Poliacrilonitril (-CH2 - CH(CN)-) n - acrilonitril polimer , un polimer cu o greutate moleculară de 30-100 kDa , o densitate de 1,14-1,17 g/cm3 este utilizat în industrie . Temperatura de tranziție sticloasă ~85-90 °C, temperatura de descompunere ~250 °C.
Poliacrilonitrilul este insolubil în solvenți nepolari și cu polaritate scăzută (hidrocarburi, alcooli), solubil în solvenți aprotici polari ( dimetilformamidă , dimetil sulfoxid ), soluții apoase de electroliți cu putere ionică ridicată (soluții 50-70% de tiocianat de amoniu, potasiu, sodiu, bromură de litiu, clorură de zinc ), cu hidroliza grupării nitril - în soluții apoase de acizi tari.
Este utilizat pe scară largă în producția de fibre puternice rezistente termic și, de asemenea, ca copolimer în producția de cauciuc divinilnitrilic .
Poliacrilonitrilul este produs industrial prin polimerizarea radicalică omogenă (în soluții apoase de electroliți) sau eterogenă (în emulsii apoase) a acrilonitrilului.
În polimerizarea omogenă, soluțiile apoase de clorură de zinc sau tiocianat de sodiu sunt utilizate ca solvent, iar 2,2’-azo-bis-izobutironitril este cel mai adesea utilizat ca inițiator de polimerizare. Viteza procesului depinde în mod semnificativ de solvent: de exemplu, dacă într-o soluție apoasă de clorură de zinc durata sintezei este de 1-1,5 ore, atunci în dimetilformamidă este de 12-18 ore, solvenții trebuie purificați de impurități care provoacă terminarea lanțului. Procesul este efectuat la un grad de conversie a monomerului de 50-70%, acrilonitrilul nereacționat este îndepărtat din amestecul de reacție și se obține un polimer cu o distribuție relativ îngustă a greutății moleculare.
Avantajul polimerizării omogene este posibilitatea utilizării directe a soluției obținute de poliacrilonitril pentru formarea fibrelor polimerice.
În cazul polimerizării heterogene, o emulsie apoasă de acrilonitril care conține 12-25% monomer este utilizată ca amestec de reacție inițial, iar persulfatul de amoniu este utilizat ca inițiator de polimerizare . O caracteristică a acestui proces, care îl deosebește de polimerizarea în suspensie a monomerilor insolubili în apă (de exemplu, clorură de vinil ), este solubilitatea destul de mare a acrilonitrilului în apă (~ 7%), ceea ce duce la faptul că, în prezența a unui inițiator solubil în apă, polimerizarea are loc nu numai pe suprafața picăturilor de monomer, ci și în soluție apoasă. Acest lucru duce la auto-accelerarea procesului până la conversie de până la ~20% și formarea unui polimer cu o distribuție largă a greutății moleculare; polimerizarea este finalizată la conversia acrilonitril de 60-80%, după care polimerul este separat de suspensie, spălate, și uscate.
Comparativ cu un procedeu omogen, polimerizarea eterogenă produce un polimer cu o greutate moleculară medie mai mare, în timp ce datorită solubilității în acrilonitril a comonomerilor care sunt insolubili în condiții de proces omogene, compoziția copolimerilor obținuți poate fi variată mai mult.
Aproape tot poliacrilonitrilul produs este folosit pentru a produce fibre de poliacrilonitril.
Fibrele de poliacrilonitril Nitron (în URSS ), Orlon ( DuPont ), Dralon (Dralon GmbH) sunt obținute din poliacrilonitril sau din copolimeri de acrilonitril cu alți monomeri vinilici (metacrilat, acetat de vinil etc.). Fibrele sunt filate din soluție fie uscate, fie umede. Practic, nitronul este produs sub formă de fibre discontinue.
Fibrele de poliacrilonitril au o rezistență suficient de mare (stresul de rupere 250-400 MPa ), care poate fi crescută cu întindere suplimentară și o extensibilitate relativ mare (22-35%). Datorită higroscopicității scăzute, aceste proprietăți nu se modifică atunci când sunt umede.
Fibrele de nitron au rezistență maximă la lumină . În condiții de expunere combinată, lumina solară, fum, funingine, apă, acizi etc., în care fibrele celulozice hidratate sunt complet distruse, fibrele de poliacrilonitril își pierd rezistența cu doar 15%. Aceste fibre se caracterizează și prin rezistență ridicată la căldură: în procesul de expunere prelungită la o temperatură de 120-130 ° C, practic nu își schimbă proprietățile.
Dezavantajele fibrelor de poliacrilonitril includ higroscopicitatea lor scăzută, rigiditatea relativ ridicată și rezistența scăzută la abraziune.
Fibrele de nitron au un aspect asemănător lânii, conductivitate termică scăzută , a cărei performanță este apropiată de conductibilitatea termică a lânii . Sunt inerte la poluanți, astfel încât produsele fabricate din ei sunt ușor de curățat. Fibrele de nitron sunt folosite în principal ca înlocuitori de lână în producția de covoare, blană artificială, ca material termoizolant și ca aditiv pentru fibrele de lână.
Pentru a schimba proprietățile fibrelor, se folosesc diverse metode de modificare, în special sinteza copolimerilor, sinteza copolimerilor grefați și filarea dintr-un amestec de polimeri. Ca urmare a modificării, se îmbunătățește vopsibilitatea, crește hidrofilitatea, elasticitatea fibrelor, rezistența acestora la abraziune și deformații repetate.
Fibra de poliacrilonitril este, de asemenea, o materie primă pentru producerea fibrei de carbon prin piroliză oxidativă și stabilizare într-un gaz inert. Cu toate acestea, această metodă este slab justificată din punct de vedere economic din cauza costului ridicat al poliacrilonitrilului și, de asemenea, din punct de vedere al mediului datorită eliberării de substanțe extrem de toxice . [unu]
Procesul se desfășoară în două etape: prima este încălzirea în aer la 180-300°. În acest caz, oxigenul este absorbit și la o temperatură de ~ 220 ° C eliberarea de apă și amoniac , iar apoi la ~ 270 ° C - acid cianhidric . În această etapă de piroliză oxidativă, are loc ciclizarea intramoleculară și intermoleculară, ca urmare a ciclizării intramoleculare, apar secțiuni ale polimerului cu o structură în scări, ciclizarea intermoleculară duce la reticulare a lanțurilor polimerice liniare cu formarea unui negru spațial încrucișat. polimer legat, care, spre deosebire de poliacrilonitrilul inițial, este infuzibil și insolubil.
În a doua etapă, polimerul reticulat obținut ca urmare a pirolizei oxidative este încălzit la 1000-2000 ° C într-un mediu gazos inert, obținându-se fibră de carbon .
| Fibre textile | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| natural (natural) |
| ||||||
| Chimic |
| ||||||