ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ СОМОНОМЕРОВ НА ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОПОЛИМЕРОВ НА ОСНОВЕ АКРИЛОНИТРИЛА

 

Николаев А.Ю.

Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова,

Москва, Россия.

Аспирант 1г.

[email protected]

Научный руководитель: Гервальд А.Ю.

 

Развитие огромного числа областей техники и технологии немыслимо без применения углеродного волокна и материалов на его основе, поэтому, одним из главных требований, предъявляемых к прекурсорам для производства углеродных волокон, является эффективный, с точки зрения технологии и экономики, перевод прекурсора в углеродное волокно, а также обеспечение максимально высокого выхода углерода в совокупности с высокими прочностными характеристиками углеродного волокна. Основным преимуществом ПАН-прекурсоров является наличие в углеродной цепи полимера нитрильных групп, которые равномерно размещены по цепи, обеспечивая на первой стадии получения углеродных волокон (реакция окисления) образование циклических структур. Реакция циклизации является наиболее значимой в процессе получения углеродного волокна с наилучшими прочностными и механическим свойствами из ПАН-прекурсоров. При этом для достижения лучших прочностных характеристик углеродного волокна необходимо, чтобы реакция циклизации начиналась при как можно низких температурах, а выделение тепла при реакции циклизации было бы минимальным.

В настоящее время для производства углеродного волокна используют прекурсоры на основе сополимера нитрила акриловой кислоты с метилакрилатом и итаконовой кислотой. Однако в РФ итаконовую кислоту не производят, и поэтому становится актуальным вопрос о её замене на другие мономеры.

В данной работе сополимеры акрилонитрила получали методом осадительной полимеризации в воде при 50 °С, в качестве инициатора использовали окислительно-восстановительную систему, состоящую из 70 % масс. персульфата аммония и 30 % масс. метабисульфита натрия. Полимеризация проходила до конверсий, равных 85-90 %. Конечная система представляла собой суспензию агрегатов полимерных частиц в воде. В качестве сомономеров использовали: метилакрилат, итаконовую кислоту (ИК), акриловую кислоту (АК), N-метиллолакриламид (МАА), акриламид (АА), N-винилпирролидон (N-ВП) и 2-метил-5-винилпиридин (2-М-5-ВП).

Данные ДСК-анализа показывают, что используемые в качестве третьего сомномера вещества по эффективности влияния на снижение начальной температуры экзореакций, можно расположить в следующем порядке:

ИК>2-М-5-ВП>АК>АА>МАА>N-ВП

При этом увеличение количества, например, итаконовой или акриловой кислоты в составе сополимера также приводит к снижению начальной температуры экзореакции.

В работе было показано влияние наличия в структуре ПАН-прекурсоров сомономеров различной природы на снижение начальной температуры экзореакции. При этом на изменение начальной температуры экзореакции оказывает влияние не только природа сомономера, но и его количество; показано существенное снижение начальной температуры экзореакции и интенсивности тепловыделения сомономеров акрилонитрила по сравнению с гомополимером; определена эффективность влияния сомономеров акрилонитрила на термическое поведение сополимеров.