腈綸的化學組成和結構特征

1.化學組成
由于均聚丙烯腈制得的腈綸結晶度極高，不易染色，手感及彈性都較差，還常呈現脆性，不適應紡織加工和服用的要求，為此聚合時加入少量其他單體。一般的成纖聚丙烯腈大多采用三元共聚體或四元共聚體。通常將丙烯腈稱為第一單體，它是腈綸的主體，對纖維的許多化學、物理及力學性能起著主要的作用；第二單體為結構單體，加入量為５％ ～１０％，通常選用含酯基的乙烯基單體，如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或乙酸乙烯酯等，這些單體的取代基極性較氰基弱，基團體積又大，可以減弱聚丙烯腈大分子間的作用力，從而改善纖維的手感和彈性，克服纖維的脆性，也有利于染料分子進入纖維內部；第三單體又稱染色單體，是使纖維引入具有染色性能的基團，改善纖維的染色性能，一般選用可離子化的乙烯基單體，加入量為０．５％ ～３％。第三單體又可分為兩大類，一類是對陽離子染料有親和力，含有羧基或磺酸基的單體，如丙烯磺酸鈉、苯乙烯磷酸鈉、對甲基丙烯酰胺苯磺酸鈉、亞甲基丁二酸（又稱衣康酸）單
鈉鹽等，其中用磺酸基的單體，日曬色牢度較高，而羧基的單體日曬色牢度差，但染淺色時色澤較為鮮艷；另一類是對酸性染料有親和力，含有氨基、酰胺基、吡啶基的單體，如乙烯吡啶、２－甲基－５－乙基吡啶、丙烯基二甲胺等。顯然，因第二、第三單體的品種不同，用量不同，可得到不同的腈綸，染整加工時應予注意。
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2.形態結構
腈綸的界面隨溶劑及紡絲方法的不同而不同。用通常的圓形紡絲孔，采用硫氰酸鈉為溶劑的濕紡腈綸，其截面是圓形的；而以二甲基甲酰胺為溶劑紡腈綸，其截面是花生果形的。腈綸的縱向一般都較粗糙，似樹皮狀。
濕紡腈綸的結構中存在著微孔，微孔的大小和數量影響纖維的力學及染色性能。微孔的大小與共聚體的組成、紡絲成形的條件等有關。
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. w* K  m+ i0 X) ~9 s# x4 s3.聚集態結構
/ M1 r0 O9 @, {/ ^) E, U8 x由于側基—氰基的作用，聚丙烯腈大分子主鏈呈螺旋狀空間立體構象。在丙烯腈均聚物中引入第二單體、第三單體后，大分子側基有很大變化，增加了其結構和構象的不規則性。
, a! O' r+ O4 k腈綸中存在著與纖維軸平行的晶面，也就是說沿垂直于大分子鏈的方向（側向或徑向）存在一系列等距離排列的原子層或分子層，即大分子排列側向是有序的；而纖維中不存在垂直于纖維軸的晶面，也就是說沿纖維軸（即大分子縱向）原子的排列是沒有規則的，即大分子縱向無序。因此通常認為腈綸中沒有真正的晶體存在，而將這種只是側向有序的結構稱為蘊晶（或準晶）。正因此，腈綸的光學雙折射率為－０．００５。腈綸的聚集態結構與滌綸、錦綸不同，它沒有嚴格意義上的結晶部分，同時無定形區的規整度又高于其他纖維的無定形區。進一步研究認為，用側序分布的方法來描述腈綸的結構較為合適，其中準晶區是側序較高的部分，其余則可粗略地分為中等側序度部分和低側序度部分。
" v. o# A& r4 X3 ]7 k- o- G腈綸不能形成真正晶體的原因可以認為是聚丙烯腈大分子上含有體積較大和極性較強的側基———氰基（—ＣＮ），同一大分子上相鄰的氰基因極性方向相同而相斥，相鄰大分子間因氰基極性方向相反而相互吸引。