原液質(zhì)量的影響分析與控制

李險(xiǎn)峰

摘 要：腈綸聚合是采用美國(guó)氰胺公司二步法水相懸浮聚合工藝，整個(gè)工藝流程均由計(jì)算機(jī)控制，生產(chǎn)原料以丙烯腈（AN）為第一單體，以醋酸乙烯酯（VA）為第二單體，氧化還原體系為引發(fā)劑，巰基乙醇（β-ME）為鏈轉(zhuǎn)移劑，上述物料經(jīng)聚合、終止、脫單、水洗、混合、脫水、漿化、溶解、過(guò)濾、脫泡等工序制成合格供紡原液，供紡絲生產(chǎn)。在每個(gè)生產(chǎn)工序過(guò)程中都存在著質(zhì)量的控制。原液質(zhì)量的控制關(guān)鍵是指溶解、脫泡?？刂频暮脡闹苯踊蜷g接地影響著腈綸纖維優(yōu)級(jí)品指標(biāo)。據(jù)此對(duì)原液溶解、脫泡工序原液質(zhì)量的影響因素進(jìn)行分析，并制定控制措施。

關(guān)鍵詞：水相懸浮聚合；丙烯腈；溶解；脫泡

1 裝置流程簡(jiǎn)述

首先將AN和VA被配制成混合單體，將NaClO3和CuSO4·5H2O配制成氧化劑，將NaHSO3配制成還原劑，然后將包括分子量調(diào)節(jié)劑βME，WDE“A”五股物料按一定比例加入到聚合釜中，在pH=2.4±0.3，釜溫60±0.5℃的條件下發(fā)生聚合反應(yīng)，生成聚丙烯腈聚合物。

從聚合釜溢流出來(lái)的聚合物，在聚合釜溢流口處加2%NaOH終止反應(yīng)后，進(jìn)入脫單塔中脫除其未反應(yīng)的單體，回收使用，脫去單體的物料在水洗機(jī)上洗去未脫凈的殘余單體和可溶性雜質(zhì)及低聚物，然后進(jìn)入混合罐。

經(jīng)混合罐混合后，在脫水機(jī)中脫去部分水，變成含固量45%的濾餅，進(jìn)入漿化罐中和56%的冷NaSCN按一定比例混合，對(duì)聚合物進(jìn)行溶脹處理。

溶脹后聚合物和熱NaSCN按一定比例進(jìn)行溶解，形成均一溶液，經(jīng)粗原液混合、第一次過(guò)濾，進(jìn)入脫泡塔，在負(fù)壓下脫除氣泡，然后進(jìn)入供紡原液貯罐，再經(jīng)第二次過(guò)濾后（消光時(shí)加TiO2），制備成質(zhì)量合格的原液，供給紡絲車間進(jìn)行紡絲。

2 裝置工藝原理

水相沉淀聚合是指用水作為介質(zhì)，單體在水中具有一定的溶解度，當(dāng)水溶性引發(fā)劑引發(fā)聚合時(shí)，聚合產(chǎn)物不溶于水而不斷地從水相中沉淀出來(lái)。水相沉淀聚合采用水溶性氧化——還原體系。引發(fā)劑分子活化能低，聚合可在低溫度下進(jìn)行，所得產(chǎn)物色澤較白。聚合反應(yīng)的反應(yīng)熱容易控制，從水相聚合得到的產(chǎn)品分子量分布較窄。聚合速度較快，粒子大小比較均一；聚合轉(zhuǎn)化率較高；聚合體含水量較低；漿狀液易于處理。對(duì)于紡絲溶解NaSCN濃水溶液純度要求不高，聚合所得的固體粒子，便于運(yùn)輸?shù)狡渌w廠。選用適當(dāng)?shù)难趸€原引發(fā)系統(tǒng)，可使丙烯腈大分子帶上磺酸基，因此第三單體用量可減少。

對(duì)于腈綸生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，需要增加聚合體溶解工序，因而在工藝上首先通過(guò)聚合得到固體聚合物，再溶解制成原液，脫泡后進(jìn)行紡絲。

3 原液質(zhì)量影響因素分析

3.1 高聚物溶解對(duì)原液質(zhì)量影響

高聚物的溶解同低分子溶解不同，低分子物質(zhì)溶解時(shí)，將溶質(zhì)加入溶劑中攪拌即可完全溶解，但高分子物質(zhì)由于分子量大，分子間作用力也大，溶劑分子不易滲透到大分子間，不能完全消除大分子間的作用力，因此高聚物如果也像低分子物質(zhì)那樣溶解就會(huì)產(chǎn)生沒(méi)有溶解的膠塊現(xiàn)象，把粉沫狀的聚丙烯腈摻進(jìn)溶解溶劑NaSCN中，一些細(xì)小粒子會(huì)集成團(tuán)，集團(tuán)外面包上一層粘度很高溶解的聚丙烯腈，這種粘度高的溶液對(duì)溶劑進(jìn)一步向里擴(kuò)散起到阻礙作用，使NaSCN分子不能滲透到集團(tuán)的內(nèi)部，集團(tuán)中間產(chǎn)生“白芯”，這樣外部粘度很大，而中間有“白芯”的集團(tuán)，我們稱之為膠塊，大膠塊在管道的流動(dòng)中會(huì)堵塞管道，小的膠塊會(huì)堵塞噴絲孔，因此膠塊的產(chǎn)生是我們所不希望的，為了防止膠塊的產(chǎn)生，高聚物溶解為二步：第一步，高聚物的溶脹即漿化；第二步，高聚物的溶液。

3.1.1 高聚物的溶脹。漿化罐的NaSCN加入由自控室控制，所謂的漿化就是溶劑分子擠進(jìn)大分子鏈之間，但還不能把大分子鏈完全“拆開”只能達(dá)到使分子鏈局部“拆開”，表現(xiàn)在宏觀上就是高聚物吸收溶劑膨脹起來(lái)，即增加了重量也增加了體積，為防止?jié){化時(shí)出現(xiàn)膠塊，向聚合物中加入冷的NaSCN，因?yàn)闇囟仁潜硎痉肿舆\(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度，溫度越高運(yùn)動(dòng)能量越大，即溶劑分子擠進(jìn)大分子間的能力也越大，因此加NaSCN的溫度比較低（一般情況下在60℃左右），即NaSCN分子的動(dòng)能低，只能部分進(jìn)入大分子間起到溶脹作用。漿化后溶劑的濃度也影響漿化的效果，溶劑濃度越高進(jìn)入大分子間的溶劑量也超高，發(fā)生溶劑的概率越大，因此溶劑的濃度不能太高，否則將在漿化階段發(fā)生溶解，為了維持NaSCN濃度的恒定，NaSCN進(jìn)料理與高聚物進(jìn)料（脫水機(jī)漿液進(jìn)料）成比例控制。

3.1.2 聚丙烯腈高聚物溶解。漿化后的聚丙烯腈，分子間作用力已顯著減少，這時(shí)的聚丙烯腈只是體積增大，重量增加，但還沒(méi)有溶解，還需要NaSCN分子繼續(xù)滲透到聚丙烯腈中，完全拆開大分子間的作用力，為了使NaSCN分子具有足夠的能量滲透到大分子中，將NaSCN加熱到116℃左右，與聚合漿液在勻漿機(jī)中混合（溶解A＼B線各配有兩臺(tái)勻漿機(jī)，以提高溶解效果），混合后的溶解溫度控制在78℃。在溶解罐中用攪拌器攪拌均勻，NaSCN分子的需要時(shí)間，為了保證溶解時(shí)的停留時(shí)間，原液從溶解罐A＼C罐是頂部出料，溶解時(shí)停留時(shí)間為6.8小時(shí)。

3.2 脫泡對(duì)原液質(zhì)量影響

聚合物的水洗，脫水是暴露在空氣中操作的，將有部分氣體混入聚合物中，另一方面在原液輸送過(guò)程中，由于機(jī)械攪拌的作用或泵的泄漏也會(huì)使原液混進(jìn)空氣，原液的粘度很高，在常壓靜止?fàn)顟B(tài)下，這些氣泡不易脫除，因噴絲孔的孔徑只有0.075～1毫米，直徑為0.03～0.04毫米的氣泡在原液中大量的存在，紡絲就不能正常進(jìn)行，氣泡直徑大于噴絲孔直徑會(huì)造成單纖維斷裂，而形成毛絲，給紡絲帶來(lái)困難，氣泡直徑小于噴絲孔直徑，氣泡殘留在纖維內(nèi)造成汽包絲，使給纖維產(chǎn)生空洞，在纖維的拉伸過(guò)程中，空洞纖維易斷裂，造成廢絲增加，因此為了減少毛絲和廢絲，在高真空條件下，必須將原液中的氣體脫除。

原液由輸送泵進(jìn)入中空式脫泡塔，經(jīng)過(guò)溢流堰，依靠重力作用沿塔壁緩慢流下，在真空脫泡的同時(shí)也有少量水分脫除，使原液聚丙烯腈濃度增加，水分脫除量的變化，使原液組分也變化，水在汽化時(shí)需要吸收熱量，使原液溫度下降，汽化的水量越多，水吸收的熱量越多，溫度下降就越大，這個(gè)溫度降即溫差表示了汽化水量的多少，在操作時(shí)，當(dāng)溫差大了，減少真空度，使水的沸點(diǎn)增加汽化量減少，反之增加真空度，汽化量增加，從而使水汽化一定，原液的組分也就恒定了。

4 操作控制

4.1 聚丙烯腈高聚物漿液脫水和漿化操作控制

（1）脫水機(jī)濾布破損、鋼絲壓繩裂開時(shí)，及時(shí)聯(lián)系更換濾布或修理，避免物料損失和外排污水SS超標(biāo)。漿化罐中NaSCN濃度增加，產(chǎn)生高聚物微溶。（2）避免脫水機(jī)溢流，否則造成漿化罐微溶。（3）避免脫水機(jī)底槽下料桶下料不暢通，嚴(yán)重時(shí)也能造成漿化罐微溶，在處理時(shí)還能造成含固量、NaSCN濃度降低。（4）避免攪拌不轉(zhuǎn)繼續(xù)向漿化罐進(jìn)料，這樣容易造成漿化罐中物料混合不充分，局部漿液NaSCN濃度迅速上升，容易造成微溶，形成生產(chǎn)事故，這種事故形成的時(shí)間較短，后果嚴(yán)重。（5）發(fā)現(xiàn)機(jī)封泄漏及時(shí)聯(lián)系處理，避免物料泄漏造成損失，也要避免機(jī)封水向物料泄漏，是聚合物漿液含固量降低，造成生產(chǎn)波動(dòng)。

4.2 聚丙烯腈溶解時(shí)操作控制

（1）NaSCN水溶液的濃度必需大于臨界濃度（25℃時(shí)約為35%）。（2）保證溶解溫度。（3）必須保證溢流，保證溶解時(shí)間。（4）保證NaSCN流量與漿液流量進(jìn)料比例匹配。（5）保證勻漿機(jī)運(yùn)行正常。（6）保證溶解罐攪拌運(yùn)行正常。

4.3 原液脫泡的操作控制

（1）溫度：溫度越高，原液的粘度越小，汽泡脫除的阻力也越小，脫泡效果較好。（2）溫差：溫差是水分汽化量的度量，溫差越大，水分汽化量越大，原液中的聚合物含量增高，粘度越大，不利于紡絲，因此溫差應(yīng)維持一定。（3）粘度：原液粘度越高，汽泡脫除阻力越大，脫泡效果越差。（4）薄膜厚度：原液在脫泡塔壁上形成薄膜，薄膜的厚度越小，汽泡在脫除過(guò)程中經(jīng)過(guò)距離越短，脫泡效果越好。