聚乙烯醇纤维的制备及研究VIP

吉林工业职业技术学院毕业论文题 目 聚乙烯醇纤维的制备及研究系 （院） 应用化工系专 业 应用化工技术班 级 应化 3121学生姓名 学号 45 号指导教师 老师二一五年二月五日吉林工业职业技术学院摘 要本文通过先制备醋酸乙烯，聚乙烯醇为原料，制备聚乙烯醇纤维。醋酸乙烯是通过乙烯法和乙炔法制得的，经过紫外线、 射线、X 射线等作用聚合；聚乙烯醇通过高碱醇解法，低碱醇解法制的。聚乙烯醇纤维经过制备纺丝原液，纺丝成形，后加工制的；纺丝原液的制备需要先水洗并脱水，溶解，混合，过滤和脱泡；接着使用湿法和干法纺丝成形；然后进行拉伸，热处理，缩醛化后加工，制的聚乙烯醇纤维。然后，分别介绍了水溶性和高强度聚乙烯醇纤维的制备原理；水溶性纤维的几种纺丝方法，如湿法，干法，干湿法，半熔融，硼酸凝胶，冻胶法，以及它的生产应用；高强度纤维的制备及应用和发展前景。关键字：醋酸乙烯，聚乙烯醇，聚乙烯醇纤维，湿法，干法，水溶性纤维，高强度纤维吉林工业职业技术学院ABSTRACTThis text passes to make acetic acid ethylene first and gathers the ethylene Chun as raw material, the making gathers an ethylene Chun fiber.Acetic acid ethylene is get through ethylene method and B Gui legal system, after ultraviolet ray, the shoot line and X to shoot functions like line,etc to come together;Gather ethylene Chun to pass the solution method of Gao Jian Chun, the low alkali Chun solves jural.Gather ethylene Chuns fiber to spin silk threads an original liquid after making, spin silk threads to take shape and process something to make behind;The making that spins silk threads an original liquid needs first water to wash and dehydrate, fuse, mixture, percolation and take off a bubble;Immediately after use wet method and stem method to spin silk threads to take shape;Then carry on pulling to stretch, hot processing, shrink Quan to process after turning, make of gather an ethylene Chun fiber.Then, introduced high strength to gather the making principle of the fiber of ethylene Chun respectively;A few kinds of water-soluble fiber spin silk threads a method, like wet method, stem method, do a wet method, half meltdown, boric acid gel, the jelly gum method, and its production application;The making and application and development prospect of the high strength fiber.Key word：The acetic acid ethylene gathers ethylene Chun and gathers an ethylene Chun fiber, wet method, stem method, water-soluble fiber, high strength fiber吉林工业职业技术学院目 录第一章 概述.11.1 聚乙烯醇纤维的发展概况.11.2 聚乙烯醇纤维的性能.11.3 聚乙烯醇纤维的用途.2第二章 聚乙烯醇纤维的制备. 32.1 醋酸乙烯的聚合. 32.1.1 醋酸乙烯制备.32.1.2 醋酸乙烯聚合.42.2 聚乙烯醇的制备.52.2.1 聚乙烯醇的性质.52.2.2 聚乙烯醇的制备. 72.2.2.1 高碱醇解法. 72.2.2.2 低碱醇解法. 82.3 聚乙烯醇纤维的制备.82.3.1 纺丝原液的制备.82.3.1.1 水洗和脱水.82.3.1.2 溶解.102.3.1.3 混合、过滤和脱泡.102.3.2 纺丝成形.102.3.2.1 湿法纺丝成形.102.3.2.2 干法纺丝成形.142.3.3 后加工.142.3.3.1 拉伸.142.3.3.2 热处理.15吉林工业职业技术学院2.3.3.3 缩醛化.15第三章 水溶性及高浓度聚乙烯醇纤维.173.1. 水溶性聚乙烯醇纤维.173.1.1 水溶性聚乙烯醇纤维原料.173.1.2 水溶性纤维的制备方法.183.1.3 水溶性纤维的应用.193.2 高强度聚乙烯醇纤维.193.2.1 高强度聚乙烯纤维的制备方法. 203.2.2 高强度聚乙烯纤维的应用及发展前景.22参考文献.23致谢.24吉林工业职业技术学院1第一章 概述1.1 聚乙烯醇纤维的发展概况聚乙烯醇（PVA）纤维是合成纤维的重要品种之一，其常规产品是聚乙烯醇缩甲醛纤维，国内简称维尼纶或维纶。产品以短纤维为主。1924 年，德国的 Hermann 和 Haehnel 合成出聚乙烯醇，并用其水溶液经干法纺丝制成纤维。随后，德国的 Wacker 公司生产出用于手术缝合线的聚乙烯醇纤维。1939年以后，日本的樱田一郎、朝鲜的李升基等人，采用热处理和缩醛化的方法成功地制造出耐热水性优良、收缩率低、具有实用价值的聚乙烯醇纤维。但由于第二次世界大战的干扰，直到 1950 年，不溶于水的聚乙烯醇纤维才实现工业化生产。我国第一个维尼纶厂建成于 1964 年，随后又兴建了一批年产万吨的维尼纶厂。生产聚乙烯醇纤维的国家还有日本、朝鲜等少数国家。由于聚乙烯醇纤维染色性差、弹性低等缺点不易克服，近年来在服用领域不断萎缩。但在工农业、渔业等方面的应用却有所增加。另外装饰用、产业用纤维和功能性纤维的比例也在逐步增大。 1.2 聚乙烯醇纤维的性能聚乙烯醇纤维外观形状接近棉，但强度和耐磨性都优于棉。用 5050 的棉维混纺织物，其强度比纯棉织物高 60，耐磨性可以提高 50100。聚乙烯醇纤维密度约比棉花轻 20，用同样重量的纤维可以纺织成较多相同厚度的织物。聚乙烯醇纤维在标准条件下的吸湿率为 4.55.0，在几大合成纤维品种中名列前茅。由于导热性差，聚乙烯醇纤维具有良好的保暖性。另外，聚乙烯醇纤维还具有很好的耐腐蚀和耐日光性。聚乙烯醇纤维的主要缺点是染色性差，染着量较低，色泽也不鲜艳，这是由于纤维具有皮芯结构和经过缩醛化使部分羟基被封闭了的缘故。另外，聚乙烯醇纤维的耐热水性较差，在湿态下温度超过 110115就会发生明显的收缩和变形。聚乙烯醇纤维织物在沸水中放置 34h 后会发生部分溶解。再有，聚乙烯醇纤维的弹性不如聚酯等其它合成纤维，其织物不够挺括，在服用过程中易发生折皱。吉林工业职业技术学院21.3 聚乙烯醇纤维的用途聚乙烯醇纤维主要用于与棉混纺，织成各种棉纺织物。另外，也可与其它纤维混纺或纯纺，织造各类机织或针织物。聚乙烯醇长丝的性能和外观与天然蚕丝非常相似，可以织造绸缎衣料。但是，因其弹性差，不易染色，故不能做高级衣料。近年来，随着聚乙烯醇纤维生产技术的发展，它在工业、农业、渔业、运输和医用等方面的应用不断扩大。其主要用途如下。（1）纤维增强材料 利用聚乙烯醇纤维强度高，抗冲击性好，成型加工中分散性好等特点，可以作为塑料以及水泥、陶瓷等的增强材料。特别是作为致癌物质石棉的代用品，制成的石棉板受到建筑业的极大重视。（2）渔网 利用聚乙烯醇纤维断裂强度、耐冲击强度和耐海水腐蚀等都比较好的长处，用其制造各种类型的渔网、渔具、渔线。（3）绳缆 聚乙烯醇纤维绳缆质轻、耐磨、不易扭结，具有良好的抗冲击强度、耐气候性并耐海水腐蚀，在水产车辆、船舶运输等方面有较多应用。（4）帆布 聚乙烯醇纤维帆布强度好、质轻、耐摩擦和耐气候性好，它在运输、仓储、船舶、建筑、农林等方面有较多应用。 另外，聚乙烯醇纤维还可制作包装材料、非织造布滤材、土工布等。吉林工业职业技术学院3第二章 聚乙烯醇纤维的制备1.1 醋酸乙烯的聚合由于游离态的乙烯醇极不稳定，不能单独存在，所以要获得具有实用价值的聚乙烯醇，通常以醋酸乙烯为单体进行聚合，进而醇解或水解制成聚乙烯醇。1.1.1 醋酸乙烯制备 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为原料，在 200左右，常压下以气相通到以活性炭等为载体的催化剂醋酸锌上反应制得醋酸乙烯。HCCH + CH 3COOH H 2C = CH-COOCH3根据乙炔来源的不同，乙炔法又可进一步分为电石乙炔法和天然气乙炔法。电石乙炔法：电石的主要成分为碳化钙(CaC 2)，电石由石灰石和焦炭在电炉中经高温熔融而得。碳化钙与水作用生成乙炔。CaC2 + H2O HCCH +Ca(OH) 2电石乙炔法生产电石电能消耗量大，生产成本高；另外，该法还产生大量废渣，处理困难。天然气乙炔法：天然气的主要成分是甲烷(CH 4)，甲烷在高温下(13001500)和氧不足的条件下燃烧时所放出的热量供甲烷发生裂解而生成乙炔。2CH4 HCCH + 3H 2由于天然气乙炔法原料甲烷的来源较广，生产成本较电石乙炔法低，生产技术日益提高，因此是目前发展乙炔生产的方向。(2)乙烯法：乙烯法则以乙烯和醋酸为原料，以钯-金为催化剂，醋酸钾或醋酸钠为助催化剂，活性氧化铝或硅胶为载体，在 100以上，加压下反应制得醋酸乙烯。H2C=CH2 + CH3COOH + O2 H 2C=CHCOOCH3 + H2O1以上所得醋酸乙烯是一种无色透明液体，易流动，挥发性强，略有毒性，对人体皮肤和眼睛有刺激作用，微溶于水，溶于甲醇、乙醇和乙醚等普通有机溶剂。吉林工业职业技术学院4早年以电石乙炔法生产醋酸乙烯为主。20 世纪 70 年代以来随着石油工业的发展，醋酸乙烯的合成由电石乙炔法逐渐转向乙烯法和天然气乙炔法。但近年由于石油危机的不断出现，原油价格不断上涨，人们又重新评价电石乙炔法在化学工业中的地位。世界上水力资源和煤储量丰富的国家又开始注重和恢复电石乙炔法的生产。1.2 醋酸乙烯聚合 在紫外线、 射线、X 射线等作用下，醋酸乙烯容易发生自由基型聚合反应。十分纯净的醋酸乙烯在无氧情况下仅靠加热不会发生聚合。在引发剂作用下，醋酸乙烯能在较缓和的条件下发生聚合。根据聚醋酸乙烯的不同用途，工业上醋酸乙烯聚合的实施方法有很多种。用于制造聚乙烯醇纤维使用的聚醋酸乙烯，通常是以甲醇为溶剂采用溶剂聚合法制得。其主反应式为：主要副反应为：H2CCHCOOCH 3 + CH3OH CH 3COOCH3 + CH3CHOH2CCHCOOCH 3 + H2O CH 3COOH + CH3CHO图 2-1 醋酸乙烯溶液聚合工艺流程示意图1-引发剂配制槽 2-引发剂贮槽 3-计量泵 4-换热器 5-第一聚合釜 6.8-冷凝器 7.10- 泵 9-第二聚合釜 11-脱单体塔 12-醋酸乙烯- 甲醇分离塔 13-沉析槽n H2C=CH - H 2C CH -n + 89kJmol| |OCOCH3 OCOCH3吉林工业职业技术学院5图 2-l 为醋酸乙烯溶液聚合工艺流程示意图。精制的醋酸乙烯(VAC)和甲醇按一定配比经计量泵和换热器进入第一聚合釜，同时加入一定量的引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)甲醇溶液。单体在第一聚合釜中转化率约 40，然后在第二聚合釜中达到50左右。聚合后的物料用泵从第二聚合釜中送出，用甲醇稀释后进入脱单体塔。由塔釜流出聚醋酸乙烯的甲醇溶液，可用于醇解以制取聚乙烯醇，塔顶引出的醋酸乙烯和甲醇混合物，进行分离回收。2. 聚乙烯醇的制备2.1 聚乙烯醇的性质1. 物理性质 聚乙烯醇（ PVA）其充填密度约 0.200.48gcm 3，折射率为1.511.53。聚乙烯醇的熔点难于直接测定，因为它在空气中的分解温度低于熔融温度。用间接法测得其熔点在 230左右。不同立规程度的聚乙烯醇具有不同的熔点，其中 S-PVA(间规)熔点最高，A-PVA(无规)次之，I-PVA(等规)最低。聚乙烯醇的玻璃化温度约 80。玻璃化温度除与测定条件有关外，也与其结构有关。例如，随聚乙烯醇间规度的提高，玻璃化温度略有提高。聚乙烯醇中残存醋酸根量和含水量增加时，玻璃化温度都将随之降低。2化学性质 聚乙烯醇主链大分子上有大量仲羟基，在化学性质方面有许多与纤维素相似之处。聚乙烯醇可与多种酸、酸酐、酰氯等作用，生成相应的聚乙烯醇的酯。但其反应能力低于一般低分子醇类。聚乙烯醇的醚化反应较酯化反应容易进行。醚化反应后，聚乙烯醇分子间作用力有所减弱，制品的强度、软化点和亲水性等都