Полиакрилонитрил - Polyacrylonitrile

Полиакрилонитрил
Поли (акрилонитрил) .png
Атаулар
IUPAC атауы
поли (1-акрилонитрил)
Басқа атаулар
Поливинил цианид[1]
61. Креслан
Қасиеттері
(C3H3N)n
Молярлық масса53.0626 ± 0,0028 г / моль
C 67,91%, H 5,7%, N 26,4%
Сыртқы түріАқ қатты
Тығыздығы1,184 г / см³
Еру нүктесі 300 ° C (572 ° F; 573 K)
Қайнау температурасыТөмендейді
Ерімейтін
Өзгеше белгіленбеген жағдайларды қоспағанда, олар үшін материалдар үшін деректер келтірілген стандартты күй (25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Infobox сілтемелері

Полиакрилонитрил (PAN), сонымен қатар поливинил цианид және Creslan 61 деп аталады, бұл синтетикалық, жартылай кристалды органикалық зат полимер шайыр, сызықтық формуламен (C3H3N)n. Ол термопластикалық болса да, қалыпты жағдайда ерімейді. Ол балқымай тұрып деградацияға ұшырайды. Егер қыздыру жылдамдығы минутына 50 градус немесе одан жоғары болса, ол 300 ° C-тан жоғары ериді.[2] Барлық дерлік PAN шайырлар болып табылады сополимерлер қоспаларынан жасалған мономерлер бірге акрилонитрил негізгі ретінде мономер. Бұл ультра сүзгілеу қабықшаларын, қуыс талшықтарды қоса алғанда, алуан түрлі өнімдер алу үшін қолданылатын жан-жақты полимер кері осмос, тоқыма талшықтары, тотыққан PAN талшықтары. PAN талшықтары - бұл өте сапалы химиялық прекурсорлар көміртекті талшық. PAN алдымен ауада 230 ° C температурада тотықтырылып, тотыққан PAN талшығын түзеді, содан кейін инертті атмосферада 1000 ° C-тан жоғары көміртектенеді, бұл жоғары технологиялық және қарапайым және әскери авиация сияқты күнделікті қолданбаларда кездесетін көміртекті талшықтар жасайды. негізгі және қосалқы құрылымдар, зымырандар, қатты отынды зымыран қозғалтқыштары, қысымды кемелер, қармақ теннис ракеткалары және велосипед жақтаулар. Бұл компонент қайталау қондырғысы бірнеше маңызды сополимерлер, сияқты стирол-акрилонитрил (SAN) және акрилонитрил бутадиен стирол (ABS) пластик.

Тарих

Полиакрилонитрилді (PAN) алғаш рет 1930 жылы Герман химиялық конгломератының Людвигсхафен жұмыстарында Ханс Фикенчер мен Клаус Хек синтездеді. Фарген И.Г..[3] Алайда, PAN емесбалқымалы және кез-келген өнеркәсіпте ерімеді еріткіштер сол кезде қолданылып, материалды әрі қарай зерттеу тоқтатылды.[4] 1931 жылы И.Г.Фарбеннің Биттерфельд зауытының полимерлі талшықтар химиясының бастығы Герберт Рейн Людвигсхафен жұмысына барған кезде PAN үлгісін алды.[5] Ол пиридиний бензилхлоридінің ан иондық сұйықтық, PAN-ны ерітеді.[6] Ол өндіріс процесі үшін төртінші аммоний натрий тиоцианатының және алюминий перхлоратының сулы ерітінділерін қолдана отырып, PAN негізіндегі алғашқы талшықтарды иірді және басқа еріткіштерді, соның ішінде ДМФ-ны қарастырды. Алайда коммерциялық енгізу инфрақұрылымдағы соғыс уақытындағы стресстерге, полимерді деградациясыз ерітуге болмайтындығына байланысты және өндірісті еріткіштерге өңдеуге мүмкіндік беретін еріткіштер салдарынан кешіктірілді.[7][8]PAN талшығының алғашқы сериялық өндірісі 1946 жылы американдық химиялық конгломератпен жүзеге асырылды DuPont. Неміс зияткерлік меншік ұрланған болатын Қағаз қыстырғышты пайдалану. Деген брендпен шығарылған өнім Орлон, Германияның бірдей шағымынан кейін жеті күн өткеннен кейін берілген патентке негізделген.[9][тексеру сәтсіз аяқталды ]

Физикалық қасиеттері

Шыныдан өту температурасы шамамен 95 ° C және балқу температурасы 322 ° C температурада. PAN ішінде ериді полярлы еріткіштер, сияқты диметилформамид, диметилацетамид, этилен және пропилен карбонаттар. натрий тиоцианаты, мырыш хлориді және азот қышқылы.[10] Ерігіштік параметрлері: 26.09 МПа1/2 (25 ° C) 25,6 - 31,5 Дж құрайды1/2 см−3/2. Диэлектрикалық тұрақтылар: 5,5 (1 кГц, 25 ° С), 4,2 (1 МГц, 25 ° С) .Сызықтық полимер сияқты тармақталған да бола алады.

Синтез

PAN синтезінің көптеген коммерциялық әдістері еркін радикалды полимерленуге негізделген акрилонитрил.[дәйексөз қажет ] Көптеген жағдайларда, басқа қолдануға аз мөлшерде басқа винилді комономенттер де қолданылады (1-10%), AN-мен бірге соңғы қолдануға байланысты.[дәйексөз қажет ] Аниондық полимерлеуді PAN синтездеу үшін де қолдануға болады. Тоқыма қосымшалары үшін 40 000 - 70 000 диапазонындағы молекулалық салмақ қолданылады.[дәйексөз қажет ] Көміртекті талшық алу үшін молекулалық массасы жоғары болады.[дәйексөз қажет ]

Құрамында 600 текс (6к) PAN сүйретпесі бар көміртекті талшықтар өндірісінде жіптердің сызықтық тығыздығы 0,12 текс, ал жіптің диаметрі 11,6 мкм құрайды, бұл жіптің беріктігі 417 кгс / мм2 және байланыстырушы құрамы 38,6 күкірт талшық шығарады. %. Бұл деректер PAN прекурсоры мен одан жасалған көміртекті талшықтардың эксперименттік партияларының көрсеткіштері кестесінде көрсетілген.[11]

Қолданбалар

Полиакрилонитрилдің гомополимерлері ыстық газды сүзу жүйелерінде, сыртқы шатырларда, яхталарға арналған желкендерде және талшықты темірбетонда талшық ретінде қолданылған. Құрамында полиакрилонитрил бар сополимерлер көбінесе шұлықтар мен жемпір тәрізді тоқылған киімдер, сондай-ақ шатырлар және сол сияқты заттар сияқты ашық бұйымдар жасау үшін талшық ретінде қолданылады. Егер киімнің белгісінде айтылған болса «акрил», содан кейін ол полиакрилонитрилдің кейбір сополимерінен жасалады. Ол 1942 жылы DuPont-та иірілген талшықтан жасалған және оның атымен сатылған Орлон. Акрилонитрил әдетте комономент ретінде қолданылады стирол, мысалы. акрилонитрил, стирол және акрилат пластмасса. Акрилмен киім заттарын таңбалау (қараңыз) акрил талшығы ) полимер мономер ретінде кем дегенде 85% акрилонитрилден тұрады дегенді білдіреді. Әдеттегі комономер - бұл винил ацетаты, оны бояумен енуге мүмкіндік беретін жеткілікті жұмсаратын талшықтарды алу үшін оңай иіруге болады. Бұл акрилдерді қолданудың артықшылығы - олар табиғи талшықпен салыстырғанда арзан, олар күн сәулесіне жақсы төзімді және көбелектердің шабуылына төзімділігі жоғары. Құрамында галоген бар комономенттермен модификацияланған акрилдер модакрилдер қатарына жатады, олардың анықтамасы бойынша PAN пайыздық үлесі 35-85% құрайды. Галогендік топтардың қосылуы талшықтың жалынға төзімділігін арттырады, бұл модакрилдерді ұйықтауға, шатырларға және көрпелерге қолдануға қолайлы етеді. Алайда, бұл өнімнің жетіспеушілігі - бұл қымбатқа түседі және кептіруден кейін кішіреюі мүмкін.

PAN көптеген металл иондарын сіңіреді және сіңіру материалдарын қолдануға көмектеседі. Құрамындағы полимерлер амидоксим топтарды металдарды тазарту үшін қолдануға болады, өйткені полимерлердің металл иондарымен кешен түзу қабілеті бар.[12]

PAN төмен тығыздықты, термиялық тұрақтылықты, жоғары беріктігін және серпімділік модулін қамтитын қасиеттерге ие. Бұл ерекше қасиеттер PAN-ді жоғары технологиядағы маңызды полимерге айналдырды.

Оның созылу беріктігі мен созылуының жоғары модулі талшықтың өлшемімен, жабындысымен, өндіріс процестерімен және PAN-дың талшықты химиясымен анықталады. Оның алынған механикалық қасиеттері әскери және коммерциялық ұшақтарға арналған композициялық құрылымдарда маңызды.[13]

Көміртекті талшық

Полиакрилонитрил көміртегі талшығының 90% өндірісінің ізашары ретінде қолданылады.[14] Боинг пен Airbus кең корпусты аэродромдарының шамамен 20-25% көміртек талшықтары құрайды. Алайда өтінімдер PAN-дің жоғары бағасымен шектеледі, шамамен $ 15 / фунт.[15]

Тотыққан полиакрилонитрил талшығы (OPF)

Тотыққан PAN талшықтары отқа төзімді (FR) маталарды шығару үшін қолданылады.[дәйексөз қажет ] Әдетте ол FR маталарында қорғаныш киіміне қолданылған кезде оны OPF (тотыққан полиакрилонитрил талшығы) деп атайды және ол өнімділігі жоғары, үнемді және жалынға төзімді шешім болып табылады. OPF-ді 45-65% аралығында LOI (шектеулі оттегі индексі) бар болғандықтан, коммерциялық өндірістегі ең көп өндірілген маталардың бірі деп санауға болады, бұл LOI төмен басқа қарапайым FR маталарымен салыстырғанда ең жоғары LOI диапазондарының бірі болып табылады. мәндер (мысалы, Nomex @ 28-30%, Kevlar @ 28-30%, Modacrylic @ 32-34%, PBI @ 41% және FR-Viscose @ 28%);[дәйексөз қажет ] және OPF сонымен қатар басқа кең таралған маталармен салыстырғанда (мысалы, Nomex, FR Polyester және мақта) жану кезінде ең аз улы газ түзілуін көрсетеді.[дәйексөз қажет ]

Пайдаланылған әдебиеттер

  1. ^ Дж Гордон Кук (1984). Тоқыма талшықтары туралы анықтама: қолдан жасалған талшықтар. Woodhead Publishing. б. 393. ISBN  9781855734852.
  2. ^ Гупта, А.К .; Паливал, Д.К .; Bajaj, P. (1998). «Акрилонитрилді полимерлердің балқу әрекеті». Қолданбалы полимер туралы ғылым журналы. 70 (13): 2703–2709. дои:10.1002 / (sici) 1097-4628 (19981226) 70:13 <2703 :: aid-app15> 3.3.co; 2-u.
  3. ^ H. Finkentscher, C. Heuck, DE Patent 654989, Verfahren zur Herstellung von Polymerisationprodukten, Anmeldetag 18.2.1930 [1]
  4. ^ Вальтер Ветцель, Entdeckungsgeschichte der Polyfluorethylene - Zufall order Ergebnis gezielter Forschung? Н.Т. M. 13 (2005) 79–91
  5. ^ «KUNSTFASERN / INDUSTRIE: Das Salz der Mode - DER SPIEGEL 20/1955». www.spiegel.de.
  6. ^ H. Rein, DE-Patent 631756, Verfahren zur Lösung von polymerem Acrylsäurenitril, Anmeldetag, 8 тамыз 1934 [2]
  7. ^ Рейн, Герберт (1948). «Polyacrylnitril-Fasern Eine neue Gruppe von synthethischen Fasern». Angewandte Chemie. 60 (6): 159–161. дои:10.1002 / ange.19480600607.
  8. ^ Бунселл, А.Р. Тоқыма және техникалық талшықтардың қасиеттері туралы анықтамалық (2-ші басылым). Woodhead Publishing. ISBN  9780081012727.
  9. ^ C. H. Ray US патенті 2 404 713, полимерлі ерітінділерді дайындау әдісі, берілген күні: 17.06.1942 [3]
  10. ^ Интернет, D4W Comunicação - Soluções em. «IGTPAN». www.igtpan.com. Алынған 2018-05-10.
  11. ^ Серков, А; Радишевский, М (2008). «Полиакрилонитрил негізіндегі көміртекті талшықтардың күйі мен өндірісінің болашағы». Талшықты химия. 40 (1): 24–31. дои:10.1007 / s10692-008-9012-ж. S2CID  137117495.
  12. ^ Delong, Liu (2011). «Полиакролонитрилді катализатор ретінде Fe (0) қолдану арқылы бір электронды трансферлі тірі радикалды полимерлеу арқылы синтездеу және оның модификациядан кейінгі сіңіру қасиеттері». Полимер туралы ғылым журналы А бөлімі: Полимер химиясы. 49 (13): 2916–2923. Бибкод:2011JPoSA..49.2916L. дои:10.1002 / pola.24727.
  13. ^ «Полиакрилонитрилді (PAN) көміртекті талшықтардың өндірістік қабілетін бағалау» (PDF). Америка Құрама Штаттарының қорғаныс министрлігі. Архивтелген түпнұсқа (PDF) 2016 жылғы 4 наурызда. Алынған 4 желтоқсан 2013.
  14. ^ «Көміртекті талшық туралы білмеген 9 үздік нәрсе | Энергетика бөлімі». Energy.gov. 2013-03-29. Алынған 2013-12-08.
  15. ^ Джон МакЭлрой RSS-арнасы. «Өндірістегі жетістіктер көміртекті талшықты жаппай өндіріске жақындатады». Автоблог. Алынған 2013-12-08.

Сыртқы сілтемелер