Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего образования
«Российский химико-технологический университет
Имени Д.И. Менделеева»
Факультет нефтегазохимии и полимерных материалов
Кафедра технологии переработки пластмасс
Доклад:
«Получение арамидных волокон»
Преподаватель: Жиронкина Н.В.
Обучающийся группы МП-23: Коротаева П. А.
Москва, 2021
Оглавление
Введение. 3
1.Арамид. Состав, строение, типы.. 4
1.1.История создания. 5
1.2.Пара-арамиды.. 6
1.3.Мета-арамиды.. 8
2.Получение арамидных волокон. 9
2.1.Преимущества. 11
2.2.Недостатки. 12
2.3.Сферы применения арамидных волокон и тканей. 13
Заключение. 14
Список использованной литературы.. 15
Введение
"В химии нет отходов, есть только неиспользованное сырье"
Д. И. Менделеев.
Предпосылки открытия полимерных материалов датируются концом XIX - началом XX веков, однако полноценное развитие полимернойпромышленности можно отнести ковторой половине XX века. Большепятидесяти лет понадобилось человечеству, чтобы осознать роль полимеров и перспективы их изучения. В настоящее время неметаллические материалы
на основе органических и неорганических полимеров широко используются в каждой отрасли промышленности и жизнедеятельности человека, начиная от микроскопических деталей электроники и корпусов различных приборов до деталей космических аппаратов и медицинских имплантатов.
Как известно, развитие современной техники невозможно без исследования пластических масс, в особенности полимерных материалов с пониженной горючестью. Термостойкие полимеры находят широкое применение в строительстве, машиностроении, электротехнике, авиа- и космической технике, быту.
Арамид. Состав, строение, типы
Арамид (англ. aramid аббр. aromatic polyamide — ароматический полиамид) — длинная цепочка синтетического полиамида, в которой, по меньшей мере, 85% амидных связей прикреплены непосредственно к двум ароматическим кольцам. Свойства арамидных волокон определяются одновременно и химической, и физической микроструктурой. Амидные связи обеспечивают высокую энергию диссоциации (на 20% выше алифатических аналогов, например нейлона), а арамидные кольца дают превосходную термостабильность[1].
Арамидные волокна – это высокофункциональные химические волокна с характерными жёсткими цепочками полимера. Их молекулы удерживаются сильными водородными связями, которые позволяют эффективно передавать механические нагрузки и дают возможность использовать цепочки с относительно низкой молекулярной массой.
Термин «арамид» – это сокращение от «ароматический полиамид». Первое коммерческое применение ароматические полиамиды получили в начале 1960-х гг. в виде мета-арамидных волокон. Затем в 1960-70-х гг.были разработаны пара-арамидные материалы. Арамидные волокна представляют собой золотистые органические искусственные волокна.
Особенность арамида – одинаковая направленность молекул, за счет этого получаются высокие прочностные характеристики. Волокна такого происхождения отличаются высокими термической и химической стабильностью, прочностью и модулем упругости. Большинство ароматических полиамидов не плавятся при температуре >350 °С и демонстрируют высокую химическую стойкость и низкую воспламеняемость. Эти свойства возникают из-за высокой жесткости цепи, обусловленной ароматическим характером основной цепи полимера. Однако жесткость основной цепи полимера также является причиной нерастворимости арамидов, что ограничивает их применение.
На современном рынке представлено 3 типа волокон: пара-(п-арамиды), мета-арамиды (м-арамиды) и сополимеры. Пара-арамидам свойственная повышенная термостойкость, мета – высокая прочность на разрыв и растяжение.
Пара-амидная группа. Данные материалы производят торговые марки СВМ, терлон, тварон, кевлар. В основе парафенилендиамин и терефталоилхлорид.
Мета-армидные – Номекс и арселон. В их составе преобладает метафенилендиамин, дихлорангидрид изофталевой кислоты.
Сополимеры – торговая марка Кармель. В основе полиамид-имид м-арамидов.
Амидные группы по отношению к бензольному кольцу (в молекулярной цепи полимера) находятся либо в мета-положении (м-арамиды), например гополимер – поли-м-фениленизофталамид (ПФИА), сополимер – полиамидимид (ПАИ, производится волокно Kermel®), либо в пара-положении (п-арамиды), например гополимер – поли-п-фенилентерефталамид (ПФТА), сополимеры – сополи-п-фенилен-3,4-дифениловый эфир терефталамида (ОДА/ПФТА, производится волокно Technora®), сополиамидобензимидазолы (СПАБИ) различной структуры (на их основе производятся пара-арамидные волокна российского производства – СВМ, Русар, Армос). Вследствие отличия химической и надмолекулярной структур полимерной цепи различаются и их свойства [4].
1.1. История создания
Впервые арамидное волокно было получено группой Стефани Кволек — американского химика-сотрудника фирмы DuPont в 1964 году, технология производства разработана в 1965 году. Первичное название волокна – кевлар. Создали его в роли укрепляющего компонента для различных композитных материалов. Им армировали кабельную продукцию, создавали автомобильные шины и кордовые нити. И эта же фирма – ведущий современный производитель арамидов на мировом рынке.
Похожий по структуре материал был изобретен и в СССР. Его название – СВМ (сверхпрочный материал). Промышленное производство началось с 1970 г.
Производство волокон было дорогостоящим. Поэтому редко применялось в больших масштабах. Ситуация изменилась только в 1985 году. В этот период в СССР изобрели второе поколение тварона – нити армос и русар. К основным современным видам армидных волокон относят кевлар, СВМ, тварон, номекс, кермель, арселон.
Пара-арамиды называются также поли-п-фенилентерефталамидами (PPTA), мета-арамиды поли-м-фениленизофталамидами (PMIA); другие химическиe структуры и торговые марки можно также найти в Chemical Abstracts Service под номерами CAS 308082-87-3, 308069-66-1, 308069-57-0, 308069-56-9, 89107-41-5, 63428-84-2 и 24938-60-1.
Пара-арамидный сополимер Technora® представляет собой сополимер терефталамида с пара-фенилендиамином и 4,4'-диаминодифениловым эфиром. Он имеет следующую структуру:
1.2. Пара-арамиды
Наиболее известные в мире пара-арамиды производятся под торговыми марками Kevlar® и Twaron® из парафенилендиамина и терефталоилхлорида в растворе N-метилпирролидона/хлористого кальция. Как правило, пара-арамиды имеют высокие температуры стеклования около 370 °C, практически не горят и не плавятся. Температура начала карбонизации около 425 °C. Все пара-арамиды, однако, предрасположены к фоторазложению и нуждаются в защите от попадания прямых солнечных лучей при использовании вне помещений.
В СССР в начале 1970-х годов было разработано волокно на основе полиамидбензимидазолтерефталамида, превосходящее Кевлар по ряду показателей - СВМ. Нити и волокна СВМ — гетероароматический полимер, получаемый в результате поликонденсации амина с терефталоилхлоридом, но по свойствам эти волокна близки. Аналогом волокна Кевлар по химическому составу было советское волокно Терлон, опытно-промышленный выпуск которого прекратился в начале 90-х годов. Однако из-за высокой себестоимости производство нитей и волокон СВМ в промышленности широкого распространения не получило. Проблему решили, получив модифицированное волокно СВМ, названное Армосом, из изотропных прядильных растворов. Сополиамидная нить армос по модулю упругости превосходила волокно СВМ, а по прочности и разрушающему напряжению в микропластике - и СВМ и Терлон. Нить Армос получают так же, как и СВМ, принципиальная схема: мономеры - поликонденсация - фильтрация - дегазация - прядение, сушка, крутка - термообработка, термовытяжка [2].
Пара-амидная группа. Данные материалы производят торговые марки СВМ, терлон, тварон, кевлар.
В основе парафенилендиамин и терефталоилхлорид.
1.3. Мета-арамиды
Наиболее известные в мире мета-арамиды выпускаются под торговыми марками Nomex®, Teijinconex®, Newstar®. Первый значимый мета-арамид был представлен в 1961 году компанией DuPont под маркой Nomex®. Это поли м-фениленизофталамид, полученный в результате межфазной поликонденсации м-фенилендиамина и дихлорангидрида изофталевой кислоты.
Мета-арамиды обугливаются при температурах свыше 400 °C и способны выдержать короткое воздействие температур до 700 °C. Мета-арамиды преимущественно разрабатывались для защитной спецодежды пилотов истребителей, танкистов, астронавтов, а также для защиты от термических рисков в промышленности.
В 2005 году в ООО «Лирсот» создано мета-, пара-арамидное волокно Арлана®, которое обладает химической и морфологической структурами, обеспечивающими хорошие механические свойства, высокие значения кислородного индекса и способность выдерживать длительное воздействие температур. В отличие от других арамидов, материалы на основе волокна Арлана® легко окрашиваются, обладают хорошими сорбционными свойствами, положительно себя зарекомендовали при использовании в огнезащитных текстильных изделиях гражданского и военного назначения, фильтрах для очистки промышленных выбросов, декоративно-отделочных материалах. Волокна Арлана® могут успешно заменить импортные материалы Nomex®, Kermel Tech® и термостойкую вискозу [4].
Мета-армидные – Номекс и арселон. В их составе преобладает метафенилендиамин, дихлорангидрид изофталевой кислоты.