Структурообразование сополиамидбензимидазолов и технология волокон на их основе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.06, кандидат химических наук Слугин, Иван Васильевич

• Слугин, Иван Васильевич
• кандидат химических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат химических наук Слугин, Иван Васильевич

Введение.

1 Литературный обзор. Анализ состояния проблемы получения сверхпрочных волокон.

1.1 Состояние вопроса по созданию и применению сверхпрочных арамидных волокон.

1.2 Низкотемпературная поликонденсация при получении арамидных систем.

1.3 Процессы осаждения волокнообразующих полимеров на основе ароматических полиамидов из амидо-солевых систем.

1.4 Стадии термических воздействий при получении арамидных волокон.

1.5 Получение арамидных волокон на основе сополиариленамидов.

1.6 Области применения арамидных волокон.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структурообразование сополиамидбензимидазолов и технология волокон на их основе»

Получение высокопрочных волокон третьего поколения на основе поли-гетероариленовых соединений (арамидные волокна) привело к созданию новых видов различных материалов. К их числу относятся композиционные системы, ткани, нетканые материалы, обладающие комплексом уникальных свойств.

Эти арамидные волокна, обладающие высокими эксплуатационными свойствами, обеспечили новый импульс в авиационной и космической про-мышленностях, в автомобилестроении, судостроении, при изготовлении пластиков, канатов, тросов, приводных ремней в условиях действия температурно-силовых полей.

Сочетание относительно малой плотности (1.4-1.5)-103 кг/м с высокими значениями прочности и хорошими эластическими свойствами позволило перерабатывать эти волокна в текстильньмлолотна с набором уникальных механических свойств при создании специальной одежды, средств баллистических защит путем применения комбинированных систем.

Описание основных параметров синтеза, формования и упрочнения волокон хорошо представлено в научной литературе [1-8] в виде патентов и публикаций.

В настоящее время в России и за рубежом арамиды выпускаются в промышленных объемах, имеют устойчивый спрос для создания специальных изделий, работающих в экстремальных условиях. До начала выполнения работы в отечественной промышленности производился выпуск волокон ВНИИВлон, получивший товарный знак СВМ, разработка которого осуществлена группой ученых во главе с проф. Кудрявцевым Г.И.

Однако, себестоимость волокон и соответствующих материалов на их основе еще высока, и их внедрение в технику ограничиваются ценовыми критериями.

Широкие возможности применения арамидных волокон в разных областях науки и техники заставили расширить их ассортимент, а, главное, изыскать новые способы конденсации исходных пар диаминов. В результате был создан новый вид волокон на основе сополиамидных систем, содержащих в цепях макромолекул гетероароматические звенья. Несимметричная форма одного из них, а именно, диамина, содержащего бензимидазольный фрагмент, имеет вид, в основном, нерегулярного чередования звеньев, что приводит к аморфному состоянию волокон типа СВМ.

Направление по сополимеризации несимметричного и симметричного диамина с терефталоилхлоридом показало перспективность повышения механических свойств волокон.

Известно, что макромолекулы ароматических полиамидов, содержащих в основной цепи фрагменты бензимидазолов, в апротонных растворителях не образуют ЖК-состояния.

Применение двухстадийных процессов синтеза с последующим растворением арамидов в серной кислоте приводит к возможности существования термодинамически устойчивого ЖК-состояния. Однако, по многим причинам сернокислотный способ формования волокна менее предпочтителен перед способом одностадийного синтеза полимеров в апротонных растворителях. Это касается проблемы создания устойчивой регенерации продуктов, участвующих в синтезе, и вопросов экологии.

Несмотря на ряд публикаций и патентных материалов, посвященных получению растворов арамидов и формованию волокон, многие стадии технологии остаются мало изученными.

Для получения новых видов волокон, расширения номенклатуры и ассортимента потребовалась дальнейшая работа по технологии этих волокон.

В конечном итоге задача работы свелась к решению следующих проблем: 1. Изучение стадии низкотемпературной растворной поликонденсации как го-мополимера, так и двух- и трехкомпонентных систем с целью стабилизации процессов синтеза полимера и его прядильного раствора.

2. Исследование структурно-химических превращений стадии осаждения с целью регулирования изменения жесткости макромолекул гомо- и сополи-мерного вида на разных стадиях волокнообразования.

3. Установление условий проведения температурных воздействий в процессах самоорганизации макромолекул на стадии резкого изменения прочности нитей.

4. Выявление роли межмолекулярного взаимодействия в системе мономерполимер-активная среда на всех стадиях получения волокна.

5. Разработка дополнительных требований к сырью, позволяющих расширить возможности получения новых видов арамидной системы с более высокими показателями механических свойств нитей и реализации их в изделиях.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХПРОЧНЫХ ВОЛОКОН

Заключение диссертации по теме «Технология и переработка полимеров и композитов», Слугин, Иван Васильевич

выводы

1. Проведенный структурный анализ ароматического диамина 5(6)-аминофенил-2(п-аминофенил) бензимидазола показал существование трех стабильных полиморфных форм, охарактеризованных данными ИК-спектроскопии, термографии и рентгенографии. Выявлено влияние полиморфизма на протекание реакции поликонденсации арамидных волокон СВМ и Русар.

2. Впервые данными УФ- и ИК-спектров выявлены различные виды ассоциативных форм в системе мономер-амидосолевая среда, что позволило стабилизировать процесс поли- и сополиконденсации при получении гомо- и сополиамидбензимидазолов.

3. Изучение структурно-химических превращений на стадии формования арамидных волокон показало возможность регулирования жесткости в цепях макромолекул с направленным регулированием амидо-имидольных переходов при удаления осадителя и растворителя.

4. Термохимическими измерениями и данными ИК-спектров получены энергетические характеристики теплот взаимодействия мономерной системы и в условиях поликондесационного процесса, что позволило внести конструкционные изменения в преакторах производственного оборудования и в машинах формования.

5. Впервые выявлена роль существования и трансформации системы водородных связей в мономерах, в процессах поликонденсации, осаждения и термообработок при получении арамидных волокон.

6. Разработаны дополнительные требования к ароматическому диамину 5(6)-аминофенил-2(п-аминофенил) бензимидазола по стабилизации состава двух безводных форм и кристаллогидрата. Предложен аналитический метод контроля их содержания на основе данных ДТА и ИК-спектров.

7. Впервые разработаны высокономерные волокна и уточнены условия получения широкого ассортимента нитей на основе арамидных волокон серии СВМ и Русар. Выработаны промышленные партии арамидных волокон с л прочностью 300 сН/текс и реализацией в микропластике 513 кг/мм '

8. Разработаны специальные технические ткани из нитей и пряжи на основе сополиамидных волокон серии Русар, которые внедрены в специальных отраслях техники.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Слугин, Иван Васильевич, 2005 год

1. КудряБ.^ГИ.,Щ^ жаростойкие и. негорючие волокна. Химия, 1978,424 с. • .

2. Кудрявцев Г.И. и др. Химические волокна. 1971, №1, 76 с.

3. J.Macromol. Sci. Chem. 1981. V.15F, №6, p.l 113-1131.4. Патент 2667511, США.

4. Жидкокристаллический порядок в полимерах./Пер. под ред. В.Н.Цветкова, М., Мир, 19Ц, 352с^

5. Europ.Rubber. J. 1982, v. 164, №7, p.l7.

6. Мельников Г.В. Химическая промышленность за рубежом. 1988. №5, 15 с.

7. Папков С.П., Куличихин В.Г. Жидкокристаллическое состояние полимеров. М.: Химия, 1977, 240 с.

8. Волохина А.В., Кудрявцев Г.И. Жидкокристаллические полимеры. М., 1988, С. 372-407.

9. Соколов Л.Б., Герасимов В.Д., Савинов В.М. Термостойкие ароматические полиамиды. М.: Химия, 1975, С. 210.

10. Армирующиеся волокна для композиционных материалов./Под ред. Кудрявцева Г.И. М.: Химия, 1992, С.329.

11. Патент 3767756 и 3671542, США.13. Патент 4009153, США.

12. Jingsheug B.Anjiy J/ Appl. Polim Sci. 1981. v.26, «4, p.1211-1220.

13. Международный патент W092/08094 F 41 H 1/02, 5/04 от 14.05.92.

14. Международный патент W099/37969 F 41 Н 1/02, 32В 7/02, 27/20 от 20.07.99.

15. Международный патент W098/05917 F 41 Н 1/02, от 28.08.99

16. Патент США 6000058 F 41 Н 1/02, от 02.07.2001.

17. Патент США 5796028 F 41 Н 51/04, от 15.02.2002.

18. Патент Франции 2725018 F 41 Н 1/02, от 20.08.98.

19. Патент России 2100748 F 41 Н 1/02, В 32В 27/04 от 27.12.97.

20. Патент России 2147721 F 41 Н 1/02, от 20.04.2000.

21. ПатентРоссии 94030188 A1 F 41 Н 1/02, В 32В 5/02; 5/08 от 20.05.97.

22. Патент России 2156942 F 41 Н 1/02, 5/04 от 27.09.2000.

23. Патент России 2175035 С2 ДОЗ Д 05/00 F 41 Н 1/02 от 30.12.99.

24. Патент России 2210648 С1 от 29.04.2002.

25. Заявка на получение патента с положительным решением РФ № 2004119012 от 23.06.2004.

26. Патент России 2147363 CI F41 Н 1/02, 5/04 от 10.04.2000.

27. Тудоровская Г.Л.,Солдатова Т.А., Новожилова А.В. Ж. Физическая химия, 1975, т.49, вып. 11, С.3005-3006.

28. Кравченко В.Г., Милькова Л.П., Шаблыгин М.В. Ж.Физическая химия, 1977, т.51, вып. 10, С.2708.

29. Шаблыгин М.В. Сборник «Термостойкие волокна», Мытищи, 1974, вып.1,"' ч.1. С.132-136.

30. Литовченко Г.Д., Бондарева Л.В., Шаблыгин М.В. Сборник «Термостойкие волокна», Мытищи, 1974, вып.1, ч.1. С.142-148.

31. Курдюкова Л.Я. Сборник «Термостойкие волокна», Мытищи, 1976, С.24-28.

32. Зенков И.Д. Сборник «Термостойкие волокна», Мытищи, 1976, С.41-46.

33. Литовченко Г.Д., Бондарева Л.В., Шаблыгин М.В. Сборник «Термостойкие волокна», Мытищи, 1982, вып.У, ч.1. С.57-63.

34. Зенков И.Д., Шаблыгин М.В. Ж.Физическая химия, 1983, т.53, вып. 10. С.2662-2663.

35. Зенков И.Д., Шаблыгин М.В., Манина О.И. Ж.Физическая химия, 1983, Т.57, вып.2. С.452-453.

36. Шаблыгин М.В. Сборник «Термостойкие волокна», Мытищи, 1974, вып.1, ч.1. С.150-152.

37. Соколов Л.Б. термостойкие ароматические поламиды. М.:Химия. 1975. С.60.

38. Коршак В.В. Мономеры для поликонденсации. И., Мир, 1976. С.632.

39. Соколов Л.Б. Поликонденсационный метод синтеза полимеров. М.:Химия, 1966, с.336.

40. Волохина А.В., Калмыкова В.Д. Химия и технология ВМС, т. 15, М.:ВИНИТИ, 1986, с.3-71.

41. Волохина А.В., Щетинин A.M., Френкель Г.Г. Арамидные волокна и их применение в технике. Об^?информ., серия Промышленность химических волокон. М. НИИТЭХим, 1984, с.64.

42. Кия-оглу В.Н., Серова Л.Д. Волокна на основе поли-п-фенилентерефталамида. Обз.инф. Промышленность химических волокон. М„ НИИТЭХим, 1985, С.50.

43. Савченкова В.М. Щетинин A.M., Френкель Г.Г.,Кудрявцев Г.И. Новые волокна из ароматических полимеров. М. НИИТЭХим, 1981, с.70.

44. Будницкий Г.А., Кудрявцев Г.И. Новое в области термостойких полимеров и волокон. Обз.инф. серии Промышленность химических волокон. М. НИИТЭХим, 1978, с.83.

45. Папков С.П. Теория формования химических волокон. М.: Химия, 1976, с.280.

46. Руднева Л.Д. Химические волокна. 1975, №2, с. 13-15.

47. Цветков В.Н. Жесткоцепные полимерные молекулы. Л. 1986, с. 167.

48. Штенникова Н.П., Пекер Т.З., Гармонова Т.И. ВМС, 1981, 23А, №1, с.2510-1515.

49. Лавренко П.Н., Штенникова Н.П., Гармонова Т.И. ВМС, 1986, 28А, №10, с.2102-2106.

50. Коломиец И.П., Цветков В.Н. ВМС, 1981, 23А, №9, с.2092-2095.

51. Соколов Л.Б. Термостойкие высокопрочные полимерные материалы. М.:3нание, 1989, с.62.

52. Гитис С.С., Федотов Ю.А., Субботин В.А, Химические волокна, 1987, №2, с.23-24.

53. Мягченков В.А., Френкель С.Я. Композиционная неоднородность сополимеров. Л.: Химия, 1988, с.246.

54. Евдокимов A.M., Акулин Ю.А., Гельмонд Н.М. Сборник^№^ермстойкие волокна», Мытищи, 1978, вып.З, ч.2, с.36.

55. Евдокимов A.M., Корчмарчик О.С., Соловьева Т.Н. Сборник «Термостойкие волокна», Мытищи, 1976, вып.З, ч.2, с.95-103.

56. Евдокимов A.M., Чижик В.И., Улина В.В. Тезисы конференции «Современные методы ЯМР в химии твердого тела», г. Черноголовка, Моск.обл., 1979, с.52.

57. Евдокимов A.M., Чижик В.И., Шустер М.Н. ВМС, 1983, т.256, «4, с.264-268.

58. Ефимова С.Г., Шаблыгин М.В., Иовлева М.М. ВМС, 1976, 19Б, №1, с.69-71.

59. Шаблыгин М.В., Куличихин В.Г., Калмыкова В.Д. ВМС, 1976, 18А, №4, с.942-944.

60. Платонов В.А., Белоусова Т.А., Шаблыгин М.В. Химические волокна, 1975, №4, с.36-38.

61. Платонов В.А., Белоусова Т.А., Шаблыгин М.В. ВМС, 1976, 18А, №1, с.221.

62. Шаблыгин М.В., Белоусова Т.А., Никитина О.А. ВМС, 1982, №6, с. 12291234.

63. Папков С.П., Иовлева М.М., Шаблыгин М.В. Сборник «Термостойкие волокна», Мытищи, 1976, вып.З, с.71-76.

64. Шаблыгин М.В., Прозорова Г.А., Диброва А.К. Сборник «Термостойкие волокна», Мытищи, 1974, вып.2, ч.1, с.99-106.

65. Шаблыгин М.В., Никитина О.А., Белоусова Т.А.,. ВМС, 1982, №4, с. 18-20.

66. Ганчук Л.М., Файнберг Э.З., Авророва JI.B. Сборник «Термостойкие волокна», Мытищи, 1976,, с.133-138.

67. Серков А.Г., Глазунов В.Б., Комиссаров Вл^. А.с. 646605 (СССР) Б.И., 1979, №29, с.29.

68. Глазунов В.Б. Диссертация на соис.уч.ст.к.т.н., Мытищи, 1982, с.150.

69. Авророва J1.B., Волохина А.В., Глазунов В.Б. Химические волокна, 1989, №4, с.21-26.

70. Сверхвысокомолекулярные волокна./Под ред. Чиффериа и Уорда. Л.:Химия, 1983, с.120.

71. Будницкий Г.А., Токарев А.В., Гвоздев В.В. А.с. 262325, СССР, Б.И. №10, 1987.

72. Шаблыгин М.В., Михайлов Н.В., Волохина А.В. ВМС, 1963, т.5, №11, с.1756.

73. Volohina A., Kudiyavcev G., Shablygin М., Hemiky list, 1967,№11, р.394-397.

74. Шаблыгин М.В., Михайлов Н.В., Шигорин Д.Н. Доклады АН СССР, 1966, т.170, с.1364.

75. Шаблыгин М.В. Диссерт. на соис. уч. ст. к.х.н., М., 1968, с. 167.

76. Шаблыгин М.В., Михайлов Н.В. ВМС, 1969, 11Б, №7, с.435-438.

77. Шаблыгин М.В., Белоусова Т.А., Новикова С.В. Препринты III Международного симпозиума по химическим волокнам, г. Калинин, 1981, т.5, с. 166170.

78. Коржавин Л.Н. Диссерт. на соиск. уч.ст. к.х.н.

79. Абронин И.А., Ракитина В.А., Слугин И.В., Шаблыгин М.В. Химические волокна, 2004ЛМ,с.42-45.

80. Платонова И.В.Диссерт. на соиск. уч. ст. к.ф-м.н., г. Калинин, 1990.

81. Платонова И.В., Шаблыгин М.В., Платонова С.Ю. Вестник МГУ им. Ломоносова, М., 1998, т.39, №4, с.253-25

82. Шаблыгин М.В. Диссерт. на соиск. уч. ст. д.х.н., М., 1984, 410 с.