Войти
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название IUPAC poly ( 1-акрилонитрил) | |
| Другие названия Поливинилцианид. Креслан 61 | |
| Свойства | |
| Химическая формула | (C3H3N)n |
| Молярная масса | 53,0626 ± 0,0028 г / моль. C 67,91%, H 5,7%, N 26,4% |
| Внешний вид | Белое твердое вещество |
| Плотность | 1,184 г / см³ |
| Температура плавления | 300 ° C (572 ° F; 573 K) |
| Точка кипения | ухудшается |
| Растворимость в воде | Нерастворим |
| Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
| Ссылки ink | |
Полиакрилонитрил (PAN ), также известный как s поливинилцианид и Creslan 61 представляет собой синтетическую полукристаллическую органическую полимер смолу с линейной формулой (C 3H3N)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. Почти все смолы PAN представляют собой сополимеры, полученные из смесей мономеров с акрилонитрилом в качестве основного мономера. Это универсальный полимер, который используется 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 высококачественного углеродного волокна. 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 для получения углеродных волокон, используемых в различных высокотехнологичных и обычных 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 компонент повторяющееся звено в нескольких важных сополимерах, таких как стирол-акрилонитрил (SAN) и акрилонитрилбутадиенстирол (ABS). пластик.
Полиакрилонитрил (PAN) был впервые синтезирован в 1930 году Гансом Фикентшером и Клаусом Хеаком в Людвигсхафене немецкого химического конгломерата IG Farben. Однако, поскольку ПАН не плавкий и не растворялся ни в одном из промышленных растворителей, используемых в то время, дальнейшие исследования этого материала были остановлены. В 1931 году Герберт Рейн, руководитель отдела химии полимерных волокон на заводе IG Farben в Биттерфельде, во время посещения завода в Людвигсхафене получил образец ПАН. Он обнаружил, что бензилхлорид пиридиния, ионная жидкость, растворяет ПАН. 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 плавить полимер без разложения, а растворители для обработки раствора еще не были известны. Первый серийный выпуск волокна PAN был произведен 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 в Германии.
Температура стеклования составляет около 95 ° C и температура плавления составляет 322 ° C. PAN растворим в полярных растворителях, таких как диметилформамид, диметилацетамид, этилен и пропилен карбонаты. тиоцианат натрия, хлорид цинка и азотная кислота. Параметры растворимости: 26,09 МПа (25 ° C) от 25,6 до 31,5 Дж / см. Диэлектрическая проницаемость: 5,5 (1 кГц, 25 ° C), 4,2 (1 МГц, 25 ° C). Может вести себя как разветвленный, а также как линейный полимер.
Большинство коммерческих методов синтеза PAN основаны на свободнорадикальной полимеризации акрилонитрила. В большинстве случаев также используются небольшие количества других виниловых сомономеров (1–10%) вместе с АН в зависимости от конечного применения. Анионная полимеризация также может быть использована для синтеза ПАН. Для текстильных изделий используется молекулярная масса в диапазоне от 40 000 до 70 000. Для производства углеродного волокна желательна более высокая молекулярная масса.
При производстве углеродных волокон, содержащих 600 текс (6k) жгутов PAN, линейная плотность волокон составляет 0,12 текс, а диаметр волокон составляет 11,6 мкм, что дает углерод. волокно с прочностью нити 417 кгс / мм2 и содержанием связующего 38,6%. Эти данные представлены в таблице «Индексы экспериментальных партий прекурсора ПАН и углеродных волокон, изготовленных из него».
Гомополимеры полиакрилонитрила использовались в качестве волокон в системах фильтрации горячего газа, навесах для улицы, паруса для яхт и фибробетон. 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 оно продавалось под названием Orlon. Акрилонитрил обычно используется в качестве сомономера с стиролом, например акрилонитрил, стирол и акрилат пластмассы. Маркировка предметов одежды акрилом (см. акриловое волокно ) означает, что полимер состоит как минимум 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 подходящим 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 группы амидоксима, могут быть использованы для обработки металлов из-за способности полимеров образовывать комплекс с ионами металлов.
ПАН обладает свойствами, включая 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. Его механические свойства важны для композитных структур для военных и коммерческих самолетов.
Полиакрилонитрил используется в качестве прекурсора для 90% производства углеродного волокна. Примерно 20–25% широкофюзеляжных планеров Boeing и Airbus изготовлены из углеродного волокна. Однако возможности применения ограничены высокой ценой PAN, составляющей около 15 долларов США за фунт.
Окисленное волокно PAN используется для производства огнестойких (FR) тканей. Обычно, когда он используется в тканях FR для защитной одежды, его называют OPF (оксидированное полиакрилонитриловое волокно) и представляет собой высокоэффективное и экономичное решение для огнестойкости и термостойкости. OPF можно рассматривать как одну из наиболее производимых в коммерческих целях FR-тканей, поскольку она имеет LOI (предельный кислородный индекс) в диапазоне 45-55%, что является одним из самых высоких диапазонов LOI, доступных по сравнению с другими распространенными FR-тканями, которые имеют более низкий Значения LOI (например, номекс @ 28% -30%, кевлар @ 28% -30%, модакрил @ 32% -34%, PBI @ 41% и FR-вискоза @ 28%); и OPF также демонстрирует самое низкое образование токсичного газа при сжигании по сравнению с другими распространенными тканями (например, Nomex, FR Polyester и Cotton).
