Поліакрилонітрильні волокна

Для отримання поліакрилонітрильних волокон використовують високомолекулярну сполуку поліакрилонітрил, який отримують шляхом полімеризації акрилонітрилу:

nН₂С=СН → [-C₂H-CH-]_n

CN CN

Волокно, сформоване із такого полімеру, має ряд суттєвих недоліків: низьку еластичність, невисоку стійкість до стирання, погано забарвлюється. Останнє пов'язано з відсутністю в макромолекулах функціональних груп, які можуть взаємодіяти з барвником, щільністю структури волокна і його гідрофобністю. Враховуючи це, більшість відомих типів поліакрилонітрильних волокон виробляють не з чистого поліакрилонітрилу, а з його сополімерів.

У цьому випадку для синтезу початкового сополімеру, крім акрилонітрилу, використовують інші мономери, які порушують регулярність будови макромолекул і в результаті розпушують структуру волокна; забезпечують введення в поліакрилонітрил груп, які здатні взаємодіяти з барвниками.

Ці мономери вводяться при сополімеризації у відносно невеликих кількостях (не вище 15 %), так як тільки в цьому випадку зберігаються цінні властивості поліакрилонітрильного волокна — висока світлостійкість, термостійкість і хороші механічні властивості. Частина цих мономерів містить кислотні функціональні групи і забезпечує здатність взаємодії з катіонними барвниками; друга — містить основні групи і забезпечує можливість забарвлення кислотними барвниками; третя частина не містить активних груп і забезпечує розпушування волокна.

Поліакрилонітрильні волокна, виготовлені із сополімерів, випускають під різними торговими назвами: акрилан, креслан, орлон (США), куртель (Англія), кашмілон (Японія).

Вітчизняне поліакрилонітрильне волокно має торгову назву нітрон. Воно складається із елементарних ланок акрилонітрилу (92 %), метилакрилату (6,3) і ітаконової кислоти (1,7).

Наявність у макромолекулах метилакрилатних ланок надає волокну підвищену еластичність і стійкість до стирання, а введення залишків ітаконової кислоти з її карбоксильними групами підвищує здатність волокна до забарвлення катіонними барвниками.

Для поліакрилонітрильного волокна характерна висока орієнтація макромолекул, щільність структури, висока енергія міжмолекулярної взаємодії за рахунок сил Ван-дер-Ваальса і водневих зв'язків, хоча полімер, очевидно, нездатний до кристалізації.

На сьогодні немає ясності про природу кінцевих груп у макромолекулах волокна. Припускається наявність карбоксильних груп, а також сульфатних, якщо полімеризація проводилась у присутності сульфатів.

Завдяки щільній структурі, відсутності гідрофільних груп волокна мають низьку гігроскопічність (1-1,5 % за нормальних умов) і практично не набрякають у водному середовищі. Поглинання вологи відбувається в основному за рахунок пустот, м'яких тріщин в структурі волокна.

Хімічні властивості поліакрилонітрильних волокон визначаються наявністю в їх макромолекулах нітрильних груп, а також карбоксильних і складно ефірних, що вводяться в сополімер.

Неполярні і деякі полярні (ацетон, дихлорметан) органічні розчинники не діють на ці волокна. В сильно полярних органічних розчинниках (диметилформамід, диметилсульфоксид, диметилацетамід) Поліакрилонітрильні волокна добре розчиняються і утворюють стійкі розчини.

Для поліакрилонітрильних волокон характерна висока термостійкість: дводенна обробка волокна при температурі 150 °С не знижує його міцності. Тривале прогрівання при температурі 200 °С призводить до втрати З0 % маси волокна: воно чорніє і при цьому різко підвищується термостійкість.

Таке волокно стійке до подальшого прогрівання навіть у полум'ї бунзенівського пальника при температурі 600-800 °С, після прокалювання воно зберігає певну міцність і еластичність. При сухому прогріванні в макромолекулах волокна відбуваються деякі хімічні перегрупування, які призводять до його забарвлення і втрати розчинності. При температурах 220-280 °С волокно розм'якшується і одночасно розкладається.

Поліакрилонітрильне волокно проявляє високу стійкість до світла і атмосферного впливу і перевершує щодо цього майже всі природні і хімічні волокна. Поліакрилонітрильні волокна за своєю пухнастістю, м'якістю, об'ємною еластичністю, низькою теплопровідністю, теплим грифом нагадують вовну. Відзначаються високою механічною міцністю, стійкістю до зминання. Недоліком волокна є його крихкість і пов'язана з нею низька міцність до стирання.

Поліакрилонітрильні волокна мають розривну довжину 32—39 км і в мокрому стані майже не втрачають міцності. Як лавсан, вони відзначаються високими еластичними властивостями, поступаючись лише поліамідним волокнам.

Волокна стійкі до мінеральних кислот середньої концентрації і навіть до дії концентрованих розчинів соляної, оцтової і 85 %-ної мурашиної кислот. Концентровані розчини сірчаної і азотної кислот руйнують поліакрилонітрильні волокна.

До дії лугів ці волокна більш чутливі, ніж до дії кислот. При обробці розведеними розчинами їдкого натрію (при звичайній температурі) вони достатньо стійкі, але руйнуються за рахунок омилення нітрильних груп і деструкції макромолекул при використанні більш концентрованих розчинів при нагріванні.

При дії навіть слабких лугів може мати місце пожовтін­ня волокна в результаті утворення амідінових груп за схемою:

2H₂O

>СН-СN → >CH-COOH + NH₃↑

NH₂

>CН-CN + NH₃ →>CН-C

NH

Поліакрилонітрильні волокна стійкі до дії окислювачів, мікроорганізмів, не руйнуються міллю і термітами.