǎn)單易行。聚丙烯腈可與甲基丙烯酸、聚乙烯醇等接枝共聚，達(dá)到改善吸濕性的目的。丙烯腈與天然大豆蛋白通過(guò)接枝共聚制得親水改性聚丙烯腈纖維是又一成功的范例。隨著接枝效率的提高，吸濕率相應(yīng)增加，這是由于大豆蛋白存在于聚丙烯腈纖維的表面的原因。PAN纖維的親水性改性與親水物接枝共聚：21PAN纖維的親水性改性對(duì)纖維表面進(jìn)行堿減量處理：用堿減量法對(duì)聚丙烯腈纖維進(jìn)行表面處理，使纖維表面粗糙化，產(chǎn)生溝槽、凹窩，以增強(qiáng)其吸水效果。同時(shí)，纖維結(jié)構(gòu)中氰基與酯基在一定濃度堿溶液作用下，水解生成的—COOH、—COONa等親水基團(tuán)，也使纖維對(duì)水分子產(chǎn)生很強(qiáng)的親和力。PAN纖維的親水性改性對(duì)纖維表面進(jìn)行堿減量處理：22PAN纖維的親水性改性纖維表面改性PAN纖維表面親水化是在纖維后處理工序中進(jìn)行的。在纖維表面加上一層親水性化合物,改善纖維的親水性。常用的親水化合物是聚醚類化合物或離子型表面活性劑。作為親水化劑不僅須具有較好的親水性,而且還必須具有持久的親水化效果。拜耳公司用聚乙烯醇作表面活性劑,生產(chǎn)吸水率高的PAN纖維。日本愛(ài)克斯綸公司用硫酸、醛等小分子化合物的混合水溶液來(lái)處理PAN纖維,從而獲得親水性。PAN纖維的親水性改性纖維表面改性23PAN纖維的抗靜電性改性提高纖維的吸濕性：該方法與提高PAN纖維親水性的方法很相似。可采用共聚和在PAN大分子主鏈上引入親水性、導(dǎo)電性成分。如AN與不飽和酰胺的N-羥甲基化合物和CH2=CR1COO(CH2CH2O)nR2構(gòu)成的混合物共聚,通過(guò)濕法紡絲,所得纖維物性指標(biāo)沒(méi)有下降,抗靜電性能優(yōu)良。也可在聚合或紡絲時(shí)加入親水性聚合物共混紡絲,可制造抗靜電PAN纖維。PAN纖維的抗靜電性改性提高纖維的吸濕性：24PAN纖維的抗靜電性改性抗靜電劑法：靜電劑按使用方法分為外用抗靜電劑和內(nèi)用抗靜電劑。外用抗靜電劑大多是水溶性界面活性劑,采用噴灑、浸潤(rùn)、涂布等工藝達(dá)到抗靜電的目的,主要用于纖維表面進(jìn)行暫時(shí)性的抗靜電處理,以消除在纖維成形、后處理和紡織加工過(guò)程中出現(xiàn)的靜電干擾。也有耐久性外用抗靜電劑,其耐久性不受時(shí)間和摩擦等因素的影響,一般采用陽(yáng)離子線型或含有交聯(lián)基的高分子化合物,它們?cè)诶w維中或因異種離子相互吸引而固著,或因熱處理發(fā)生交聯(lián)而具有耐洗滌性。內(nèi)用抗靜電劑是加入紡絲原液中,要求與聚合物有較好的相容性,無(wú)毒等,最常用的是炭黑。PAN纖維的抗靜電性改性抗靜電劑法：25PAN纖維的阻燃性改性化學(xué)改性：高聚物分子鏈的改性,包括共聚合、分子鏈的交聯(lián)或環(huán)化。世界上已工業(yè)化的阻燃PAN纖維產(chǎn)品大部分是采用共聚法制造的。共聚法就是將含有阻燃元素(鹵、磷等)的乙烯基化合物作為共聚單體,與AN進(jìn)行共聚合而實(shí)現(xiàn)阻燃改性的方法。共聚單體以選用偏二氯乙烯居多,聚合方法以水相懸浮聚合為主,紡絲方法則濕紡比干紡用得多。由于阻燃成分是以化學(xué)鍵的方式引入聚合物中,由這種方法得到的纖維具有永久的阻燃性能。國(guó)外由此法制造的阻燃PAN纖維有日本鐘淵化學(xué)工業(yè)公司的Kanecaron、鐘紡公司的Lufnen、意大利的Velicren及英國(guó)Courtaulds公司的Teklan等。PAN纖維的阻燃性改性化學(xué)改性：26PAN纖維的阻燃性改性物理改性：紡絲原液的物理改性,包括共混入低分子添加劑(有機(jī)物或無(wú)機(jī)物),或與高聚物共混紡絲等。共混法就是在紡絲原液中混入添加型阻燃劑,制取阻燃改性PAN纖維的方法。常用的阻燃改性劑有高分子類的聚氯乙烯、聚(氯乙烯-偏氯乙烯)等,低分子類阻燃劑有氧化銻、鹵化物、含6～16個(gè)碳原子的烷基磷酸酯、金屬醇化物等。對(duì)添加型阻燃劑要求顆粒細(xì)、與PAN相容性好、不溶于凝固浴和水、紡絲過(guò)程中無(wú)堵孔現(xiàn)象。對(duì)濕紡工藝生產(chǎn)的PAN纖維,干燥前是具有多微孔結(jié)構(gòu)的凍膠網(wǎng)絡(luò),此時(shí)也可采用凍膠絲處理法對(duì)纖維進(jìn)行阻燃改性。PAN纖維的阻燃性改性物理改性：27PAN纖維的阻燃性改性表面處理法：阻燃后處理是在紡絲成形過(guò)程中對(duì)纖維用阻燃劑進(jìn)行處理。用脲甲醛和溴化銨的水溶液,羥甲基化的三聚氰胺羥胺鹽等做阻燃劑,對(duì)PAN纖維或織物進(jìn)行表面涂覆,是較早也是最方便的阻燃整理方法。但阻燃效果不易長(zhǎng)期保存。PAN纖維的阻燃性改性表面處理法：28PAN纖維的阻燃性改性熱氧化法：這是隨著碳纖維發(fā)展而興起的一種制取高阻燃、耐燃PAN纖維的方法。PAN原絲在高溫和空氣中氧的作用下,制得預(yù)氧化纖維。其特點(diǎn)是耐燃、耐化學(xué)試劑、具有自熄性,LOI值高達(dá)55%～62%,用于防火、耐熱、勞動(dòng)保護(hù)和密封材料等。東華大學(xué)曾研制了雙功能改性的阻燃PAN纖維