聚丙烯腈
高分子化合物
聚丙烯腈,化学式为(C3H3N)n,是一种高分子化合物,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(腈纶)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。
研究历史
聚丙烯腈纤维的研究始于30年代。1931年德国Rain首次制造了聚丙烯腈(PAN),但由于此种聚合物不溶于大多数有机、无机溶剂,且熔融温度高于分解温度,所以无法采用当时已知的溶液纺丝及熔融法纺丝,PAN未能制成纤维。40年代,PAN纤维首先由杜邦公司实现了工业化。
聚丙烯腈纤维是指由聚丙烯腈纺制的纤维或丙烯腈含量占85%以上的共聚物纺制而成的纤维。2000年世界聚丙烯腈纤维产量2.6685Mt,我国聚丙烯腈纤维产量473.7kt。
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。
理化性质
熔点:317 °C
密度:1.184 g/cm3
外观: 白色或略带黄色的不透明粉末
溶解性: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
制备
实验室制法
聚丙烯腈是由单体丙烯腈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。
工业生产方法
聚丙烯腈纤维有多种不同的生产方法,形成了各具特点的工艺路线。这些工艺路线的共同点是:采用溶液(湿法和干法)纺丝方法,有相应的溶剂回收处理等。这些工艺路线的不同点是:不同的共聚物组成;不同的聚合(非均相沉淀聚合或均相聚合)方法;不同的纺丝溶剂(可采用二甲基甲酰胺二甲基乙酰胺二甲基亚砜碳酸乙烯酯硫氰酸钠硝酸氯化锌等):不同的纺丝方法(湿法或干法纺丝,湿法中采用不同凝固浴);不同的牵伸、后处理工艺;不同的溶剂回收工艺。各种工艺中,最主要的因素是溶剂,不同的溶剂决定了纺丝液的制备条件、纺丝条件、溶剂回收方法和废水处理方法等一系列工艺特点,也影响到防火、防毒及设备选材等许多方面。
由悬浮聚合法制得的是白色固体粉末,溶于二甲基甲酰胺等有机溶剂或硫氰酸盐等溶液中;由溶液聚合法制得的是聚丙烯腈溶液。
无卤阻燃PAN纤维制备
将1g真空干燥后的P(AN-co-VAc) 纤维加入到500mL单口烧瓶中,通过加入KOH水溶液来调节体系的pH值,并于室温下搅拌12h后取出纤维,用去离子水洗涤至中性,最后将其置于60℃的真空烘箱中干燥24h,从而获得对应pH值为10,12及14的水解后的P(AN-co-VAc) 共聚物纤维。
向装有恒压滴液漏斗的500mL三口烧瓶中依次加入0.5g上述于pH=12、水解12h条件下制备的干燥的P(AN-co-VAc) 共聚物纤维的水解产物及20mL二甲基甲酰胺(DMF),并浸渍1h后,于室温并在磁力搅拌的作用下向恒压滴液漏斗中缓慢滴入5mL O,O-二乙基磷酰氯,然后升温至60℃,反应5h,将纤维取出后用无水乙醇洗涤2次,再用蒸馏水洗涤3次,干燥后即获得无卤阻燃聚丙烯腈纤维。
性质与稳定性
遵照规定使用和储存则不会分解。
贮存方法
密闭于阴凉干燥环境中。
应用
聚丙烯腈纤维(俗称腈纶)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。聚丙烯腈对碱不稳定,遇碱易着色,在80℃以上的浓碱中能水解为聚丙烯酸钠。在回弹性和卷曲性方面,与羊毛存在很大的差距。随着合成纤维生产技术的不断发展,复合聚丙烯腈纤维以及各种改性聚丙烯腈相继出现,如高收缩、抗起球、亲水、抗静电、阻燃、细纤度、异型截面等品种都已有商品生产。
聚丙烯腈纤维广泛用来代替羊毛,或与羊毛混纺制成毛织物等,可代替部分羊毛制作毛毯和地毯等织物,还可作为室外织物,如滑雪外衣、船帆、军用帆布、帐篷等。
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。
共聚单体含量尽量降低的普通腈纶,经预氧化和碳化,可获得含碳量93%左右的耐1000℃高温碳纤维。
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。
也可以用于锂离子聚合物电池的电解质聚合物基体,离子电导率较高,能达到10锂离子迁移数也大于PEO系,可达到0.5,但PAN链上有较强的极性基团-CN,与锂电极相容性差,钝化现象比较严重。
注意事项
应急处理方法
一、泄漏应急处理
切断火源。戴自给式呼吸器,穿一般消防防护服。在确保安全情况下堵漏。喷水雾可减少蒸发。用砂土或其它不燃性吸附剂混合吸收。然后运至空旷的地方掩埋、蒸发、或焚烧。如大量泄漏,利用围堤收容,然后收集、转移、回收或无害处理后废弃。
二、防护措施
呼吸系统防护:空气中浓度较高时,应该佩戴防毒面具。紧急事态抢救或撤离时,建议佩戴自给式呼吸器。
眼睛防护:戴化学安全防护眼镜。
身体防护:穿防静电工作服。
手防护:戴防护手套。
其它:工作现场严禁吸烟。避免长期反复接触。
三、急救措施
皮肤接触:脱去污染的衣着,用肥皂水及清水彻底冲洗。
眼睛接触:立即翻开上下眼睑,用流动清水冲洗15分钟。就医。
吸入:脱离现场至空气新鲜处。呼吸困难给输氧。呼吸停止时,立即进行人工呼吸。就医。
食入:误服者用水漱口,饮足量温水,催吐,立即就医。
安全术语
S24/25:Avoid contact with skin and eyes。避免与皮肤和眼睛接触。
贮存方法
密闭于阴凉干燥环境中。
参考资料
聚丙烯腈.化源网.
最新修订时间:2023-04-23 14:18
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