Коротким термином ПАН ( полиакрилонитрил , polyacrylonitrile ) называют ткань, в основе которой лежат полиакрилонитрильные волокна – акрил . Они синтетические, изготовленные из акрилонитрила — продукта нефтехимического, созданного на основе природного газа путем химических реакций.

Материал этот хотя и синтетический, но высокого качества, а потому достаточно востребованный. Его ценят за яркую стойкую окраску, которая не меняется даже с течением времени. Причина такой стойкости скрывается в технологии, которая используется при производстве акрила – волокна окрашиваются, находясь еще в жидком состоянии. То есть нить получает цвет изнутри, а потому ей не страшны даже прямые солнечные лучи.

Изделия из акрила получаются красивыми, мягкими, нежными на ощупь, что обеспечивается наличием в его составе волокон идентичных шерстяным. Ткань стойко ведет себя при различных температурных режимах – не боится ни тридцатиградусных морозов, ни сильной жары.

Получение и свойства полиакронитрила

Полиакрилонитрил (-CH ₂ -CH(CN)-) _n — полимер акрилонитрила, в промышленности используется полимер с молекулярной массой 30-100 кДа, плотностью 1.14-1.17 г/см. Температура стеклования ~85-90 °C, разложения ~250 °C.

Основой для получения волокон ПАН являются продукты переработки природного газа. Первые образцы этого вещества были синтезированы еще в 1947 году. При полимеризации получается непрерывная нить, из которой формуют мотки определенной длины. Окраска волокна происходит прямо в процессе производства, поэтому оно сохраняет свою расцветку независимо от количества стирок и времени пребывания на солнце.

Структура нити напоминает шерсть , за что она и получила название искусственной шерсти.

Основной характеристикой этого полимерного волокна является его высокая прочность, хотя и не настолько высокая, как у полиамида и полиэстера . Кроме того, он:

• не разрушается и не блекнет при длительном УФ-излучении;
• переносит температуру до 130 градусов;
• мягок и приятен на ощупь;
• формоустойчив;
• имеет хорошие теплоизолирующие свойства;
• быстро высыхает;
• не повреждается насекомыми и микроорганизмами;
• устойчив к действию кислот, щелочей, бензина, ацетона;
• хорошо удерживает пигменты, в том числе и фотопечать.

Однако полиакронитрил обладает и рядом недостатков, присущим всем синтетическим волокнам, а именно:

• не впитывает влагу;
• плохо пропускает воздух;
• электризуется;
• легко адсорбирует жиры, образуя трудновыводимые пятна;
• скатывается при носке.

Полимер нитрила акриловой кислоты ( полиакрилонитрил ) был впервые получен Моро в 1893 г. из этиленциангидрина и амида акриловой кислоты. В 1931 г. Карозерс разработал метод получения латексов из полиакрилонитрила. Позднее, в 1940 г., был предложен метод сополимеризации акрилонитрила с бутадиеном (нитрильный каучук).

Поскольку полиакрилонитрил не растворялся в известных органических растворителях, его невозможно было перерабатывать в волокна. Впервые волокно из полиакрилонитрила получили с использованием в качестве растворителя диметилформамида.

Позднее было установлено, что полиакрилонитрил растворяется в концентрированном водном растворе роданида натрия или кальция. Это имело большое значение для усовершенствования технологии получения полиакрилонитрила.

Полиакрилонитрил и различные сополимеры на его основе нашли широкое применение в производстве волокна типа «нитрон» , бутадиен-нитрильного каучука, ударопрочного полистирола и т. д.

Полиакрилонитрил нерастворим в неполярных и малополярных растворителях (углеводороды, спирты), растворим в полярных апротонных растворителях (диметилформамиде,диметилсульфоксиде), водных растворах электролитов с высокой ионной силой (50-70 % растворах роданидов аммония, калия, натрия, бромида лития, хлорида цинка), с гидролизом нитрильной группы — в водных растворах сильных кислот.

Широко применяется в производстве прочных термически стойких волокон, а также в качестве сополимера в производстве дивинилнитрильного каучука.

Полиакрилонитрил в промышленности получают гомогенной (в водных растворах электролитов) либо гетерогенной (в водных эмульсиях) радикальной полимеризацией акрилонитрила.

При гомогенной полимеризации в качестве растворителя используют водные растворы хлорида цинка или роданида натрия, в качестве инициатора полимеризации чаще всего применяется 2,2'-азо-бис-изобутиронитрил. Скорость процесса существенно зависит от растворителя: так, если в водном растворе хлорида цинка длительность синтеза составляет 1-1,5 часа, то в диметилформамиде-12-18 часов, растворители должны быть очищены от примесей, вызывающих обрыв цепи. Процесс ведут до степени конверсии мономера в 50-70 %, непрореагировавший акрилонитрил удаляют из реакционной смеси, при этом получается полимер с относительно узким молекулярно-массовым распределением.

Преимуществом гомогенной полимеризации является возможность непосредственного использования полученного раствора полиакрилонитрила для формирования полимерных волокон.

В случае гетерогенной полимеризации в качестве исходной реакционной смеси используется водная эмульсия акрилонитрила с содержанием 12-25 % мономера, в качестве инициатора полимеризации —персульфат аммония. Особенностью этого процесса, отличающего его от суспензионной полимеризации водонерастворимых мономеров (например, винилхлорида), является достаточно высокая растворимость акрилонитрила в воде (~7 %), что ведёт к тому, что в присутствии водорастворимого инициатора полимеризация идёт не только на поверхности капель мономера, но и в водном растворе. Это приводит к самоускорению процесса вплоть до степени конверсии ~20 % и образованию полимера с широким молекулярно-массовым распределением, полимеризацию завершают при степени конверсии акрилонитрила в 60-80 %, после чего полимер выделяется из суспензии, промывается и сушится.

По сравнению с гомогенным процессом при гетерогенной полимеризации получается полимер с более высокой средней молекулярной массой, при этом, за счет растворимости в акрилонитриле сомономеров, нерастворимых в условиях гомогенного процесса, можно более широко варьировать состав получаемых сополимеров.

Практически весь производимый полиакрилонитрил используется для получения полиакрилонитрильных волокон.

Полиакрилонитрильные волокна нитрон (в СССР), Orlon (DuPont), Dralon (Dralon GmbH)) получают из полиакрилонитрила или из сополимеров акрилонитрила с другими виниловыми мономерами (метакрилатом, винилацетатом и др.). Волокна формуют из раствора сухим или мокрым способом. В основном нитрон вырабатывают в виде штапельного волокна.

Полиакрилонитрильные волокна обладают достаточно высокой прочностью (разрывное напряжение 250-400 МПа), которую можно увеличить при дополнительном вытягивании, и сравнительно большой растяжимостью (22-35 %). Благодаря низкой гигроскопичности эти свойства во влажном состоянии не изменяются.

Нитроновые волокна имеют максимальную светостойкость. В условиях комбинированного воздействия, солнечного света, дыма, копоти, воды, кислот и т. п., в которых гидратцеллюлозные волокна полностью разрушаются, полиакрилонитрильные волокна теряют прочность всего на 15 %. Эти волокна характеризуются также высокой термостойкостью: в процессе длительного выдерживания при температуре 120-130° С они практически не изменяют своих свойств.

К недостаткам полиакрилонитрильных волокон следует отнести их низкую гигроскопичность, сравнительно большую жесткость и малую устойчивость к истиранию.

Нитроновые волокна имеют шерстоподобный вид, низкую теплопроводность, показатели которой близки к теплопроводности шерсти. Они обладают инертностью к загрязнителям, поэтому изделия из них легко очищаются. Используются нитроновые волокна главным образом как заменители шерсти при производстве ковров, искусственного меха, как теплоизоляционный материал и добавка к шерстяным волокнам.

Для изменения свойств волокон используют различные методы модификации, в частности синтез сополимеров, синтез привитых сополимеров, формование из смеси полимеров. В результате модификации улучшается окрашиваемость, повышается гидрофильность, эластичность волокон, устойчивость их к истиранию и многократным деформациям.

Полиакрилонитриловое волокно также является сырьём для производства углеволокна путём окислительного пиролиза и стабилизации в инертном газе. Однако данный способ слабо оправдан экономически из-за дороговизны полиакрилонитрила, а также экологически - из-за выделения чрезвычайно токсичных веществ.

Процесс проводят в две стадии: первая — нагрев на воздухе при 180-300°. При этом происходит поглощение кислорода и при температуре ~220 °C выделение воды и аммиака и далее при ~270 °C —синильной кислоты. В ходе этой стадии окислительного пиролиза происходит внутримолекулярная и межмолекулярная циклизация, в результате внутримолекулярной циклизации возникают участки полимера с лестничной структурой, межмолекулярная циклизация приводит к сшивке цепей линейного полимера с образованием черного пространственно-сшитого полимера, который, в отличие от исходного полиакрилонитрила, неплавок и нерастворим.

На второй стадии полученный в результате окислительного пиролиза сшитый полимер нагревают до 1000-2000 °C в среде инертного газа, получая углеволокно.

Как применяют ПАН?

Основным направлениям применения этого материала соответствует название «искусственная шерсть». Изделия из полиакронитрила выглядят мягкими и пушистыми, но при этом не деформируются и не растягиваются. Чаще всего это волокно входит в состав смесового текстиля или вязальной пряжи с добавками натуральной шерсти, мохера, ангоры . Это снижает цену ткани и делает ее более прочной, хотя и несколько ухудшает ее согревающие и гигиенические свойства. Широко распространено применение полиакронитрила при изготовлении искусственного меха и теплого трикотажа.

Полностью полимерный состав ПАН имеют многие ткани. Они применяются для предметов мужского и женского повседневного гардероба, а также разнообразной спецодежды. Акриловая ткань широко используется для светоустойчивых штор, других предметов домашнего обихода. Нейтральность этих волокон и их устойчивость к микроорганизмам обусловили их применение в антибактериальной смесовой ткани амикорд, в состав которой входят волокна хлопка или льна и частицы триклозана. Кроме того, на основе полиакронитрила производят теплоизолирующий материал панокс.

Если на этикетке приобретенной вещи написано, что в ее состав входят нити ПАН, можете не сомневаться — ваш вид всегда безупречным, так как она сохранит первозданную форму, на ней не увидите мятых складок.

Эта ткань быстро высыхает, эластична, хорошо отталкивает воду, не подвластна грибкам, плесени, моли. Акриловая пряжа удобна в работе, так как представляет собой длинную, непрерывно тянущуюся нить. Она не вызывает аллергии, что делает ее безопасной в применении.

Что касается недостатков, то они, естественно, присутствуют – нет ничего идеального. Материал плохо пропускает воздух, в нем накапливается статическое электричество, на поверхности могут образовываться катышки.
Вещи из акрила требуют правильного ухода и при его соблюдении долго сохраняют привлекательный вид.

Чаще всего ПАН сочетают с хлопком, полиэстером, эластаном и шерстью.

Даже те, кто критически относятся к синтетике, не могут не оценить мягкость этих волокон, стойкость и яркость их окраски, способность сохранять тепло. Эти волокна используют для создания ткани, известной под различными торговыми марками, такими как нитрон, орлон, кашмилон и т.п., а также в виде пряжи для вязания .

Правила ухода

Ткань ПАН неприхотлива в уходе – она переносит машинную стирку (лучше при температуре не более сорока градусов) и любые стиральные средства. Однако вещи из нее не рекомендуется выкручивать, а их сушку нужно производить в горизонтальном положении . Гладить ПАН можно утюгом в режиме «Синтетика», лучше через влажную марлю.

Изделия из полиакронитрила можно очищать химическими реагентами. Они устойчивы к воздействию кислой и щелочной среды средней концентрации, хорошо переносят контакт с бензином, четыреххлористым углеродом, дихлорэтаном, ацетоном. В то же время воздействие формалина и фенола может разрушить волокна, и испортить изделие.