Полиакрилонитрил: различия между версиями
[отпатрулированная версия] | [отпатрулированная версия] |
м робот добавил: es:Poliacrilonitrilo |
Функция «Добавить ссылку»: добавлено 3 ссылки. |
||
(не показаны 34 промежуточные версии 22 участников) | |||
Строка 1: | Строка 1: | ||
[[Файл:Polyacrylonitril.svg|thumb|100px|Структура полиакрилонитрила]] |
|||
⚫ | |||
'''Полиакрилонитрил''' (-CH<sub>2</sub>-CH(CN)-)<sub>n</sub> — [[полимер]] [[акрилонитрил]]а, в промышленности используется полимер с [[Молекулярная масса|молекулярной массой]] 30-100 [[кДа]], плотностью 1.14-1.17 г/см<sup>3</sup>. [[Температура стеклования]] ~85-90 °C, разложения ~250 °C.{{нет источников в разделе|дата=2013-10-30}} |
|||
⚫ | |||
Полиакрилонитрил нерастворим в неполярных и малополярных растворителях (углеводороды, спирты), растворим в полярных [[Протонные и апротонные растворители|апротонных растворителях]] ([[диметилформамид]]е, [[диметилсульфоксид]]е), водных растворах [[электролит]]ов с высокой [[Ионная сила раствора|ионной силой]] (50-70 % растворах роданидов аммония, калия, натрия, бромида лития, [[Хлорид цинка|хлорида цинка]]), с гидролизом нитрильной группы — в водных растворах сильных кислот. |
|||
Из полиакрилонитрила также вырабатывают [[углеволокно]] путём [[пиролиз]]а и стабилизация в инертном газе. |
|||
⚫ | |||
⚫ | Полиакрилонитрильные волокна обладают достаточно высокой [[прочность]]ю (разрывное напряжение 250—400 [[МПа]]), которую можно увеличить при дополнительном вытягивании, и сравнительно большой растяжимостью ( |
||
== Синтез и производство == |
|||
⚫ | Нитроновые волокна имеют максимальную [[светостойкость]]. В условиях комбинированного воздействия, солнечного света, дыма, копоти, воды, кислот и |
||
Полиакрилонитрил в промышленности получают гомогенной (в водных растворах электролитов) либо гетерогенной (в водных эмульсиях) радикальной полимеризацией акрилонитрила. |
|||
При гомогенной полимеризации в качестве растворителя используют водные растворы хлорида цинка или роданида натрия, в качестве инициатора полимеризации чаще всего применяется 2,2'-азо-бис-изобутиронитрил. Скорость процесса существенно зависит от растворителя: так, если в водном растворе хлорида цинка длительность синтеза составляет 1—1,5 часа, то в диметилформамиде — 12—18 часов, растворители должны быть очищены от примесей, вызывающих обрыв цепи. Процесс ведут до степени конверсии мономера в 50—70 %, непрореагировавший акрилонитрил удаляют из реакционной смеси, при этом получается полимер с относительно узким молекулярно-массовым распределением. |
|||
⚫ | |||
Преимуществом гомогенной полимеризации является возможность непосредственного использования полученного раствора полиакрилонитрила для формирования полимерных волокон. |
|||
⚫ | Нитроновые волокна имеют шерстоподобный вид, низкую [[теплопроводность]], показатели которой близки к |
||
В случае гетерогенной полимеризации в качестве исходной реакционной смеси используется водная эмульсия акрилонитрила с содержанием 12—25 % мономера, в качестве инициатора полимеризации — [[персульфат аммония]]. Особенностью этого процесса, отличающего его от суспензионной полимеризации водонерастворимых мономеров (например, [[винилхлорид]]а), является достаточно высокая растворимость акрилонитрила в воде (~7 %), что ведёт к тому, что в присутствии водорастворимого инициатора полимеризация идёт не только на поверхности капель мономера, но и в водном растворе. Это приводит к самоускорению процесса вплоть до степени конверсии ~20 % и образованию полимера с широким молекулярно-массовым распределением, полимеризацию завершают при степени конверсии акрилонитрила в 60—80 %, после чего полимер выделяется из суспензии, промывается и сушится. |
|||
По сравнению с гомогенным процессом при гетерогенной полимеризации получается полимер с более высокой средней молекулярной массой, при этом, за счет растворимости в акрилонитриле сомономеров, нерастворимых в условиях гомогенного процесса, можно более широко варьировать состав получаемых сополимеров. |
|||
Практически весь производимый полиакрилонитрил используется для получения полиакрилонитрильных волокон. |
|||
== Полиакрилонитрильные волокна == |
|||
⚫ | Полиакрилонитрильные волокна [[нитрон]] (в [[СССР]]), Orlon ([[DuPont]]), Dralon (Dralon GmbH) получают из полиакрилонитрила или из сополимеров акрилонитрила с другими виниловыми мономерами (метакрилатом, винилацетатом и др.). Волокна формуют из раствора сухим или мокрым способом. В основном нитрон вырабатывают в виде штапельного волокна. |
||
⚫ | |||
⚫ | Нитроновые волокна имеют максимальную [[светостойкость]]. В условиях комбинированного воздействия, солнечного света, дыма, копоти, воды, кислот и т. п., в которых гидратцеллюлозные волокна полностью разрушаются, полиакрилонитрильные волокна теряют прочность всего на 15 %. Эти волокна характеризуются также высокой термостойкостью: в процессе длительного выдерживания при температуре 120—130° С они практически не изменяют своих свойств. |
||
⚫ | |||
⚫ | Нитроновые волокна имеют шерстоподобный вид, низкую [[теплопроводность]], показатели которой близки к теплопроводности [[шерсть|шерсти]]. Они обладают [[инертность]]ю к загрязнителям, поэтому изделия из них легко очищаются. Используются нитроновые волокна главным образом как заменители шерсти при производстве ковров, искусственного меха, как теплоизоляционный материал и добавка к шерстяным волокнам. |
||
Для изменения свойств волокон используют различные методы модификации, в частности синтез сополимеров, синтез привитых сополимеров, формование из смеси полимеров. В результате модификации улучшается окрашиваемость, повышается гидрофильность, эластичность волокон, устойчивость их к истиранию и многократным деформациям. |
Для изменения свойств волокон используют различные методы модификации, в частности синтез сополимеров, синтез привитых сополимеров, формование из смеси полимеров. В результате модификации улучшается окрашиваемость, повышается гидрофильность, эластичность волокон, устойчивость их к истиранию и многократным деформациям. |
||
== Пиролиз полиакрилонитрила == |
|||
{{organic-compound-stub}} |
|||
Полиакрилонитриловое волокно также является сырьём для производства [[углеволокно|углеволокна]] путём окислительного [[пиролиз]]а и стабилизации в инертном газе. Однако данный способ слабо оправдан экономически из-за дороговизны полиакрилонитрила, а также экологически - из-за выделения [[Сильнодействующие ядовитые вещества|чрезвычайно токсичных веществ]].<ref name="usa">[http://chem21.info/page/188151038059127125014135039020206117167195184189/ Химическая промышленность США. Том 2, под ред.Коренькова Г.Л., 1972 год, с.620, стр.399]</ref> |
|||
{{rq|sources|image|wikify}} |
|||
Процесс проводят в две стадии: первая — нагрев на воздухе при 180—300°. При этом происходит поглощение кислорода и при температуре ~220 °C выделение воды и [[аммиак]]а и далее при ~270 °C — [[Синильная кислота|синильной кислоты]]. В ходе этой стадии окислительного пиролиза происходит внутримолекулярная и межмолекулярная циклизация, в результате внутримолекулярной циклизации возникают участки полимера с лестничной структурой, межмолекулярная циклизация приводит к сшивке цепей линейного полимера с образованием черного пространственно-сшитого полимера, который, в отличие от исходного полиакрилонитрила, неплавок и нерастворим. |
|||
На второй стадии полученный в результате окислительного пиролиза сшитый полимер нагревают до 1000—2000 °C в среде инертного газа, получая [[углеволокно]]. |
|||
== Примечания == |
|||
{{примечания}} |
|||
{{нет ссылок|дата=25 мая 2021}} |
|||
{{Текстильные волокна}} |
|||
[[Категория:Полимеры]] |
[[Категория:Полимеры]] |
||
[[Категория:Теплоизоляционные материалы]] |
[[Категория:Теплоизоляционные материалы]] |
||
[[Категория:Синтетические волокна]] |
|||
[[cs:Polyakrylnitrilová vlákna]] |
|||
[[de:Polyacrylnitril]] |
|||
[[en:Polyacrylonitrile]] |
|||
[[es:Poliacrilonitrilo]] |
|||
[[fr:Polyacrylonitrile]] |
|||
[[it:Poliacrilonitrile]] |
|||
[[ja:ポリアクリロニトリル]] |
|||
[[pl:Poliakrylonitryl]] |
|||
[[pt:Poliacrilonitrila]] |
|||
[[sv:Kanekalon]] |
|||
[[uk:Поліакрилонітрил]] |
Текущая версия от 15:45, 23 марта 2022
Полиакрилонитрил (-CH2-CH(CN)-)n — полимер акрилонитрила, в промышленности используется полимер с молекулярной массой 30-100 кДа, плотностью 1.14-1.17 г/см3. Температура стеклования ~85-90 °C, разложения ~250 °C.
В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
Полиакрилонитрил нерастворим в неполярных и малополярных растворителях (углеводороды, спирты), растворим в полярных апротонных растворителях (диметилформамиде, диметилсульфоксиде), водных растворах электролитов с высокой ионной силой (50-70 % растворах роданидов аммония, калия, натрия, бромида лития, хлорида цинка), с гидролизом нитрильной группы — в водных растворах сильных кислот.
Широко применяется в производстве прочных термически стойких волокон, а также в качестве сополимера в производстве дивинилнитрильного каучука.
Синтез и производство
[править | править код]Полиакрилонитрил в промышленности получают гомогенной (в водных растворах электролитов) либо гетерогенной (в водных эмульсиях) радикальной полимеризацией акрилонитрила.
При гомогенной полимеризации в качестве растворителя используют водные растворы хлорида цинка или роданида натрия, в качестве инициатора полимеризации чаще всего применяется 2,2'-азо-бис-изобутиронитрил. Скорость процесса существенно зависит от растворителя: так, если в водном растворе хлорида цинка длительность синтеза составляет 1—1,5 часа, то в диметилформамиде — 12—18 часов, растворители должны быть очищены от примесей, вызывающих обрыв цепи. Процесс ведут до степени конверсии мономера в 50—70 %, непрореагировавший акрилонитрил удаляют из реакционной смеси, при этом получается полимер с относительно узким молекулярно-массовым распределением.
Преимуществом гомогенной полимеризации является возможность непосредственного использования полученного раствора полиакрилонитрила для формирования полимерных волокон.
В случае гетерогенной полимеризации в качестве исходной реакционной смеси используется водная эмульсия акрилонитрила с содержанием 12—25 % мономера, в качестве инициатора полимеризации — персульфат аммония. Особенностью этого процесса, отличающего его от суспензионной полимеризации водонерастворимых мономеров (например, винилхлорида), является достаточно высокая растворимость акрилонитрила в воде (~7 %), что ведёт к тому, что в присутствии водорастворимого инициатора полимеризация идёт не только на поверхности капель мономера, но и в водном растворе. Это приводит к самоускорению процесса вплоть до степени конверсии ~20 % и образованию полимера с широким молекулярно-массовым распределением, полимеризацию завершают при степени конверсии акрилонитрила в 60—80 %, после чего полимер выделяется из суспензии, промывается и сушится.
По сравнению с гомогенным процессом при гетерогенной полимеризации получается полимер с более высокой средней молекулярной массой, при этом, за счет растворимости в акрилонитриле сомономеров, нерастворимых в условиях гомогенного процесса, можно более широко варьировать состав получаемых сополимеров.
Практически весь производимый полиакрилонитрил используется для получения полиакрилонитрильных волокон.
Полиакрилонитрильные волокна
[править | править код]Полиакрилонитрильные волокна нитрон (в СССР), Orlon (DuPont), Dralon (Dralon GmbH) получают из полиакрилонитрила или из сополимеров акрилонитрила с другими виниловыми мономерами (метакрилатом, винилацетатом и др.). Волокна формуют из раствора сухим или мокрым способом. В основном нитрон вырабатывают в виде штапельного волокна.
Полиакрилонитрильные волокна обладают достаточно высокой прочностью (разрывное напряжение 250—400 МПа), которую можно увеличить при дополнительном вытягивании, и сравнительно большой растяжимостью (22—35 %). Благодаря низкой гигроскопичности эти свойства во влажном состоянии не изменяются.
Нитроновые волокна имеют максимальную светостойкость. В условиях комбинированного воздействия, солнечного света, дыма, копоти, воды, кислот и т. п., в которых гидратцеллюлозные волокна полностью разрушаются, полиакрилонитрильные волокна теряют прочность всего на 15 %. Эти волокна характеризуются также высокой термостойкостью: в процессе длительного выдерживания при температуре 120—130° С они практически не изменяют своих свойств.
К недостаткам полиакрилонитрильных волокон следует отнести их низкую гигроскопичность, сравнительно большую жесткость и малую устойчивость к истиранию.
Нитроновые волокна имеют шерстоподобный вид, низкую теплопроводность, показатели которой близки к теплопроводности шерсти. Они обладают инертностью к загрязнителям, поэтому изделия из них легко очищаются. Используются нитроновые волокна главным образом как заменители шерсти при производстве ковров, искусственного меха, как теплоизоляционный материал и добавка к шерстяным волокнам.
Для изменения свойств волокон используют различные методы модификации, в частности синтез сополимеров, синтез привитых сополимеров, формование из смеси полимеров. В результате модификации улучшается окрашиваемость, повышается гидрофильность, эластичность волокон, устойчивость их к истиранию и многократным деформациям.
Пиролиз полиакрилонитрила
[править | править код]Полиакрилонитриловое волокно также является сырьём для производства углеволокна путём окислительного пиролиза и стабилизации в инертном газе. Однако данный способ слабо оправдан экономически из-за дороговизны полиакрилонитрила, а также экологически - из-за выделения чрезвычайно токсичных веществ.[1]
Процесс проводят в две стадии: первая — нагрев на воздухе при 180—300°. При этом происходит поглощение кислорода и при температуре ~220 °C выделение воды и аммиака и далее при ~270 °C — синильной кислоты. В ходе этой стадии окислительного пиролиза происходит внутримолекулярная и межмолекулярная циклизация, в результате внутримолекулярной циклизации возникают участки полимера с лестничной структурой, межмолекулярная циклизация приводит к сшивке цепей линейного полимера с образованием черного пространственно-сшитого полимера, который, в отличие от исходного полиакрилонитрила, неплавок и нерастворим.
На второй стадии полученный в результате окислительного пиролиза сшитый полимер нагревают до 1000—2000 °C в среде инертного газа, получая углеволокно.
Примечания
[править | править код]В статье не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |