3. Tính chất của Polyme, sự kết hợp với các phụ gia phổ biến
3.1. Tính chất
Tính chất vật lý:
Polyacrylonitrile (PAN) Tính chất Nhiệt độ thủy tinh hóa 100 độ C Nhiệt độ nóng chảy 317 độ C Nhiệt độ phân hủy 220 độ C Khối lượng riêng ở 25◦C 1.184 g/cm3 Khối lượng phân tử monome 53,06 g/mol
C 67,9%, H 5,7%, N 26,4%
Bảng 1: Tính chất vật lý của PAN
Do sự hình thành các liên kết hóa học mạnh mẽ giữa các nhóm nitrile (CN) mà Polyacrylonitrile có một số tính chất nổi bật sau
- Độ bền nhiệt cao
Mặc dù Polyacrylonitrile được xếp là nhựa nhiệt dẻo, nhưng nó khơng bị nóng chảy ở điều kiện bình thường. Nó bị phân hủy trước khi nóng chảy. Cụ thể: khi đốt nóng ở 150 độ C trong hai ngày thì độ bền vẫn khơng giảm sút. Tăng nhiệt độ lên 160-165 độ xơ băt đầu bị vàng, đốt ở 200 độ C với thời gian trên 60 giờ thì vật kiệu có màu đen như than nhưng giữ được độ bền cơ học. Chỉ khi đun nóng trên
<Trang 27> <Chương 2> 220 độ C thì vật liệu mới bắt đầu mềm và phân hủy. Tuy có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ phân hủy, các nhà khoa học vẫn có thể xác định khoảng nhiệt độ nóng chảy của Polyacrylonitrile là ở trên 300 °C bằng nhiều cách khác nhau như bằng phương pháp đo độ pha loãng (qv) [16] hay trong điều kiện Polyacrylonitrile ngâm trong nước, được đun nóng bằng nồi áp suất cao có thiết kế đặc biệt và tốc độ tăng nhiệt là 50 độ mỗi phút hoặc lớn hơn. Do nước ngăn cản điểm nóng chảy (Tm) của polyme do tác dụng hóa dẻo của Polyme; tuy nhiên, chính nước cũng gây ra sự thủy phân của một số nhóm CN trong q trìn h nóng chảy này. Vì thế khoảng nhiệt độ nóng chảy có tính tương đối với cấu trúc của polyme [17].
- Độ bền ánh sáng, sinh học cao:
Polyacrylonitrile là 1 trong những Polyme có độ bền cao nhất khi có khả năng chống phân hủy bởi tia UV trong mặt trời. Ngồi ra nó cịn bền với vi sinh vật và nấm mốc…
Tính chất hóa học
- Cấu trúc: Các nhóm nitril phân cực tạo ra lực đẩy nội phân tử, buộc các phân tử thành một dạng xoắn không đều nhưng chúng đảm bảo lực hút liên phân tử giữa các phân tử polyme tạo ra các tinh thể đơn hình chữ nhật, tinh thể song sinh, hình bầu dục và hình cầu.
- Polyacrylonitrile khó bị hịa tan trong các dung môi thông thường (nước, dầu béo, axeton, ete, rượu,..)
- Kém bền với kiềm khi Polyacrylonitrile có thể bị phân hủy trong dung dịch kiềm đặc, bị vàng trong dung dịch kiềm loãng.
Polyacrylonitrile có thể bị hịa tan Dimetylformamit (DMF), Dimethylis Sulfoxidum (DMSO), Dimethylacetamide (DMA hoặc DMAC) để xử lỷ tạo sợi và màng.
<Trang 28> <Chương 2>
3.2. Sự kết hợp với các phụ gia phổ biến
- Đồng trùng hợp vinyl axetat
Vì Polyacrylonitrile khó hịa tan và có khả năng chống nhuộm cao nên rất ít sợi được sản xuất chỉ chứa Polyacrylonitrile mà cịn được đồng trùng hợp vinyl axetat chứa 2 đến 7 phần trăm để dễ dàng kéo dung dịch thành sợi acrylic, đủ
mềm để cho phép thuốc nhuộm xâm nhập. Sợi acrylic mềm và linh hoạt, tạo ra sợi nhẹ, cao. Những đặc tính này gần giống với những đặc tính của len ( do đó sợi acrulic cịn được gọi là len nhân tạo hay len nilong), việc sử dụng phổ biến nhất của acrylics trong quần áo và thảm là để thay thế len. Acrylic có thể được bán với giá chỉ bằng một phần nhỏ so với sợi tự nhiên và chúng có khả năng chống nắng tốt hơn, chống nấm mốc và chống lại sự tấn công của sâu bướm.
- Đồng trùng hợp với vinyl clorua tạo vải Modaᴄrуliᴄ, vải Nуtrile.
Các acrylic được biến tính bằng cách thêm các chất đồng phân chứa halogen như vinyl clorua hoặc vinylidene clorua. Sự hiện diện của clo mang lại khả năng chống cháy, chống thấm đáng kể cho sợi - một lợi thế khiến modacrylics trở nên mong muốn cho các sản phẩm như quần áo ngủ, chăn, mái hiên và lều chống thấm nước. Tuy nhiên, chúng không được sử dụng rộng rãi như các loại acrylic đơn giản vì giá thành cao hơn và vì chúng dễ bị co rút trong máy sấy quần áo.
Polyacrylonitrile được trộn cùng với các chất làm dẻo có độ phân cực cao, chẳng hạn như polyol và chất ổn định như axit vô cơ lỏng và / hoặc các hợp chất halogen hóa như halohydrins, làm chậm hoặc ngăn chặn q trình quay vịng, trong những điều kiện này, polyme nóng chảy có thể được tạo thành sợi hoặc theo cách khác, quy trình này cũng cho phép sản xuất hỗn hợp pha trộn với các polyme như PVC, PVDC và PVDF có đặc tính chống cháy và với polyme PHB, PHV và axit polylactic có thể phân hủy sinh học [18].
<Trang 29> <Chương 2>
4. Ứng dụng vật liệu:
HomoPolyme PAN đã được ứng dụng làm sợi trong hệ thống lọc khí nóng, mái hiên ngồi trời, cánh buồm cho du thuyền, siêu màng lọc, sợi rỗng thẩm thấu ngược, và sợi gia cường cho bê tông cốt thép thay amiang.
Nổi bật Polyacrylonitrile cịn là tiền chất hóa học để tạo nên sợi carbon chất lượng cao. Trước tiên, sợi PAN bị oxy hóa trong khơng khí ở 230 độ C để tạo thành sợi PAN bị oxy hóa, sau đó, cacbon hóa ở trên 1000 độ C trong mơi trường khí trơ để tạo thành sợi carbon, loại sợi đã được ứng dụng trong công nghệ cao và ứng dụng hàng ngày như máy bay dân sự và máy bay quân sự, tên lửa, bình áp lực, cần câu, vợt tennis, cầu vợt lông và khung xe đạp công nghệ cao.
Chương 3
CÁC COPOLYME CỦA NITRILE
Cao su nitrile (NBR) hay còn được gọi là cao su nitrile-butadien, được phát triển lần đầu tiên bởi Konrad, Tschunkur và Kleiner ở I.G. Farbenindustrie, Ludwigshafen, sau đó được phát triển kết hợp bởi Oppau và Hoechst trong năm 1930, và được thương mại vào năm 1934. Cao su nitrile được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực cao su kỹ thuật, cao su dùng cho ơ tơ do tính kháng dầu, nhiên liệu và nhiệt vừa phải đặc trưng của nó.
1. Nguyên liệu
NBR được tổng hợp bằng phương pháp đồng trùng hợp các monomer acrylonitrile (ACN) và butadien với nhau.
1.1. Butadien
Butadien (C4H6) hay buta-1,3-dien là một ankadien liên hợp. Butadien là chất khí khơng màu ở điều kiện thường, dễ dàng ngưng tụ thành chất lỏng. Butadien hòa tan kém trong nước, hòa tan trong metanol và etanol và tan nhiều trong các dung môi phân cực điểm sôi cao. Hầu hết butadien được thực hiện phản ứng trùng hợp để sản xuất cao su tổng hợp vì sản phẩm mang những đặc điểm nổi bật của cao su thiên nhiên, đồng thời có khả năng chống mịn cao, chịu uốn gấp tốt, ít biến dạng.
<Trang 31> <Chương 3>