главная > справочник > химическая энциклопедия:ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛ

Полиакрилонитрил
(-CH2-CH(CN)-)n — линейный полимер акрилонитрила.

• Молекулярная масса: 30000-100000;
• Плотность: 1,14-1,17 г/см3;
• Температура стеклования: 85-900C;
• Температура разложения: 2500C

Полимер нитрила акриловой кислоты (полиакрилонитрил) был впервые получен Моро в 1893 г. из этиленциангидрина и амида акриловой кислоты. В 1931 г. Карозерс разработал метод получения латексов из полиакрилонитрила. Позднее, в 1940 г., 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 различные сополимеры на его основе нашли широкое применение в производстве волокна типа «нитрон», бутадиен-нитрильного каучука, ударопрочного полистирола и т. д.

Производство эмульсионного полиакрилонитрила

Непрерывный технологический процесс получения полиакрилонитрила (рисунок 1) состоит из стадий:

• приготовления растворов,
• полимеризации акрилонитрила,
• демономеризации дисперсии и конденсации акрилонитрила,
• фильтрации,
• промывки и сушки полимера.

Условия полимеризации подбирают так, чтобы получить полимеры средней молекулярной массы (от 35000 до 70 000).

Полимеризацию акрилонитрила проводят в реакторе непрерывного действия в водной среде в присутствии окислительно-восстановительной инициирующей системы из персульфата калия и метагидросульфита натрия.

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.

Ниже приведены 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 3

• НАК, м3/ч – 0,0224
• Раствор персульфата калия, м3/ч – 0,073
• Раствор метагидросульфита натрия, м3/ч – 0,0246

Полимеризация проводится при температурах:

• I зона 30-32 °С
• II зона 35-37 °С
• III зона 25—30 °С

Степень превращения мономера в полимер равна 80—85%.

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%.

ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛ

[-CH2CH(CN)-]n , линейный полимер акрилонитрила белого цвета; мол. м. (30-100)· 103; плотн. 1,14-1,17 г/см3; т.стекл. 85-900C, т.разл. 2500C; кристаллизуется с трудом. Раств. в полярных р-рителях, напр. в ДМФА, ДМСО, этилен- или пропиленкарбонате, 50-70%-ных водных р-рах LiBr, роданидов NH4, К или Na, перхлоратов Na, Ca или Ba, ZnCl2, HNO3 и H2SO4. Растворение в к-тах сопровождается гидролизом группы CN. Не раств. и не набухает в спиртах и углеводородах; атмосферо- и светостоек.

При нагр. на воздухе (180-300 0C) происходят термохим. изменения П., сопровождающиеся поглощением O2 и выделением H2O, NH3 (при 2200C), HCN (при 2700C) и приводящие к образованию черного неплавкого, негорючего и нерастворимого продукта. Осн. процессы термич. превращения — внутримол. и межмол. циклизация, межмол. сшивание с образованием лестничного пространственно-структурированного полимера. При дальнейшем нагревании такого П. в среде инертного газа до 1000-20000C получают углеродные материалы (см. Углеродные волокна).

Осн. метод модификации П.-сополимеризация акрилонитрила с разл. виниловыми мономерами (напр., метил-акрилатом, винилацетатом, N-винилпиридином, аллил- и металлилсульфонатами) и варьирование состава сополимера. В пром-сти производят практически только модифицированный П.-двойные или тройные сополимеры, содержание акрилонитрила в к-рых более 85%. Сополимеризация дает возможность повысить р-римость и снизить вязкость р-ров П., уменьшить хрупкость, придать сродство П. к определенной группе красителей, снизить т-ру и уменьшить время превращения П. в углеродные материалы. По др. физ.-хим. св-вам сополимеры практически не отличаются от П.

В пром-сти П. и сополимеры получают гетерогенной (в водных дисперсиях) или гомогенной (в р-ре) радикальной полимеризацией акрилонитрила и соотв. сополимеризацией последнего с добавками сомономеров. Процессы синтеза гомо- и сополимеров принципиально не различаются.

Гетерог. полимеризация имеет ряд особенностей, отличающих ее от классич. вариантов эмульсионной или суспен-зионной полимеризации. Акрилонитрил частично (~7%) р-рим в воде. Поэтому исходная реакц. смесь, содержащая 12-25% по массе акрилонитрила, представляет собой эмульсию, в к-рой капли акрилонитрила диспергированы в его водном р-ре. Используют р-римые в воде инициирующие системы типа пероксодисульфат Fе(II)-пиросульфит Fe(II), но не применяют эмульгаторы. Полимеризация начинается в водном р-ре и на пов-сти капель акрилонитрила. Образующиеся и выпадающие в обеих фазах частицы полимера содержат захваченные и продолжающие рост макрорадикалы. Следствием этого являются самоускорение р-ции (примерно до степени превращ. 20%) и широкое MMP полимера. Для уменьшения разветвленности П. полимеризацию заканчивают при степени превращ. 60-80%; П. выделяют из суспензии (фильтрация, центрифугирование), промывают и сушат.

В гомог. процессе инициатором обычно служит 2,2′-азо-бис-изобутиронитрил. Скорость процесса и мол. масса П. существенно зависят от природы р-рителя. Так, продолжительность синтеза П. в водных р-рах ZnCl2 или роданида Na, в ДМСО, ДМФА составляет соотв. 1,0-1,5 или 1,5-2,5 ч, 9-10 ч, 12-18 ч. Р-рители тщательно очищают от примесей, вызывающих обрыв цепи. В ряде случаев в реакц. смесь вводят регуляторы скорости роста цепи, напр. изо-пропиловый спирт при полимеризации в водном р-рс роданида Na. Гомог. полимеризация в р-ре-по существу процесс получения р-ра П. для формования волокон. Для обеспечения мех. Cв-в волокон необходим П. достаточно высокой мол. массы, обладающий малой разветвленностью макромолекул. С этой целью процесс проводят до степени превращ. мономеров не более 50-70%. Непрореагировавшие мономеры удаляют из р-ра.

По сравнению с гомог. полимеризацией в гетерог. процессе получают П. более высокой мол. массы, при этом в более широком диапазоне можно варьировать составы сополимеров, создавать пром. установки большей единичной мощности. Существ. достоинство полимеризации в р-ре — не-посредств. использование полученных р-ров для формирования волокон (отсутствуют стадии выделения, промывки, сушки и растворения полимера). Поэтому в произ-вах волокон все более широко используется процесс получения П. полимеризацией в р-ре; к нач. 80-х гг. выпуск такого П. достиг 30% от общего объема произ-ва этого полимера.

Практически весь П. используют для получения поли-акрилонитрильных волокон.

Лит.: Энциклопедия полимеров, т. 1, M., 1972, с. 40-50. См. также лит. при ст. Полиакрилонитрильные волокна.

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на

Доске объявлений ПластЭксперт

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на

Форуме о полимерах ПластЭксперт
Вернуться к списку терминов

Производство полиакрилонитрила в водных растворах минеральных солей

Для полимеризации акрилонитрила могут применяться водные растворы роданида натрия, перхлоратов натрия, кальция, алюминия и магния. 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%.

Образующийся полимер растворяется в водном растворе роданида натрия. В результате полимеризации получается раствор полиакрилонитрила с характеристической вязкостью 1,2.

Раствор используют для изготовления синтетического волокна нитрон и пленок. Молекулярная масса полимера, полученного этим способом, равна 40 000—45000.

Как применяют ПАН?

Основным направлениям применения этого материала соответствует название «искусственная шерсть». Изделия из полиакронитрила выглядят мягкими и пушистыми, но при этом не деформируются и не растягиваются. Чаще всего это волокно входит в состав смесового текстиля или вязальной пряжи с добавками натуральной шерсти, мохера, ангоры . Это снижает цену ткани и делает ее более прочной, хотя и несколько ухудшает ее согревающие и гигиенические свойства. Широко распространено применение полиакронитрила при изготовлении искусственного меха и теплого трикотажа.

Полностью полимерный состав ПАН имеют многие ткани. Они применяются для предметов мужского и женского повседневного гардероба, а также разнообразной спецодежды. Акриловая ткань широко используется для светоустойчивых штор, других предметов домашнего обихода. Нейтральность этих волокон и их устойчивость к микроорганизмам обусловили их применение в антибактериальной смесовой ткани амикорд, в состав которой входят волокна хлопка или льна и частицы триклозана. Кроме того, на основе полиакронитрила производят теплоизолирующий материал панокс.

Если на этикетке приобретенной вещи написано, что в ее состав входят нити ПАН, можете не сомневаться — ваш вид всегда безупречным, так как она сохранит первозданную форму, на ней не увидите мятых складок.

Эта ткань быстро высыхает, эластична, хорошо отталкивает воду, не подвластна грибкам, плесени, моли. Акриловая пряжа удобна в работе, так как представляет собой длинную, непрерывно тянущуюся нить. Она не вызывает аллергии, что делает ее безопасной в применении.

Что касается недостатков, то они, естественно, присутствуют – нет ничего идеального. Материал плохо пропускает воздух, в нем накапливается статическое электричество, на поверхности могут образовываться катышки. Вещи из акрила требуют правильного ухода и при его соблюдении долго сохраняют привлекательный вид.

Чаще всего ПАН сочетают с хлопком, полиэстером, эластаном и шерстью.

Даже те, кто критически относятся к синтетике, не могут не оценить мягкость этих волокон, стойкость и яркость их окраски, способность сохранять тепло. Эти волокна используют для создания ткани, известной под различными торговыми марками, такими как нитрон, орлон, кашмилон и т.п., а также в виде пряжи для вязания .

Производство полиакрилонитрила в органических растворителях и в массе

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, α-пирролидон и этиленкарбонат; Инициатором обычно служит окислительно-восстановительная система, состоящая из гидролероксида кумола и триэтаноламина. 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.

Полиакрилонитрил (ПАН), акриловая ткань, acrylic fabrics, нитрон

Акриловая ткань – ткань из акриловых волокон, получаемых путем формования из растворов полиакрилонитрила или его производных. Полиакрилонитрил характеризуется высокой температурой стеклования (85-90°C), высокой прочностью и хорошей термостойкостью.

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. При комбинированном воздействии солнечного света, дыма, копоти, влаги, кислот и пр. факторов, при котором вискозные 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 визуально схожи с шерстью, имеют такую же низкую теплопроводность, поэтому часто используются как заменители шерсти при производстве ковров, искусственного меха, как теплоизоляционный материал и добавка к шерстяным волокнам.

К особенностям полиакрилонитрильных волокон следует отнести их низкую гигроскопичность и сравнительно большую жесткость. Эти особенности можно считать недостатками для бытового применения акриловых волокон и тканей, зато они являются безусловными достоинствами для технических целей.

Акриловая ткань – самая долговечная среди всех технических тканей при эксплуатации под открытым солнцем и дождем. А с учетом хорошей эластичности и отсутствия блеска акриловая ткань становится совершенно незаменимой для производства маркиз, навесов, тентов, рекламных баннеров и вывесок. Тем не менее, акриловое волокно имеет очень широкое применение в бытовой сфере: пряжа, ткани, шторы, обивка для мебели, трикотаж, искусственный мех, ковровые изделия, нетканые материалы (геотекстиль) и пр. Полиакрилонитрил растворим в полярных апротонных растворителях (диметилформамиде, диметилсульфоксиде) и неплохо склеивается.

Кроме того, ПАН является термопластом второй группы (начало пластификации при 230°С, начало термодеструкции при 250°С). Поэтому акриловую ткань или геотекстиль, теоретически, можно сваривать горячим воздухом. Однако здесь две неприятности. Во-первых, высока вероятность термодеструкции материала. Во-вторых, горячий воздух продувает и оплавляет ткань или нетканое полотно насквозь, в результате вместо тонких эластичных волокон получаем жесткий монолитный «ремень». Наиболее качественный способ соединения акриловых тканей – горячая склейка.

Правила ухода

Ткань ПАН неприхотлива в уходе – она переносит машинную стирку (лучше при температуре не более сорока градусов) и любые стиральные средства. Однако вещи из нее не рекомендуется выкручивать, а их сушку нужно производить в горизонтальном положении . Гладить ПАН можно утюгом в режиме «Синтетика», лучше через влажную марлю.

Изделия из полиакронитрила можно очищать химическими реагентами. Они устойчивы к воздействию кислой и щелочной среды средней концентрации, хорошо переносят контакт с бензином, четыреххлористым углеродом, дихлорэтаном, ацетоном. В то же время воздействие формалина и фенола может разрушить волокна, и испортить изделие.