Поліакрилонітрил - Енциклопедія MPlast
Поліакрилонітрил(-CH2-CH(CN)-)n - лінійний полімеракрилонітрилу.
- Молекулярна маса : 30000-100000;
- Щільність: 1,14-1,17 г/см 3;
- Температура скловання: 85-90 0 C;
- Температура розкладання: 250 0 C
Полімер нітрилу акрилової кислоти (поліакрилонітрил) був вперше отриманий Моро в 1893 з етиленціангідрину і аміду акрилової кислоти. У 1931 Карозерс розробив метод отримання латексів з поліакрилонітрилу. Пізніше, 1940 р., було запропоновано метод кополімеризації акрилонітрилу з бутадієном (нітрильний каучук).
Оскількиполіакрилонітрил не розчинявся у відомих органічних розчинниках, його неможливо було переробляти у волокна. Вперше волокно з поліакрилонітрилу отримали з використанням як розчинник диметилформаміду.
Пізніше було встановлено, що поліакрилонітрил розчиняється у концентрованому водному розчині роданіду натрію або кальцію. Це мало велике значення для вдосконалення технології одержання поліакрилонітрилу.
Поліакрилонітрил і різні кополімери на його основі знайшли широке застосування у виробництві волокна типу«нітрон», бутадієн-нітрильного каучуку, удароміцногополістиролу і т.д.
Виробництво емульсійного поліакрилонітрилу
Безперервний технологічний процес отримання поліакрилонітрилу (рисунок 1) складається зстадій:
- приготування розчинів,
- полімеризації акрилонітрилу,
- демономеризації дисперсії та конденсації акрилонітрилу,
- фільтрації,
- промивання та сушіння полімеру.
Умови полімеризації підбирають так, щоб одержати полімери середньої молекулярної маси (від35000 до 70 000).
Полімеризацію акрилонітрилу проводять у реакторі безперервної дії у водному середовищі в присутності окислювально-відновної ініціюючої системи з персульфату калію та метагідросульфіту натрію.
НАК подається знапірної ємності 2 дозмішувальний апарат 3. Водні розчини персульфату калію і метагідросульфіту натрію готують уапаратах для розчинення 4 , 5, з яких вони самопливом надходять уємності 6 , 7, а потім дозуються вапарат 3.
Нижче наведено норми завантаження компонентів:
Апарат 4
- Персульфат калію, кг – 3,0
- Вода знесолена, м 3 -0,44
Апарат 5
- Метагідросульфіт натрію, кг – 0,1
- Вода знесолена, м 3 – 0,050
Апарат 3
- НАК, м3/год – 0,0224
- Розчин персульфату калію, м3/год – 0,073
- Розчин метагідросульфіту натрію, м 3 /год - 0,0246
Полімеризація проводиться за температур:
- I зона 30-32 °С
- II зона 35-37 °С
- III зона 25-30 °С
Ступінь перетворення мономеру на полімер дорівнює 80-85%.
Отримана дисперсія надходить у проміжнуємність 8, а потім уколону 9 для відділення непрореагував акрилонітрилу (демономеризації) шляхом відгону. Демономеризація проводиться при50—60 °С і залишковому тиску6,6—20,0 кПа.
Пари акрилонітрилу та води конденсуються вхолодильнику 10. Конденсат надходить увідстійник 11, в якому він поділяється на два шари: верхній шар - акрилонітрил, нижній шар - 7% розчин акрилонітрилу у воді.
Дисперсія полімеру, з якої виділено акрилонітрил,апарата 9 надходить узбірник 12, звідки періодично насосом подається навакуум- барабанний фільтр 13 для відділення полімеру від маточного розчину. Полімер з барабана зрізається ножем та потрапляє на транспортний жолоб. Сюди одночасно подається вода для змивання полімерурепульпатор 14.
Уапараті 14 полімер відмивається від залишків мономеру та ініціатора. З репульпатора пульпа подається навакуум-барабанний фільтр 15. Після фільтрації полімер з вологістю 80% сушать у сушарці з киплячим шаром 16 до вмісту вологи 0,7-1,5%.
Виробництво поліакрилонітрилу у водних розчинах мінеральних солей
Для полімеризації акрилонітрилу можуть застосовуватися водні розчини роданіду натрію, перхлоратів натрію, кальцію, алюмінію та магнію. Процес проводять безперервним способом в апараті, з мішалкою, системою обігріву і охолодження, при 79-80,5 ° С і атмосферному тиску. У реактор, що містить50,5%-ний водний розчин роданіду натрію, вводять суміш92% акрилонітрилу,6% метилакрилату,1% ітаконової кислоти,0,1% ініціатора-динітрилу азобісізомасляної кислоти та інші добавки, що сприяють регулюванню росту
ланцюги. Реакційна суміш постійно подається в апарат знизу, а розчин полімеру відводиться зверху. Тривалість полімеризації 1-1,5 год. Конверсія мономеру становить близько 78%.
Полімер, що утворюється, розчиняється у водному розчині роданіду натрію. В результаті полімеризації виходить розчин поліакрилонітрилу з характеристичною в'язкістю 1,2.
Розчин використовують для виготовлення синтетичного волокнанітрон та плівок. Молекулярна маса полімеру, отриманого цим способом, дорівнює 40000-45000.
Виробництвополіакрилонітрилу в органічних розчинниках та в масі
При отриманні поліакрилонітрилу в середовищі органічного розчинника (лаковий метод) полімеризації протікає в умовах, за яких мономер і полімер, що утворюється, знаходяться в розчині. Як розчинники застосовують диметилформамід (у більшості випадків), диметилацетамід, α-піролідон і етиленкарбонат; Ініціатором зазвичай служить окислювально-відновна система, що складається з гідролероксиду кумолу та триетаноламіну. Технологічний режим та апаратурне оформлення процесу мало відрізняються від таких при полімеризації акрилонітрилу у водному розчині солей.
Поліакрилонітрил виходить у вигляді лаку, який використовують як прядильний розчин для отримання волокна.
При необхідності з поліакрилонітрилу можна виділити твердий порошкоподібний полімер.
Полімеризація акрилонітрилу в масі, або блоці, має обмежене застосування в промисловості і використовується головним чином для отримання сополімерів акрилонітрилу з іншими мономерами. В результаті блокової полімеризації поліакрилонітрил виходить у вигляді твердого порошку.
Властивості та застосування поліакрилонітрилу
Поліакрилонітрил не набухає і не розчиняється у звичайних органічних розчинниках. Він розчиняється в диметилформаміді, в динітрилі янтарної кислоти, в концентрованих водних розчинах деяких мінеральних солей.
Непластифікований поліакрилонітрил є крихким. Полімер мало розм'якшується при нагріванні,тому переробка поліакрилонітрилу вироби утруднена.
Поліакрилонітрил має достатню стійкість до багатьох хімічних реагентів. Слабкі розчини лугів не мають помітної дії, проте при підвищенні температури і рН лужного розчину нітрильні групи полімеру починають омилятися з утворенням амідних груп, а при подальшій дії частина амідних груп переходить у карбоксильні.
При обробці поліакрилонітрилу розчином соди ступінь омилення досягає 30-40%. При дії на поліакрилонітрил концентрованої сірчаної кислоти (75-95%) на холоді утворюється продукт, що містить імідні залишки. З підвищенням температури рівень імідизації полімеру збільшується. При дії радіоактивних випромінювань відбувається виділення газоподібних продуктів внаслідок руйнування поліакрилонітрилу.
Більша частина поліакрилонітрилу використовується для отримання волокна, яке застосовують для виготовлення різних тканин, рибальських мереж, транспортерних стрічок, як наповнювачі при отриманні шаруватих пластиків.