《合成纖維》PPT課件.ppt

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1、本 章 知 識 點 ：2.1 合 成 纖 維2.2 纖 維 素 纖 維2.3 蛋 白 質(zhì) 纖 維2.4 蛋 白 質(zhì) 纖 維 的 化 學(xué) 加 工重 點 ： 聚 酯 、 聚 酰 胺 、 聚 丙 烯 腈 、 聚 丙 烯 等 纖 維的 合 成 、 結(jié) 構(gòu) 和 理 化 性 質(zhì) ， 纖 維 素 和 蛋 白 質(zhì) 的 基礎(chǔ) 知 識 ， 棉 、 麻 、 蠶 絲 、 羊 毛 纖 維 的 結(jié) 構(gòu) 和 理 化性 質(zhì) 。難 點 ： 聚 酯 、 聚 酰 胺 、 聚 丙 烯 腈 、 聚 丙 烯 等 纖 維的 合 成 ， 蠶 絲 、 羊 毛 的 化 學(xué) 加 工 。 纖 維 是 指 柔 韌 、 纖 細(xì) ， 具 有 相 當(dāng) 長

2、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 機(jī) 物 。 根 據(jù) 來 源 可以 分 為 天 然 纖 維 和 化 學(xué) 纖 維 兩 大 類 。 典 型 的 紡 織 纖 維 的 直 徑 為 幾 微 米至 幾 十 微 米 ， 而 長 度 超 過 25mm。 纖 維 的 分 類 人造纖維 合成纖維棉 花 、羊 毛 、蠶 絲 、麻等 人 造 纖 維 ： 以 天 然 高 聚 物 為 原 料 ， 經(jīng) 過 化 學(xué) 處 理 與 機(jī) 械 加工 而 制 得 的 纖 維 。再 生 蛋 白 質(zhì) 纖 維 再 生 纖 維

3、素 纖 維粘 膠 纖 維銅 氨 纖 維 再 纖 維 素 纖 維二 醋 酯 纖 維三 醋 酯 纖 維 合 成 纖 維 ： 由 合 成 的 高 分 子 化 合 物 加 工 制 成 的 纖 維 。 根 據(jù) 大 分 子 主 鏈 的化 學(xué) 組 成 ， 又 分 為 雜 鏈 纖 維 和 碳 鏈 纖 維 兩 類 。碳 鏈 纖 維聚 丙 烯 睛 纖 維聚 乙 烯 醇 縮 醛 纖 維等 雜 纖 維聚 酰 胺 纖 維聚 酯 纖 維聚 氨 酯 纖 維等 2.1.1合 成 纖 維 概 述一 、 成 纖 聚 合 物 的 結(jié) 構(gòu) 特 征高 聚 物 的 品 種 很 多 ， 但 并 不 是 所 有 高 聚 物 都 能 用 于

4、紡 絲 ， 而 是 具 有 如 下 特 征的 高 聚 物 都 能 進(jìn) 行 紡 絲 。1. 成纖高聚物均為線型高分子 主 鏈 分 子 結(jié) 構(gòu) 線 型 或 支 化 度 很 低 ， 沒 有 龐 大側(cè) 基 的 聚 合 物 ， 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 ， 大 分 子 能 同 時 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 。2. 成 纖 維 高 聚 物 具 有 適 宜 的 相 對 分 子 質(zhì) 量 線

5、型 高 聚 物 分 子 鏈 的 長 度 對 纖 維的 物 理 -力 學(xué) 性 能 影 響 很 大 ， 尤 其 是 對 纖 維 的 機(jī) 械 強(qiáng) 度 、 耐 熱 性 和 溶 解 性的 影 響 更 大 。 相 對 分 子 質(zhì) 量 的 高 低 均 不 好 ， 高 者 不 易 加 工 ， 低 者 性 能 不 好 。常 見 的 主 要 成 纖 高 聚 物 的 相 對 分 子 質(zhì) 量 如 下 表 所 示 。主 要 成 纖 高 聚 物 的 相 對 分 子 質(zhì) 量 3. 側(cè)鏈結(jié)構(gòu) 所 有 的 天 然 聚 合 物 和 大 多 數(shù) 成 纖 聚 合 物 的 側(cè) 鏈 都 含 有 極 性 基 團(tuán) 。 極 性基 團(tuán) 的 存

6、在 對 于 大 分 子 鏈 間 的 相 互 作 用 和 纖 維 的 溶 解 性 、 熱 性 能 、 吸濕 性 、 染 色 性 等 都 有 很 大 的 影 響 。成纖高聚物的分子鏈間必須有足夠的次價力 高 聚 物 的 物 理 -力 學(xué) 性 能 與次 價 力 有 密 切 關(guān) 系 。 分 子 間 次 價 力 越 大 ， 纖 維 的 強(qiáng) 度 越 高 ， 次 價 力 大于 20.92kJ/mol的 高 聚 物 適 宜 作 纖 維 材 料 。4. 結(jié)晶結(jié)構(gòu) 用 于 紡 制 纖 維 的 聚 合 物 一 般 都 要 求 是 半 結(jié) 晶 結(jié) 構(gòu) 的 聚 合 物 。 結(jié) 晶 區(qū) 的存 在 使 纖 維 具 有 較

7、高 的 強(qiáng) 度 和 模 量 ， 而 非 結(jié) 晶 區(qū) 的 存 在 使 纖 維 具 有 一定 的 彈 性 、 耐 疲 勞 性 和 染 色 性 。 半 結(jié) 晶 結(jié) 構(gòu) 能 使 原 來 排 列 不 規(guī) 整 的 分子 鏈 ， 經(jīng) 過 拉 伸 取 向 而 沿 著 纖 維 軸 進(jìn) 行 有 序 排 列 的 這 種 狀 態(tài) 固 定 下 來 。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 。 1、 熔 體 紡 絲凡 能 熔 融 或 轉(zhuǎn) 變 成 粘 流

8、 態(tài) 而 不 發(fā) 生 顯 著 分 解 的 成 纖 聚 合 物 都 可 采 用 熔 體 紡 絲 。（ 1） 將 合 成 得 到 的 聚 合 物 熔 體 直 接 送 至 紡 絲 機(jī) 紡 絲 ， 稱 為 直 接 紡 絲 法 。（ 2） 將 合 成 得 到 的 聚 合 物 熔 體 冷 卻 制 成 切 片 ， 干 燥 后 再 在 紡 絲 機(jī) 中 重 新 熔 融成 熔 體 進(jìn) 行 紡 絲 ， 稱 為 切 片 紡 絲 。熔 體 紡 絲 不 用 溶 劑 ， 工 藝 簡 單 ， 成 本 低 ， 特 點 是 紡 絲 速 度 快 ， 生 產(chǎn) 能 力 大 。一 般 紡 絲 速 度 在 10001200m/min。2、

9、 濕 法 紡 絲將 聚 合 物 溶 解 于 合 適 的 溶 劑 中 ， 制 成 紡 絲 液 ， 再 由 噴 絲 孔 噴 出 細(xì) 流 ， 進(jìn) 入 凝固 浴 ， 細(xì) 流 中 的 溶 劑 向 凝 固 液 擴(kuò) 散 ， 而 凝 固 浴 中 的 凝 固 劑 向 細(xì) 流 擴(kuò) 散 ， 聚合 物 在 凝 固 浴 中 析 出 ， 形 成 纖 維 。3、 干 法 紡 絲也 需 要 將 聚 合 物 溶 解 在 溶 劑 中 配 成 紡 絲 溶 液 ， 而 后 段 過 程 與 熔 體 紡 絲 相 似 ，從 噴 絲 頭 擠 壓 出 來 的 細(xì) 流 不 是 進(jìn) 入 凝 固 浴 ， 而 是 導(dǎo) 入 紡 絲 甬 道 ， 在 甬

10、道 中 利 用 熱 空 氣 使 細(xì) 流 中 的 溶 劑 揮 發(fā) 而 凝 固 成 纖 維 。 合 成 纖 維 一 般 都 具 有 機(jī) 械 強(qiáng) 度 、 耐 磨 性 能 好 、 密 度 輕 、 耐酸 、 耐 堿 、 耐 氧 化 劑 以 及 不 易 霉 蛀 等 特 點 ， 但 也 存 在 吸 濕低 、 透 氣 性 差 、 容 易 產(chǎn) 生 靜 電 、 易 沾 污 、 不 易 染 色 等 缺 點 ，為 了 提 高 纖 維 的 使 用 性 能 ， 必 須 了 解 各 種 纖 維 的 結(jié) 構(gòu) 和 性能 。 原 料TPA DMT 環(huán) 氧 乙 烷乙 二 醇 EG EO n 聚 酯 是 制 造 聚 酯 纖 維 、

11、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 縮 聚 反 應(yīng) 制 得 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 共 同 特 點 ， 就 是 其 大 分 子 的 各 個 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

12、（ 滌 綸 、 錦 綸 、 腈 綸 ） 之 一 ， 是 最 主要 的 合 成 纖 維 。一 、 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 酯 的 合 成（ 1） 酯 交 換 聚 酯 路 線 （ 酯 交 換 聚 酯 法 ） 最 早 （ 1953年 ） 實 現(xiàn) 工 業(yè) 的 聚 酯 路 線 。 是 將 對 苯 二 甲 酸 二 甲 酯 與 乙二 醇 按 1 2.5（ 摩 爾 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 苯 二 甲 酸 雙 羥 乙 酯 。H 3COOC COOCH3 2 HOCH2CH2OH Zn

13、（ CH3COO） 2HOCH2CH2COOC COOCH2CH2OH對 苯 二 甲 酸 雙 羥 乙 酯 （ 2） 對 苯 二 甲 酸 用 乙 二 醇 直 接 酯 化 聚 酯 路 線 （ 直 接 酯 化 聚 酯 法 ）對 苯 二 甲 酸 雙 羥 乙 酯 2 HOCH2CH2OHHOOC COOHHOCH2CH2COOC COOCH2CH2OH該 路 線 對 原 料 對 苯 二 甲 酸 和 乙 二 醇 的 純 度 要 求 較 高 。 （ 3） 環(huán) 氧 乙 烷 酯 化 聚 酯 路 線 （ 環(huán) 氧 乙 烷 法 ）該 反 應(yīng) 在 飽 和 低 分 子 脂 肪 胺 或 季 胺 鹽 存 在 下 ， 進(jìn) 行

14、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 。 如 果 采 用 高 純 度 的 對 苯 二 甲 酸 和環(huán) 氧 乙 烷 進(jìn) 行 反 應(yīng) ， 其 產(chǎn) 物 可 不 經(jīng) 過 精 制 就 可 以 直 接 用 于 縮 聚 成 聚 酯 。 該 路 線 是 1973年 開始 工 業(yè) 化 生 產(chǎn) 的 。 其 反 應(yīng) 如 下 ：HOOC COOH 2 CH 2 CH2HOCH2CH2COOC COOCH2CH2OH對 苯 二 甲 酸 雙 羥 乙 酯O 2.1.2 聚 酯 纖 維二 、 聚 對 苯

15、二 甲 酸 乙 二 醇 酯 的 結(jié) 構(gòu) 與 相 對 分 子 質(zhì) 量1、 結(jié) 構(gòu)n 聚 酯 纖 維 的 結(jié) 構(gòu) 為 高 度 對 稱 芳 環(huán) 的 線 性 聚 合 物 ， 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 。n PET是 具 有 對 稱 苯 環(huán) 結(jié) 構(gòu) ， 沒 有 支 鏈 的 線 型 分 子 ， 除 了 兩 端 含 有 -OH外 ，不 含 有 親 水 性 基 團(tuán) ， 故 吸 濕 性 染 色 性 差 ；n 分 子 中 沒 有 大 的 側(cè) 基 和 支 鏈 ， 分 子 鏈 容 易 沿

16、 著 纖 維 拉 伸 方 向 平 行 排 列 ，使 分 子 容 易 緊 密 地 堆 砌 在 一 起 形 成 結(jié) 晶 ； n PET大 分 子 中 酯 鍵 的 存 在 使 滌 綸 分 子 具 有 一 定 的 化 學(xué) 反 應(yīng) 能 力 ， 由 于 苯環(huán) 和 亞 甲 基 的 穩(wěn) 定 性 較 好 ， 滌 綸 的 化 學(xué) 穩(wěn) 定 性 較 好 ；n 結(jié) 構(gòu) 單 元 中 含 有 一 個 剛 性 基 團(tuán) -苯 環(huán) ， 阻 礙 了 大 分 子 內(nèi) 旋 轉(zhuǎn) ， 使 主 鏈 剛性 增 加 ， 又 有 一 個 柔 性 基 團(tuán) （ -CH2CH2-） ， 使 滌 綸 大 分 子 結(jié) 構(gòu) 剛 柔 并 濟(jì) 。2、 相 對 分

17、 子 質(zhì) 量 分 布 2.1.2 聚 酯 纖 維三 、 聚 對 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 酯 纖 維 的 物 理 性 能n 機(jī) 械 性 能 、 密 度 、 靜 電 性 能 、 熱 性 能 、 吸 濕 性 : 聚 酯 纖 維 一 般 為 乳 白 色 ， 相 對 密 度 為 1.38 1.4， 回 潮 率 很 低 ，具 有 易 洗 快 干 的 特 性 。 聚 酯 纖 維 的 熔 點 為 255 265 ， 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 不 易 發(fā) 生 變 形 ，

18、 紡 織 品 尺 寸 穩(wěn) 定 性 好 ， 使用 過 程 中 褶 裥 持 久 。 耐 磨 性 僅 次 于 聚 酰 胺 纖 維 。 四 、 聚 對 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 酯 纖 維 的 化 學(xué) 性 質(zhì) n 酸 、 堿 的 作 用 ， 氧 化 劑 、 還 原 劑 的 作 用 ， 耐 溶 劑 性 ， 染 色 性 能 等 :n 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 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 。 五 、 聚 對 苯

19、 二 甲 酸 乙 二 醇 酯 纖 維 的 改 性化 學(xué) 改 性 ： 共 聚 和 表 面 處 理 等 方 法 ， 具 有 持 久 性 的 效 果 。物 理 改 性 ： 改 變 纖 維 的 形 態(tài) 結(jié) 構(gòu) ， 復(fù) 合 紡 絲 、 共 混 紡 絲 、 改 變 纖 維 加 工條 件 、 改 變 纖 維 形 態(tài) 以 及 混 纖 、 交 織 等 方 法 。1、 改 變 二 元 酸2、 改 變 二 元 醇3、 加 入 第 三 單 體六 、 聚 對 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 酯 纖 維 的 用 途 既 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

20、 酯長 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 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 輸 帶 、 篷 帆 、 繩 索 等 。 聚 酰 胺 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 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 縮 聚 反應(yīng) 制

21、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 ： 就 是 其 大分 子 的 各 個 鏈 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 。 聚 酰 胺 -1010 聚 酰 胺-6 聚 酰

22、胺 -66聚 酰 胺 -11聚 酰 胺 -12聚 酰 胺 -610 產(chǎn) 量 最 大 一 、 聚 酰 胺 6和 66的 合 成1、 聚 酰 胺 6的 合 成聚 已 內(nèi) 酰 胺 ， 可 由 已 內(nèi) 酰 胺 在 高 溫 下 ， 微 量 水 存 在 時 的 聚 合 反 應(yīng) 如 下 :nNH（ CH2） 5C O NH（ CH2） 5C n微 量 H2O2、 聚 酰 胺 66的 合 成是 已 二 酸 與 已 二 胺 的 縮 聚 物 ， 是 最 早 實 現(xiàn) 工 業(yè) 生 產(chǎn) 的 聚 酰 胺 品 種 ， 也 是產(chǎn) 量 最 大 。 n OOC （ CH2） 4CO HN（ CH2） 6NH3+nHOOC（ CH

23、2） 4COOH nH2N（ CH2） 6NH2n OOC （ CH2） 4CO HN（ CH2） 6NH3+HO OC （ CH2） 4CO HN（ CH2） 6NH H （ 2n 1） H2On 二 、 聚 酰 胺 的 結(jié) 構(gòu)n 聚 酰 胺 是 沒 有 龐 大 側(cè) 基 的 線 型 高 分 子 ， 中 間 的 脂 肪 鏈 是 通 過 酰 胺 鍵 相連 的 分 子 兩 端 有 氨 基 和 羧 基 ， 具 有 一 定 的 吸 濕 性 和 染 色 性 。n 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 ， 易 在

24、酸 堿 作 用 下 發(fā) 生 水 解 。 賦 予 聚 酰 胺 以 高 熔 點 和 力 學(xué) 性 能 ，同 時 ， 也 使 其 吸 水 率 增 大 。n 聚 酰 胺 重 復(fù) 結(jié) 構(gòu) 單 元 中 的 脂 肪 鏈 較 長 ， 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 。 n 聚 酰 胺 大 分 子 中 相 鄰 大 分 子 間 和 大 分 子 內(nèi) 部 可 借 羰 基 和 亞 氨 基 生 成 氫鍵 ， 分 子 結(jié) 構(gòu) 比 較 規(guī) 整

25、 ， 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 。 具 有 較 高 的 機(jī) 械 強(qiáng) 度 和 形 狀 穩(wěn) 定 性 。n 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 比 奇數(shù) 聚 酰 胺 的 熔 點 高 。 三 、 聚 酰 胺 纖 維 的 物 理 性 質(zhì)n 機(jī) 械 性 能n 密 度n 電 性 能n 熱 性 能n 吸 濕 性 n 酸 、 堿 的 作 用n 氧 化 劑 的 作 用n 染 色 性

26、n 耐 光 性 五 、 聚 酰 胺 纖 維 的 改 性1、 改 變 二 元 酸 或 二 元 胺2、 交 聯(lián) 和 接 枝利 用 甲 醛 進(jìn) 行 交 聯(lián) ， 交 聯(lián) 發(fā) 生 在 無 定 形 區(qū) 。 還 可 通 過 接 枝 聚合 ， 使 聚 酰 胺 纖 維 性 質(zhì) 獲 得 改 善 ， 如 聚 己 二 酰 己 二 胺 纖 維纖 維 與 環(huán) 氧 乙 烷 接 枝 聚 合 后 ， 使 纖 維 具 有 很 好 的 柔 軟 性 和親 水 性 。 一 、 丙 烯 腈 共 聚 物 的 合 成1、 主 要 單 體 丙 烯 腈n 丙 烯 腈 的 結(jié) 構(gòu) 式 為 ： CH2 CH C Nn 丙 烯 腈 在 常 溫 常 壓

27、 下 是 具 有 獨 特 氣 味 的 無 色 透 明 、 易 流 動 液 體 。 相 對 分子 質(zhì) 量 為 53.06， 沸 點 為 77.3 ， 凝 固 點 為 83.6 ， 相 對 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 ） 。n 丙 烯 腈 能 與 苯 、 甲 苯 、 四 氯 化 碳 、 甲 醇 、 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 。n 丙 烯 腈 能 與 水 、 苯 、 甲 醇 、 異 丙 醇

28、、 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 ） 。 n 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 輸 過 程 要 加 入酚 類 、 胺 類 阻 聚 劑 。 2、 丙 烯 腈 共 聚 物 的 合 成n 我 國 的 共 聚 丙 烯 腈 纖 維 ， 第 一 單 體 是 丙 烯 腈 ， 約 為 90%； 第 二單 體 是 丙

29、烯 酸 甲 酯 ， 約 5% 10%； 第 三 單 體 是 丙 烯 磺 酸 鈉 ， 約為 1%-3%。 引 發(fā) 劑 是 偶 氮 二 異 丁 腈 。n 均 相 溶 液 聚 合 ： 所 用 溶 劑 既 能 溶 解 單 體 又 可 溶 解 聚 合 產(chǎn) 物 。n 非 均 相 聚 合 多 采 用 以 水 為 介 質(zhì) 的 水 相 沉 淀 聚 合 法 ， 以 水 為介 質(zhì) ， 單 體 在 水 中 具 有 一 定 的 溶 解 度 ， 當(dāng) 水 溶 性 引 發(fā) 劑 引 發(fā)聚 合 時 ， 聚 合 產(chǎn) 物 不 溶 于 水 而 不 斷 從 水 相 中 沉 淀 出 來 。2.1.4聚 丙 烯 腈 纖 維 二 、 丙 烯

30、腈 共 聚 物 的 結(jié) 構(gòu)1、 腈 綸 的 分 子 結(jié) 構(gòu)主 要 結(jié) 構(gòu) 單 元 為 丙 烯 腈 。2、 腈 綸 的 超 分 子 結(jié) 構(gòu)由 于 強(qiáng) 極 性 氰 基 間 的 相 互 作 用 ， 聚 丙 烯 腈 分 子 鏈 的 構(gòu) 象 不 是像 聚 乙 烯 那 樣 的 平 面 鋸 齒 形 ， 也 不 是 像 等 規(guī) 聚 丙 烯 那 樣 有規(guī) 則 的 螺 旋 狀 ， 而 是 一 種 具 有 不 規(guī) 則 曲 折 和 扭 轉(zhuǎn) 的 螺 旋 狀 。為 側(cè) 向 二 維 有 序 而 縱 向 無 序 的 結(jié) 構(gòu) 準(zhǔn) 晶 態(tài) 結(jié) 構(gòu) 。三 、 聚 丙 烯 腈 纖 維 的 物 理 性 質(zhì)1、 機(jī) 械 性 能2、 密

31、度3、 熱 性 能4、 吸 濕 性 四 、 聚 丙 烯 腈 纖 維 的 化 學(xué) 性 質(zhì)1、 酸 、 堿 的 作 用2、 氧 化 劑 、 還 原 劑 的 作 用3、 有 機(jī) 溶 劑 的 作 用4、 染 色 性5、 耐 光 性 五 、 聚 丙 烯 腈 纖 維 的 用 途n 利 用 聚 丙 烯 腈 纖 維 的 耐 熱 性 可 制 備 耐 高 溫 的 碳 纖 維 和 石 墨纖 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 。 利 用 腈 綸 的 準(zhǔn) 晶 態(tài) 結(jié) 構(gòu) 造 成 的 熱 收 縮 ， 可 制 造“ 膨 體 紗 ” 。n 丙 烯 腈 可

32、 以 通 過 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 色 透 明 沸 點 范 圍 75 78 折 光 率 1.3882 1.3892 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

33、氧 化 物 0.0005% 主 要 原 料 為 丙 烯 。 丙 烯 的 結(jié) 構(gòu) 式 為 ： CH2 CH CH3 丙 烯 在 常 溫 常 壓 下 為 帶 有 甜 味 的 無 色 、 可 燃 性 氣 體 。 其主 要 物 性 參 數(shù) 如 下 ： 相 對 分 子 質(zhì) 量 42.08 熔 點 185.3 沸 點 103.7 相 對 密 度 （ 液 體 ） 0.5139 臨 界 溫 度 91.9 臨 界 壓 力 4.54MPa 爆 炸 極 限 （ 體 積 ） 2.0% 11.1% 聚 合 熱 85.7kJ/mol 丙 烯 的 化 學(xué) 性 質(zhì) 活 潑 ， 主 要 用 于 制 異 丙 醇 、 丙 酮 、

34、合 成甘 油 、 合 成 樹 脂 、 合 成 橡 膠 、 塑 料 和 合 成 纖 維 等 。 一 、 丙 綸 （ 聚 丙 烯 ） 的 合 成n 聚 丙 烯 纖 維 （ 丙 綸 ） 是 以 丙 烯 為 原 料 ， 通 過 定 向 聚 合 反 應(yīng)而 獲 得 相 對 分 子 質(zhì) 量 、 結(jié) 晶 度 （ 65%） 及 熔 點 （ 158170 ）相 當(dāng) 高 ， 能 符 合 紡 織 纖 維 要 求 的 立 構(gòu) 等 規(guī) 聚 丙 烯 纖 維 。n 分 子 結(jié) 構(gòu) 有 全 同 、 間 同 和 無 規(guī) 三 種 ， 相 對 分 子 質(zhì) 量 一 般 在80000120000， 也 可 提 到 200000左 右 。

35、 二 、 聚 丙 烯 纖 維 的 結(jié) 構(gòu)1、 聚 丙 烯 的 分 子 結(jié) 構(gòu) ： 從 構(gòu) 型 上 看 ， 聚 丙 烯 分 子 的 主 鏈 是 由 在 同 一 平 面 上 的 碳 原 子 曲 折 鏈 所組 成 的 ， 側(cè) 甲 基 可 在 平 面 上 、 下 有 不 同 的 空 間 排 列 形 式 ， 具 有 較 高 的立 體 規(guī) 整 性 ， 這 種 規(guī) 則 的 結(jié) 構(gòu) 很 容 易 結(jié) 晶 。2、 聚 丙 烯 的 晶 體 結(jié) 構(gòu) ： 全 同 聚 丙 烯 的 結(jié) 晶 結(jié) 構(gòu) 有 五 種 ， 即 、 、 、 和 擬 六 方 變 體 。 最 常 見的 晶 體 屬 于 單 晶 體 系 （ 變 體 ） ，

36、丙 綸 的 最 佳 結(jié) 晶 溫 度 為 125135溫 度 過 高 ， 不 易 形 成 晶 核 ， 結(jié) 晶 緩 慢 ； 溫 度 過 低 ， 由 于 分 子 鏈 擴(kuò) 散 困難 ， 結(jié) 晶 難 以 進(jìn) 行 。 丙 綸 的 超 分 子 結(jié) 構(gòu) 可 采 用 “ 折 疊 鏈 纓 狀 微 原 纖 ”理 論 及 模 型 來 解 釋 。纓 狀 原 纖 模 型 ： 纖 維 大 分 子 的 基 本 單 元 是 原 纖 ， 在 原 纖 中 也 有 少 數(shù) 大 分子 分 支 出 去 組 成 其 他 的 原 纖 成 為 連 續(xù) 的 網(wǎng) 狀 組 織 。 具 有 較 高 的 連 續(xù) 性 。 根 據(jù) 這 個 模 型 ， 纖

37、維 中 仍 然 存 在 結(jié) 晶 部 分 和 無 定 形 部 分 。 聚 丙 烯 初 生 纖 維 的 結(jié) 晶 度 為 33%40%， 經(jīng) 后 拉 伸 ， 結(jié) 晶 度 上 升 至37%48%， 再 經(jīng) 熱 處 理 ， 結(jié) 晶 度 可 達(dá) 65%75%。 三 、 聚 丙 烯 纖 維 的 物 理 性 質(zhì)1、 機(jī) 械 性 能2、 密 度3、 電 性 能4、 熱 性 能5、 吸 濕 性 四 、 聚 丙 烯 纖 維 的 化 學(xué) 性 質(zhì)1、 酸 、 堿 等 化 學(xué) 試 劑 的 作 用2、 染 色 性 能n 聚 丙 烯 纖 維 密 度 小 、 強(qiáng) 度 高 、 吸 濕 性 小 、 耐 酸 、 耐 堿 、 耐磨 、

38、 電 性 能 好 ， 但 染 色 性 和 耐 光 性 差 。n 聚 丙 烯 纖 維 可 與 棉 、 毛 、 粘 膠 纖 維 等 混 紡 作 衣 料 用 ， 在 工業(yè) 上 聚 丙 烯 纖 維 主 要 用 途 繩 索 、 網(wǎng) 具 、 濾 布 、 帆 布 等 ； 在醫(yī) 療 上 用 作 紗 ， 作 外 科 手 術(shù) 衣 服 而 耐 高 溫 高 壓 消 毒 。 一 、 聚 氨 酯 嵌 段 共 聚 物 的 合 成1. 預(yù) 聚 合2. 用 低 相 對 分 子 質(zhì) 量 ， 含 有 活 潑 氫 原 子 的 雙 官 能 團(tuán) 化 合 物 作為 鏈 增 長 劑 ， 與 預(yù) 聚 物 繼 續(xù) 反 應(yīng) ， 生 成 相 對 分

39、 子 質(zhì) 量 ， 含有 活 潑 氫 原 子 的 雙 官 能 團(tuán) 化 合 物 2000050000之 間 的 聚 氨酯 嵌 段 共 聚 物 。 二 、 聚 氨 酯 彈 性 纖 維 的 結(jié) 構(gòu) 及 彈 性 產(chǎn) 生 機(jī) 理n 一 般 的 聚 氨 基 甲 酸 酯 均 聚 物 并 不 具 有 彈 性 。 現(xiàn) 生 產(chǎn) 的 聚 氨 酯 彈 性 纖 維是 一 種 以 聚 氨 基 甲 酸 酯 為 主 要 成 分 的 嵌 段 共 聚 物 纖 維 ， 是 一 種 具 有 橡膠 般 的 伸 長 和 回 彈 能 力 的 彈 性 纖 維 。 在 嵌 段 共 聚 物 中 有 兩 種 鏈 段 ， 即軟 鏈 段 和 硬 鏈 段

40、 。 軟 鏈 段 由 非 結(jié) 晶 性 的 聚 酯 和 聚 醚 組 成 ， 玻 璃 化 溫 度很 低 ， 常 溫 下 處 于 高 彈 態(tài) ， 相 對 分 子 質(zhì) 量 為 15003500， 鏈 段 長 度1530nm， 為 硬 鏈 段 的 10倍 左 右 。 在 室 溫 下 被 拉 伸 時 ， 纖 維 可 以 產(chǎn) 生很 大 的 伸 長 變 形 ， 具 有 優(yōu) 異 的 回 彈 性 。 硬 鏈 段 采 用 具 有 結(jié) 晶 性 且 能 發(fā)生 橫 向 交 聯(lián) 的 二 異 氰 酸 樹 脂 ， 相 對 分 子 質(zhì) 量 較 小 M=500700， 鏈 段 短 ，但 由 于 含 有 多 種 極 性 基 團(tuán) ，

41、分 子 間 的 氫 鍵 和 結(jié) 晶 性 起 著 大 分 子 鏈 間 的交 聯(lián) 作 用 。 在 外 力 作 用 下 ， 大 分 子 柔 性 鏈 相 對 滑 移 ， 并 為 回 彈 提 供 必要 的 連 接 點 。 整 個 聚 合 物 由 結(jié) 晶 的 剛 性 鏈 段 和 非 結(jié) 晶 的 柔 性 鏈 段 縱 橫向 連 接 ， 結(jié) 合 形 成 一 個 具 有 強(qiáng) 大 的 分 子 間 作 用 力 的 大 分 子 網(wǎng) 狀 結(jié) 構(gòu) 。其 中 軟 鏈 段 可 為 聚 醚 或 聚 酯 ， 所 以 有 聚 醚 型 聚 氨 酯 彈 性 纖 維 和 聚 酯 型聚 氨 酯 彈 性 纖 維 之 分 。 如 萊 卡 屬 于

42、 聚 醚 型 ， 韋 綸 屬 于 聚 酯 型 。 三 、 聚 氨 酯 彈 性 纖 維 的 物 理 性 能1、 機(jī) 械 性 能2、 熱 性 能3、 吸 濕 性 能4、 密 度5、 其 他 性 能四 、 聚 氨 酯 彈 性 纖 維 的 化 學(xué) 性 能氯 、 含 氧 型 漂 白 劑 、 染 料 等 的 作 用 。 一 、 聚 乙 烯 醇 的 合 成 游 離 態(tài) 的 乙 烯 醇 極 不 穩(wěn) 定 ， 不 能 單 獨 存 在 ， 通 常 以 醋 酸 乙 烯 為 單 體 進(jìn)行 聚 合 ， 再 醇 解 或 水 解 制 成 聚 乙 烯 醇 。 聚 醋 酸 乙 烯 通 常 以 甲 醇 為 溶 劑 ，采 用 溶 劑

43、 聚 合 法 制 得 。二 、 聚 乙 烯 醇 縮 醛 的 結(jié) 構(gòu) 聚 乙 烯 醇 縮 醛 纖 維 的 基 本 組 成 物 質(zhì) 是 聚 乙 烯 醇 ， 它 具 有 水 溶 性 ， 對 紡成 的 聚 乙 烯 醇 纖 維 用 甲 醛 或 乙 醛 進(jìn) 行 縮 醛 化 處 理 ， 能 成 為 不 溶 于 水 的聚 乙 烯 醇 縮 醛 纖 維 。三 、 聚 乙 烯 醇 縮 醛 纖 維 的 物 理 性 質(zhì)n 熱 性 能n 吸 濕 性四 、 聚 乙 烯 醇 縮 醛 纖 維 的 化 學(xué) 性 質(zhì) n 染 色 性 能 2.1.8聚 氯 乙 烯 纖 維 PVC一 、 聚 氯 乙 烯 的 合 成 及 其 結(jié) 構(gòu)n 引

44、 發(fā) 劑 作 用 下 的 懸 浮 聚 合 ， 是 游 離 基 型 聚 合 。二 、 聚 氯 乙 烯 的 性 能n 耐 熱 性 ， 密 度 ， 導(dǎo) 熱 性 ， 靜 電 性 ， 難 燃 性 ， 對 無 機(jī) 試 劑 的穩(wěn) 定 性 好 ， 易 發(fā) 生 光 老 化 ， 長 時 間 受 到 光 照 時 ， 大 分 子 會氧 化 裂 解 。三 、 改 性 聚 氯 乙 烯 纖 維n 過 氯 綸 n 偏 氯 綸n 聚 乙 烯 醇 聚 氯 乙 烯 共 混 阻 燃 纖 維n 腈 氯 綸 一 、 高 性 能 纖 維 的 分 子 設(shè) 計 構(gòu) 成 高 分 子 主 鏈 的 共 價 鍵 鍵 能 要 大 ； 高 分 子 鏈 的

45、 構(gòu) 象 要 近 似 直 線 形 ；高 分 子 鏈 的 橫 截 面 積 要 小 ； 高 分 子 鏈 的 鍵 角 形 變 和 鍵 的 內(nèi) 旋 轉(zhuǎn) 受 到 的阻 力 要 大 ； 高 分 子 的 相 對 分 子 質(zhì) 量 應(yīng) 盡 量 大 ， 減 少 大 分 子 鏈 中 的 末 端基 數(shù) 。二 、 碳 纖 維n 根 據(jù) 加 工 纖 維 時 的 處 理 溫 度 不 同 ， 分 為 碳 纖 維 和 石 墨 纖 維 。 碳 纖 維是 在 1000 2300 范 圍 內(nèi) 碳 化 得 到 的 ， 石 墨 纖 維 是 在 2300 以 上 碳 化得 到 的 ， 其 含 碳 量 超 過 98 ， 結(jié) 構(gòu) 上 類 似

46、石 墨 ， 有 金 屬 光 澤 。 碳 纖 維根 據(jù) 原 料 及 生 產(chǎn) 方 式 的 不 同 ， 主 要 分 為 聚 丙 烯 腈 （ PAN） 基 碳 纖 維 及瀝 青 基 碳 纖 維 。 碳 纖 維 產(chǎn) 品 包 括 PAN基 碳 纖 維 （ 高 強(qiáng) 度 型 ） 及 瀝 青 基碳 纖 維 （ 高 彈 性 型 ） 。 n 用 聚 丙 烯 腈 為 原 料 制 造 碳 纖 維 的 過 程 為 ：2.1.9高 性 能 纖 維碳 纖 維 的 性 能 與 用 途碳 纖 維 具 有 優(yōu) 良 的 機(jī) 械 性 能 ， 其 斷 裂 強(qiáng) 度 為 15cN/tex左 右 ， 模 量 可達(dá) 3000cN/tex以 上

47、， 斷 裂 伸 長 率 為 0.5 2.0 。 具 有 自 潤 滑 性 能 。 其化 學(xué) 性 質(zhì) 與 碳 相 似 ， 在 室 溫 下 是 惰 性 的 ， 除 能 被 強(qiáng) 氧 化 劑 氧 化 外 ， 一 般的 酸 堿 對 碳 纖 維 不 起 作 用 。 在 惰 性 氣 體 中 ， 其 耐 熱 性 十 分 突 出 ， 在1500 以 上 的 高 溫 下 強(qiáng) 度 才 開 始 降 低 。 纖 維 不 燃 燒 。 碳 纖 維 導(dǎo) 電 性 能 好 ，比 電 阻 在 1 l0-2 cm以 下 ， 吸 附 性 強(qiáng) 。 碳 纖 維 的 缺 點 是 抗 壓 性 差 ， 易 折 斷 ， 耐 沖 擊 性 能 差 。

48、碳 纖 維 是 航 天 工 業(yè) 的 重 要 材 料 ， 碳 纖 維 復(fù) 合 材 料 應(yīng) 用 在 宇 宙 飛 船 。導(dǎo) 彈 和 飛 機(jī) 上 ， 可 顯 著 減 輕 重 量 。 在 汽 車 、 體 育 器 材 等 方 面 作 為 增 強(qiáng) 材 料 有 廣 闊 的 前 景 。 三 、 芳 香 族 聚 酰 胺 纖 維1、 芳 綸 14142、 芳 綸 1313四 、 芳 香 族 聚 酯 纖 維五 、 芳 雜 環(huán) 類 聚 合 物 纖 維六 、 超 高 相 對 分 子 質(zhì) 量 聚 乙 烯 纖 維七 、 聚 四 氟 乙 烯 纖 維 （ PTFE) 思 考 題 ：1. 簡 要 說 明 合 成 纖 維 三 種 紡 絲 方 法 。2. 試 比 較 滌 綸 、 錦 綸 、 腈 綸 的 耐 熱 性 和 機(jī) 械 性 能 。3. 滌 綸 經(jīng) 燒 堿 處 理 后 會 發(fā) 生 怎 樣 的 變 化 ？4. 滌 綸 為 什 么 染 色 困 難 ？ 可 采 用 哪 些 染 色 方 法 ？5. 試 說 明 水 、 酸 、 堿 、 氧 化 劑 、 光 對 錦 綸 的 作 用 。6. 試 述 腈 綸 的 分 子 結(jié) 構(gòu) ， 常 用 第 二 、 第 三 單 體 的 名 稱 及 它 們的 作 用 。7. 試 述 氨 綸 結(jié) 構(gòu) 和 彈 性 間 的 關(guān) 系 。