Vinil siyanür olarak da isimlendirilen akrilonitril, doymamış bir karboksilik asit olan akrilik asidin nitrilidir.
CH2 = CH-COOH CH2 = CH-C = N
Akrilik asidi Akilonitril
Akrilonitrili, petrol destilasyon ürünlerinden kolay ve ucuz yöntemlerle elde edilebilmektedir. Sıvı haldeki akrilonitril, çeşitli katalizörler (benzoil peroksit, potasyum persülfat veya hidrojen peroksit + demir sülfat karışımı) kullanılarak polimerize edilir.
Bu polimer ilk defa 1930 yılında sentez edilmiş; 1930-1945 yılları arasında yapay kauçuk olarak kullanılmıştır. 1945 yılında ilk defa Fiber adı ile filament haline getirilerek piyasaya sürülmüştür. 1950 yılında Orlon adı ile filament halinde; 1952’de ise aynı adla kesikli elyaf halinde piyasaya verilmiştir.
Sentezi ile filament halinde üretimi arasında bu kadar uzun zaman geçmesinin sebebi poliakrilonitrilin yapısına bağlı bazı olumsuz özelliklerinin olmasındandır. Poliakrilonitril yaklaşık 200 ˚C de olan erime noktasının civarındaki sıcaklıklarda bozunur. Bu yüzden yumuşak-eğirme ile filament haline getirilemez. Aynı zamanda yapısı gereği bilinen organik çözücülerde de çözünemez. Çünkü, polimer zincirde negatif polarlığı bulunan nitril grupları, bir başka polimer zincirinin metilen grubu hidrojeni ile H-köprüleri oluşturur. Bu bağlar, polimer zincirleri çapraz bağlarla birbirine bağlar. Ayrıca van der Waals kuvvetleri de zincirleri bir arada tutar, polimerin kristallenme oranını arttırır ve çözünürlülüğünü azaltır. Bu nedenle uzun yıllar PAN polimerini çözebilecek uygun bir çözücü araştırılmakla geçmiştir.
Böyle bir maddeyi çözmek için çözücü seçimi oldukça zordur; ancak birkaç uygun çözücü bulunabilir. En uygun çözücüler, N,N-dimetilformamit H-CO-N(CH3)2, dimetilsülfon (CH3)2SO2 ve N,N-dimetilasetamittir. CH3-CO-N(CH3)2Poliakrilonitril filamentleri polimerin bu çözücülerdeki çözeltilerinden elde edilir. PAN’ın N,N-dimetilformamitteki %25-40’lık çözeltileri yaş veya kuru-eğirme ile kullanılır.
Yaş-eğirme yönteminde bu çözelti, koagülasyon banyosu olarak gliserin, kalsiyum klorür ve başka yardımcı maddeler içeren bir çözeltide filament haline getirilir. Çöken filamentler, koagülasyon banyosu bileşenlerinden arıtılmak üzere, iyice yıkanır. 100 ˚C deki buharda 3-10 katı germe-çekme uygulanır. On misli germe, moleküllerin yönlenmesi dolayısıyla, dayanıklılıkta yedi kat artışa sebep olur. Bu şekilde üretilen filamentler kesikli lif veya tow şeklinde tüketilir.
Aynı çözelti kuru-eğirme yönteminde de kullanılır. Bu çözelti 400 ˚C lik sıcak hava akımı geçen odalara spinneret başlıklardan püskürtülür. Çözücüsü buharlaşan filamentler, yıkandıktan sonra, 150-175 ˚C de 3-10 katı germe-çekme verilir. Kuru eğirme ile elde edilen PAN lifleri filament halinde tüketilir.
İlk elde edilen poliakrilonitril filamentleri %100 saf polimerden oluşuyordu. Bunların yukarıda bahsedilen yapısal özelliği nedeniyle yönlenme ve kristallenme oranları oldukça yüksektir. Bu nedenle boyanma ve nem çekme gibi özellikleri olumsuzdu ve boyanma güçlüğü vardı. Günümüzde poliakrilonitril lifi üretiminde %100 PAN kullanılmaz. Bunun yerine özelliklerini iyileştirmek ve boyanma yeteneğini kazandırmak üzere %15’e kadar bir başka monomer içeren akrilonitril kopolimerleri sentez edilerek bunlardan lif üretilir. Polimere eklenen komonomerin yapısıda polar grupların bulunması durumunda polimer zincir polarlık kazanır. Aynı zamanda yapıdaki kristalin bölgelerin oranı azalır. Böylece polimerin bazı çözücülerde çözünürlüğü ve boyanma yeteneği artar. Yapısında %15’e kadar komonomer içeren poliakrilonitrilden yapılmış liflere akrilif elyaf adı verilir. Eklenen komonomerin polarlık özelliklerine göre akrilif lifler, ya anyonik veya katyonik karakterde olurlar. Poliakrilonitril zincirine komonomer olarak vinilpiridin, akrilamid gibi bileşenlerin katılması bileşiğe asidik ortamlarda katyonik karakter kazandırır. Formül III.25. buna karşılık akrilik asit ve sodyum vinil benzen sülfanat gibi monomerler elyafı negatif yüklü kılar.
Bu nedenle akrilik lifleri içindeki mmonomerin yapısına bağlı olarak anyonik modifiye akrilik lifleri ve katyonk modifiye akrilif lifleri şeklinde farklandırılır.