Технология производства полиакрилонитрила
Полиакрилонитрил как труднокристаллизующийся линейный, карбоцепный полимер белого цвета, его структура. Свойства данного соединения: химические, физические, термические. Производство полиакрилонитрила и главные направления его практического применения.
| Рубрика | Химия |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 01.03.2011 |
| Размер файла | 3,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Технология производства полиакрилонитрила
Введение
Полимер нитрила акриловой кислоты (полиакрилонитрил) был впервые получен Моро в 1893 г. из этиленциангидрина и амида акриловой кислоты. Затем в 1931 г. Карозерс разработал метод получения латексов из полиакрилонитрила. Позднее, в 1940 году был предложен метод сополимеризации акрилонитрила с бутадиеном (нитрильный каучук).
Поскольку полиакрилонитрил не растворялся в известных органических растворителях, его невозможно было перерабатывать в волокна. Впервые волокно из полиакрилонитрила получили с использованием в качестве растворителя диметилформамида.
Позднее было установлено, что полиакрилонитрил растворяется в концентрированном водном растворе роданида натрия или кальция. Это имело большое значение для усовершенствования технологии получения полиакрилонитрила.
Полиакрилонитрил и сополимеры на его основе нашли широкое применение в производстве волокон широкого назначения, бутадиен-нитрильного каучука, ударопрочного полистирола и других продуктов [1, С. 132].
1. Структура полиакрилонитрила
Полиакрилонитрил - труднокристаллизующийся линейный, карбоцепный полимер белого цвета. Структурная формула:
Методом ЯМР удалось установить, что микроструктура полиакрилонитрила зависит от условий полимеризации акрилонитрила. В присутствии радикальных инициаторов (например, перекиси бензоила, окислительно-восстановительных систем) при 40-80°С, а также анионных катализаторов (бутиллития) или под действием -излучения при -78°С образуется полиакрилонитрил одновременно синдио- и изотактической структуры (1:1). При получении полиакрилонитрила в канальных комплексах (например, в комплексе акрилонитрила с мочевиной) при -78°С и радиационном инициировании доля изотактической структуры возрастает до 75-90%.
В зависимости от условий полимеризации акрилонитрила могут быть получены полимеры различного молекулярного веса (20000-350000).
Зависимость между молекулярной массой и характеристической вязкостью [], определяемой в диметилформамиде (С=2-20 г./л) при 20°С, выражается уравнением []=K*10-3*M, в котором К и соответственно попарно равны: 1,75 и 0,66; 2,5 и 0,66; 0,233 и 0,75; 0,166 и 0,81; 0,392 и 0,75; 0,34 и 0,73; 0,317 и 0,746; 0,278 и 0,76. величины этих коэффициентов зависят от способа приготовления раствора акрилонитрила [3, С. 354].
Молекулярно-массовое распределение полиакрилонитрила, соответствующее преобладающему способу обрыва цепи (рекомбинацией), характеризуется кривой с одним максимумом в случае гомогенной полимеризации (при отсутствии модифицирующего действия среды, например, диметилформамида или роданидов) и кривой с тремя максимумами в случае гетерофазной полимеризации. Специальные виды волокон (прочные, термостойкие) формуют из полиакрилонитрила, характеризующегося узким молекулярно-массовым распределением, т. к. максимально возможная при вытяжке ориентация уменьшается с увеличением полидисперсности. Полиакрилонитрил с наиболее узким молекулярно-массовым распределением образуется при анионной полимеризации акрилонитрила. При радикальной полимеризации акрилонитрила в гетерогенных условиях образуется полиакрилонитрил с наиболее широким молекулярно-массовым распределением.
Значение стерического фактора (гибкости) макромолекулы полиакрилонитрила =2,5-3,2, а длина сегмента Куна 3,17 нм [5, С. 150].
2. Свойства полиакрилонитрила
2.1 Химические
Полиакрилонитрил при нагревании изменяет свой цвет, причем этот процесс всегда сопровождается потерей растворимости. Предполагается, что изменение окраски связано с образованием азометиновых мостиков между соседними макромолекулами, чему благоприятствует сильное притяжение, существующее между атомом азота и подвижным атомом водорода, находящимся в - положении:
Стабилизация полиакрилонитрила и его сополимеров может быть произведена добавлением N-алкилоксиацетамидов (N, N-диметил-, N-этил-, N-метил-, N, N-диэтилоксиацетамидов). При стабилизации вводят 1-20% одного из указанных соединений. Для создания тепло- и светоустойчивых композиции можно приготовить при использовании стабилизаторов общей формулы R2NCH2СH2CN, например -диметиламинопропионитрила или -n-бутиламинопропионитрила [3, C. 354].
Термическое воздействие (выше 150°С) вызывает необратимые изменения в химическом строении макромолекулы полиакрилонитрила, являющиеся результатом последовательного взаимодействия групп - CN между собой с образованием циклических структур. Это свойство полиакрилонитрила используется при изготовлении углеродных волокон (волокон специального назначения).
Производство углеродных волокон на основе ПАН волокон включает две стадии - термостабилизацию и карбонизацию. На стадии термостабилизации ПАН волокна нагревают приблизительно до 180-300°С в кислородсодержащей среде, при этом в структуре полимера протекает дополнительная ориентация. Образующиеся одновременно поперечные межмолекулярные связи между цепями позволяют избежать пиролиза при более высокой температуре. Довольно сложный химизм процесса стабилизации в основном включает в себя циклизацию нитрильных групп (C=N) и образование поперечных (межмолекулярных) связей цепных молекул, сопровождающееся дегидрированием и окислительными реакциями. В ходе этого процесса линейный полимер приобретает лестничную структуру [4, С. 30].
Образование хромофорных сопряженных связей - C=N-, вызывающее интенсивное окрашивание полиакрилонитрила в оранжево-коричневый и далее в черный цвет, промотируется нуклеофильными реагентами; наиболее эффективны карбоновые кислоты, фенолы, имиды и менее активны амиды, алифатические амины, спирты, альдегиды и кетоны (кроме ацетона). В инертной атмосфере такое превращение протекает гладко и вплоть до 220°С не приводит к разрушению основной полимерной цепи.
Нагревание на воздухе приводит к окислительному дегидрированию с образованием конденсированных нафтиридиновых структур и осложняется параллельно протекающими процессами термоокислительной деструкции полиакрилонитрила.
Продукты термического превращения полиакрилонитрила нерастворимы в обычных для полиакрилонитрила растворителях и обладают исключительно высокой термостойкостью: внесенные в пламя горелки порошок или волокно черного цвета из термообработанного полиакрилонитрила накаляются докрасна, но не горят [6, С. 44].
Полиакрилонитрил омыляется H2SO4 конц. (75-95%-ная) на холоду; образуется хлопьевидный продукт белого цвета с молекулярной массой 62% от исходной, содержащий амидные (молярная концентрация до 90%) и имидные звенья:
Этот продукт растворим в воде и слабых растворах кислот и щелочей, но не растворим в диметилформамиде. Пленки, полученные из 20%-ного водного раствора этого продукта, прозрачны и эластичны, но при высушивании становятся хрупкими; при 200°С они сильно темнеют и при 250-260°С разрушаются, не плавясь.
Нагревание полиакрилонитрила в процессе растворения в H2SO4 приводит к полному исчезновению амидных и имидных групп и образованию карбоксильных групп.
При обработке полиакриламида раствором соды степень омыления достигает 30-40%. По деструктивному действию омыляющие агенты можно расположить в следующий возрастающий ряд: NaOH (1%-ный), НС1, НСООН, Na2CO3, H2SO4, H3PO4. При взаимодействии полиакрилонитрила с гидроксиламином при 50-100°С протекает реакция образования амидоксимных групп с последующим выделением аммиака и образованием групп гидроксамовой кислоты:
Для реакции применяется раствор сернокислого гидроксиламина и едкого натра в количестве, достаточном для выделения - 99,2% гидроксиламина. Полимер после реакции содержит как группы гидроксамовой кислоты, так и непрореагировавшие нитрильные группы. Наличие в полимере групп гидроксамовой кислоты способствует лучшему окрашиванию полиакрилонитрильного волокна.
2.2 Физические
Полиакрилонитрил в отличие от других акриловых смол не растворяется в обычных растворителях. Эта особенность объясняется значительными межмолекулярными силами, возникающими вследствие полярной природы - С = N-групп. Представления о влиянии водородных связей в полимерах на их растворимость в полярных растворителях и установление растворимости полиакрилонитрила в гидротропных растворителях (например, в концентрированном водном растворе роданистого кальция), послужили толчком к поискам высокополярных растворителей.
Так как группа - CN является сильно полярной, то полиакрилонитрил растворяется только в очень полярных растворителях, например, в диметилформамиде, диметилацетамиде, этиленкарбонате, диметилсульфоксиде, концентрированных водных растворах бромистого лития, роданистого натрия или кальция, смеси ZnCl2+CaCl2, концентрированных HNO3 и H2SO4 (в последнем случае группы - CN гидролизуются).
Показатель растворимости полиакрилонитрила =30,8*10-3 (Дж/м3)0,5, а воды =46,4*10-3 (Дж/м3)0,5 напомним, что растворение полимера в растворителе происходит при значениях 4 (Дж/м3)0,5, т.е. должен быть почти равен , что для воды и полиакрилонитрила не наблюдается [4, C. 99].
При нагревании полиакрилонитрил растворяется в N-формилпиперидине (170-180°С), цианацетамиде (165-170°С), N-метил-иианацетамиде (180-190°С), этиленциангидрине (165-170°С), однако при охлаждении этих растворов образуются гели (происходит застудневание). Предполагается, что механизм застудневания растворов полиакрилонитрила заключается в образовании трехмерной сетки за счет возникновения вторичных межмолекулярных связей. Скорость застудневания повышается при увеличении концентрации растворов, молекулярного веса полимера и количества введенной воды [6, С. 43].
Растворители способные разрушить межмолекулярные связи в полимере это диметилформамид и тетраметиленсульфон, динитрил малоновой и янтарной кислот, смеси, содержащие более 60% этиленкарбоната и воды, диметилцианамид, концентрированные водные растворы некоторых солей, например бромистого лития, роданистого натрия и кальция, хлористого цинка.
Для снижения растворимости полиакрилонитрил обрабатывают водным раствором формальдегида.
Таблица 1 Свойства полиакрилонитрила
|
Свойство |
Значение |
|
|
Плотность, г/см3 |
1,14-1,15 |
|
|
Показатель преломления, n |
1,49-1,52 |
|
|
Температура размягчения (с одновременной деструкцией), °С |
220-230 |
|
|
Удельная теплоемкость, кДж/(кг*К) [кал/(г*°С)] |
1,51 |
|
|
Прочность при растяжении (для волокна), Мн/м2 (кгс/мм2) |
600 (60) |
|
|
Относительное удлинение, % |
10-35 |
|
|
Влагопоглощение отпрессованного образца, % |
1-2 |
|
|
Дипольный момент, к*м (D) |
1,13-10-4 |
|
|
Диэлектрическая проницаемость при |
||
|
50 гц |
6,5 |
|
|
1 Мгц |
4,2 |
|
|
Удельное объемное электрическое сопротивление, Том*м (Ом*см) |
1 (1014) |
|
|
Тангенс угла диэлектрических потерь при |
||
|
50 гц |
0,11 |
|
|
1 Мгц |
0,03 |
Для полиакрилонитрила характерны две температуры стеклования. Первая из них лежит в области от 86 до 96,5 °C. Зависимость ее от молекулярной массы хорошо описывается уравнением Флори:
где а=(2,8±0,1)*105; Т =(96,5±1,0)°С, т.е. значение при М. Вторая температураpa стеклования составляет около 140°С и определяется сдвигом равновесия дипольного взаимодействия нитрильных групп [6, С. 43].
2.3 Термические
Полиакрилонитрил при нагревании в атмосфере азота не претерпевает никаких изменений до 200°С, но при более высокой температуре происходит его размягчение и появление газообразных продуктов, главным образом аммиака NH3, и водорода Н2. При 270°С наблюдается также выделение цианистого водорода HCN. Из жидких продуктов распада полимера можно выделить вещества, содержащие группы - NH2 и - С = N. Также присутствуют винилацетонитрил и вещества, являющиеся димерами, тримерами и тетрамерами акрилонитрила. Полимер окрашивается и становится нерастворимым.
Энергия активации термической деструкции 130 кДж/молъ (31 ккал / молъ).
При нагревании растворов полиакрилонитрила в диметилформамиде в токе воздуха, кислорода или в инертной атмосфере в течение 30-40 часов полиакрилонитрил также окрашивается в желтый и далее в темно-коричневый цвет; образующиеся при этом сопряженные системы растворимы в диметилформамиде [6, С. 44].
При температурах выше 700°С полиакрилонитрил подвергается химическому превращению в полимер циклической структуры, содержащий сопряженные двойные связи. В зависимости от условий пиролиза (вакуум или воздух, водород, азот и аммиак под давлением) образуются продукты с различными свойствами. В ряде случаев может быть получен продукт графитовой структуры, обладающий свойствами полупроводников (удельная электропроводность 10-10 - 10-13 Мом/см).
При длительной термической обработке полиакрилонитрильного волокна или ткани в азоте и на воздухе получен термостойкий материал, выдерживающий кратковременное воздействие пламени горелки и сохраняющий достаточную прочность.
3. Производство полиакрилонитрила
Акрилонитрил в присутствии инициаторов легко вступает в редакцию полимеризации, сопровождающуюся выделением 73,3 кДж/моль тепла.
В качестве инициаторов применяют пероксиды, азо- и диазосоединения, а также элементоорганические соединения [1, С. 132].
Кислород ингибирует полимеризацию акрилонитрила, поэтому процесс проводят в среде азота. Скорость реакции значительно возрастает в присутствии следов ионов меди или железа.
При полимеризации акрилонитрила используют также окислительно-восстановительные системы. Чаще всего применяют персульфат аммония с тиосульфатом или гидросульфитом натрия, что позволяет проводить реакцию при более низких температурах и получать полимер с более высокой молекулярной массой.
В промышленности полиакрилонитрил получают радикальной полимеризацией акрилонитрила в гетерогенных или гомогенных условиях. Производство полиакрилонитрила может быть осуществлено как периодическим, так и непрерывным методами.
Непрерывный технологический процесс получения полиакрилонитрила состоит из стадий приготовления растворов, полимеризации акрилонитрила, демономеризации дисперсии и конденсации акрилонитрила, фильтрации, промывки и сушки полимера.
полиакрилонитрил химический карбоцепный
Таблица 2 Нормы загрузки компонентов
|
Аппарат 4 |
||
|
Персульфат калия, кг |
3,0 |
|
|
Вода обессоленная, м3 |
0,44 |
|
|
Аппарат 5 |
||
|
Метагидросульфит натрия, кг |
0,1 |
|
|
Вода обессоленная, м3 |
0,050 |
|
|
Аппарат 6 |
||
|
НАК, м3/ч |
0,0224 |
|
|
Раствор персульфата калия, м3/ч |
0,073 |
|
|
Раствор метагидросульфита натрия, м3/ч |
0,0246 |
Полимеризация проводиться при различных температурах: зона 1 30-32°С, зона 2 35-37°С, зона 3 25-30°С.
Полимеризацию акрилонитрила проводят в реакторе непрерывного действия в водной среде в присутствии окислительно-восстановительной инициирующей системы из персульфата калия и метагидросульфита натрия. Степень превращения мономера в полимер равна 80-85%.
Рисунок 1 Схема процесса производства полиакрилонитрила: 1 - полимеризатор; 2, 6, 7 - напорные емкости; 3 - смеситель; 4, 5 - аппараты для растворения инициатора; 8 - промежуточная емкость; 9 - колонна демономеризации - 10 - холодильник кожух отрубный; 11 - отстойник; 12 - сборник дисперсии полимера; 13, 15 - барабанные фильтры; 14 - репульпатор; 16 - сушилка с кипящим слоем
НАК подается из напорной емкости 2 в смесительный аппарат 3. Водные растворы персульфата калия и метагидросульфита натрия готовят в аппаратах для растворения 4, 5, из которых они самотеком поступают в емкости 6, 7, а затем дозируются в аппарат 3.
Полученная дисперсия поступает в промежуточную емкость 8, а затем в колонну 9 для отделения непрореагировавшего акрилонитрила (демономеризации) путем отгонки. Демономеризация проводится при 50-60 °С и остаточном давлении 6,6-20,0 кПа.
Пары акрилонитрила и воды конденсируются в холодильнике 10. Конденсат поступает в отстойник 11, в котором он разделяется на два слоя: верхний слой - акрилонитрил, нижний слой - 7%-ный раствор акрилонитрила в воде.
Дисперсия полимера, из которой выделен акрилонитрил, из аппарата 9 поступает в сборник 12, откуда периодически насосом подается на вакуум-барабанный фильтр 13 для отделения полимера от маточного раствора. Полимер с барабана срезается ножом и попадает на транспортный желоб. Сюда же одновременно подается вода для смывания полимера в репульпатор 14. В аппарате 14 полимер отмывается от остатков мономера и инициатора. Из репульпатора пульпа подается на вакуум-барабанный фильтр 15. После фильтрации полимер с влажностью 80% сушат в сушилке с кипящим слоем 16 до содержания влаги 0,7-1,5% [1, С. 134].
Гетерофазная полимеризация акрилонитрила характеризуется самоускорением (примерно до степени превращения 20% при 60°С), которое обусловлено захватом макрорадикалов, выпадающим в осадок полимером. Эффективные скорости роста захваченных макрорадикалов зависят от температуры и степени экранирования активного центра свернутыми цепями, препятствующими диффузии акрилонитрила и других реагентов в твердую фазу.
Особенность гетерофазной полимеризации - увеличение молекулярной массы полиакрилонитрила с возрастанием степени превращения. Этот факт обусловлен захватом твердой фазой макрорадикалов, которые при температуре ниже 60°С не гибнут. Гетерофазная полимеризация акрилонитрила чувствительна к перемешиванию, центрифугированию, так как в этих условиях возрастает числе столкновений глобул и, следовательно, скорость обрыва цепи. Кислород в небольшом количестве способствует увеличению скорости полимеризации вследствие дополнительного образования перекисей и гидроперекисей акрилонитрила, служащих инициаторами. В присутствии большого количества кислорода процесс ингибируется и в пределе может прерваться. Поэтому полимеризацию с перемешиванием проводят в атмосфере инертного газа при охлаждении реактора в изотермических условиях.
Скорость гетерофазной полимеризации акрилонитрила v определяется суммой скоростей Rs (в водном растворе акрилонитрила) и Rg (на глобулах полиакрилонитрила):
где kр и kр - константы скоростей роста соответственно в водном растворе акрилонитрила и на глобулах полиакрилонитрила; [М] - концентрация акрилонитрила в водном растворе; [М]адс - эффективная концентрация акрилонитрила, адсорбированного на глобулах; [М'р] - концентрация свободных радикалов в растворе; [р-] - концентрация глобул в реакционной смеси.
Добавки Cu2O, Ni2O, MgO, A12O3, SiO2 к жидкому акрилонитрилу при -78°C или к твердому акрилонитрилу при -196°С сенсибилизируют полимеризацию и повышают скорость процесса. Акрилонитрил быстро полимеризуется в твердой фазе (степень превращения ~100%) в присутствии сильно измельченного катализатора (метод молекулярных пучков); процесс особенно интенсивен при -160°С и -130°С (точки фазовых переходов); при этом может иметь место взрывная полимеризация [6, С. 47].
Процесс полимеризации акрилонитрила непрерывным методом осуществляется в реакторе с мешалкой, в который непрерывно вводят акрилонитрил, водные растворы персульфата аммония, восстановителя-активатора, например бисульфита или тиосульфата натрия, и из которого непрерывно выводят суспензию полимера.
Радиационная полимеризация акрилонитрила под действием -лучей (60Со) и рентгеновских лучей, а также быстрых электронов может протекать как по радикальному, так и по анионному механизму в зависимости от температуры реакционной среды (жидкая или твердая фаза).
В жидкой фазе акрилонитрила полимеризуется с самоускорением из-за радиолиза образующегося поли акрилонитрила и, следовательно, повышенного выхода радикалов. Скорость (и) такого процесса (в массе) при обрыве цепи рекомбинацией определяется выражением:
v=k*I 0,8,
где к - константа скорости роста; I - мощность дозы (17,2-430 мка/кг, или 4-100 р/мин). Энергии активации в интервале температур от -83 (т. пл.) до -116°С (твердая фаза), от -83 до 0 СС (жидкая фаза) и от 20 до 50 °С равны соответственно 0; 12,6 и 62,8 кДж/моль (0; 3 и 15 ккал / моль). При воздействии -лучей наблюдается пост-эффект.
Производство полиакрилонитрила может осуществляться в водных растворах минеральных солей - гомогенная полимеризация.
Гомогенную полимеризацию акрилонитрила можно проводить в водных растворах солей NaCNS, Ca (CNS)2, ZnCl2+CaCl2 или MgCl2, Mg(ClО4)2. Гомогенная полимеризация акрилонитрила в органических растворителях (диметилформамид, диметилацетамид) в присутствии динитрила азодиизомасляной кислоты возможна лишь при высоких концентрациях мономера в растворе до 25% [5, С. 46].
Скорость гомогенной полимеризации акрилонитрила определяется выражением:
где kи, kp, k0 - константы скорости соответственно инициирования, роста и обрыва; [I] - концентрация инициатора (или мощность дозы радиации); [М] -, концентрация мономера.
Процесс проводят непрерывным способом в аппарате, снабженном мешалкой, системой обогрева и охлаждения, при 79-80,5 °С и атмосферном давлении. В реактор, содержащий 50,5%-ный водный раствор роданида натрия, вводят смесь 92% акрилонитрила, 6% метилакрилата, 1% итаконовой кислоты, 0,1% инициатора - динитрила азобисизомасляной кислоты и другие добавки, способствующие регулированию роста цепи. Реакционная смесь непрерывно подается в аппарат снизу, а раствор полимера отводится сверху. Продолжительность полимеризации 1-1,5 ч. Конверсия мономера составляет около 78% [1, С. 135].
При получении полиакрилонитрила в среде органического растворителя (лаковый метод) полимеризации протекает в условиях, при которых мономер и образующийся полимер находятся в растворе. В качестве растворителей применяют диметилформамид (в большинстве случаев), диметилацетамид, -пирролидон и этиленкарбонат. Инициатором обычно служит окислительно-восстановительная система, состоящая из гидропероксида кумола и триэтаноламина. Наличие в полимере группы - CN, понижающей электронную плотность двойной связи, способствует каталитической полимеризации акрилонитрила по анионному механизму.
Технологический режим и аппаратурное оформление процесса мало отличаются от таковых при полимеризации акрилонитрила в водном растворе солей.
Полиакрилонитрил получается в виде лака, который используют в качестве прядильного раствора для получения волокна. При необходимости из полиакрилонитрила можно выделить твердый порошкообразный полимер.
Полимеризация акрилонитрила в массе, или в блоке, имеет ограниченное применение в промышленности и используется главным образом для получения сополимеров акрилонитрила с другими мономерами. В результате блочной полимеризации полиакрилонитрил получается в виде твердого порошка [1, С. 135].
4. Применение полиакрилонитрила
Наиболее широко полиакрилонитрил применяется для изготовления волокна различного назначения. Для этой цели готовятся растворы полиакрилонитрила. Формование волокон осуществляется по мокрому или сухому способу.
Рисунок 2. Электронно-микроскопическое изображение бобовидного среза углеродного волокна, полученного из ПАН волокна
При мокром способе прядения пригодны 15-20% растворы полимера в диметилформамиде. При 20°С они обладают высокой вязкостью, поэтому подача их в фильеры производится под давлением. Из фильер прядильный раствор поступает в ванны, в которых осаждающий раствор вместе с вспомогательными добавками нагревается до 60-90°С. В качестве осадителей используется вода с добавкой диметилформамида, смесь гексантриола с диметилформамидом (75:25) и др. Сформированная нить вытягивается в 8-12 раз при 100-130°С, затем проходит отжимные валы, горячие прядильные диски и подвергается термофиксации.
При сухом способе формования волокна раствор полиакрилонитрила продавливается через фильеры в шахту навстречу току горячего воздуха. После выхода из прядильной шахты волокно содержит 12-40% диметилформамида; его физико-механические свойства невысоки. Для улучшения свойств волокно подвергают вытяжке, но предварительно отмывают избыток растворителя горячей водой (90-100°С).
Полиакрилонитрильное волокно по своим свойствам напоминает шерсть и может быть окрашено различными красителями. Если ему сообщить основные свойства, то окрашиваемость улучшается. Для этого изготовляют сополимеры акрилонитрила, содержащие небольшие количества винилпиридина, N-бензилакриламида и других азотсодержащих непредельных соединений. Обработка их аммиаком или аминами (лучше всего гексаметилендиамином) дает возможность получить материалы с небольшим содержанием основных групп. Полиакрилонитрильное волокно обладает следующими свойствами [3, С. 356]:
Таблица 3. Свойства полиакрилонитрильного волокна
|
Свойство |
Величина |
|
|
Плотность, г/см3 |
1,17 |
|
|
Предел прочности при растяжении, г/денъе |
3-4 |
|
|
Относительное удлинение, % |
8-35 |
|
|
Относительная прочность во влажном состоянии, % |
90-98 |
|
|
Гигроскопичность (при 20 °С и 60% относительной влажности), % |
1,0 |
|
|
Водопоглощение, % |
1-2 |
|
|
Температура плавления, °С |
250 |
|
|
Устойчивость: |
||
|
-к кислотам |
Очень хорошая |
|
|
-щелочам |
Умеренная |
|
|
-органическим растворителям |
Очень хорошая |
Специальные ПАН волокна, которые обычно используются для производства углеродного волокна, имеют круглую форму поперечного среза, диаметр до 15 мкм, площадь поперечного сечения до 180 мкм2 и низкую линейную плотность - до 0,17 текс. Коммерческое текстильное ПАН волокно имело бобовидную форму поперечного сечения, площадь сечения 530 мкм2, линейную плотность 0,56 текс, прочность при растяжении 226 МПа и относительное удлинение при разрыве 43,9% [4, С. 33].
Полиакрилонитрильное волокно используется для изготовления изделий широкого потребления, технических тканей (фильтры, войлок, специальные сукна), брезентов, транспортных лент, рыболовных сетей в качестве наполнителя слоистых пластиков.
Заключение
Полиакрилонитрил представляет собой линейный карбоцепной полимер содержащий сильно полярную группу - СN, что в большей мере определяет его свойства. Этот полимер очень капризен в выборе растворителя, что необходимо учитывать как при его синтезе, так и при переработке.
Полиакрилонитрил - хорошее сырье для получения термоустойчивых материалов, воздействие повышенных температур позволяет модифицировать его свойства. Он хорошо сополимеризуется с большим числом мономеров, а полученные сополимеры являются востребованными промышленными продуктами (лаки, клеи, АБС пластик)
Волокна, получаемые из полиакрилонитрила, обладают широким спектром свойств. В частности, на основе полиакрилонитрила производят термостойкие углеродные волокна.
С момента открытия полиакрилонитрила прошло больше ста лет, но он продолжает оставаться востребованным и занимает не последнее место среди промышленных полимеров. Проводятся исследования по созданию все новых и новых материалов на его основе.
Список литературы
1. Коршак В.В. Технология пластических масс/ В.В. Коршак; под ред. В.В. Коршака. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1985. -560 с.
2. Лебедев, Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза/ Н.Н. Лебедев. - 3-е изд., перераб. - М.: Химия, 1975. -736 с.
3. Николаев А.Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе/А.Ф. Николаев. - 2-е изд., доп.-Л.: Химия, 1966. -768 с.
4. Процесс изготовления углеродных волокон на основе коммерческих полиакрилонитрильных волокон мокрого формования/ R. Eslami Farsani и [др.] // Химические волокна. - 2006. - №5. - С. 30-33.
5. Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения: учебник для вузов/ Ю.Д. Семчиков. - М.: Академия, 2003. - 368 с.
6. Энциклопедия полимеров: энциклопедия. В 3 т. Т. 1. А-К. - М.: Советская энциклопедия, 1972. -1224 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Получение, применение и свойства полиакрилонитрила. Расчет Ван-дер-ваальсовых объемов полимера, показатель преломления. Плотность энергии когезии и параметр растворимости Гильдебранда. Расчет физико-химических свойств замещенного полиакрилонитрила.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 12.01.2013Основные физические и химические свойства, технологии получения бериллия, его нахождение в природе и сферы практического применения. Соединения бериллия, их получение и производство. Биологическая роль данного элемента. Сплавы бериллия, их свойства.
реферат [905,6 K], добавлен 30.04.2011Структура, физические и химические свойства полиэтилена - термопластичного полимера. Сырье для его производства, области применения. Технология переработки и утилизация изделий из него. Способы полимеризации этилена при среднем, низком и высоком давлении.
реферат [3,1 M], добавлен 01.03.2014Кальций как один из самых распространенных элементов на Земле, его главные физические и химические свойства, история открытия и исследований. Нахождение элемента в природе, сферы его практического применения. Существующие соединения и биологическая роль.
контрольная работа [818,8 K], добавлен 26.01.2014Магний как элемент главной подгруппы второй группы, третьего периода с атомным номером 12, его основные физические и химические свойства, строение атома. Распространенность магния, соединения и сферы их практического применения. Регенерация клеток.
реферат [475,5 K], добавлен 18.04.2013Понятие и классификация магнитных оксидов железа, их разновидности, физические и химические свойства, отличительные особенности. Получение y-Fe2O3 и Fe3O4, сферы его практического применения, определение и оценка магнитных свойств данного соединения.
курсовая работа [30,7 K], добавлен 16.10.2011Физические и химические свойства лютеция - металла серебристо-белого цвета, легко поддающегося механической обработке. Производство лютеция в мире и в России. Применение редкоземельного металла в металлургии, стекольной и керамической промышленности.
реферат [17,4 K], добавлен 25.11.2014Производство искусственных волокон. Полиакрилонитрил, его получение, свойства и применение. Энергия активации суммарного процесса полимеризации акрилонитрила. Образование активного радикала в качестве инициатора. Вязкотекучее состояние полимеров.
контрольная работа [176,8 K], добавлен 26.07.2009Понятие аминоспиртов, их физические и химические свойства, качественные реакции. Гидроксикислоты и аминокислоты: сущность и строение, принципы получения. Многоосновные гидроксикислоты, сферы их практического применения, химическая структура и значение.
презентация [45,9 K], добавлен 17.06.2014Технологические особенности и этапы, сырьевая и материальная база для изготовления этилового спирта в химической промышленности, его главные физические и химические свойства, направления практического использования. Гидратация этилена и ее схема.
курсовая работа [739,7 K], добавлен 16.10.2011
