ИСТИНА

Полиакрилонитрил (ПАН) является одним из самых востребованных полимеров, который используется в производстве волокон, пленок, мембран, трехмерных изделий и др. К основным свойствам ПАН относятся высокие значение прочности и разрывного удлинения, низкая воспламеняемость и антистатичность, устойчивости к пиллингу и т.д. В промышленности растворы ПАН получают в апротонных растворителях: ДМСО, ДМФА, ДМАА и др., круг которых определяется присутствием в молекуле ПАН связи C≡N. Максимальная концентрация ПАН в данных растворителях редко превышает 18% масс, что связанно с высокой вязкость прядильных растворов. Получение более концентрированных растворов ПАН возможно, используя высокодонорный растворитель N-метилморфолин-N-оксид (NММО), который используется в промышленных масштабах для получения целлюлозных волокон. Формированию текучих прядильных растворов, как и в случае с целлюлозой, предшествует стадия твердофазной активации. Максимальная концентрация ПАН в получаемых таким способом растворах достигает 60% масс. Получение качественных изделий из растворов ПАН с требуемыми свойствами возможно только при наличии информации о фазовом состоянии системы, которое может изменяться в зависимости от внешних условий и соотношения компонентов, входящих в систему. Помимо ПАН и NММО в качестве третьего компонента в системе чаще всего используется вода, которая играет роль коагулянта. Поэтому целью данной работы стало построение тройной диаграммы фазового равновесия системы ПАН-NММО-вода. Для достижения данной цели использовали, как основные методы, оптическую микроскопию, интерферометрию и метод точек помутнения. Получение растворов ПАН–NММО возможно двумя способами – через твердофазную активацию (твердофазный способ) и через удаление избытка воды из водной суспензии полимер-растворитель (NММО–способ). Для твердофазного способа соотношение компонентов, входящие в систему, остается постоянным. В случае NММО–способа сначала поучают суспензию гидрофобного полимера в 50% водном растворе NММО, далее происходит постепенное удаление воды до моногидратной формы растворителя и получение текучего раствора. С помощью метода оптической интерферометрии были получены интерферограммы и построены профили распределения концентрации в диффузионной зоне для систем ПАН–МГ NММО (Н2О~13,3%, Тпл~76оС) и ПАН-ВП NММО (H2O~10%, Тпл~120°C) при температурах от 70 до 120°С. Согласно полученным данным, предельная концентрация ПАН в МГ NММО равна 15% масс., а в высокоплавком NММО – 56% масс. Изучение поведения исследуемых системы при охлаждении, показало, что кристаллизация МГ NММО в растворе ПАН проявляется в области 80°С, т.е. температуре, соответствующей температуре плавления МГ NММО, а в растворах ПАН в ВП NММО кристаллы гидрата начинают образовываться только при 70°С. Следовательно, высококонцентрированные растворы ПАН склонны к переохлаждению и для установления в системе равновесного состояние требуется длительное время. Изучение процессов коагуляции для низкоконцентрированных растворов ПАН позволили впервые определить осадительные числа. Показано, что значения осадительного числа (количества воды, вызывающей осаждение) для NMMO почти в 4 раза выше, чем для ДМСО и ДМФА. Построена тройная фазовая диаграмма системы ПАН-NММО-вода, которая позволяет проследить за поведением системы в зависимости от соотношения компонентов, что позволяет смоделировать процессы при получении раствора, его осаждении и формовании волокон. Таким образом, впервые построена тройная диаграмма фазового состояния для системы ПАН–NММО–вода, которая отображает не только область существования раствора, но и возможные пути его получения и распада на фазы. Опираясь на нее, можно моделировать условия получения качественных ПАН прекурсоров углеродных волокон.