III. Tính chất và ứng dụng của sợi vitxco
2.Trùng hợp PAN
a. Cơ chế phản ứng trùng hợp
AN trùng hợp theo cơ chế gốc, gồm 3 giai đoạn:
* Giai đoạn khơi mào tạo các trung tâm hoạt động: Để tạo ra các trung tâm hoạt động thì có nhiều ph−ơng pháp và mỗi cách thì có những −u, nh−ợc điểm riêng:
+ Dùng nhiệt độ:
CH2 = CHCN →°
CH-CHCN
Đặc điểm: Có nhiều sản phẩm phụ, tạo sản phẩm không đồng nhất, polyme dễ bị phân hủy, trọng l−ợng phân tử polyme thấp, đòi hỏi nhiệt độ cao do đó cần cung cấp năng l−ợng lớn.
Đặc điểm: Trùng hợp ở nhiệt độ thấp, sản phẩm đồng nhất, có M cao. Tuy nhiên giá thành cao.
+ Dùng tia bức xạ:
Dùng các bức xạ có năng l−ợng cao nh− tia X, các hạt điện tử có tần số cao... Cách kích động này tốt nhất nh−ng giá thành cũng rất cao.
+ Dùng chất khơi mào:
Phổ biến trong công nghiệp vì nhiệt độ trùng hợp vừa phải, thu đ−ợc polyme đồng nhất, trọng l−ợng phân tử cao, chất khởi đầu th−ờng là những chất dễ kiếm, rẻ tiền, l−ợng dùng ít. Các chất khơi mào dùng để trùng hợp AN theo các ph−ơng pháp khác nhau thì khác nhau:
- Trùng hợp khối: dùng peroxit benzoic, l−ợng dùng ≤ 0,1% hoặc dùng diazoamin benzen (tác dụng yếu hơn).
- Trùng hợp dung môi:
- Trùng hợp nhũ t−ơng: Dùng hyđroperoxyt (H2O2), pesulfat amôn. Khi dùng pesunfat amôn thì số tự do sinh ra khi phân hủy pesulphat và kích động phản ứng trùng hợp hầu nh− không đổi trong cả 2 quá trình. Nếu thêm vào hệ thống một ít AgNO3 hoặc dùng hệ oxy hoá khử thì vận tốc trùng hợp tăng.
* Giai đoạn phát triển mạch: Là quá trình các gốc hoạt động t−ơng tác với các phân tử AN để chuyển gốc tạo thành gốc monome t−ơng ứng, các gốc này lại tiếp tục chuyển điện tử dọc theo mạch khi t−ơng tác với monome khác để tạo thành gốc mới lớn hơn và cứ nh− vậy mạch polyme đ−ợc tăng lên dần theo thời gian phản ứng cho đến khi đủ điều kiện để ngắt mạch phản ứng. Phản ứng phát triển mạch kèm theo quá trình toả nhiệt rất lớn
* Giai đoạn ngắt mạch: Quá trình ngắt mạch chủ yếu theo 2 h−ớng: tái hợp gốc và bất tỷ phân.
+ Tái hợp gốc: là quá trình kết hợp 2 gốc với nhau tạo thành mạch đại phân tử của polyme:
+ Bất tỷ phân: là quá trình khi 2 gốc tác dụng với nhau tạo thành 2 mạch cao phân tử có sự chuyển dịch nguyên tử hiđro.
b. Các ph−ơng pháp trùng hợp acrylonitryl b.1. Trùng hợp khối
Thành phần hỗn hợp phản ứng: - AN tinh khiết.
- Chất khởi đầu peroxit benzoil (nồng độ < 0,1 %)
Quá trình trùng hợp khối, AN ở dạng lỏng, chất khởi đầu tan trong monome AN, polyme tạo ở dạng bột cứng không tan trong monome nh−ng tan trong nhiều chất hữu cơ và dung dịch muối. Phản ứng rất mãnh liệt sau giai đoạn cảm ứng ngắn. Khi nhiệt độ cảm ứng tăng hì giai đoạn cảm ứng giảm và xảy ra trùng hợp nhanh, có khi xảy ra hiện t−ợng nổ nếu chất kích động v−ợt 0,1%. Chất khơi mào peroxit bị phân hủy rất nhanh tạo thành gốc tự do.
* Nh−ợc điểm: Polyme thu đ−ợc ở dạng khối cứng có hình dạng của thiết bị phản ứng nên khó tháo sản phẩm và khó khăn cho quá trình gia công tiếp theo. Quá trình phản ứng khó điều chỉnh đ−ợc nhiệt độ vì pơhản ứng tỏa nhiệt nhiều mà môI tr−ờng thoát nhiệt kém nên dễ gây ra hiện t−ợng nhiệt cục bộ, làm polyme tạo ra dễ bị phân hủy và có màu.
b.2/ Trùng hợp trong dung môi
Thành phần hỗn hợp phản ứng: - AN tinh khiết
- Chất khởi đầu - Chất ổn định - Dung môi
Dung môi có thể là CH3COOH, CH3CHO... Khi có mặt dung môi thì quá trình trùng hợp bị chậm lại và hoàn toàn ngừng khi có trans- đibenzoiletilen chất này đóng vai trò nh− một chất ức chế hay chất hãm. Ph−ơng pháp này thì quá trình điều chỉnh nhiệt độ t−ơng đối dễ vì dung môi là môi tr−ờng tản nhiệt tốt.
Trong sản xuất sợi thì có thể sử dụng ngay sản phẩm trùng hợp dung môi để cho qua hệ thống kéo sợi theo ph−ơng pháp khô.
b.3/ Trùng hợp nhũ t−ơng
Ph−ơng pháp trùng hợp n−ớc nhũ t−ơng đ−ợc áp dụng rộng rãi vì ph−ơng pháp này tiến hành ở nhiệt độ vừa phải và thu đ−ợc polyme có phân tử l−ợng t−ơng đối cao. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thành phần hỗn hợp phản ứng: - AN - N−ớc - Chất khởi đầu - Chất nhũ hoá - Chất ổn định pH môi tr−ờng phản ứng
* −u điểm: - Quá trình trùng hợp xảy ra ở nhiệt độ vừa phải. - Tốc độ phản ứng lớn t−ơng đối đồng nhất
- Môi tr−ờng phản ứng là n−ớc dễ kiếm, rẻ tiền, tản nhiệt nhanh, không xảy ra hiện t−ợng nhiệt cục bộ.
* Nh−ợc điểm:
- Sản phẩm có độ tinh khiết không cao.
- Kích th−ớc hạt polyme nhỏ nên quá trình sấy và ly tâm dễ tổn thất
- Điều khiển quá trình phức tạp do khống chế kỹ thuật khó khăn, đòi hỏi phải có tay nghề cao và cẩn thận khi cho nguyên liệu và lấy sản phẩm ra.
6.5.III. Công nghệ sản xuất sợi acrylic
Cũng nh− các loại sợi hoá học khác sợi acrylic đ−ợc sản xuất bằng ph−ơng pháp kéo −ớt (vì loại dung môi này khó bay hơi: 150 oC) và qua các giai đoạn:
1/ Chuẩn bị dung dịch kéo sợi
- Nh− đã trình bày ở trên, dung môi để hòa tan PAN tốt nhất là dimetylenformamit.
Nguyên liệu kéo sợi d−ới dạng dung dịch đ−ợc cho vào hệ thống kéo sợi thực hiện các công đoạn nh− sau: lọc, dùng bơm định l−ợng ép chất lỏng qua đầu philie. Dòng sợi đi khỏi đầu philie nhúng trong bể đông tụ. Tùy thuộc vào loại dung môi hòa tan mà bể đông tụ có các tành phần khác nhau. Trong bể đông tụ này có thể chứacác chất hữu cơ nh− glyxerin, chất HĐBM, chất bôi trơn... Quá trình đông tụ có thể thực hiện trong khoảng nhiệt độ khá rộng từ 10 đến 120 oC.
3/ Quá trình kéo căng
Kéo căng với tỷ số khá lớn 4 - 12, ở nhiệt độ 100 - 150 oC. Cách kéo căng cũng khác nhau tùy điều kiện tạo sợi:
. Có thể sấy sơ bộ sợi rồi kéo căng trên bàn là nóng. . Có thể kéo căng trong bể có thành phần nh− bể đông tụ.
. Có thể kéo căng trong môi tr−ờng không khí nóng hoặc không khí bão hòa hơi n−ớc quá nhiệt.
Tiếp đến cho ổn định nhiệt ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ hoá thủy tinh của PAN. Tùy vào yêu cầu của sản phẩm mà có thể tiến hành một số công đoạn khác nữa nh−: tạo quăn, dập sóng, cắt ngắn theo những độ dài nhất định để thu xơ cắt ngắn hoặc cho vào thùng tạo thành bó sợi...
6.5.IV. Tính chất của sợi acrylic
Ngày nay ng−ời ta th−ờng biến tính PAN bằng cách tiến hành đồng trùng hợp AN với một số monome nh− vinylclorua, vinylacetat, vinylpiridin... để thay đổi một số tính chất của polyme nh− tăng khả năng hòa tan trong các dung môi thông th−òng nh− axeton, ete... và khả năng nhuộm màu... Th−ờng tỷ lệ acrylonitril là 85 %. Tính chất của sợi phụ thuộc rất nhiều vào khối l−ợng phân tử của nó. Với cùng một bản chất hoá học nh−ng bằng cách thay đổi các điều kiện khi tạo sợi, kéo căng, ổn định nhiệt thì các tính chất cơ lý của sợi PAN có thể thay đổi trong một khoảng rất rộng.
* Độ bền cơ học: Sợi PAN có độ bền cơ học cao và không bị giảm ở trạng thái −ớt. Tuy nhiên nó rất kém bền với ma sát.
* Độ bền nhiệt: Sợi acrilic là sợi nhiệt dẻo nh−ng nó t−ơng đối bền nhiệt. Khi đốt nóng ở 150 oC trong 2 ngày độ bền của không giảm sút. Tăng
nhiệt độ lên 160-165 oC xơ bắt đầu bị vàng, đốt nóng ở 200 oC với thời gian trên 60 giờ nó trở nên đen nhánh nh− than nh−ng độ bền cơ học vẫn không thay đổi mấy. Nó chỉ bị nung nóng đỏ lên trong ngọn lửa của đèn khí. Khi đung nóng trên 220 oC sợi mới bắt đầu bị mềm và phân hủy.
* Độ bền ánh sáng: Sợi PAN có độ bền cao với ánh sáng và khí quyển về chỉ tiêu này thì nó v−ợt tất cả các loại sợi hoá học và sợi thiên nhiên. Ngoài ra nó còn bền với vi sinh vật và nấm mốc...
* Độ bền bức xạ: Đây là một tính chất đặc tr−ng của sợi PAN đó là khả năng chịu đ−ợc những bức xạ hạt nhân. Đặt trong lò phản ứng hạt nhân trong 26 giờ độ bền của nó giảm không quá 25%.
* Độ bền hoá học: Sợi PAN có độ bền hoá học cao, bền với axit, chất ôxy hoá và các dung môi hữu cơ, bền với r−ợu, axit hữu cơ trừ axit formic, bền với dầu béo, axeto và ête. Kém bền với kiềm: bị phân hủy trong dung dịch kiềm đậm đặc, bị vàng trong dung dịch kiềm loãng.
Khả năng thấm −ớt kém nên nó là loại sợi rất khó nhuộm. Để sản xuất sợi với nhiều màu sắc khác nhau thì th−ờng cho thêm chất màu vào dung dịch kéo sợi hoặc tiến hành nhuộm sợi tr−ớc khi sấy khô. Bó sợi sau khi rửa đ−ợc đ−a vào bể chứa thuốc nhuộm, rồi phơi sơ bộ trong không khí, rửa và nếu cần phối hợp màu, lại cho qua bể nhuộm thứ hai, thứ ba... và sau cùng đem sấy ở nhiệt độ cao. Thuốc nhuộm tốt nhất cho sợi này là thuốc nhuộm cation.
* Ngoại quan: Giống tơ tằm: mềm mại, cảm giác khi tiếp xúc. Đối với xơ cắt ngắn thì rất giống với len từ lông cừu: xốp, ấm, giữ nhiệt...
6.5.V. ứng dụng của sợi PAN
Sợi acrylic pha trộn với bông, vitxco, len thiên nhiên... để dệt thành nhiều loại vải mỏng và dày, làm lông thú nhân tạo, dệt thảm, chăn mền, các lớp cách nhiệt, khăn quàng cổ
mùa đông... Các loại len đan hàng ngày th−ờng quen gọi là len nylon, đẹp không thua gì len cừu, gía thành rẻ hơn nhiều đó chính là len đi từ PAN hoặc nguyên chất hoặc pha trộn với len thiên nhiên và vitxco. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sợi acrylic còn dùng để tạo sợi có độ xốp cao ứng dụng nhiều trong đời sống và trong kỹ thuật.
* Tóm lại: Sợi acrylic là nguồn nguyên liệu cho ngành dệt may để sản xuất ra nhiều mặt hàng có giá trị đ−ợc sử dụng rrộng rãi trong đời sống và trong kỹ thuật.