آکریلونیتریل (
) مایعی بی رنگ یا شفاف است که بویی شبیه به هلو دارد. این ماده شیمیایی در بیشتر حلال های آلی قابل انحلال است. حلال هایی مثل استون، بنزن، کربن تتراکلراید، اتر، اتانول، اتیل استات، اتیلن سیانوهیدرین، کربن دی اکسید مایع، متانول، تولئن، زایلن و نفت سفید. آکریلونیتریل به خاطر داشتن پیوند دوگانه و همچنین الکترون پذیری گروه نیتریل در بسیاری از واکنش های افزایشی و پلیمریزاسیون ها شرکت می کند. از جمله این واکنش هایی که در آن گروه نیتریل شرکت می کند می توان به هیدرولیز، الکل کافت(Alcoholysis)، واکنش با الکل ها و اولفین ها و واکنش با آلدهید ها و ترکیبات متیلول(Methylol) اشاره کرد. پیوند دوگانه ی این ماده شیمیایی نیز در برخی واکنش ها مانند هیدورژن دار کردن، هالوژن دار کردن، Hydroformylation، Hydrodimerization و واکنش با ترکیبات آزو شرکت می کند.
آکریلو نیتریل را می توان از مواد نیتروژن داری مثل هیدروژن سیانید، سیانوژن کلراید، نیتریل ها، آمین ها، نیتریک اکسید و آمونیاک تهیه کرد. چند واکنش مهم از این دسته در ذیل آمده است:
بعدها فرآیند های تجاری تولید آکریلونیتریل بر پایه هیدروژن زدایی از اتیلن سیانوهیدرین یا واکنش HCN با استالدهید صورت گرفت.
ولی امروزه تمامی آکریلونیتریل های سطح جهان طی فرآیند اکسایش پروپیلن با آمونیاک (Propylene Ammoxidation) صورت می گیرد. این فرآیند سبب کاهش چشمگیر هزینه ها و افزایش تولیدات شده است و زمینه ی گسترده ای را جهت استفاده از آکریلونیتریل در فیبرها و پلاستیک ها فراهم کرده است.
پلی آکریلونیتریل (PolyAcrylonitrile) به طور خلاصه PAN نوشته می شود. نام دیگر آن پلی وینیل سیانید است. فرمول ساختاری عمومی این پلیمر را در ذیل آمده است:
تصویر 1 نمایش واحد تکراری PAN
طبیعت قطبی پلی آکریلونیتریل خواص بی نظیر و شناخته شده ای به این پلیمر بخشیده است. خواصی مثل سختی و استحکام، مقاومت در برابر بیشتر مواد شیمیایی و حلال ها، آفتاب، گرما و میکروارگانیسم ها ، آهسته سوختن و خاکستر شدن، سازگاری با برخی از مواد قطبی، جلاپذیری و نفوذ پذیری ناچیز گاز ها در آن از جمله ی این خواصند.
به خاطر ویژگی های منحصر به فرد پلی آکریلونیتریل، حلال آن نیز باید منحصر به فرد باشد. حلال مورد نظر باید بتواند پیوند های هیدروژنی قوی تری نسبت به آنچه بین زنجیر های پلیمر است، برقرار کند. مثلا دی متیل فرمامید از این جهت حلال خوبی به حساب می آید، در حالی که فرمامید، متیل فرمامید و دی اتیل فرمامید این طور نیستند یا دی متیل سولفون حلال مناسبی است اما دی اتیل سولفون نه. در ادامه تعدادی از حلال های موثر برای پلی آکریلونیتریل در دمای محیط و بالاتر آمده است: دی متیل تیو فرمامید، دی متیل استامید، N-متیل-β-سیانو متیل فرمامید، α-کلرو-β-هیدروکسی پروپیونیتریل، β-هیدروکسی پروپیونیتریل، هیدروکسی استونیتریل، ε-کاپرولاکتام، پروپیولاکتون، تترا متیلن سوفوکساید، m-نیتروفنول، p-نیتروفنول، (ارتو، متا، پارا)-فنیلن دی آمین، اتیلن کربنات، پروپیلن کربنات، سولفوریک اسید و نیتریک اسید غلیظ و محلول های آبی غلیظ LiBr، NaCNS، ZnCl2.
- بررسی تنزل ساختاری پلیمر تحت تغییرات دمایی
با گرما دادن رنگ پلی آکریلونیتریل تغییر می کند، ابتدا به زردی میگراید سپس قرمز می شود و نهایتا سیاه. این تغییر رنگ پلیمر را می توان این طور تصور کرد که در طی واکنش، گروه های نیتریل می خواهند بخش های به هم آمیخته ای را ایجاد کنند. در اینجا چهار گروه تغییر وجود دارد: پارگی زنجیر، برقراری پیوند های بین زنجیری، هیدروژن دار شدن و ایجاد حلقه. در تصویر نمایشی از ایجاد حلقه مشاهده می شود. اگر این پلیمر بالای 200 درجه سانتی گراد و تحت خلا یا در هوا، گرما ببیند حلقه های تشکیل شده، نیتروژن و هیدروژن خود را آزاد می کنند و حلقه های کربنی تشکیل می شود. به نتیجه این فرآیند فیبر های کربنی گویند. PAN یکی از مهم ترین مواد خام جهت تولید فیبر های کربنی است.
در دماهای 400، 600 و 800 درجه سانتی گراد نخ های پلی آکریلونیتریل پیرولیز (Pyrolyze) می شوند. محصول عمده ی این اتفاق HCN است که ماده ای بسیار سمی است. در دماهایی حتی از این بیشتر مقدار HCN و استونیتریل ، آکریلونیتریل و سیانو بنزن ها افزایش می یابد. آمونیاک هم محصول دیگر این تغییرات دمایی است که سمیت آن در مقایسه با HCN کمتر است.
تصویر 2 بوجود آمدن حلقه طی گرمادهی به پلی آکریلونیتریل
تصویر 3 تغییرات ساختاری در زنجیر های پلی آکریلونیتریل
پلیمریزاسیون آکریلونیتریل می تواند در روش های توده ای، امولسیونی، تعلیقی، دوغابی و محلول صورت بگیرد. روش دوغابی که طی این آزمایش بررسی شد، مونومر در داخل قطرات معلق کوچکی که در یک محیط آبی هستند، به دام افتاده است. روش دوغابی سبب می شود تا خروج گرما بهتر انجام شود. پرکاربرد ترین و در عین حال ارزان ترین حلال برای این پلمریزاسیون آب است. در این فرآیند از آغازگر هایی همچون بنزول پراکسید، هیدروژن پراکسید، ترکیبات آزو مثل 2و'2- آزوبیس (ایزوبوتیرونیتریل) و 2و'2- آزو بیس (2و4-دی متیل والرو نیتریل) استفاده می شود تا گونه های رادیکالی برای شروع پلیمریزاسیون را فراهم شوند. یک سیستم ردوکس هم می تواند رادیکال های مورد نیاز برای فاز شروع پلیمریزاسیون را فراهم کند. پتاسیم پرسولفات همراه با سدیم متابی سولفیت گزینه خوبی برای یک سیستم ردوکس است. این دو آغازگر طی یک واکنش اکسایش-کاهش رادیکال های مورد نیاز برای شروع واکنش را فراهم می کنند. واکنش بین این دو ماده را می توان به صورت زیر متصور شد.
در مرحله بعد رادیکال های ایجاد شده با حمله به مونومر آکریلونیتریل ، فاز شروع واکنش را رقم می زنند. اگر گونه های رادیکالی با نمایش داده شود، مکانیزم فاز شروع پلیمریزاسیون مطابق با ذیل خواهد بود.
می توان معادله سرعت فاز شروع را به صورت ذیل در نظر گرفت:
مکانیزم فاز انتشار نیز چیزی شبیه به ذیل خواهد بود.
و نهایتا پس از فاز های شروع و انتشار، فاز اختتام پلیمریزاسیون قرار دارد. این مرحله به دو روش ترکیب و تسهیم صورت می گیرد. در تصویر 4 و 5 نحوه اختتام یک پلیمریزاسیون وینیلی آمده است.
تصویر 4 چگونگی اختتام یک پلیمریزاسیون وینیلی به روش ترکیب
تصویر 5 چگونگی اختتام یک پلیمریزاسیون وینیلی به روش تسهیم
- نمای کلی یک راکتور تولید پلی آکریلونیتریل و جریان های مربوط به آن
- کاربرد های پلی آکریلونیتریل
هومو پلیمر آکریلونیتریل به خاطر داشتن دمای ذوب بالا، ویسکوزیته بالای مذاب و پایداری حرارتی پایین پرکاربرد نیست. حتی در فیبر ها، مقدار کمی از کوپلیمر آکریلونیتریل به کار برده می شود تا پایداری، رنگ و دیگر مشخصات آن بهبود یابد. بیشترین کاربرد PAN در زمینه فیبر های آکریلیکی (Acrylic Fibers)، ساخت کوپلیمر با استایرن(SAN) و ساخت پلیمرهای شامل بوتا دی ان و استایرن(ABS) است. پلی آکریلونیتریل مصارف گوناگونی از جمله در آنتی اکسیدان ها، داروها، رنگ، عایق های الکتریسته، امولسیون کننده ها، کار های هنری، حشره کش ها، چرم، کاغذ، نرم کننده ها، اصلاح خاک، حلال ها، پوشش سطح، تقطیر آزئوتروپی، اعضای مصنوعی، روغن ها، افزودنی های آسفالت و غیره دارد.
Read more: http://iutpolymer.blogfa.com/tag/پلی-آکریلونیتریل#ixzz3Ud2O6hsZ
