聚乙烯醇纖維PPT課件

1、2021/3/91聚乙烯醇纖維 以聚乙烯醇為原料紡絲制得的合成纖維。將這種纖維經(jīng)甲醛處理所得到聚乙烯醇纖維，中國(guó)稱維綸，國(guó)際上稱維尼綸。比較低分子量聚乙烯醇為原料經(jīng)紡絲制得的纖維是水溶性的，稱為水溶性聚乙烯醇纖維。一般的聚乙烯醇纖維不具備必要的耐熱水性，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值不大。聚乙烯醇縮甲醛纖維具有柔軟、保暖等特性，尤其是吸濕率(可達(dá) 5%)在合成纖維諸品種中是比較高的,故有合成棉花之稱;但其耐熱性差,軟化點(diǎn)只有120。2021/3/92聚乙烯醇的合成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 一、聚乙烯醇的合成聚乙烯醇的化學(xué)結(jié)構(gòu)為C2H4On，相應(yīng)的單體帷乙烯醇CH2=CHOH。由于游離態(tài)的乙烯醇極不穩(wěn)定，不能單獨(dú)存在，所以要

2、獲得具有實(shí)用價(jià)值的聚乙烯醇，通常以醋酸乙烯為單體進(jìn)行聚合，進(jìn)而醇解或水解制成聚乙烯醇。 1 1醋酸乙烯制備醋酸乙烯制備 目前醋酸乙烯的合成主要有乙炔法和乙烯法。 (1)乙炔法：乙炔法是以乙炔和醋酸為原料，在200左右，常壓下以氣相通到 以活性炭等為載體的催化劑醋酸鋅上反應(yīng)制得醋酸乙烯。HCCH + CH3COOH H2C = CH OCOCH3（2)2)乙烯法：乙烯法則以乙烯和醋酸為原料，以鈀-金為催化劑，醋酸鉀或醋酸鈉為助催化劑，活性氧化鋁或硅膠為載體，在100以上，加壓下反應(yīng)制得醋酸乙烯。 H2C=CH2 + CH3COOH + 1/2O2 H2C=CH + H2O OCOCH3以上所得醋

3、酸乙烯是一種無(wú)色透明液體，易流動(dòng)，揮發(fā)性強(qiáng)，略有毒性，對(duì)人體皮膚和眼睛有刺激作用，微溶于水，溶于甲醇、乙醇和乙醚等普通有機(jī)溶劑。2021/3/932醋酸乙烯聚合在紫外線、射線、X射線等作用下，醋酸乙烯容易發(fā)生自由基型聚合反應(yīng)。十分純凈的醋酸乙烯在無(wú)氧情況下僅靠加熱不會(huì)發(fā)生聚合。在引發(fā)劑作用下，醋酸乙烯能在較緩和的條件下發(fā)生聚合。根據(jù)聚醋酸乙烯的不同用途，工業(yè)上醋酸乙烯聚合的實(shí)施方法有很多種。用于制造聚乙烯醇纖維使用的聚醋酸乙烯，通常是以甲醇為溶劑采用溶劑聚合法制得。其主反應(yīng)式為： n H2C=CH - H2CCH -n + 89kJmol | | OCOCH3 OCOCH3二、聚乙烯醇的制備目

4、前生產(chǎn)成纖用聚乙烯醇都是將聚醋酸乙烯在甲醇或氫氧化鈉作用下進(jìn)行醇解反應(yīng)而得。- H2CCH - n + CH3OHNaOH =- H2CCH - n + n CH3COOCH3 | | OCOCH3 OH- H2CCH - n + nNaOH - H2CCH - n + n CH3COONa | | OCOCH3 OH2021/3/94二、聚乙烯醇的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1、聚乙烯醇的結(jié)構(gòu)在聚乙烯醇分子中存在著兩種化學(xué)結(jié)構(gòu)，即1,3和1,2乙二醇結(jié)構(gòu)，但主要的結(jié)構(gòu)是1,3乙二醇結(jié)構(gòu)，即“頭尾”結(jié)構(gòu)。聚乙烯醇的聚合度分為超高聚合度（分子量2530萬(wàn)）、高聚合度（分子量1722萬(wàn)）、中聚合度（分子量1215萬(wàn)

5、）和低聚合度253.5萬(wàn)。CH2-CHOH-CH2-CH0H-CH2-CHOH頭尾連接CH2-CHOH-CHOH-CH2-CH2-CH2-CHOH頭頭連接 聚乙烯醇的聚合度分為超高聚合度（分子量2530萬(wàn)）、高聚合度（分子量1722萬(wàn)）、中聚合度（分子量1215萬(wàn)）和低聚合度253.5萬(wàn)。醇解度一般有78%、88%、98%三種。部分醇解的醇解度通常為87%89%，完全醇解的醇解度為98%100%。常取平均聚合度的千、百位數(shù)放在前面，將醇解度的百分?jǐn)?shù)放在后面，如1788即表聚合度為1700,醇解度為88%。一般來(lái)說(shuō)，聚合度增大，水溶液粘度增大，成膜后的強(qiáng)度和耐溶劑性提高，但水中溶解性、成膜后伸長(zhǎng)

6、率下降。2021/3/952、聚乙烯醇的性質(zhì)（1）物理性質(zhì) 聚乙烯醇的物理性質(zhì)受化學(xué)結(jié)構(gòu)、醇解度、聚合度的影響。聚乙烯醇（PVA）其充填密度約0.200.48gcm3，折射率為1.511.53。聚乙烯醇的熔點(diǎn)難于直接測(cè)定，因?yàn)樗诳諝庵械姆纸鉁囟鹊陀谌廴跍囟?。用間接法測(cè)得其熔點(diǎn)在230左右。不同立規(guī)程度的聚乙烯醇具有不同的熔點(diǎn)。 （2）化學(xué)性質(zhì) 聚乙烯醇主鏈大分子上有大量仲羥基，在化學(xué)性質(zhì)方面有許多與纖維素相似之處。聚乙烯醇可與多種酸、酸酐、酰氯等作用，生成相應(yīng)的聚乙烯醇的酯。但其反應(yīng)能力低于一般低分子醇類。 聚乙烯醇的醚化反應(yīng)較酯化反應(yīng)容易進(jìn)行。醚化反應(yīng)后，聚乙烯醇分子間作用力有所減弱，制品

7、的強(qiáng)度、軟化點(diǎn)和親水性等都有所降低。 在聚乙烯醇水溶液中加入少量硼酸，其粘度將明顯增大，這種變化與介質(zhì)的pH值關(guān)系密切。當(dāng)介質(zhì)的pH值偏于堿性時(shí)，硼酸與聚乙烯醇發(fā)生分子間反應(yīng)，使溶液粘度劇增，以致形成凝膠。聚乙烯醇水溶液與氫氧化鈉反應(yīng)，其粘度增加的速度較之添加硼酸更快。因此，可以利用氫氧化鈉水溶液作為聚乙烯醇紡絲的凝固劑。 在酸性催化劑作用下，聚乙烯醇可與醛發(fā)生縮醛化反應(yīng)?？s醛化反應(yīng)既可在均相中進(jìn)行，也可在非均相中進(jìn)行。不過(guò)均相反應(yīng)所得產(chǎn)物的縮醛化基團(tuán)分布均勻，其縮醛化物的強(qiáng)度、彈性模量以及耐熱性等都有所降低。當(dāng)進(jìn)行非均相反應(yīng)時(shí)，在控制適當(dāng)?shù)臈l件下，由于縮醛化基團(tuán)分布不均勻，并主要發(fā)生在非晶區(qū)

8、，故對(duì)生成物的力學(xué)性能影響不大，而耐熱性還有所提高。2021/3/96聚乙烯醇纖維的生產(chǎn)工藝一、生產(chǎn)和流程一、紡絲原液的制備 目前大規(guī)模生產(chǎn)中都以水為溶劑配制聚乙烯醇（PVA）紡絲原液，其工藝流程如下： PVA 水洗 脫水精PVA 溶解 混合 過(guò)濾 脫泡 紡絲原液 二、紡絲成形聚乙烯醇纖維既可采用濕法紡絲成形，也可采用干法紡絲成形。一般濕法成形用于生產(chǎn)短纖維，干法成形用于制造某些專用的長(zhǎng)絲。1濕法紡絲成形 與其它濕法成形的化學(xué)纖維相似，聚乙烯醇紡絲原液被送至紡絲機(jī)，由供液管道分配給各紡絲位，經(jīng)計(jì)量泵、燭形過(guò)濾器送至噴絲頭，自噴絲孔擠出后成為紡絲 細(xì)流，在凝固浴中凝固成為初生纖維，經(jīng)進(jìn)一步后處理

9、而得成品纖維。2021/3/972干法紡絲成形 聚乙烯醇干法紡絲主要用于生產(chǎn)長(zhǎng)絲。其纖維具有線密度低、截面結(jié)構(gòu)均勻、強(qiáng)度高、伸度低、模量高、染色性能好以及外觀和手感近似蠶絲等特點(diǎn)。 聚乙烯醇干法紡絲中，原液濃度一般為3040。較高的原液濃度可使紡絲時(shí)所應(yīng)揮發(fā)的水分量相對(duì)減少，以提高紡絲速度，由于原液濃度較高，使原液制備以及紡前準(zhǔn)備等比較復(fù)雜。同時(shí)由于水的蒸發(fā)潛熱較大，紡絲時(shí)所需熱量較之其它干法紡絲的合成纖維多，紡絲速度也相應(yīng)較低(一般只有數(shù)十米)，噴絲頭孔數(shù)較少，故生產(chǎn)能力較之濕法紡絲低得多。 為了增加溶劑的揮發(fā)性，借以提高紡絲速度，有人建議在水中添加適量甲醇、乙醇或丙酮等有機(jī)溶劑，借以提高水

10、的相對(duì)揮發(fā)度，以提高紡絲速度。但隨著添加量的增加，原液穩(wěn)定性和可紡性變差。三、后加工 聚乙烯醇纖維后加工一般包括拉伸、熱定型、縮醛化、水洗、上油、干燥等工序。生產(chǎn)短纖維還包括絲束的切斷或牽切；生產(chǎn)長(zhǎng)絲則還需要加捻和絡(luò)筒等。與其它化學(xué)纖維生產(chǎn)過(guò)程相比，通常聚乙烯醇纖維生產(chǎn)中還需要進(jìn)行縮醛化處理，以進(jìn)一步提高其耐熱水性。但對(duì)某些專用纖維則可省去縮醛化工序，如簾子線、水溶性纖維等。2021/3/981拉伸 拉伸過(guò)程中，纖維大分子在外力作用下沿纖維軸向擇優(yōu)排列，取向度和結(jié)晶度都有明顯提高。在實(shí)際生產(chǎn)中，聚乙烯醇纖維的拉伸一般是在不同介質(zhì)中分段進(jìn)行的。其所能承受的最大拉伸倍數(shù)約1012倍。 2熱處理 聚

11、乙烯醇纖維的熱處理與一般化學(xué)纖維相比除具有提高纖維尺寸穩(wěn)定性、進(jìn)一步改善物理機(jī)械性能的目的外，還有一個(gè)重要作用提高纖維的耐熱水性，使纖維能夠承受后續(xù)的縮醛化處理。 聚乙烯醇纖維在熱處理過(guò)程中，在除去剩余水分和大分子間形成氫鍵的同時(shí)，纖維的結(jié)晶度可達(dá)60左右。隨著結(jié)晶度的提高，纖維中大分子的自由羥基減少，耐熱水性即水中軟化點(diǎn)得到提高。 聚乙烯醇纖維的熱處理有濕熱處理和干熱處理兩種形式。實(shí)際生產(chǎn)中以熱空氣作為介質(zhì)的干熱處理為多。長(zhǎng)絲束狀聚乙烯醇纖維的干熱處理溫度以225240為好，相應(yīng)的熱處理時(shí)間為lmin左右。短纖維的干熱處理時(shí)間較長(zhǎng)，約為67min，溫度以215225為宜。熱處理中給予適當(dāng)?shù)臒?/p>

12、收縮，也有利于提高纖維的結(jié)晶度和水中的軟化點(diǎn)，一般控制收縮510。2021/3/993縮醛化 紡絲、拉伸和熱處理后的聚乙烯醇纖維已具有良好的力學(xué)性能。但纖維的耐熱水性仍較差，在接近沸點(diǎn)的水中，其收縮率過(guò)大。為了改進(jìn)纖維的耐熱水性，需要進(jìn)行縮醛化處理。 實(shí)際生產(chǎn)中，縮醛化溫度一般控制在70左右。溫度過(guò)低，縮醛化反應(yīng)慢，縮醛度低；溫度太高，甲醛損失量增大，勞動(dòng)條件惡化?？s醛化時(shí)間的長(zhǎng)短因生產(chǎn)形式而異，如噴淋式的縮醛化時(shí)間為2030min，浸沒(méi)式為1012min。縮醛度一般為2530。2021/3/9102021/3/9112021/3/912聚乙烯醇的性能與應(yīng)用一、聚乙烯醇纖維的性能聚乙烯醇纖維的

13、最大特點(diǎn)的是它的性狀與棉花十分接近1、具有很好的機(jī)械性能，其強(qiáng)度高、模量高、伸度低。2、耐酸堿性、抗化學(xué)藥品性強(qiáng)。3、耐光性：在長(zhǎng)時(shí)間的日照下，纖維強(qiáng)度損失率低。4、耐腐蝕性：纖維埋入地下長(zhǎng)時(shí)間不發(fā)霉、不腐爛、不蟲(chóng)蛀。5、纖維具有良好的分散性：纖維不粘連、水中分散性好。6、纖維與水泥、塑料等的親和性好，粘合強(qiáng)度高。7、吸濕性好，可代替棉花做民用衣物對(duì)人體和環(huán)境無(wú)毒無(wú)害。缺點(diǎn)：1、耐熱水性差2、彈性差，其織物易折皺3、染色性差且色澤不鮮艷2021/3/9132，應(yīng)用 聚乙烯醇纖維在工業(yè)領(lǐng)域中可用于制作帆布、防水布、濾布、運(yùn)輸帶、包裝材料、工作服、漁網(wǎng)和海上作業(yè)用纜繩。高強(qiáng)度、高模量長(zhǎng)絲可用作運(yùn)輸

14、帶的骨架材料、各種膠管、膠布和膠鞋的襯里材料，還可制作自行車胎簾子線。由于這種纖維能耐水泥的堿性，且與水泥的粘結(jié)性和親合性好，可代替石棉作水泥制品的增強(qiáng)材料?？膳c棉混紡，制作各種衣料和室內(nèi)用品，也可生產(chǎn)針織品。但耐熱性差，制得的織物不挺括，且不能在熱水中洗滌。此外，在無(wú)紡布、造紙等方面也有使用價(jià)值。 聚乙烯醇纖維可與其他纖維混紡，再在紡織加工后被溶去,得到細(xì)紗高檔紡織品,也可制得無(wú)捻紗或無(wú)緯毯。還可作為粘合劑用于造紙，以提高紙的強(qiáng)度和韌性。此外，還可制特殊用途的工作服、手術(shù)縫合線等。2021/3/914聚乙烯醇的改性和新品種聚乙烯醇的改性和新品種 聚乙烯醇重要的改性品種是氯乙烯- 聚乙烯醇接枝共聚纖維，