聚乙烯醇纤维精选ppt

聚乙烯醇纤维 以聚乙烯醇为原料纺丝制得的合成纤维 将这种纤维经甲醛处理所得到聚乙烯醇纤维 中国称维纶 国际上称维尼纶 比较低分子量聚乙烯醇为原料经纺丝制得的纤维是水溶性的 称为水溶性聚乙烯醇纤维 一般的聚乙烯醇纤维不具备必要的耐热水性 实际应用价值不大 聚乙烯醇缩甲醛纤维具有柔软 保暖等特性 尤其是吸湿率 可达5 在合成纤维诸品种中是比较高的 故有合成棉花之称 但其耐热性差 软化点只有120 聚乙烯醇的合成 结构和性质一 聚乙烯醇的合成 聚乙烯醇的化学结构为 C2H4O n 相应的单体帷乙烯醇CH2 CHOH 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 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 HC CH CH3COOH H2C CH OCOCH3 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 1 2O2 H2C CH H2O OCOCH3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 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 nH2C CH H2C CH n 89kJ mol OCOCH3OCOCH3二 聚乙烯醇的制备目前生产成纤用聚乙烯醇都是将聚醋酸乙烯在甲醇或氢氧化钠作用下进行醇解反应而得 H2C CH n CH3OH NaOH H2C CH n nCH3COOCH3 OCOCH3OH H2C CH n nNaOH H2C CH n nCH3COONa OCOCH3OH 二 聚乙烯醇的结构和性质 1 聚乙烯醇的结构在聚乙烯醇分子中存在着两种化学结构 即1 3和1 2乙二醇结构 但主要的结构是1 3乙二醇结构 即 头 尾 结构 聚乙烯醇的聚合度分为超高聚合度 分子量25 30万 高聚合度 分子量17 22万 中聚合度 分子量12 15万 和低聚合度 2 5 3 5万 CH2 CHOH CH2 CH0H CH2 CHOH 头尾连接 CH2 CHOH CHOH CH2 CH2 CH2 CHOH 头头连接聚乙烯醇的聚合度分为超高聚合度 分子量25 30万 高聚合度 分子量17 22万 中聚合度 分子量12 15万 和低聚合度 2 5 3 5万 醇解度一般有78 88 98 三种 部分醇解的醇解度通常为87 89 完全醇解的醇解度为98 100 常取平均聚合度的千 百位数放在前面 将醇解度的百分数放在后面 如17 88即表聚合度为1700 醇解度为88 一般来说 聚合度增大 水溶液粘度增大 成膜后的强度和耐溶剂性提高 但水中溶解性 成膜后伸长率下降 2 聚乙烯醇的性质 1 物理性质聚乙烯醇的物理性质受化学结构 醇解度 聚合度的影响 聚乙烯醇 PVA 其充填密度约0 20 0 48g cm3 折射率为1 51 1 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 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有所降低 在聚乙烯醇水溶液中加入少量硼酸 其粘度将明显增大 这种变化与介质的pH值关系密切 当介质的pH值偏于碱性时 硼酸与聚乙烯醇发生分子间反应 使溶液粘度剧增 以致形成凝胶 聚乙烯醇水溶液与氢氧化钠反应 其粘度增加的速度较之添加硼酸更快 因此 可以利用氢氧化钠水溶液作为聚乙烯醇纺丝的凝固剂 在酸性催化剂作用下 聚乙烯醇可与醛发生缩醛化反应 缩醛化反应既可在均相中进行 也可在非均相中进行 不过均相反应所得产物的缩醛化基团分布均匀 其缩醛化物的强度 弹性模量以及耐热性等都有所降低 当进行非均相反应时 在控制适当的条件下 由于缩醛化基团分布不均匀 并主要发生在非晶区 故对生成物的力学性能影响不大 而耐热性还有所提高 聚乙烯醇纤维的生产工艺 一 生产和流程一 纺丝原液的制备目前大规模生产中都以水为溶剂配制聚乙烯醇 PVA 纺丝原液 其工艺流程如下 PVA 水洗 脱水 精PVA 溶解 混合 过滤 脱泡 纺丝原液二 纺丝成形聚乙烯醇纤维既可采用湿法纺丝成形 也可采用干法纺丝成形 一般湿法成形用于生产短纤维 干法成形用于制造某些专用的长丝 1 湿法纺丝成形与其它湿法成形的化学纤维相似 聚乙烯醇纺丝原液被送至纺丝机 由供液管道分配给各纺丝位 经计量泵 烛形过滤器送至喷丝头 自喷丝孔挤出后成为纺丝细流 在凝固浴中凝固成为初生纤维 经进一步后处理而得成品纤维 2 干法纺丝成形 聚乙烯醇干法纺丝主要用于生产长丝 其纤维具有线密度低 截面结构均匀 强度高 伸度低 模量高 染色性能好以及外观和手感近似蚕丝等特点 聚乙烯醇干法纺丝中 原液浓度一般为30 40 较高的原液浓度可使纺丝时所应挥发的水分量相对减少 以提高纺丝速度 由于原液浓度较高 使原液制备以及纺前准备等比较复杂 同时由于水的蒸发潜热较大 纺丝时所需热量较之其它干法纺丝的合成纤维多 纺丝速度也相应较低 一般只有数十米 喷丝头孔数较少 故生产能力较之湿法纺丝低得多 为了增加溶剂的挥发性 借以提高纺丝速度 有人建议在水中添加适量甲醇 乙醇或丙酮等有机溶剂 借以提高水的相对挥发度 以提高纺丝速度 但随着添加量的增加 原液稳定性和可纺性变差 三 后加工聚乙烯醇纤维后加工一般包括拉伸 热定型 缩醛化 水洗 上油 干燥等工序 生产短纤维还包括丝束的切断或牵切 生产长丝则还需要加捻和络筒等 与其它化学纤维生产过程相比 通常聚乙烯醇纤维生产中还需要进行缩醛化处理 以进一步提高其耐热水性 但对某些专用纤维则可省去缩醛化工序 如帘子线 水溶性纤维等 1 拉伸拉伸过程中 纤维大分子在外力作用下沿纤维轴向择优排列 取向度和结晶度都有明显提高 在实际生产中 聚乙烯醇纤维的拉伸一般是在不同介质中分段进行的 其所能承受的最大拉伸倍数约10 12倍 2 热处理聚乙烯醇纤维的热处理与一般化学纤维相比除具有提高纤维尺寸稳定性 进一步改善物理机械性能的目的外 还有一个重要作用 提高纤维的耐热水性 使纤维能够承受后续的缩醛化处理 聚乙烯醇纤维在热处理过程中 在除去剩余水分和大分子间形成氢键的同时 纤维的结晶度可达60 左右 随着结晶度的提高 纤维中大分子的自由羟基减少 耐热水性即水中软化点得到提高 聚乙烯醇纤维的热处理有湿热处理和干热处理两种形式 实际生产中以热空气作为介质的干热处理为多 长丝束状聚乙烯醇纤维的干热处理温度以225 240 为好 相应的热处理时间为lmin左右 短纤维的干热处理时间较长 约为6 7min 温度以215 225 为宜 热处理中给予适当的热收缩 也有利于提高纤维的结晶度和水中的软化点 一般控制收缩5 10 3 缩醛化纺丝 拉伸和热处理后的聚乙烯醇纤维已具有良好的力学性能 但纤维的耐热水性仍较差 在接近沸点的水中 其收缩率过大 为了改进纤维的耐热水性 需要进行缩醛化处理 实际生产中 缩醛化温度一般控制在70 左右 温度过低 缩醛化反应慢 缩醛度低 温度太高 甲醛损失量增大 劳动条件恶化 缩醛化时间的长短因生产形式而异 如喷淋式的缩醛化时间为20 30min 浸没式为10 12min 缩醛度一般为25 30 聚乙烯醇的性能与应用 一 聚乙烯醇纤维的性能聚乙烯醇纤维的最大特点的是它的性状与棉花十分接近1 具有很好的机械性能 其强度高 模量高 伸度低 2 耐酸碱性 抗化学药品性强 3 耐光性 在长时间的日照下 纤维强度损失率低 4 耐腐蚀性 纤维埋入地下长时间不发霉 不腐烂 不虫蛀 5 纤维具有良好的分散性 纤维不粘连 水中分散性好 6 纤维与水泥 塑料等的亲和性好 粘合强度高 7 吸湿性好 可代替棉花做民用衣物对人体和环境无毒无害 缺点 1 耐热水性差2 弹性差 其织物易折皱3 染色性差且色泽不鲜艳 2 应用 聚乙烯醇纤维在工业领域中可用于制作帆布 防水布 滤布 运输带 包装材料 工作服 渔网和海上作业用缆绳 高强度 高模量长丝可用作运输带的骨架材料 各种胶管 胶布和胶鞋的衬里材料 还可制作自行车胎帘子线 由于这种纤维能耐水泥的碱性 且与水泥的粘结性和亲合性好 可代替石棉作水泥制品的增强材料 可与棉混纺 制作各种衣料和室内用品 也可生产针织品 但耐热性差 制得的织物不挺括 且不能在热水中洗涤 此外 在无纺布 造纸等方面也有使用价值 聚乙烯醇纤维可与其他纤维混纺 再在纺织加工后被溶去 得到细纱高档纺织品 也可制得无捻纱或无纬毯 还可作为粘合剂用于造纸 以提高纸的强度和韧性 此外 还可制特殊用途的工作服 手术缝合线等 聚乙烯醇的改性和新品种 聚乙烯醇重要的改性品种是氯乙烯 聚乙烯醇接枝共聚纤维 中国称为维氯纶 它以低聚合