पॉलीएक्रिलोनिट्राइल, रासायनिक सूत्र (C3H3N) n, CAS 25014-41-9, एक बहुलक यौगिक है जो मोनोमर एक्रिलोनिट्राइल के मुक्त रेडिकल पोलीमराइजेशन द्वारा प्राप्त किया जाता है। मैक्रोमोलेक्यूलर श्रृंखला में एक्रिलोनिट्राइल इकाइयां संयुक्त पूंछ तरीके से जुड़ी हुई हैं। मुख्य रूप से पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर (पैन) के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है, ताकत अधिक नहीं है, और पहनने का प्रतिरोध और थकान प्रतिरोध भी खराब है। पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर के फायदे अच्छे मौसम प्रतिरोध और सूरज प्रतिरोध हैं, और यह 18 महीने तक बाहर रखे जाने के बाद अपनी मूल ताकत का 77% बनाए रख सकता है। यह रासायनिक अभिकर्मकों, विशेष रूप से अकार्बनिक एसिड, ब्लीचिंग पाउडर, हाइड्रोजन पेरोक्साइड और सामान्य कार्बनिक अभिकर्मकों के प्रति भी प्रतिरोधी है।
पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर (आमतौर पर ऐक्रेलिक के रूप में जाना जाता है) की ताकत अधिक नहीं है, और इसका पहनने का प्रतिरोध और थकान प्रतिरोध भी खराब है। पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर के फायदे अच्छे मौसम प्रतिरोध और सूरज प्रतिरोध हैं, और यह 18 महीने तक बाहर रखे जाने के बाद अपनी मूल ताकत का 77% बनाए रख सकता है। यह रासायनिक अभिकर्मकों, विशेष रूप से अकार्बनिक एसिड, ब्लीचिंग पाउडर, हाइड्रोजन पेरोक्साइड और सामान्य कार्बनिक अभिकर्मकों के प्रति भी प्रतिरोधी है। पॉलीएक्रिलोनिट्राइल क्षार के प्रति अस्थिर है और क्षार के संपर्क में आने पर आसानी से रंगीन हो जाता है। यह 80 डिग्री से ऊपर केंद्रित क्षार में सोडियम पॉलीएक्रिलेट में हाइड्रोलाइज हो सकता है। ऊन की तुलना में लचीलेपन और कर्लिंग के मामले में एक महत्वपूर्ण अंतर है। सिंथेटिक फाइबर उत्पादन तकनीक के निरंतर विकास के साथ, मिश्रित पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर और विभिन्न संशोधित पॉलीएक्रिलोनिट्राइल एक के बाद एक उभरे हैं, जैसे उच्च संकोचन, एंटी पिलिंग, हाइड्रोफिलिक, एंटी-स्टैटिक, फ्लेम रिटार्डेंट, बारीक सुंदरता, अनियमित क्रॉस-सेक्शन और अन्य किस्में इनका व्यावसायिक उत्पादन पहले ही किया जा चुका है।
ऊनी कपड़े बनाने के लिए ऊन को बदलने या ऊन के साथ मिश्रित करने के लिए पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। यह कंबल और कालीन बनाने के लिए कुछ ऊन की जगह ले सकता है, और इसका उपयोग बाहरी कपड़ों जैसे स्की जैकेट, पाल, सैन्य कैनवास, टेंट आदि के रूप में भी किया जा सकता है।
पॉलीएक्रिलोनिट्राइल खोखले फाइबर झिल्ली में डायलिसिस, अल्ट्राफिल्ट्रेशन, रिवर्स ऑस्मोसिस और माइक्रोफिल्ट्रेशन जैसे कार्य होते हैं, और इसका उपयोग चिकित्सा उपकरण, कृत्रिम अंगों, अल्ट्राप्योर जल निर्माण, सीवेज उपचार और पुन: उपयोग में किया जा सकता है।
कम कॉपोलीमर मोनोमर सामग्री वाले साधारण ऐक्रेलिक फाइबर को 1000 डिग्री पर लगभग 93% कार्बन सामग्री के साथ उच्च तापमान प्रतिरोधी कार्बन फाइबर प्राप्त करने के लिए पूर्व ऑक्सीकरण और कार्बोनेटेड किया जा सकता है।
पॉलीएक्रिलोनिट्राइल का उपयोग मुख्य रूप से सिंथेटिक फाइबर (जैसे ऐक्रेलिक) के निर्माण के लिए किया जाता है। उच्च आणविक भार पॉलिमर से बने सिंथेटिक फाइबर 85% से अधिक एक्रिलोनिट्राइल और अन्य माध्यमिक और तृतीयक मोनोमर्स के साथ कॉपोलीमराइज़्ड होते हैं।
रेशों की विशेषताएं हैं अच्छा रोएंदारपन और गर्माहट बनाए रखना, हाथ में मुलायम अहसास और अच्छा मौसम प्रतिरोध, साथ ही फफूंद रोधी और कीट रोधी गुण। मुख्य रूप से कृत्रिम फाइबर के रूप में उपयोग किया जाता है, जिसे आमतौर पर सिंथेटिक ऊन के रूप में जाना जाता है; बुने हुए धागे, बुने हुए कपड़े (शुद्ध या ऊन के साथ मिश्रित), और बुने हुए कपड़े पर्दे जैसे इनडोर सजावटी कपड़ों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त हैं। सामग्री विज्ञान में, पॉलीएक्रिलोनिट्राइल का उपयोग अक्सर पैन आधारित सक्रिय कार्बन जैसे झरझरा सामग्री को संश्लेषित करने के लिए मैट्रिक्स के रूप में किया जाता है।
इसका उपयोग लिथियम-आयन पॉलिमर बैटरी के लिए इलेक्ट्रोलाइट पॉलिमर मैट्रिक्स के रूप में भी किया जा सकता है, जिसमें उच्च आयन चालकता और 1 0 तक की लिथियम आयन माइग्रेशन संख्या होती है, जो पीईओ श्रृंखला से अधिक है और 0.5 तक पहुंच सकती है। हालाँकि, पैन श्रृंखलाओं में मजबूत ध्रुवीय समूह - सीएन होते हैं, जिनकी लिथियम इलेक्ट्रोड और गंभीर निष्क्रियता घटना के साथ खराब संगतता होती है।
पॉलीएक्रिलोनिट्राइल मोनोमर एक्रिलोनिट्राइल के मुक्त रेडिकल पोलीमराइजेशन द्वारा प्राप्त किया जाता है। मैक्रोमोलेक्यूलर श्रृंखला में एक्रिलोनिट्राइल इकाइयां संयुक्त पूंछ तरीके से जुड़ी हुई हैं। मुख्य रूप से पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है, पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर (आमतौर पर ऐक्रेलिक फाइबर के रूप में जाना जाता है) में कम ताकत, खराब पहनने का प्रतिरोध और थकान प्रतिरोध होता है। पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर के फायदे अच्छे मौसम प्रतिरोध और सूरज प्रतिरोध हैं। यह रासायनिक अभिकर्मकों, विशेष रूप से अकार्बनिक एसिड, ब्लीचिंग पाउडर, हाइड्रोजन पेरोक्साइड और सामान्य कार्बनिक अभिकर्मकों के प्रति भी प्रतिरोधी है।
विधि 1: प्रयोगशाला विधि
पॉलीएक्रिलोनिट्राइल की प्रयोगशाला तैयारी विधि मुख्य रूप से मुक्त रेडिकल पोलीमराइजेशन प्रतिक्रिया पर आधारित है। निम्नलिखित विशिष्ट कदम और सावधानियां हैं:
फ्री रेडिकल पोलीमराइजेशन एक अतिरिक्त पोलीमराइजेशन प्रतिक्रिया है, जो एक फ्री रेडिकल सर्जक की कार्रवाई के माध्यम से श्रृंखला को बढ़ने का कारण बनती है और फ्री रेडिकल लगातार बढ़ते हैं, जिससे कई मोनोमर्स जुड़कर बड़े अणु बनाते हैं। इस प्रक्रिया में, मोनोमर एक्रिलोनिट्राइल का कार्बन कार्बन डबल बॉन्ड खुल जाता है, और यह अन्य मोनोमर अणुओं के साथ बार-बार जुड़ने वाली प्रतिक्रियाओं से गुजरता है, अंततः पॉलीएक्रिलोनिट्राइल पॉलिमर यौगिक प्राप्त करता है।
प्रायोगिक उपकरण: तीन गर्दन वाला फ्लास्क, लगातार दबाव छोड़ने वाला कीप, चुंबकीय स्टिरर, थर्मामीटर, आदि।
प्रायोगिक अभिकर्मक: एक्रिलोनिट्राइल मोनोमर, मुक्त रेडिकल सर्जक (जैसे बेंज़ोयल पेरोक्साइड, आदि), विलायक (जैसे डाइमिथाइलफॉर्मामाइड डीएमएफ, आदि, मोनोमर और सर्जक को भंग करने के लिए उपयोग किया जाता है)।
तीन गर्दन वाले फ्लास्क को चुंबकीय स्टिरर पर लगाएं और एक निरंतर दबाव छोड़ने वाला फ़नल और थर्मामीटर स्थापित करें।
यह सुनिश्चित करने के लिए कि कोई रिसाव न हो, डिवाइस की वायुरोधीता की जाँच करें।
तीन गर्दन वाले फ्लास्क में एक निश्चित मात्रा में एक्रिलोनिट्राइल मोनोमर और विलायक, साथ ही उचित मात्रा में फ्री रेडिकल इनिशिएटर मिलाएं।
चुंबकीय सरगर्मी की क्रिया के तहत, मोनोमर और सर्जक को अच्छी तरह मिलाया जाता है।
मुक्त रेडिकल पोलीमराइजेशन प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए प्रतिक्रिया प्रणाली को उचित तापमान (आरंभकर्ता के प्रकार और गतिविधि के आधार पर) पर गर्म करें।
प्रतिक्रिया प्रक्रिया के दौरान, प्रतिक्रिया प्रणाली की स्थिरता बनाए रखने के लिए शेष एक्रिलोनिट्राइल मोनोमर को निरंतर दबाव ड्रॉपिंग फ़नल के माध्यम से प्रतिक्रिया प्रणाली में धीरे-धीरे ड्रॉप-वाइज जोड़ा जाता है।
प्रतिक्रिया पूरी होने के बाद, प्रतिक्रिया प्रणाली को कमरे के तापमान तक ठंडा करें।
अप्रयुक्त मोनोमर्स और सॉल्वैंट्स को हटाने के लिए प्राप्त पॉलीएक्रिलोनिट्राइल उत्पाद को फ़िल्टर करें, धोएं और सुखाएं।
(1) प्रायोगिक सुरक्षा:
प्रयोग के दौरान, चश्मा और दस्ताने जैसे उचित सुरक्षात्मक उपकरण पहने जाने चाहिए।
हानिकारक गैसों के संचय से बचने के लिए प्रयोगशाला को अच्छा वेंटिलेशन बनाए रखना चाहिए।
(2) प्रायोगिक स्थितियाँ:
प्रतिक्रिया तापमान, समय और आरंभकर्ता के प्रकार और मात्रा का पोलीमराइज़ेशन प्रतिक्रिया की दर और उत्पादों के गुणों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। इसलिए, प्रयोग करने से पहले, प्रासंगिक साहित्य की सावधानीपूर्वक समीक्षा करना और उचित प्रयोगात्मक स्थितियों का निर्धारण करना आवश्यक है।
(3) उत्पाद शुद्धता:
प्रसंस्करण के बाद की प्रक्रिया के दौरान, प्रतिक्रिया न किए गए मोनोमर्स और सॉल्वैंट्स को हटाने और उत्पाद की शुद्धता में सुधार करने के लिए उत्पाद को अच्छी तरह से धोया और सुखाया जाना चाहिए।
(4) प्रायोगिक वातावरण:
प्रयोगात्मक परिणामों पर अशुद्धियों के प्रभाव से बचने के लिए प्रयोग सूखे और धूल रहित वातावरण में किया जाना चाहिए।
विधि 2: औद्योगिक उत्पादन विधियाँ
पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर के लिए विभिन्न उत्पादन विधियां हैं, जो अद्वितीय प्रक्रिया मार्ग बनाती हैं।
इन प्रक्रिया मार्गों की समानता संबंधित विलायक पुनर्प्राप्ति उपचार के साथ समाधान (गीली और सूखी) कताई विधियों का उपयोग है।
इन प्रक्रिया मार्गों के बीच अंतर हैं:
विभिन्न प्रक्रियाओं में सबसे महत्वपूर्ण कारक विलायक है, जो प्रक्रिया विशेषताओं की एक श्रृंखला निर्धारित करता है जैसे कि कताई समाधान की तैयारी की स्थिति, कताई की स्थिति, विलायक पुनर्प्राप्ति विधियां और अपशिष्ट जल उपचार विधियां। यह आग की रोकथाम, गैस की रोकथाम और उपकरण चयन जैसे कई पहलुओं को भी प्रभावित करता है।
सस्पेंशन पोलीमराइजेशन विधि द्वारा प्राप्त सफेद ठोस पाउडर कार्बनिक सॉल्वैंट्स जैसे डाइमिथाइलफॉर्मैमाइड या थायोसाइनेट जैसे समाधान में घुलनशील है; पॉलीएक्रिलोनिट्राइल समाधान समाधान पोलीमराइजेशन विधि द्वारा प्राप्त किया जाता है।
विधि 3: हैलोजन-मुक्त ज्वाला-मंदक पैन फाइबर तैयार करना
500 एमएल सिंगल नेक फ्लास्क में 1 ग्राम वैक्यूम ड्राई पी (एएन सह वीएसी) फाइबर डालें, केओएच जलीय घोल मिलाकर सिस्टम के पीएच को समायोजित करें, 12 घंटे के लिए कमरे के तापमान पर हिलाएं, फाइबर हटा दें, इसे तटस्थ होने तक विआयनीकृत पानी से धो लें। , और अंत में 10 के संबंधित पीएच मान के साथ हाइड्रोलाइज्ड पी (एएन सह वीएसी) कॉपोलीमर फाइबर प्राप्त करने के लिए इसे 24 घंटे के लिए 60 डिग्री पर वैक्यूम ओवन में सुखाएं। 12, और 14.
निरंतर दबाव ड्रॉपिंग फ़नल से सुसज्जित 500mL तीन गर्दन वाले फ्लास्क में, pH{3}} के तहत तैयार सूखे P (AN सह VAc) कोपोलिमर फाइबर के हाइड्रोलिसिस उत्पाद का 0.5 ग्राम और 12 के लिए हाइड्रोलिसिस स्थितियां घंटे और 20 एमएल डाइमिथाइलफॉर्मामाइड (डीएमएफ) क्रमिक रूप से जोड़े गए। 1 घंटे तक भिगोने के बाद, 5 एमएल ओ, ओ-डायथाइल फॉस्फोरिल क्लोराइड को धीरे-धीरे चुंबकीय सरगर्मी के तहत कमरे के तापमान पर लगातार दबाव छोड़ने वाले फ़नल में डाला गया, और फिर 5 घंटे के लिए 60 डिग्री तक गर्म किया गया। फाइबर को हटाने के बाद इसे निर्जल इथेनॉल से दो बार और आसुत जल से तीन बार धोया गया। सूखने के बाद, हैलोजन मुक्त ज्वाला-मंदक पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर प्राप्त हुआ।
1931 में, जर्मनी में रेन ने पहली बार पॉलीएक्रिलोनिट्राइल (पैन) का उत्पादन किया, लेकिन अधिकांश कार्बनिक और अकार्बनिक सॉल्वैंट्स में इसकी अघुलनशीलता और अपघटन तापमान से अधिक पिघलने के तापमान के कारण, उस समय ज्ञात समाधान कताई और पिघल कताई विधियों का उपयोग करना संभव नहीं था। , और पैन को फाइबर में नहीं बनाया जा सका।
पैन फाइबर का औद्योगिकीकरण सबसे पहले ड्यूपॉन्ट द्वारा किया गया था।
पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर 85% से अधिक एक्रिलोनिट्राइल सामग्री के साथ पॉलीएक्रिलोनिट्राइल या कॉपोलिमर से बने फाइबर को संदर्भित करता है।
दुनिया का पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर उत्पादन 2.6685Mt था, और चीन का पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर उत्पादन 473.7kt था।
पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर के अनुसंधान और विकास के रुझान को दो पहलुओं में संक्षेपित किया जा सकता है;
पहले तो
नई फाइबर बनाने की प्रक्रियाओं पर अनुसंधान, जैसे पॉलीएक्रिलोनिट्राइल कोपोलिमर को संश्लेषित करने के लिए प्लास्टिसाइज़र विधि का उपयोग करना, पॉलीएक्रिलोनिट्राइल मैक्रोमोलेक्यूल्स के बीच बातचीत को कम करने और पॉलिमर के पिघलने बिंदु को कम करने के लिए, और पिघलने वाली कताई प्रक्रिया का उपयोग करने या सूखे में कताई घोल की एकाग्रता को बढ़ाने के लिए। फाइबर बनने के बाद कच्चे रेशों के यांत्रिक गुणों में सुधार के लिए गीली कताई प्रक्रिया का छिड़काव करें।
दूसरे
इसका उद्देश्य पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर की नई किस्मों का अध्ययन करना है, जैसे कि ज्वाला-मंदक पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर, उच्च संकोचन पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर, पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर कताई के दौरान ऑनलाइन रंग तकनीक, एंटी-स्टैटिक पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर, उच्च जल अवशोषण पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर, महीन यार्न फाइबर, मिश्रित पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर। , जीवाणुरोधी और गंध रोधी पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर, दूर-अवरक्त पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर, उच्च शक्ति और उच्च मापांक पॉलीएक्रिलोनिट्राइल फाइबर, आदि।
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