《合成纖維》PPT課件

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1、第 十 章 合 成 纖 維Synthetic Fiber 學(xué) 習(xí) 目 的 要 求 掌 握 纖 維 的 分 類 與 特 征 ； 初 步 掌 握 聚酯 纖 維 、 錦 綸 纖 維 、 腈 綸 纖 維 、 聚 丙 烯纖 維 的 生 產(chǎn) 技 術(shù) 、 結(jié) 構(gòu) 、 性 能 及 應(yīng) 用 9-1 纖 維 的 分 類 與 特 征 纖 維 是 指 柔 韌 、 纖 細(xì) ， 具 有 相 當(dāng) 長(zhǎng) 度 、 強(qiáng) 度 、 彈 性 和 吸 濕 性 的 絲 狀 物 。 大 多數(shù) 是 不 溶 于 水 的 有 機(jī) 高 分 子 化 合 物 ， 少 數(shù) 是 無(wú) 機(jī) 物 。 根 據(jù) 來(lái) 源 可 以 分 為 天 然 纖 維和 化 學(xué) 纖 維

2、 兩 大 類 。 一 、 纖 維 的 分 類 纖 維 天 然 纖 維 化 學(xué) 纖 維 膠 黏 纖 維銅 氨 纖 維醋 酸 纖 維纖 維 素 纖 維錦 綸 系 列 纖 維蛋 白 質(zhì) 纖 維滌 綸 系 列 纖 維腈 綸 系 列 纖 維聚 乙 烯 醇 系 列 纖 維聚 烯 烴 纖 維含 氯 纖 維耐 高 溫 纖 維其 他 纖 維 9-1 纖 維 的 分 類 與 特 征 二 、 成 纖 高 聚 物 的 特 征 高 聚 物 的 品 種 很 多 ， 但 并 不 是 所 有 高 聚 物 都 能 用 于 紡 絲 ， 而 是 具 有 如 下 特 征的 高 聚 物 都 能 進(jìn) 行 紡 絲 。成纖高聚物均為線型高分

3、子 用 這 類 高 分 子 紡 制 的 纖 維 能 沿 纖 維 縱 軸 方 向 拉伸 而 有 序 排 列 。 當(dāng) 纖 維 受 到 拉 力 時(shí) ， 大 分 子 能 同 時(shí) 承 受 作 用 力 ， 使 纖 維 具 有 較 高的 拉 伸 強(qiáng) 度 和 適 宜 的 延 伸 度 及 其 他 物 理 -力 學(xué) 性 能 。成纖維高聚物具有適宜的相對(duì)分子質(zhì)量 線 型 高 聚 物 分 子 鏈 的 長(zhǎng) 度 對(duì) 纖 維 的物 理 -力 學(xué) 性 能 影 響 很 大 ， 尤 其 是 對(duì) 纖 維 的 機(jī) 械 強(qiáng) 度 、 耐 熱 性 和 溶 解 性 的 影 響 更大 。 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 的 高 低 均 不 好 ， 高

4、 者 不 易 加 工 ， 低 者 性 能 不 好 。 常 見 的 主 要 成纖 高 聚 物 的 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 如 下 表 所 示 。主 要 成 纖 高 聚 物 的 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 高 聚 物 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 高 聚 物 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量聚 酰 胺 -6或 -66聚 酯聚 丙 烯 腈 16000-2200016000-2000050000-80000 聚 乙 烯 醇全 同 聚 丙 烯 60000-80000180000-300000 9-1 纖 維 的 分 類 與 特 征成纖高聚物的分子鏈間必須有足夠的次價(jià)力 高 聚 物 的 物 理 -力 學(xué) 性 能 與 次價(jià) 力

5、 有 密 切 關(guān) 系 。 分 子 間 次 價(jià) 力 越 大 ， 纖 維 的 強(qiáng) 度 越 高 ， 次 價(jià) 力 大 于 20. 92kJ/ mol的 高 聚 物 適 宜 作 纖 維 材 料 。成纖高聚物應(yīng)具有可溶性和熔融性 只 有 這 樣 才 能 將 高 聚 物 溶 解 或 熔 融 成 溶液 或 熔 體 ， 再 經(jīng) 紡 絲 、 凝 固 或 冷 卻 形 成 纖 維 ， 否 則 就 不 能 進(jìn) 行 紡 絲 。 9-2 聚 酯 纖 維 聚 酯 是 制 造 聚 酯 纖 維 、 涂 料 、 薄 膜 及 工 程 塑 料 的 原 料 ， 是 由 飽 和 的 二 元 酸 與二 元 醇 通 過(guò) 縮 聚 反 應(yīng) 制 得

6、 的 一 類 線 性 高 分 子 縮 聚 物 。 這 類 縮 聚 物 的 品 種 因 隨 使 用原 料 或 中 間 體 而 異 ， 故 品 種 繁 多 數(shù) 不 勝 數(shù) 。 但 所 有 品 種 均 有 一 個(gè) 共 同 特 點(diǎn) ， 就 是其 大 分 子 的 各 個(gè) 鏈 節(jié) 間 都 是 以 酯 基 “ COO ” 相 聯(lián) ， 所 以 把 這 類 縮 聚 物 通 稱 為聚酯 。 以 聚 酯 為 基 礎(chǔ) 制 得 的 纖 維 稱 為 滌 綸 ， 是 三 大 合 成 纖 維 （ 滌 綸 、 錦 綸 、 腈 綸 ）之 一 ， 是 最 主 要 的 合 成 纖 維 。 下 面 主 要 介 紹 對(duì) 苯 二 甲 酸

7、乙 二 醇 酯 （ 簡(jiǎn) 稱 PET） 生產(chǎn) 工 藝 。 一 、 主 要 原 料 1 對(duì) 苯 二 甲 酸 （ TPA） 對(duì) 苯 二 甲 酸 是 芳 香 族 二 元 羧 酸 的 一 種 ， 它 在 常 溫 下 ， 外 觀 為 白 色 晶 體 ， 無(wú) 毒 ，易 燃 。 稍 溶 于 熱 乙 醇 ， 微 溶 于 水 ， 不 溶 于 氯 仿 、 乙 醚 、 醋 酸 ， 能 溶 于 堿 。 物 性 常 數(shù) 如 下 ： 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 166.13 相 對(duì) 密 度 1.55 熔 點(diǎn) 384 421 升 華 點(diǎn) 402 自 燃 點(diǎn) 680 升 華 熱 98.4kJ/mol 燃 燒 熱 3227.8kJ/

8、mol 9-2 聚 酯 纖 維 對(duì) 苯 二 甲 酸 由 對(duì) 二 甲 苯 、 苯 酐 或 甲 苯 制 得 ， 主 要 用 于 制 造 聚 酯 纖 維 和 塑 料 。 2 對(duì) 苯 二 甲 酸 二 甲 酯 （ DMT） 對(duì) 苯 二 甲 酸 二 甲 酯 是 芳 香 族 二 元 酯 的 一 種 ， 在 常 溫 下 ， 外 觀 為 白 色 結(jié) 晶 粉 末 ，無(wú) 毒 、 易 燃 ， 其 蒸 氣 或 粉 塵 與 空 氣 混 合 至 一 定 比 例 ， 遇 為 能 發(fā) 生 爆 炸 。 物 性 常 數(shù)如 下 ： 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 194.18 相 對(duì) 密 度 1.065 熔 點(diǎn) 140.65 沸 點(diǎn) 288

9、 純 度 99.9% 對(duì) 苯 二 甲 酸 二 甲 酯 由 對(duì) 苯 二 甲 酸 與 甲 醇 酯 化 ， 然 后 經(jīng) 重 結(jié) 晶 或 真 空 蒸 餾 制 得 。 3 乙 二 醇 乙 二 醇 為 無(wú) 色 微 粘 稠 液 體 。 具 有 較 強(qiáng) 的 吸 濕 性 ， 有 醇 味 但 不 能 飲 用 。 可 以 和水 、 醇 、 醛 、 吡 啶 等 混 溶 ， 微 溶 于 乙 醚 。 其 物 性 常 數(shù) 如 下 ： 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 62.07 熔 點(diǎn) 13 沸 點(diǎn) 197.6 閃 點(diǎn) （ 開 口 ） 116 相 對(duì) 密 度 1.1154 粘 度 （ 20 ） 20.93cp 折 射 率 1.431

10、6 膨 脹 系 數(shù) 0.00062 9-2 聚 酯 纖 維 介 電 常 數(shù) 38. 66 乙 二 醇 主 要 由 環(huán) 氧 乙 烷 水 合 制 取 ， 其 用 途 廣 泛 ， 在 合 成 工 業(yè) 上 主 要 用 于 生 產(chǎn)合 成 纖 維 、 不 飽 和 聚 酯 和 增 塑 劑 等 。 其 中 直 接 化 聚 酯 法 對(duì) 苯 二 甲 酸 和 乙 二 醇 的 質(zhì) 量 要 求 實(shí) 例 如 下 表 所 示 。直 接 酯 化 法 聚 醚 對(duì) 對(duì) 苯 二 甲 酸 和 乙 二 醇 的 質(zhì) 量 指 標(biāo) 4、 環(huán) 氧 乙 烷 對(duì) 苯 二 甲 酸 乙 二 醇純 度光 學(xué) 密 度 （ NH4OH， 380 ）鉑 鈷

11、比 色 值 （ NaOH溶 液 ）含 水 量灰 分鉀鐵醛 99.9% 0.006 10 0.1% 0.001% 0.003% 0.0001%0 純 度相 對(duì) 密 度沸 點(diǎn)鉑 鈷 比 色二 縮 三 縮 乙 二 醇水 分酸 度灰 分鐵外 觀 99.8%1.113-1.1136（ 1400.7） 10 0.05% 0.1% 0.001% 0.0005% 0.00001%無(wú) 色 透 明 9-2 聚 酯 纖 維 環(huán) 氧 乙 烷 又 稱 氧 化 乙 烯 。 就 最 簡(jiǎn) 單 的 環(huán) 醚 。 在 常 溫 下 是 無(wú) 色 氣 體 ， 在 低 溫 下是 無(wú) 色 易 流 動(dòng) 液 體 。 有 乙 醚 氣 味 ， 有

12、毒 。 溶 于 水 、 乙 醇 和 乙 醚 等 ， 化 學(xué) 性 質(zhì) 非 常活 潑 ， 能 與 許 多 化 合 物 起 加 成 反 應(yīng) 。 能 與 空 氣 形 成 爆 炸 性 混 合 物 ， 爆 炸 極 限 為3. 6% 78%（ 體 積 ） 。 其 物 性 常 數(shù) 如 下 ： 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 44.050 相 對(duì) 密 度 0.8711 熔 點(diǎn) 111.3 沸 點(diǎn) 13 14 臨 界 溫 度 （ 氣 體 ） 195.8 臨 界 壓 力 （ 氣 體 ） 7.33MPa 閃 點(diǎn) 17.8 環(huán) 氧 乙 烷 由 乙 烯 直 接 或 間 接 氧 化 制 得 。 主 要 用 于 制 乙 二 醇 、

13、非 離 子 型 表 面 活性 劑 ， 食 品 及 紡 織 工 業(yè) 的 熏 蒸 劑 等 。 二 、 聚 酯 纖 維 的 生 產(chǎn) 原 理 與 工 藝 1 聚 酯 合 成 的 工 藝 路 線 聚 酯 合 成 的 工 藝 路 線 酯 交 換 聚 酯 路 線對(duì) 苯 二 甲 酸 用 乙 二 醇 直 接 酯 化 聚 酯 路 線環(huán) 氧 乙 烷 酯 化 聚 酯 路 線 9-2 聚 酯 纖 維 （ 1） 酯 交 換 聚 酯 路 線 （ 酯 交 換 聚 酯 法 ） 是 最 早 （ 1953年 ） 實(shí) 現(xiàn) 工 業(yè) 的 聚 酯 路 線 。 是 將 對(duì) 苯 二 甲 酸 二 甲 酯 與 乙 二 醇 按1 2.5（ 摩 爾

14、比 ） 比 例 混 合 ， 在 醋 酸 鋅 、 醋 酸 錳 和 醋 酸 鈷 催 化 劑 的 作 用 下 ， 發(fā) 生酯 交 換 反 應(yīng) ， 生 成 對(duì) 苯 二 甲 酸 雙 羥 乙 酯 。 （ 2） 對(duì) 苯 二 甲 酸 用 乙 二 醇 直 接 酯 化 聚 酯 路 線 （ 直 接 酯 化 聚 酯 法 ） 該 路 線 對(duì) 原 料 對(duì) 苯 二 甲 酸 和 乙 二 醇 的 純 度 要 求 較 高 。 H3COOC COOCH3 2 HOCH2CH2OH Zn（ CH2COO） 2HOCH2CH2COOC COOCH2CH2OH對(duì) 苯 二 甲 酸 雙 羥 乙 酯HOOC COOH 2 HOCH2CH2OHH

15、OCH2CH2COOC COOCH2CH2OH對(duì) 苯 二 甲 酸 雙 羥 乙 酯 9-2 聚 酯 纖 維 （ 3） 環(huán) 氧 乙 烷 酯 化 聚 酯 路 線 （ 環(huán) 氧 乙 烷 法 ） 該 路 線 是 1973年 開 始 工 業(yè) 化 生 產(chǎn) 的 。 其 反 應(yīng) 如 下 ： 該 反 應(yīng) 在 飽 和 低 分 子 脂 肪 胺 或 季 胺 鹽 存 在 下 ， 進(jìn) 行 極 為 順 利 ， 該 路 線 具 有 成本 低 ； 產(chǎn) 物 低 聚 物 少 ， 容 易 精 制 ； 設(shè) 備 利 用 率 高 ， 輔 助 設(shè) 備 少 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 如 果 采 用高 純 度 的 對(duì) 苯 二 甲 酸 和 環(huán) 氧 乙 烷 進(jìn)

16、行 反 應(yīng) ， 其 產(chǎn) 物 可 不 經(jīng) 過(guò) 精 制 就 可 以 直 接 用 于縮 聚 成 聚 酯 。 （ 4） 聚 酯 合 成 原 理 用 精 制 后 的 對(duì) 苯 二 甲 酸 雙 羥 乙 酯 或 它 與 苯 甲 酸 混 合 的 反 應(yīng) 物 進(jìn) 行 縮 聚 反 應(yīng) ，分 離 出 乙 二 醇 后 即 得 聚 對(duì) 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 酯 ， 其 反 應(yīng) 如 下 ： HOOC COOH 2 CH2 CH2HOCH2CH2COOC COOCH2CH2OH對(duì) 苯 二 甲 酸 雙 羥 乙 酯O 9-2 聚 酯 纖 維 由 于 縮 聚 反 應(yīng) 屬 于 可 逆 反 應(yīng) ， 為 了 使 縮 聚 反 應(yīng) 進(jìn)

17、 行 完 全 ， 必 須 排 出 反 應(yīng) 生 成的 低 分 子 物 質(zhì) （ 乙 二 醇 ） ， 為 此 必 須 采 用 真 空 及 強(qiáng) 力 攪 拌 ， 縮 聚 反 應(yīng) 最 終 壓 力 不大 于 266. 6Pa， 才 能 獲 得 高 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 的 聚 酯 ， 一 般 產(chǎn) 品 的 平 均 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 不低 于 20000， 用 于 制 造 纖 維 、 薄 膜 的 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 約 為 25000。 在 三 種 合 成 路 線 中 ， 酯 交 換 聚 酯 法 和 直 接 酯 化 聚 酯 法 現(xiàn) 在 依 然 是 合 成 聚 酯 的兩 大 主 要 工 藝 路 線 ，

18、 其 生 產(chǎn) 過(guò) 程 如 圖 10-1所 示 。 酯 交 換 聚 酯 路 線 是 傳 統(tǒng) 的 方 法 ， 因 工 藝 技 術(shù) 成 熟 ， 所 以 至 今 在 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 仍 占 有 相 當(dāng) 的 地 位 。 直 接 酯 化 聚 酯 路 線 雖 然 起 步 較 晚 ， 但 與 酯 交 換 聚 酯 路 線 相 比 ，因 具 有 消 耗 定 額 低 ， 乙 二 醇 配 料 比 低 ， 無(wú) 甲 醇 回 收 ， 生 產(chǎn) 控 制 穩(wěn) 定 ， 流 程 短 ， 投資 低 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 而 發(fā) 展 迅 速 。 目 前 國(guó) 內(nèi) 引 進(jìn) 的 聚 酯 裝 置 多 以 后 者 為 主 ， 其 生 產(chǎn) 能 力19

19、97年 就 已 達(dá) 到 152萬(wàn) t/a。 HOCH2CH2COOC COOCH2CH2OH n HOCH2CH2OHHOCH2CH2COOC CO OCH2CH2COOC CO OCH2CH2OH（ n 1） Sb2O3 9-2 聚 酯 纖 維DMT（ 液 體 ） 乙 二 醇 回 收 TPA料 倉(cāng) EG 單 批 DMT槽 料 倉(cāng) 漿 料 混 合 器 熔 化 槽 水 分 餾 塔 酯 化 酯 交 換 甲 醇 分 餾 塔 預(yù) 縮 聚 中 等 粘 度 縮 聚 排 出 蒸 汽 冷 凝 結(jié) 晶 干 燥 造 粒 高 粘 度 的 最 終 反 應(yīng) 器 熔 融 擠 壓 機(jī) 結(jié) 晶 紡 絲 長(zhǎng) 絲 加 工 成 型

20、 固 相 縮 聚中 粘 度 切 片 料 倉(cāng) 高 粘 度 切 片 料 倉(cāng) 成 型 紡 絲 拉 伸 短 纖 維 織 物 和 工 業(yè) 用 絲 薄 膜 片 基 瓶 子 容 器 塑 料 簾 子 線 和 高 強(qiáng) 度 紗 線 成 型 TPA EG cat DMT（ 固 體 ）水 廢 乙 二 醇 甲 醇 廢液 9-2 聚 酯 纖 維 2 聚 對(duì) 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 酯 的 生 產(chǎn) 工 藝 從 操 作 方 式 上 看 ， 聚 對(duì) 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 酯 的 兩 種 主 要 生 產(chǎn) 路 線 都 有 間 歇 操 作和 連 續(xù) 操 作 之 分 。 相 比 較 而 言 ， 直 接 酯 化 法 聚 酯 連

21、 續(xù) 法 比 間 歇 法 的 成 本 低 20%；酯 交 換 法 聚 酯 連 續(xù) 比 間 歇 的 成 本 低 10%。 下 面 主 要 介 紹 酯 交 換 法 和 直 接 酯 化 法 聚酯 的 生 產(chǎn) 工 藝 。 （ 1） 酯 交 換 法 連 續(xù) 生 產(chǎn) 聚 酯 工 藝 酯 交 換 法 連 續(xù) 生 產(chǎn) 聚 酯 工 藝 包 括 酯 交 換 、 預(yù) 縮 聚 、 縮 聚 等 過(guò) 程 ， 其 原 則 工 藝流 程 如 圖 10-2所 示 。 酯 交 換 將 原 料 對(duì) 苯 二 甲 酸 二 甲 酯 連 續(xù) 加 入 熔 化 器 中 ， 加 熱 （ 150 5） 熔 化 后 ， 用 齒 輪 泵 送 入 高

22、位 槽 中 。 另 將 乙 二 醇 連 續(xù) 加 入 到 乙 二 醇 預(yù) 熱 器 中 預(yù) 熱 至150 160 后 ， 用 離 心 泵 送 入 高 位 槽 中 。 將 上 述 兩 種 原 料 按 摩 爾 比 1 2分 別 用 計(jì)量 泵 連 續(xù) 定 量 加 入 酯 交 換 塔 上 部 。 分 別 將 催 化 劑 醋 酸 鋅 和 三 氧 化 二 銻 按 DMT的0.02%加 入 量 ， 用 過(guò) 量 0.4mol的 乙 二 醇 配 制 成 液 體 加 入 高 位 槽 中 ， 并 連 續(xù) 定 量 送 入 連 續(xù) 酯 交 換 塔 上 部 。 連 續(xù) 酯 交 換 塔 是 一 個(gè) 塔 頂 帶 有 乙 二 醇

23、回 流 的 填 充 式 精 餾 柱 的 立 式 泡 罩 塔 。 控制 酯 交 換 溫 度 為 190 220 ， 反 應(yīng) 所 生 成 的 甲 醇 蒸 氣 通 過(guò) 塔 內(nèi) 各 層 塔 板 上 的 泡 罩齒 縫 上 升 ， 進(jìn) 行 氣 液 交 換 后 進(jìn) 入 冷 凝 器 冷 凝 后 流 入 甲 醇 貯 槽 中 。 9-2 聚 酯 纖 維 原 料 由 塔 頂 加 入 后 ， 經(jīng) 十 六 個(gè) 分 段 反 應(yīng) 室 流 到 最 后 一 塊 塔 板 ， 完 成 酯 交 換 反應(yīng) ， 酯 交 換 的 生 成 物 由 塔 底 再 沸 器 加 熱 后 流 入 混 合 器 中 。 預(yù) 縮 聚 混 合 器 中 的 單

24、 體 經(jīng) 過(guò) 濾 器 過(guò) 濾 后 ， 經(jīng) 計(jì) 量 泵 、 單 體 預(yù) 熱 器 送 入 預(yù) 縮 聚 塔 底 部 。 預(yù) 縮 聚 塔 由 十 六 塊 塔 板 構(gòu) 成 ， 控 制 塔 內(nèi) 溫 度 在 （ 265 5） 。 單 體由 塔 底 進(jìn) 入 后 ， 沿 各 層 塔 板 的 升 液 管 逐 層 上 升 ， 在 上 升 過(guò) 程 中 進(jìn) 行 縮 聚 反 應(yīng) ， 反應(yīng) 所 生 成 的 乙 二 醇 蒸 氣 起 攪 拌 作 用 ， 可 以 加 快 反 應(yīng) 速 率 。 當(dāng) 物 料 到 達(dá) 最 上 一 層 塔板 后 ， 便 得 到 特 性 粘 度 0. 2 0. 25的 預(yù) 聚 物 ， 預(yù) 聚 物 由 塔 頂

25、 物 料 出 口 流 出 ， 進(jìn)1 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12 13DMT EG 催 化 劑 去 甲 醇貯 槽 回 收 EG 接 真 空 系 統(tǒng) 去 包 裝14 15 9-2 聚 酯 纖 維 縮 聚 預(yù) 聚 物 由 計(jì) 量 泵 定 量 連 續(xù) 輸 送 到 臥 式 連 續(xù) 真 空 縮 聚 釜 的 入 口 。 該 釜為 圓 筒 形 的 內(nèi) 有 49枚 圓 盤 輪 的 單 軸 攪 拌 器 ， 釜 的 底 部 有 與 圓 盤 輪 交 錯(cuò) 安 裝 的 隔 板隔 成 的 多 段 反 應(yīng) 室 ， 如 圖 10-3所 示 。 以 鋅 催 化 劑 時(shí) ， 釜 內(nèi) 縮 聚 反 應(yīng) 溫 度 不

26、超 過(guò)270 ， 加 入 穩(wěn) 定 劑 后 可 控 制 275 278 ， 壓 力 小 于 133. 3Pa。 在 攪 拌 器 的 作 用 下 ，物 料 由 縮 聚 釜 的 一 端 向 另 一 端 移 動(dòng) ， 在 移 動(dòng) 過(guò) 程 中 進(jìn) 行 縮 聚 反 應(yīng) 。 當(dāng) 物 料 到 達(dá) 另一 端 時(shí) ， 聚 酯 樹 脂 的 特 性 粘 度 逐 漸 增 加 到 0. 64 0. 68。 然 后 經(jīng) 過(guò) 連 續(xù) 紡 絲 、 拉 膜 或造 粒 即 得 其 產(chǎn) 品 。 （ 2） 直 接 酯 化 聚 酯 生 產(chǎn) 工 藝 直 接 酯 化 聚 酯 生 產(chǎn) 工 藝 所 用 的 原 料 對(duì) 苯 二 甲 酸 與 乙 二

27、醇 的 質(zhì) 量 要 求 如 表 10-3所 示 。 其 工 藝 過(guò) 程 包 括 酯 化 與 縮 聚 。 酯 化 反 應(yīng) 對(duì) 苯 二 甲 酸 與 乙 二 醇 按 摩 爾 比 1 1.33配 料 ， 以 三 氧 化 二 銻 為催 化 劑 ， 在 攪 拌 下 ， 控 制 酯 化 溫 度 在 乙 二 醇 沸 點(diǎn) 以 上 。 酯 化 反 應(yīng) 在 如 圖 10-2所 示的 反 應(yīng) 釜 中 進(jìn) 行 。 用 平 均 聚 合 度 為 1.1的 酯 化 物 在 反 應(yīng) 器 中 循 環(huán) ， 酯 化 物 與 對(duì) 苯 二 甲 酸 的 摩 爾 比 為 0.8。 控 制 釜 的 夾 套 溫 度 為 270 ， 物 料 在

28、釜 內(nèi) 第 一 區(qū) 室 內(nèi) 充 分混 合 ， 制 成 粘 度 為 2Pas的 漿 液 。 這 種 漿 液 穿 過(guò) 區(qū) 室 間 檔 板 上 的 小 孔 進(jìn) 入 下 一 個(gè)區(qū)室 ， 物 料 在 前 進(jìn) 中 進(jìn) 行 反 應(yīng) ， 最 后 獲 得 均 一 低 聚 物 。 反 應(yīng) 產(chǎn) 生 的 水 ， 經(jīng) 蒸 餾 排 出設(shè) 備 外 。 9-2 聚 酯 纖 維 縮 聚 反 應(yīng) 縮 聚 反 應(yīng) 設(shè) 備 與 酯 交 換 基 本 相 同 ， 連 續(xù) 酯 化 后 的 產(chǎn) 物 進(jìn) 入 縮 聚 設(shè) 備 進(jìn) 行 連 續(xù) 縮 聚 反 應(yīng) ， 即 得 聚 對(duì) 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 酯 。 由 于 直 接 酯 交 換 法

29、中 一 般 要 加 入 了 磷 酸 三 苯 酯 、 亞 磷 酸 三 苯 酯 等 穩(wěn) 定 劑 ， 所 以 聚 酯 產(chǎn) 物 的 熱 穩(wěn) 定 性 和 聚 合 度 都 比 酯 交 換 法 聚 酯 高 ， 可 以 作 為 生 產(chǎn) 輪 胎 簾 子 線 的 高 質(zhì) 量 纖 維 。 3 聚 酯 的 紡 絲 聚 酯 纖 維 是 通 過(guò) 熔 融 紡 絲 法 生 產(chǎn) 的 ， 一 般 是 將 聚 酯 樹 脂 切 片 經(jīng) 過(guò) 真 空 干 燥 （ 真 空 度 266.6 666.5Pa， 溫 度 140 150 ， 時(shí) 間 10 20h） ， 除 去 吸 附 的 微 量 水 分 ， 并 使 樹 脂 由 無(wú) 定 型 變 為

30、 結(jié) 晶 形 后 ， 在 惰 性 氣 體 的 保 護(hù) 下 加 熱 成 熔 體 。 再 在 一 定 壓 力 下定 量 壓 出 噴 絲 孔 ， 冷 卻 后 形 成 纖 維 ， 再 經(jīng) 拉 伸 、 卷 曲 、 切 斷 等 工 序 成 為 一 定 規(guī) 格的 可 紡 短 纖 維 ； 或 在 拉 伸 后 進(jìn) 行 加 捻 、 定 型 等 后 處 理 工 序 ， 成 為 符 合 各 項(xiàng) 指 標(biāo) 的長(zhǎng) 纖 維 。 9-2 聚 酯 纖 維 三 、 聚 酯 纖 維 的 結(jié) 構(gòu) 、 性 能 及 用 途 1 聚 酯 纖 維 的 結(jié) 構(gòu) 聚 酯 纖 維 的 結(jié) 構(gòu) 為 高 度 對(duì) 稱 芳 環(huán) 的 線 性 聚 合 物 ，

31、易 于 取 向 和 結(jié) 晶 ， 具 有 較 高的 強(qiáng) 度 和 良 好 的 成 纖 性 及 成 膜 性 ， 結(jié) 晶 度 為 40% 60%， 結(jié) 晶 速 度 慢 。 2 聚 酯 纖 維 的 性 能 用 于 聚 酯 纖 維 原 料 的 具 體 性 能 參 數(shù) 參 見 附 表 9所 示 。 聚 酯 纖 維 一 般 為 乳 白 色 ， 相 對(duì) 密 度 為 1.38 1.4， 回 潮 率 很 低 ， 具 有 易 洗 快干 的 特 性 。 在 紡 織 時(shí) ， 容 易 產(chǎn) 生 靜 電 ， 其 紡 織 品 在 使 用 過(guò) 程 中 易 積 累 靜 電 荷 而 吸灰 塵 。 聚 酯 纖 維 的 熔 點(diǎn) 為 255

32、 265 ， 軟 化 溫 度 230 240 。 遇 明 火 能 燃 燒 ， 有 黑煙 并 有 芳 香 氣 味 ， 離 火 后 自 息 。 聚 酯 纖 維 在 承 受 外 力 時(shí) 不 易 發(fā) 生 變 形 ， 紡 織 品 尺 寸 穩(wěn) 定 性 好 ， 使 用 過(guò) 程 中 褶 裥 持 久 。 耐 磨 性 僅 次 于 聚 酰 胺 纖 維 。 在 室 溫 下 ， 聚 酯 纖 維 能 耐 弱 酸 、 弱 堿 和 強(qiáng) 酸 ， 但 不 耐 強(qiáng) 堿 ； 對(duì) 丙 酮 、 苯 、 鹵代 烴 等 有 機(jī) 溶 劑 較 穩(wěn) 定 ， 但 在 酚 類 及 酚 類 與 鹵 代 烴 的 混 合 溶 劑 中 能 溶 脹 。 9-2

33、 聚 酯 纖 維 3 聚 酯 纖 維 的 用 途 即 可 以 純 紡 也 或 以 與 其 他 纖 維 混 紡 制 成 各 種 機(jī) 織 物 和 針 織 物 。 聚 酯 長(zhǎng) 絲 可 用于 織 造 薄 紗 女 衫 、 帷 幕 窗 簾 等 ， 與 其 他 纖 維 混 紡 可 制 成 各 種 棉 型 、 毛 型 及 中 長(zhǎng) 纖維 紡 織 品 。 聚 酯 纖 維 在 工 業(yè) 上 可 作 為 輪 胎 簾 子 線 、 制 作 運(yùn) 輸 帶 、 篷 帆 、 繩 索 等 。 9-3 錦 綸 纖 維 錦 綸 纖 維 是 以 聚 酰 胺 基 礎(chǔ) 制 得 的 纖 維 ， 是 三 大 合 成 纖 維 之 一 ， 也 是 一

34、 種 主 要的 合 成 纖 維 。 聚 酰 胺 又 是 制 造 薄 膜 及 工 程 塑 料 的 原 料 ， 是 由 飽 和 的 二 元 酸 與 二 元胺 通 過(guò) 縮 聚 反 應(yīng) 制 得 的 一 類 線 性 高 分 子 縮 聚 物 。 常 見 的 這 類 縮 聚 物 有 聚 酰 胺 -6、聚 酰 胺 -66、 聚 酰 胺 -11、 聚 酰 胺 -12、 聚 酰 胺 -610、 聚 酰 胺 612、 聚 酰 胺 -1010等 ， 其中 以 聚 酰 胺 -6和 聚 酰 胺 -66的 產(chǎn) 量 最 大 ， 約 占 聚 酰 胺 產(chǎn) 量 的 90%。 共 同 特 點(diǎn) ， 就 是其 大 分 子 的 各 個(gè) 鏈

35、 節(jié) 間 都 是 以 酰 胺 基 “ CONH ” 相 聯(lián) ， 所 以 把 這 類 縮 聚 物 通 稱為聚 酰 胺 或 尼 龍 。 下 面 主 要 介 紹 聚 酰 胺 -6和 聚 酰 胺 -66為 原 料 的 錦 綸 生 產(chǎn) 工 藝 。 一 、 聚 酰 胺 -6（ 錦 綸 -6） 的 生 產(chǎn) 聚 酰 胺 -6纖 維 的 商 品 名 稱 是 錦 綸 、 尼 龍 -6、 卡 普 隆 等 ， 是 由 已 內(nèi) 酰 胺 或 -氨基 已 酸 經(jīng) 縮 聚 反 應(yīng) 而 制 得 的 一 種 合 成 纖 維 。 1、 主 要 原 料 已 內(nèi) 酰 胺 在 室 溫 下 為 白 色 結(jié) 晶 體 ， 熔 點(diǎn) 為 68 7

36、0 ， 沸 點(diǎn) 為 292.5 。 手 觸有 潤(rùn) 滑 感 。 工 業(yè) 品 有 微 弱 的 叔 胺 氣 味 。 易 溶 于 水 、 乙 醇 、 乙 醚 、 氯 仿 和 苯 等 。 在 水 存 在 下 ， 加 熱 開 環(huán) 聚 合 為 聚 已 內(nèi) 酰 胺 ， 主 要 用 于 加 工 成 聚 已 內(nèi) 酰 胺 纖 維 。已 內(nèi) 酰 胺 主 要 來(lái) 源 ， 以 苯 酚 為 原 料 ， 經(jīng) 環(huán) 已 醇 、 環(huán) 已 酮 而 得 ； 以 環(huán) 已 烷 為 原 料 ，用 光 亞 硝 化 法 合 成 ； 以 甲 苯 原 料 ， 用 尼 斯 亞 法 合 成 ； 不 可 以 糠 醛 或 乙 炔 為 原 9-3 錦 綸 纖

37、 維料 ， 用 光 亞 硝 化 法 合 成 ； 以 甲 苯 原 料 ， 用 尼 斯 亞 法 合 成 ； 不 可 以 糠 醛 或 乙 炔 為 原料 合 成 。 2 原 理 與 工 藝 （ 1） 聚 合 原 理 已 內(nèi) 酰 胺 在 高 溫 下 ， 微 量 水 存 在 時(shí) 的 聚 合 反 應(yīng) 如 下 ： 該 反 應(yīng) 為 可 逆 逐 步 縮 聚 反 應(yīng) ， 反 應(yīng) 的 轉(zhuǎn) 化 率 一 般 為 85% 90%。 未 反 應(yīng) 的 單 體在 高 聚 物 成 粒 后 用 水 萃 取 除 去 。 該 反 應(yīng) 的 溫 度 一 般 控 制 在 250 260 ， 并 且 為 防 止 產(chǎn) 物 氧 化 而 在 惰 性

38、氣 體 保護(hù) 下 進(jìn) 行 。 其 引 發(fā) 劑 的 用 量 為 已 內(nèi) 酰 胺 的 0.5% 5%， 用 量 多 少 對(duì) 產(chǎn) 物 的 相 對(duì) 分 子質(zhì) 量 有 影 響 。 在 反 應(yīng) 過(guò) 程 中 為 了 控 制 產(chǎn) 物 的 最 終 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 而 需 要 加 入 單 體 量 的 0.07% 0.14%的 乙 酸 或 0.2% 0.3%的 已 二 酸 為 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 調(diào) 節(jié) 劑 ， 紡 絲 用 的聚 酰 胺 -6的 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 為 15000 23000。 （ 2） 聚 酰 胺 -6的 生 產(chǎn) 工 藝 工 業(yè) 上 以 水 為 引 發(fā) 劑 ， 以 已 內(nèi) 酰 胺

39、為 單 體 的 連 續(xù) 聚 合 ， 可 以 采 用 常 壓 法 、 高nNH（ CH2） 5C O NH（ CH2） 5C n微 量 H2O 9-3 錦 綸 纖 維常壓法 主 要 用 于 生 產(chǎn) 相 對(duì) 粘 度 較 低 （ r 2. 2 2. 7， 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 為1300014000） 的 聚 酰 -6樹 脂 ， 所 用 的 反 應(yīng) 器 為 直 形 VK管 和 U形 VK管 。 其 工 藝 流 程 如 圖 10-4所 示 。 直 形 VK管 高 為 9m左 右 ， 以 聯(lián) 苯 -聯(lián) 苯 醚 為 載 熱 體 ， 采 用 分 段 加 熱 的 方 式 進(jìn) 行加 熱 變 。 一 段 溫 度

40、 為 230 240 ； 第 二 段 溫 度 為 （ 265 2） ； 第 三 段 溫 度 為（ 240 2） 。 投 料 前 用 氮 氣 置 換 反 應(yīng) 器 中 的 空 氣 后 ， 再 將 熔 融 的 （ 90 100 ）的 已 內(nèi) 酰 胺 經(jīng) 過(guò) 濾 后 ， 用 齒 輪 泵 送 入 熔 體 貯 罐 ， 并 將 引 發(fā) 劑 和 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 調(diào) 節(jié)劑 送 入 助 劑 計(jì) 量 槽 ， 然 后 按 比 例 將 物 料 從 VK管 頂 部 加 入 ， 使 其 慢 慢 從 管 內(nèi) 多 孔 擋板 間 曲 折 流 下 。 單 體 在 第 一 段 被 引 發(fā) 劑 開 環(huán) 并 初 步 聚 合 ；

41、經(jīng) 過(guò) 第 二 段 和 第 三 段 完成 平 衡 聚 合 反 應(yīng) 。 反 應(yīng) 過(guò) 程 中 產(chǎn) 生 的 水 份 不 斷 從 反 應(yīng) 器 頂 部 排 出 。 單 體 物 料 在 管內(nèi) 的 平 均 停 留 時(shí) 間 約 20h。 聚 合 后 熔 融 的 產(chǎn) 物 用 齒 輪 泵 從 直 形 VK管 底 部 送 出 ， 可 以 直 接 紡 絲 、 也 可 以 鑄 帶 切 片 。 U形 VK管 是 兩 根 并 列 的 雙 層 夾 套 直 管 ， 下 端 連 通 ， 并 通 過(guò) 旋 塞 控 制 兩 管 之 間物 料 的 通 過(guò) 速 度 ， 熔 融 的 已 內(nèi) 酰 胺 和 助 劑 通 過(guò) 助 劑 計(jì) 量 槽 進(jìn)

42、 入 第 一 管 ， 經(jīng) 過(guò) 第 一段 （ 220 1） 和 第 二 段 （ 260 1） 聚 合 反 應(yīng) ， 經(jīng) 旋 塞 進(jìn) 入 第 二 管 ， 保 持 保 持（ 260 1） 下 反 應(yīng) 。 第 二 管 內(nèi) 有 內(nèi) 管 ， 熔 融 的 聚 合 物 溢 流 通 過(guò) 內(nèi) 管 形 成 膜 層 以 9-3 錦 綸 纖 維保 證 充 分 混 合 ， 質(zhì) 量 均 勻 和 較 好 地 排 除 水 汽 和 氣 泡 。 聚 合 時(shí) 間 根 據(jù) 樹 脂 的 用 途 來(lái)確 定 ， 單 絲 用 樹 脂 為 35h左 右 ， 簾 子 線 用 樹 脂 為 40 70h。 聚 合 好 的 熔 體 用 齒 輪 泵送 出

43、， 可 直 接 紡 絲 ， 也 可 以 鑄 帶 切 片 。 1 23 456 78 910 1 2 34 56 78910 11 1213已 內(nèi) 酰 胺 紡 絲 或 鑄 帶 去 紡 絲引 發(fā) 劑 與 調(diào) 節(jié) 劑 已 內(nèi) 酰 胺助 劑 9-3 錦 綸 纖 維高壓法 高 壓 法 是 在 250 260 ， 0. 98MPa條 件 下 ， 采 用 直 管 形 反 應(yīng) 器 ， 助 劑用 0. 13%的 水 和 0. 05%的 已 二 酸 ， 制 備 較 高 粘 度 （ r 3. 5左 右 ， 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 為18000 22000） 的 樹 脂 ， 聚 合 時(shí) 間 70h左 右 。 聚 合

44、后 的 熔 體 用 齒 輪 泵 送 出 ， 可 直 接紡 絲 ， 也 可 以 鑄 帶 切 片 。常減壓并用法 該 法 中 所 用 的 反 應(yīng) 器 是 兩 直 形 管 ， 第 一 管 分 三 段 加 熱 使 單 體聚 合 ， 聚 合 后 的 熔 體 用 齒 輪 泵 送 入 第 二 管 的 頂 部 以 薄 膜 的 形 式 通 過(guò) 真 空 度 為26.740kPa區(qū) 域 ， 蒸 出 單 體 和 水 份 ， 其 中 所 含 的 5%的 單 體 回 收 使 用 ， 然 后 進(jìn) 入 第 二 管下 部 的 細(xì) 徑 管 中 進(jìn) 一 步 聚 合 成 高 粘 度 樹 脂 ， r 3.5或 4.4， 前 者 供 紡

45、 絲 用 ， 后者供 注 塑 成 型 用 ， 其 中 含 低 分 子 物 7% 10%。 生 產(chǎn) 工 藝 流 程 如 圖 10-5所 示 。固相縮聚法 該 法 是 將 常 壓 法 制 備 的 相 對(duì) 粘 度 為 2.6 2.9的 聚 酰 胺 -6樹 脂 ，經(jīng) 過(guò) 苯 萃 取 除 去 單 體 和 低 分 子 物 ， 然 后 送 到 回 轉(zhuǎn) 式 真 空 干 燥 鼓 ， 在 190 200 下 ，用 高 純 度 氮 氣 保 護(hù) 二 進(jìn) 行 聚 合 。 再 在 532.8Pa真 空 度 下 進(jìn) 一 步 抽 出 單 體 和 低 分 子物 。 樹 脂 粘 度 r 3.4 3.7， 聚 合 時(shí) 間 約 為

46、18 34h。 二 、 聚 酰 胺 -66（ 錦 綸 -66） 的 生 產(chǎn) 聚 酰 胺 -66是 已 二 酸 與 已 二 胺 的 縮 聚 物 ， 是 最 早 實(shí) 現(xiàn) 工 業(yè) 生 產(chǎn) 的 聚 酰 胺 品 種 ， 9-3 錦 綸 纖 維也 是 產(chǎn) 量 最 大 的 聚 酰 胺 。 1 主 要 原 料 （ 1） 已 二 酸 已 二 酸 的 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 為 146.14， 常 溫 常 壓 下 為 白 色 晶 體 。 熔 點(diǎn) 153 ， 沸點(diǎn) 337 ， 固 體 密 度 1.344（ 18 ） 。 溶 于 甲 醇 、 乙 醇 、 丙 酮 ， 微 溶 于 環(huán) 已 烷 ， 不溶 于 苯 和 石 油

47、 醚 ， 易 溶 于 熱 水 。 已 二 酸 屬 于 有 機(jī) 二 元 羧 酸 ， 具 有 二 元 羧 酸 的 通 性 ， 包 括 成 鹽 反 應(yīng) 、 酯 化 反 應(yīng) 、酰 胺 化 反 應(yīng) 等 。 最 主 要 的 性 質(zhì) 能 與 二 元 胺 縮 聚 生 成 高 分 子 聚 合 物 。 是 合 成 聚 已 二 酰 已 二 胺 纖 維 和 樹 脂 的 原 料 ， 此 外 ， 還 可 用 于 生 產(chǎn) 增 塑 劑 、 潤(rùn)滑 劑 、 食 品 添 加 劑 等 。 已 二 酸 主 要 通 過(guò) 苯 酚 法 和 環(huán) 已 烷 法 合 成 。 （ 2） 已 二 胺 已 二 胺 的 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 為 116.

48、21， 常 溫 常 壓 下 為 白 色 片 狀 結(jié) 晶 。 熔 點(diǎn) 為 4041 ， 沸 點(diǎn) 為 196 ， 固 體 密 度 0.8313（ 60 ） 。 具 有 吡 啶 氣 味 ， 在 空 氣 中 存 放易 吸 收 水 和 CO2， 易 溶 于 水 ， 能 溶 于 乙 醇 和 苯 。 9-3 錦 綸 纖 維 已 二 胺 的 化 學(xué) 性 質(zhì) 與 一 元 胺 相 同 ， 在 不 同 的 條 件 下 ， 可 以 一 個(gè) 氨 基 參 加 反 應(yīng) ，也 可 以 兩 個(gè) 氨 基 參 加 反 應(yīng) 。 已 二 胺 主 要 用 于 合 成 聚 已 二 酰 已 二 胺 纖 維 和 樹 脂 的 原 料 ， 另 一

49、 小 部 分 用 于 合成 聚 癸 二 酰 已 二 胺 纖 維 的 合 成 。 合 成 已 二 胺 的 主 要 方 法 有 已 二 酸 法 、 丁 二 烯 法 、 丙 烯 腈 電 解 二 聚 法 、 已 內(nèi) 酰胺 法 和 已 二 醇 法 。 2 原 理 與 工 藝 （ 1） 聚 合 原 理 理 論 上 已 二 酸 與 已 二 胺 的 縮 聚 反 應(yīng) 為 ： 但 該 縮 聚 反 應(yīng) 需 要 控 制 嚴(yán) 格 的 兩 種 單 體 原 料 的 物 質(zhì) 的 量 的 比 ， 才 能 得 到 高 相對(duì) 分 子 質(zhì) 量 的 高 聚 物 。 生 產(chǎn) 中 一 旦 某 一 單 體 過(guò) 量 時(shí) ， 就 會(huì) 影 響 產(chǎn)

50、 物 的 相 對(duì) 分 子 質(zhì)量 。 因 此 ， 在 進(jìn) 行 縮 聚 反 應(yīng) 前 ， 先 將 已 二 酸 和 已 二 胺 混 合 制 成 已 二 胺 -已 二 酸 鹽（ 簡(jiǎn) 稱 66鹽 ） ， 再 分 離 精 制 ， 確 保 沒 有 過(guò) 量 的 單 體 存 在 ， 再 進(jìn) 行 縮 聚 反 應(yīng) 。 nHOOC（ CH2） 4COOH nH2N（ CH2） 6NH2HO OC （ CH2） 4CO HN（ CH2） 6NH H （ 2n 1） H2On 9-3 錦 綸 纖 維 （ 2） 聚 酰 胺 -66的 生 產(chǎn) 聚 酰 胺 -66的 生 產(chǎn) 過(guò) 程 主 要 有 ： 66鹽 制 備 、 66鹽 的

51、 縮 聚 。 66鹽 的 制 備 制 備 66鹽 時(shí) ， 分 別 將 已 二 胺 和 已 二 酸 配 制 成 溶 液 ， 然 后 再 混合 成 66鹽 溶 液 。 如 果 將 已 二 胺 與 已 二 酸 分 別 配 制 成 水 溶 液 ， 控 制 反 應(yīng) 溫 度 為 98 ，可 以 生 產(chǎn) 含 63%66鹽 的 水 溶 液 ， 直 接 用 于 生 產(chǎn) 聚 酰 胺 -66， 收 率 99.9%， 這 是 最 理想 的 工 藝 。 如 果 以 甲 醇 為 溶 劑 ， 將 兩 種 單 體 分 別 配 制 溶 液 ， 在 60 70 下 攪 拌 混 合 ， 中 和 成 鹽 ， 再 冷 卻 析 出 66

52、鹽 ， 過(guò) 濾 ， 在 70 下 真 空 干 燥 ， 得 白 色 結(jié) 晶 粉 末 狀66鹽 ， 縮 聚 時(shí) 再 配 制 成 60%的 水 溶 液 。 聚 酰 胺 -66的 生 產(chǎn) 工 藝 聚 酰 胺 -66的 生 產(chǎn) 工 藝 可 以 分 為 間 歇 溶 液 縮 聚 法 和連 續(xù) 溶 液 縮 聚 法 兩 種 。 n OOC （ CH2） 4CO HN（ CH2） 6NH3+nHOOC（ CH2） 4COOH nH2N（ CH2） 6NH2n OOC （ CH2） 4CO HN（ CH2） 6NH3+HO OC （ CH2） 4CO HN（ CH2） 6NH H （ 2n 1） H2On 9-3

53、錦 綸 纖 維 間歇溶液縮聚法 間 歇 縮 聚 的 主 要 設(shè) 備 是 高 壓 聚 合 釜 ， 它 是 以 不 銹 鋼 不 材質(zhì) ， 釜 外 有 加 熱 夾 套 或 盤 管 ， 釜 內(nèi) 有 加 熱 盤 管 ， 底 部 呈 圓 錐 形 的 圓 柱 形 耐 壓 釜 。其 生 產(chǎn) 工 藝 流 程 如 圖 10-6所 示 。 將 66鹽 配 制 成 50% 60%的 水 溶 液 ， 加 入 縮 聚 釜 中 ； 同 時(shí) ， 根 據(jù) 產(chǎn) 物 相 對(duì) 分 子質(zhì) 量 要 求 加 入 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 調(diào) 節(jié) 劑 乙 酸 或 已 二 酸 ， 如 產(chǎn) 物 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 為 13000時(shí) ， 加 入

54、 量 為 66鹽 的 0. 5%（ 質(zhì) 量 ） ； 控 制 反 應(yīng) 溫 度 為 230 左 右 ， 壓 力 1. 7 1. 8MPa，保 壓 2h左 右 ， 進(jìn) 行 預(yù) 縮 聚 成 低 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 的 聚 合 體 （ 注 意 時(shí) 間 不 要 太 長(zhǎng) ， 太 長(zhǎng)1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12 1314 15固 體 66鹽 空 氣N2 聚 酰 胺 -66 9-3 錦 綸 纖 維容 易 脫 羧 ） 。 然 后 ， 逐 步 泄 壓 ， 排 出 水 蒸 氣 ， 隨 著 水 分 的 不 斷 排 出 ， 溫 度 逐 步 提高 、 壓 力 逐 步 下 降 ， 從 1. 8MPa

55、下 降 到 一 定 壓 力 時(shí) ， 抽 真 空 使 壓 力 達(dá) 到 0. 1MPa左 右 ，保 持 45min， 溫 度 控 制 在 280 以 下 ， 防 止 熱 降 解 ， 排 出 水 分 進(jìn) 行 最 后 縮 聚 。 縮 聚反 應(yīng) 完 成 后 ， 將 物 料 壓 出 、 鑄 帶 、 切 粒 、 干 燥 ， 得 聚 酰 胺 -66樹 脂 。 該 樹 脂 可 以 作為 紡 絲 或 工 程 塑 料 的 原 料 。連續(xù)溶液縮聚法 其 工 藝 流 程 如 圖 10-7所 示 。 1 23 456 7 8 910 10 10111213 1415161718 19 20 21 222366鹽 9-3

56、錦 綸 纖 維 將 制 備 好 的 63%66鹽 水 溶 液 和 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 調(diào) 節(jié) 劑 乙 酸 和 已 二 酸 等 ， 一 起 加入 靜 態(tài) 混 合 器 中 混 合 后 ， 送 入 蒸 發(fā) 反 應(yīng) 器 ， 在 溫 度 232 、 壓 力 1. 8MPa下 ， 保 壓 3h。然 后 ， 將 物 料 送 入 管 式 反 應(yīng) 器 ， 溫 度 從 230 升 高 到 285 ， 壓 力 從 1. 7MPa逐 步 降至 0. 28MPa左 右 ， 反 應(yīng) 3h。 再 將 物 料 送 入 后 反 應(yīng) 器 ， 進(jìn) 行 后 縮 聚 反 應(yīng) 。 制 得 的 聚 合物 經(jīng) 擠 壓 鑄 帶 、 切 粒

57、 、 干 燥 ， 得 聚 酰 胺 -66樹 脂 。 該 樹 脂 可 以 作 為 紡 絲 或 工 程 塑 料的 原 料 。 3 聚 酰 胺 的 紡 絲 一 般 聚 酰 胺 紡 絲 采 用 間 接 熔 融 紡 絲 和 直 接 熔 融 紡 絲 。 間 接 熔 融 紡 絲 法 是 將 聚酰 胺 切 成 片 狀 顆 粒 ， 再 進(jìn) 行 紡 絲 ， 即 切 片 熔 融 紡 絲 。 普 遍 采 用 的 設(shè) 備 是 螺 桿 擠 出機(jī) 。 直 接 紡 絲 法 即 為 熔 體 直 接 紡 絲 ， 該 法 具 有 省 去 鑄 帶 、 切 片 、 萃 取 、 熔 融 等 工序 和 設(shè) 備 ， 縮 短 生 產(chǎn) 周 期

58、， 提 高 勞 動(dòng) 生 產(chǎn) 率 ， 成 本 低 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 熔 融 紡 絲 主 要 包 括 紡 絲 和 纖 維 的 后 加 工 兩 在 基 本 操 作 過(guò) 程 。 紡 絲 過(guò) 程 包 括 熔 體 制 備 、 熔 體 從 噴 絲 孔 擠 出 、 絲 條 拉 伸 、 冷 卻 固 化 及 絲 條 上油 和 卷 繞 等 。 聚 酰 胺 長(zhǎng) 絲 的 后 加 工 包 括 初 捻 、 拉 伸 、 后 加 捻 、 熱 定 型 及 絡(luò) 絲 等 工序 。 短 纖 維 的 后 加 工 包 括 集 束 、 拉 伸 、 卷 曲 、 切 斷 、 洗 滌 、 上 油 、 干 燥 和 調(diào) 濕 等工 序 。 9-3 錦 綸

59、 纖 維 三 、 聚 酰 胺 的 結(jié) 構(gòu) 、 性 能 及 用 途 1 聚 酰 胺 的 結(jié) 構(gòu) 聚 酰 胺 中 酰 胺 基 的 存 在 ， 可 以 在 大 分 子 中 間 形 成 氫 鍵 ， 使 分 子 間 作 用 力 增 大 ，賦 予 聚 酰 胺 以 高 熔 點(diǎn) 和 力 學(xué) 性 能 ， 同 時(shí) ， 也 使 其 吸 水 率 增 大 。 聚 酰 胺 基 之 間 的 亞 甲 基 賦 予 其 柔 性 和 沖 擊 性 ， 聚 酰 胺 中 的 亞 甲 基 與 酰 胺 基 的比 例 越 大 ， 分 子 間 作 用 力 小 ， 柔 性 越 大 ， 吸 水 率 越 低 。 聚 酰 胺 中 的 酰 胺 基 排 列

60、 規(guī) 整 ， 因 此 它 在 適 當(dāng) 條 件 下 可 以 結(jié) 晶 ， 結(jié) 晶 度 達(dá)50%60%。 其 聚 酰 胺 -6的 晶 體 為 、 晶 型 ； 聚 酰 胺 -66的 晶 體 為 、 晶 型 。 另 外 聚 酰 胺 的 性 能 還 受 亞 甲 基 的 奇 偶 數(shù) 影 響 ， 偶 數(shù) 聚 酰 胺 的 熔 點(diǎn) 比 奇 數(shù) 聚 酰胺 的 熔 點(diǎn) 高 。 2 聚 酰 胺 纖 維 的 性 能 與 用 途 聚 酰 胺 纖 維 的 原 料 性 能 參 見 附 表 。 聚 酰 胺 纖 維 具 有 耐 磨 性 好 、 耐 疲 勞 強(qiáng) 度 和 斷 裂 強(qiáng) 度 高 、 抗 沖 擊 負(fù) 荷 性 能 優(yōu) 異 、容

61、 易 染 色 及 與 橡 膠 的 附 著 力 好 等 突 出 性 能 ， 因 此 ， 聚 酰 胺 纖 維 多 用 于 作 衣 料 和 輪胎 簾 子 線 ， 其 產(chǎn) 量 僅 次 于 聚 酯 纖 維 ， 居 第 二 位 。 9-4 腈 綸 纖 維 腈 綸 纖 維 學(xué) 名 聚 丙 烯 腈 纖 維 ， 是 三 大 合 成 纖 維 之 一 。 一 般 是 以 丙 烯 腈 為 主 要單 體 （ 含 量 大 于 85%） 與 少 量 其 他 單 體 共 聚 而 得 的 。 由 于 在 外 觀 、 手 感 、 彈 性 、保 暖 性 等 方 面 類 似 羊 毛 ， 所 以 有 “ 合 成 羊 毛 ” 之 稱 。

62、 用 途 廣 泛 ， 原 料 豐 富 ， 發(fā) 展速度 很 快 。 一 、 主 要 原 料 1 主 要 單 體 丙 烯 腈 丙 烯 腈 的 結(jié) 構(gòu) 式 為 ： CH2 CH CN 丙 烯 腈 在 常 溫 常 壓 下 是 具 有 獨(dú) 特 氣 味 的 無(wú) 色 透 明 、 易 流 動(dòng) 液 體 。 相 對(duì) 分 子 質(zhì)量 為 53.06， 沸 點(diǎn) 為 77.3 ， 凝 固 點(diǎn) 為 83.6 ， 相 對(duì) 密 度 為 0.8060， 易 燃 、 易 爆 ，在 空 氣 中 的 爆 炸 極 限 為 3.05% 17.0%（ 體 積 ） 。 丙 烯 腈 能 與 苯 、 甲 苯 、 四 氯 化 碳 、 甲 醇 、 、

63、 乙 醇 、 乙 醚 、 丙 酮 、 醋 酸 乙 酯 等許 多 有 機(jī) 溶 劑 以 任 何 比 例 互 溶 ， 丙 烯 腈 也 能 溶 于 水 。 丙 烯 腈 能 與 水 、 苯 、 甲 醇 、 異 丙 醇 、 四 氯 化 碳 等 形 成 二 元 共 沸 物 。 其 中 丙 烯腈 與 水 的 共 沸 溫 度 為 71 ， 含 水 12%（ 質(zhì) 量 ） 。 丙 烯 腈 分 子 中 含 有 碳 -碳 雙 鍵 和 腈 基 ， 化 學(xué) 性 質(zhì) 很 活 潑 ， 能 進(jìn) 行 聚 合 反 應(yīng)（ 均 聚 和 共 聚 ） 、 加 成 反 應(yīng) 、 氰 乙 基 化 反 應(yīng) 等 。 貯 存 、 運(yùn) 輸 過(guò) 程 要 加

64、 入 酚 類 、 胺類 阻 聚 劑 。 9-4 腈 綸 纖 維 丙 烯 腈 主 要 用 于 生 產(chǎn) 合 成 纖 維 、 塑 料 、 橡 膠 等 高 分 子 產(chǎn) 品 。 丙 烯 腈 可 以 通 過(guò) 環(huán) 氧 乙 烷 與 氫 氰 酸 的 合 成 法 ； 乙 炔 與 氫 氰 酸 合 成 法 ； 乙 醛 與氫 氰 酸 合 成 法 ； 丙 烯 氨 氧 化 等 方 法 合 成 ， 其 中 以 丙 烯 氨 氧 化 法 為 主 。 下 表 列 出 了丙 烯 氨 氧 化 法 生 產(chǎn) 的 丙 烯 腈 質(zhì) 量 指 標(biāo) 。 純 度 99% 外 觀 無(wú) 色 透 明 沸 點(diǎn) 范 圍 75 78 折 光 率 1.3882 1

65、.3892 水 份 0.5% 氫 氰 酸 0.0005% 醛 （ 乙 醛 ） 0.002% 不 揮 發(fā) 組 份 0.05% （ 丙 烯 醛 ） 0.002% 鐵 0.00001% 過(guò) 氧 化 物 0.0005% 2 其 他 單 體 商 品 聚 丙 烯 腈 纖 維 大 多 數(shù) 是 以 丙 烯 腈 為 主 體 的 三 元 共 聚 物 。 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 主 要以 丙 烯 酸 酯 、 甲 基 丙 烯 酸 酯 、 醋 酸 乙 烯 酯 等 為 第 二 單 體 ， 用 量 5% 10%就 可 以 減 少 聚 丙 烯 腈 分 子 間 力 ， 消 除 其 脆 性 ， 從 而 可 紡 制 成 具 有 適 當(dāng)

66、 彈 性 的 合 成 纖 維 腈 綸 纖 維 。 第 三 單 體 用 量 很 少 ， 一 般 是 低 于 5%， 主 要 是 改 進(jìn) 腈 綸 纖 維 的 染 色 性 能 ，為 此 ， 第 三 單 體 多 是 帶 有 酸 性 基 團(tuán) 的 乙 烯 基 單 體 如 乙 烯 基 苯 磺 酸 、 甲 基 丙 烯 酸 、甲 叉 丁 二 酸 （ 又 稱 衣 康 酸 ） 等 ； 或 者 是 帶 有 堿 性 基 團(tuán) 的 乙 烯 基 單 體 如 2-乙 烯 基 吡啶 、 2-甲 基 -5 乙 烯 基 吡 啶 等 。 為 了 便 于 控 制 ， 最 好 選 擇 第 二 單 體 與 第 三 單 體 的 9-4 腈 綸 纖 維的 競(jìng) 聚 率 都 接 近 于 1。 二 、 聚 丙 烯 腈 纖 維 的 生 產(chǎn) 原 理 與 工 藝 1 原 理 與 方 法 聚 合 原 理 屬 于 自 由 基 共 聚 合 反 應(yīng) ， 采 用 的 引 發(fā) 劑 可 以 是 有 機(jī) 化 物 、 無(wú) 機(jī) 過(guò) 氧化 物 和 偶 氮 類 化 合 物 。 工 業(yè) 上 采 用 的 聚 合 方 法 有 溶 液 聚 合 法 （ 又 稱 “ 一 步 法 ”