聚乙烯醇纖維ppt課件

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，中國稱維綸，國際上稱維尼綸。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，實際應用價值不大。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,軟化點只有120。,聚乙烯醇的合成、結構和性質(zhì)一、聚乙烯醇的合成,聚乙烯醇的化學結構為C2H4On，相應的單體帷乙烯醇CH2=CHOH。由于游離態(tài)的乙烯醇極不穩(wěn)定，不能單獨存在，所以要獲得具有實用價值的聚乙烯醇，通常以醋酸乙烯為單體進行聚合，進而醇解或水解制成聚乙烯醇。1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制得醋酸乙烯。HCCH+CH3COOHH2C=CHOCOCH3（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，加壓下反應制得醋酸乙烯。H2C=CH2+CH3COOH+1/2O2H2C=CH+H2OOCOCH3以上所得醋酸乙烯是一種無色透明液體，易流動，揮發(fā)性強，略有毒性，對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溶劑。,2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。十分純凈的醋酸乙烯在無氧情況下僅靠加熱不會發(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。其主反應式為：nH2C=CH-H2CCH-n+89kJmol|OCOCH3OCOCH3二、聚乙烯醇的制備目前生產(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行醇解反應而得。-H2CCH-n+CH3OHNaOH=-H2CCH-n+nCH3COOCH3|OCOCH3OH-H2CCH-n+nNaOH-H2CCH-n+nCH3COONa|OCOCH3OH,二、聚乙烯醇的結構和性質(zhì),1、聚乙烯醇的結構在聚乙烯醇分子中存在著兩種化學結構，即1,3和1,2乙二醇結構，但主要的結構是1,3乙二醇結構，即“頭尾”結構。聚乙烯醇的聚合度分為超高聚合度（分子量2530萬）、高聚合度（分子量1722萬）、中聚合度（分子量1215萬）和低聚合度253.5萬。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）、高聚合度（分子量1722萬）、中聚合度（分子量1215萬）和低聚合度253.5萬。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，將醇解度的百分數(shù)放在后面，如1788即表聚合度為1700,醇解度為88%。一般來說，聚合度增大，水溶液粘度增大，成膜后的強度和耐溶劑性提高，但水中溶解性、成膜后伸長率下降。,2、聚乙烯醇的性質(zhì)（1）物理性質(zhì)聚乙烯醇的物理性質(zhì)受化學結構、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。聚乙烯醇的熔點難于直接測定，因為它在空氣中的分解溫度低于熔融溫度。用間接法測得其熔點在230左右。不同立規(guī)程度的聚乙烯醇具有不同的熔點。,（2）化學性質(zhì)聚乙烯醇主鏈大分子上有大量仲羥基，在化學性質(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，生成相應的聚乙烯醇的酯。但其反應能力低于一般低分子醇類。聚乙烯醇的醚化反應較酯化反應容易進行。醚化反應后，聚乙烯醇分子間作用力有所減弱，制品的強度、軟化點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值關系密切。當介質(zhì)的pH值偏于堿性時，硼酸與聚乙烯醇發(fā)生分子間反應，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，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。縮醛化反應既可在均相中進行，也可在非均相中進行。不過均相反應所得產(chǎn)物的縮醛化基團分布均勻，其縮醛化物的強度、彈性模量以及耐熱性等都有所降低。當進行非均相反應時，在控制適當?shù)臈l件下，由于縮醛化基團分布不均勻，并主要發(fā)生在非晶區(qū)，故對生成物的力學性能影響不大，而耐熱性還有所提高。,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絲。1濕法紡絲成形與其它濕法成形的化學纖維相似，聚乙烯醇紡絲原液被送至紡絲機，由供液管道分配給各紡絲位，經(jīng)計量泵、燭形過濾器送至噴絲頭，自噴絲孔擠出后成為紡絲細流，在凝固浴中凝固成為初生纖維，經(jīng)進一步后處理而得成品纖維。,2干法紡絲成形,聚乙烯醇干法紡絲主要用于生產(chǎn)長絲。其纖維具有線密度低、截面結構均勻、強度高、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。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所應揮發(fā)的水分量相對減少，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備等比較復雜。同時由于水的蒸發(fā)潛熱較大，紡絲時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、乙醇或丙酮等有機溶劑，借以提高水的相對揮發(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)長絲則還需要加捻和絡筒等。與其它化學纖維生產(chǎn)過程相比，通常聚乙烯醇纖維生產(chǎn)中還需要進行縮醛化處理，以進一步提高其耐熱水性。但對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。,1拉伸拉伸過程中，纖維大分子在外力作用下沿纖維軸向擇優(yōu)排列，取向度和結晶度都有明顯提高。在實際生產(chǎn)中，聚乙烯醇纖維的拉伸一般是在不同介質(zhì)中分段進行的。其所能承受的最大拉伸倍數(shù)約1012倍。2熱處理聚乙烯醇纖維的熱處理與一般化學纖維相比除具有提高纖維尺寸穩(wěn)定性、進一步改善物理機械性能的目的外，還有一個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程中，在除去剩余水分和大分子間形成氫鍵的同時，纖維的結晶度可達60左右。隨著結晶度的提高，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。實際生產(chǎn)中以熱空氣作為介質(zhì)的干熱處理為多。長絲束狀聚乙烯醇纖維的干熱處理溫度以225240為好，相應的熱處理時間為lmin左右。短纖維的干熱處理時間較長，約為67min，溫度以215225為宜。熱處理中給予適當?shù)臒崾湛s，也有利于提高纖維的結晶度和水中的軟化點，一般控制收縮510。,3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性能。但纖維的耐熱水性仍較差，在接近沸點的水中，其收縮率過大。為了改進纖維的耐熱水性，需要進行縮醛化處理。實際生產(chǎn)中，縮醛化溫度一般控制在70左右。溫度過低，縮醛化反應慢，縮醛度低；溫度太高，甲醛損失量增大，勞動條件惡化。縮醛化時間的長短因生產(chǎn)形式而異，如噴淋式的縮醛化時間為2030min，浸沒式為1012min。縮醛度一般為2530。,聚乙烯醇的性能與應用,一、聚乙烯醇纖維的性能聚乙烯醇纖維的最大特點的是它的性狀與棉花十分接近1、具有很好的機械性能，其強度高、模量高、伸度低。2、耐酸堿性、抗化學藥品性強。3、耐光性：在長時間的日照下，纖維強度損失率低。4、耐腐蝕性：纖維埋入地下長時間不發(fā)霉、不腐爛、不蟲蛀。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，粘合強度高。7、吸濕性好，可代替棉花做民用衣物對人體和環(huán)境無毒無害。缺點：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,2，應用,聚乙烯醇纖維在工業(yè)領域中可用于制作帆布、防水布、濾布、運輸帶、包裝材料、工作服、漁網(wǎng)和海上作業(yè)用纜繩。高強度、高模量長絲可用作運輸帶的骨架材料、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，且與水泥的粘結性和親合性好，可代替石棉作水泥制品的增強材料?？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，在無紡布、造紙等方面也有使用價值。聚乙烯醇纖維可與其他纖維混紡，再在紡織加工后被溶去,得到細紗高檔紡織品,也可制得無捻紗或無緯毯。還可作為粘合劑用于造紙，以提高紙的強度和韌性。此外，還可制特殊用途的工作服、手術縫合線等。,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，中國稱為維氯綸。它以低