二步法易纺液的制备方法

二步法就是将聚合和纺丝分两步进行，聚合反应在水的介质中进行，所得聚丙烯腈自反应体系中析出，经分离、干燥后得到粉状固体，再将它溶于适当的溶剂中制得纺丝原液。下面以二甲基甲酰胺为溶剂说明二步法的工艺流程。

（一）工艺流程

原液制备工序的作用是将聚合物粉末用二甲基甲酰胺（DMF）溶解，同时加入二乙烯三胺五醋酸（DTPA）、二氧化钛（TiO2）等助剂，制成符合纺丝要求的聚合物溶液。

来自聚合工序的干燥聚合物，经粉碎后储存在聚合物计量料仓内，通过料仓底部的螺旋给料器把聚合物粉末输送至质量流量计，计量后靠自重进入马可喷淋室。与溶剂（DMF）以及加入的浅色剂（DTPA）混合。DTPA能与红色的Fe3+和绿色的Fe2+反应，生成金属螯合物，不仅可降低原液色泽。另外，DTPA能电离出H+，中和溶剂DMF中的碱性物质，防止聚丙烯腈因PH值升高而引起的水解，即阻止黄色脒基的生成，也能改善原液的颜色。

聚合物粉末在喷淋室中与含有助剂的溶剂DMF（在生产半消光纤维时，需加入消光剂TiO2浆液）混合，使聚合物润湿，润湿后的聚合物连续流入马可混合机进一步溶胀并溶解，也可同时兑入部分废丝原液，经混合后进入原液混合槽，使聚合物充分溶解，成为均匀的原液，然后送入原液储槽，用增压泵送至纺丝工序。

原液制备流程见图5-7。

图5-7　原液工艺流程图

比较一步法与二步法，各有其优缺点。一步法生产流程短，连续化程度高，易实现高度自动化，省去脱水、干燥、溶解等工序，因此基建投资较少。但一步法反应中的不合格聚合物不易分离，而且溶剂、单体带入的以及反应中产生的杂质均为原液的组成部分，对纺丝过程和纤维质量都会产生影响。又由于溶剂一道参加聚合反应，因此对溶剂质量要求高。二步法工艺流程较长，连续化程度较差，但聚合中不合格产品可被分离，聚合物经洗涤，不带反应中产生的杂质和未反应单体，因而配制的纺丝液纯度较高、无有害物质，纺丝稳定，易制得具有特殊功能的新品种，聚合物分离后可长期储存，溶剂选择面广，对溶剂质量要求低。

当然，二步法制备纺丝溶液时也可以选择以硫氰酸钠水溶液为溶剂。(www.xing528.com)

（二）以硫氰酸钠水溶液为溶剂

一般盐溶液的离子都是溶剂化的。当盐溶液的浓度很低时，溶剂化的阳离子和阴离子可以独立存在。随着盐溶液浓度的增高，离解度便降低，两类离子的溶剂化层交错在一起；当溶液浓度达到相当高时，无机盐可以完全转变成溶剂化分子。当硫氰酸钠水溶液中含有3.96mol/L的NaSCN时，水溶液完全溶剂化，无游离水分子存在。当加入聚丙烯腈时，聚丙烯腈中的氰基参与溶剂化层的组成，在硫氰酸钠水溶液浓度达到43%～45%时，大分子处于溶剂系统的包围之中，使得固体的聚丙烯腈转化成高分子溶液。当硫氰酸钠水溶液浓度达到50%左右时，聚丙烯腈中的氰基与溶剂系统构成的溶剂化层是最适宜的，此时溶液的黏度最低。如果硫氰酸钠溶液浓度继续增高，则溶剂化程度降低，大分子间相互作用力增大，溶液的黏度反而回升（图5-8）。

图5-8　硫氰酸钠水溶液浓度对12%聚丙烯腈溶液黏度的影响

生产上所用溶解聚丙烯腈的硫氰酸钠水溶液浓度下限为44%，上限是55%～57%，这时纺丝溶液中高聚物浓度一般为10%～13%，其变动范围主要取决于共聚物的组成、相对分子质量及其分布。

在选择聚丙烯腈溶剂时，也应综合考虑溶剂对聚丙烯腈的化学稳定性、溶解能力、沸点、汽化潜热、毒性、安全性、腐蚀性、可回收性及价格等多重因素。表5-2给出几种常用溶剂的性能。

表5-2　聚丙烯腈纺丝溶剂的性能

①DMAc为二甲基乙酰胺，②DMSO为二甲基亚砜，②EC为碳酸乙酯。