Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Полиакрилонитрил
Поли (акрилонитрил) .png
Имена
Название ИЮПАК
поли (1-акрилонитрил)
Другие имена
Поливинилцианид [1]
Creslan 61
Характеристики
(C 3 H 3 N) сущ.
Молярная масса53,0626 ± 0,0028 г / моль
C 67,91%, H 5,7%, N 26,4%
ВнешностьБелое твердое вещество
Плотность1,184 г / см³
Температура плавления 300 ° С (572 ° F, 573 К)
Точка кипенияДеградирует
Нерастворимый
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы

Полиакрилонитрил ( PAN ), также известный как поливинилцианид и Creslan 61, представляет собой синтетическую полукристаллическую органическую полимерную смолу с линейной формулой (C 3 H 3 N) n . Хотя это термопласт, он не плавится при нормальных условиях. Перед плавлением он разлагается. Он плавится при температуре выше 300 ° C, если скорость нагрева составляет 50 градусов в минуту или выше. [2] Почти все смолы PAN представляют собой сополимеры, изготовленные из смесей мономеров с акрилонитрилом в качестве основного мономера.. Это универсальный полимер, используемый для производства широкого спектра продуктов, включая ультрафильтрационные мембраны, полые волокна для обратного осмоса , волокна для текстиля, волокна из оксидированного полиамида. Волокна PAN являются химическим предшественником углеродного волокна очень высокого качества . ПАН сначала термически окисляется на воздухе при 230 ° C с образованием окисленного волокна ПАН, а затем карбонизируется при температуре выше 1000 ° C в инертной атмосфере, чтобы получить углеродные волокна, используемые в различных высокотехнологичных и повседневных применениях, таких как гражданские и военные самолеты. основные и второстепенные конструкции, ракеты, твердотопливные ракетные двигатели, сосуды под давлением, удочки, теннисные ракетки и велосипедные рамы. Это устройство повторения компонентов в нескольких важныхсополимеры , такие как стиролакрилонитрил (SAN) и акрилонитрилбутадиенстирол (ABS) пластик.

История [ править ]

Полиакрилонитрил (ПАН) был впервые синтезирован в 1930 году Гансом Фикентшером и Клаусом Хеук на заводах в Людвигсхафене немецкого химического конгломерата IG Farben . [3] Однако, поскольку ПАН не плавится и не растворялся ни в одном из промышленных растворителей , использовавшихся в то время, дальнейшие исследования этого материала были остановлены. [4] В 1931 году Герберт Рейн, руководитель отдела химии полимерных волокон на заводе IG Farben в Биттерфельде, получил образец PAN во время посещения завода в Людвигсхафене. [5] Он обнаружил, что бензилхлорид пиридиния, ионная жидкость , растворяет ПАН. [6]Он сплел первые волокна на основе PAN в 1938 году, используя водные растворы четвертичного аммонийного тиоцианата натрия и перхлората алюминия для производственного процесса, и рассмотрел другие растворители, включая ДМФ. Однако коммерческое внедрение было отложено из-за нагрузки на инфраструктуру во время войны, невозможности расплавить полимер без разложения, а растворители для обработки раствора еще не были известны. [7] [8] Первое массовое производство волокна PAN было произведено в 1946 году американским химическим конгломератом DuPont . Немецкая интеллектуальная собственность была украдена в ходе операции «Скрепка» . Продукт под торговой маркой Orlon., был основан на патенте, поданном ровно через семь дней после почти идентичного заявления Германии. [9] [ неудачная проверка ]

Физические свойства [ править ]

Температура стеклования составляет около 95 ° C, а температура плавления - 322 ° C. ПАН растворим в полярных растворителях , таких как диметилформамид , диметилацетамид , этилен и пропиленкарбонаты . тиоцианат натрия , хлорид цинка и азотная кислота . [10] Параметры растворимости: 26,09 МПа 1/2 (25 ° C) от 25,6 до 31,5 Дж 1/2 см -3/2 . Диэлектрическая проницаемость: 5,5 (1 кГц, 25 ° C), 4,2 (1 МГц, 25 ° C). Может вести себя как разветвленный, так и линейный полимер.

Синтез [ править ]

Большинство коммерческих методов синтеза ПАН основаны на свободнорадикальной полимеризации акрилонитрила . [ необходима цитата ] В большинстве случаев также используются небольшие количества других виниловых сомономеров (1–10%) вместе с AN в зависимости от конечного применения. [ необходима цитата ] Анионная полимеризация также может быть использована для синтеза PAN. Для текстильных изделий используется молекулярная масса в диапазоне от 40 000 до 70 000. [ необходима цитата ] Для производства углеродного волокна желательна более высокая молекулярная масса. [ необходима цитата ]

При производстве углеродных волокон, содержащих жгут PAN 600 текс (6k), линейная плотность волокон составляет 0,12 текс, а диаметр волокон составляет 11,6 мкм, что позволяет получить углеродное волокно с прочностью волокон 417 кгс / мм2 и содержанием связующего 38,6 %. Эти данные представлены в таблице «Индексы экспериментальных партий прекурсора ПАН и углеродных волокон, изготовленных из него». [11]

Приложения [ править ]

Гомополимеры полиакрилонитрила использовались в качестве волокон в системах фильтрации горячего газа, уличных навесах, парусах для яхт и армированном волокном бетоне. Сополимеры, содержащие полиакрилонитрил, часто используются в качестве волокон для изготовления трикотажной одежды, такой как носки и свитера, а также товаров для улицы, таких как палатки и аналогичные предметы. Если на этикетке предмета одежды написано «акрил» , значит, он сделан из какого-то сополимера полиакрилонитрила. Из него производили прядение волокна на DuPont в 1942 году и продавали его под названием Orlon . Акрилонитрил обычно используется в качестве сомономера со стиролом , например, акрилонитрилом , стиролом и акрилатом.пластмассы. Маркировка предметов одежды акрилом (см. Акриловое волокно) означает, что полимер состоит не менее чем на 85% из акрилонитрила в качестве мономера. Типичным сомономером является винилацетат, который можно легко формовать из раствора, чтобы получить волокна, которые достаточно размягчаются для проникновения красителей. Преимущества использования этих акриловых красок заключаются в том, что они дешевы по сравнению с натуральным волокном, обладают большей устойчивостью к солнечному свету и превосходной устойчивостью к воздействию моли. Акрилы, модифицированные галогенсодержащими сомономерами, классифицируются как модакрилы, которые по определению содержат более чем 35-85% ПАН. Включение галогеновых групп увеличивает огнестойкость волокна, что делает модакрил пригодным для использования в одежде для сна, палатках и одеялах. Однако недостатком этих продуктов является то, что они дороги и могут давать усадку после высыхания.

ПАН поглощает многие ионы металлов и помогает наносить абсорбирующие материалы. Полимеры, содержащие амидоксимные группы, могут использоваться для обработки металлов из-за их комплексообразующей способности с ионами металлов. [12]

ПАН обладает свойствами, включающими низкую плотность, термическую стабильность, высокую прочность и модуль упругости. Эти уникальные свойства сделали ПАН незаменимым полимером в сфере высоких технологий.

Его высокая прочность на разрыв и модуль упругости определяются калибровкой волокон, покрытиями, производственными процессами и химическим составом волокон PAN. Полученные из него механические свойства важны для композитных конструкций для военных и коммерческих самолетов. [13]

Углеродное волокно [ править ]

Полиакрилонитрил используется в качестве прекурсора для производства 90% углеродного волокна. [14] Примерно 20–25% широкофюзеляжных планеров Boeing и Airbus изготовлены из углеродного волокна. Однако приложения ограничены высокой ценой PAN - около 15 долларов за фунт. [15]

Окисленное полиакрилонитрильное волокно (OPF) [ править ]

Окисленное волокно PAN используется для производства огнестойких (FR) тканей. [ необходима цитата ] Обычно, когда он используется в тканях FR для защитной одежды, он упоминается как OPF (окисленное полиакрилонитрильное волокно) и представляет собой высокоэффективное, экономичное решение для огнестойкости и термостойкости. OPF может считаться одной из наиболее коммерчески производимых FR-тканей, поскольку он имеет LOI (предельный кислородный индекс) в диапазоне 45–55%, что является одним из самых высоких диапазонов LOI, доступных по сравнению с другими распространенными тканями FR, которые имеют более низкий LOI. значения (например, номекс @ 28–30%, кевлар @ 28–30%, модакрил @ 32–34%, PBI @ 41% и FR-вискоза @ 28%); [ необходима цитата ]и OPF также демонстрирует самое низкое образование токсичных газов при сжигании по сравнению с другими распространенными тканями (например, Nomex, FR Polyester и Cotton). [ необходима цитата ]

Полимер поддержки [ править ]

Полиакрилонитрил находит применение в качестве пористого поддерживающего полимера для адсорбентов для различных применений, включая ионный обмен для очистки ядерных отходов. ПАН в этом случае растворяют в полярном растворителе, таком как ДМСО, вместе с желаемым адсорбентом и поверхностно-активным веществом, а затем сбрасывают в воду, где он разбивается и образует шарики, подходящие для использования в колонке. [16]

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Дж. Гордон Кук (1984). Справочник текстильных волокон: искусственные волокна . Издательство Вудхед. п. 393. ISBN. 9781855734852.
  2. ^ Гупта, AK; Паливал, Дания; Баджадж, П. (1998). «Поведение акрилонитрильных полимеров при плавлении». Журнал прикладной науки о полимерах . 70 (13): 2703–2709. DOI : 10.1002 / (sici) 1097-4628 (19981226) 70:13 <2703 :: aid-app15> 3.3.co; 2-u .
  3. ^ Х. Finkentscher, С. Heuck, DE патент 654989, Verfahren Zur Herstellung фон Polymerisationprodukten, Anmeldetag 18.2.1930 [1]
  4. ^ Вальтер Ветцель, Entdeckungsgeschichte der Polyfluorethylene - Zufall oder Ergebnis gezielter Forschung? НТМ 13 (2005) 79–91
  5. ^ "KUNSTFASERN / INDUSTRIE: Das Salz der Mode - DER SPIEGEL 20/1955" . www.spiegel.de .
  6. ^ Х. Райн,DE-патент 631756, Verfahren Zur Lösung фон polymerem Acrylsäurenitril, Anmeldetag 8 августа 1934 [2]
  7. ^ Рейн, Герберт (1948). "Полиакрилнитрил-Фазерн Eine neue Gruppe von synthethischen Fasern". Angewandte Chemie . 60 (6): 159–161. DOI : 10.1002 / ange.19480600607 .
  8. ^ Bunsell, AR Справочник свойств текстильных и технических волокон (2-е изд.). Издательство Вудхед. ISBN 9780081012727.
  9. ^ CH Ray Патент США 2 404 713, Метод приготовления полимерных растворов, дата подачи: 17.06.1942 [3]
  10. ^ Интернет, D4W Comunicação - Soluções em. «ИГТПАН» . www.igtpan.com . Проверено 10 мая 2018 .
  11. ^ Серков, А; Радышевский, М (2008). «Состояние и перспективы производства углеродных волокон на основе полиакрилонитрила». Волоконно-химия . 40 (1): 24–31. DOI : 10.1007 / s10692-008-9012-у . S2CID 137117495 . 
  12. ^ Делонг, Лю (2011). «Синтез полиакролонитрила путем одноэлектронной трансмиссии живой радикальной полимеризации с использованием Fe (0) в качестве катализатора и его абсорбционные свойства после модификации». Журнал науки о полимерах. Часть A: химия полимеров . 49 (13): 2916–2923. Bibcode : 2011JPoSA..49.2916L . DOI : 10.1002 / pola.24727 .
  13. ^ «Оценка промышленных возможностей полиакрилонитрильных (PAN) углеродных волокон» (PDF) . Министерство обороны Соединенных Штатов Америки. Архивировано 4 марта 2016 года из оригинального (PDF) . Проверено 4 декабря 2013 года .
  14. ^ «9 главных фактов об углеродном волокне, которых вы не знали | Министерство энергетики» . Energy.gov. 2013-03-29 . Проверено 8 декабря 2013 .
  15. ^ Джон МакЭлрой. «Технологические достижения приближают углеродное волокно к массовому производству» . Автоблог . Проверено 8 декабря 2013 .
  16. ^ Алистер Холдсворт. «Влияние гамма-облучения на ионообменные свойства цезий-селективных композитов фосфомолибдат аммония-полиакрилонитрил (AMP-PAN) в условиях рециркуляции отработавшего топлива» . MDPI . Источник 2021-02-03 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Полиакрилонитрил в Учебном центре науки о полимерах
  • Воздушный фильтр из полиакрилонитрила Инженеры Стэнфорда разработали новый воздушный фильтр, который поможет жителям Пекина легче дышать