Полиакрилонитрил (ПАН) CAS №: 25014-41-9
Полиакрилонитрил (ПАН, CAS 25014-41-9)Полиакрилонитрил (ПАН) представляет собой белый или кремовый полукристаллический порошок с формулой (C₃H₃N)ₙ, отличающийся нерастворимостью в воде и большинстве органических растворителей, за исключением высокополярных апротонных, таких как ДМФ и ДМСО. Его высокая температура плавления (≈317 °C) и температура разложения настолько близки, что он разлагается до плавления в нормальных условиях. Основное коммерческое значение ПАН заключается в том, что он является прекурсором для более чем 90% мирового производства углеродного волокна путем контролируемого пиролиза и карбонизации; в виде волокна (акрила) он служит заменителем шерсти в текстиле благодаря своей мягкости и превосходной устойчивости к солнечному свету, а также используется в ультрафильтрационных мембранах и в качестве сополимерного компонента в АБС-пластиках.
1. Обзор
Полиакрилонитрил (ПАН) — это полукристаллический полимер, получаемый путем свободнорадикальной полимеризации мономеров акрилонитрила. Он представляет собой белый или кремовый порошок или волокно с превосходными механическими свойствами, термической стабильностью и химической стойкостью. ПАН наиболее известен как основной прекурсор для производства углеродного волокна (>90% углеродного волокна производится из ПАН). Он также широко используется в текстильной промышленности, производстве мембран и конструкционных пластмасс.
2. Ключевые особенности
Прекурсор углеродного волокна – после термообработки позволяет получить высокопрочные углеродные волокна с высоким модулем упругости.
Высокая термическая стабильность – сохраняет стабильность до ~300°C до циклизации и карбонизации.
Превосходная химическая стойкость – устойчивость к органическим растворителям, маслам и разбавленным кислотам/щелочам.
Хорошая механическая прочность – высокая прочность на разрыв и модуль упругости волокна.
Устойчивость к УФ-излучению — противостоит разрушению под воздействием солнечного света.
Огнестойкость – самозатухание благодаря высокому содержанию азота (~26%).
3. Основные характеристики с пояснениями
| Параметр | Типичное значение | Объяснение |
|---|---|---|
| Появление | Белый порошок или штапельное волокно | Изменение цвета указывает на деградацию или наличие примесей. |
| Молекулярная масса (Мв) | 50 000 – 150 000 г/моль | Чем выше молекулярная масса, тем прочнее волокна, но тем сложнее их прясть. |
| Вязкость (внутренняя вязкость) | 1,0 – 2,5 дл/г | Измеряет длину полимерной цепи; влияет на способность к прядению. |
| тактичность | Атактический (преимущественно) | Влияет на кристалличность и механические свойства. |
| Температура стеклования (Тг) | ~85 – 105°C | Температура, при которой полимер становится эластичным. |
| Точка плавления | 317°C (разлагается) | Разлагается до плавления – истинной точки плавления не существует. |
| Плотность | 1,18 – 1,20 г/см³ | Влияет на процесс обработки и вес конечного продукта. |
| Остаточный мономер | ≤ 100 – 500 ppm | Непрореагировавший акрилонитрил (токсичный) – критически важен для безопасности. |
| Влажность | ≤ 0,5% | Низкая влажность предотвращает образование пузырьков в процессе обработки. |
| Содержание пепла | ≤ 0,1 – 0,5% | Низкое содержание золы имеет решающее значение для качества прекурсора углеродного волокна. |
4. Приложения
| Область применения | Конкретное использование |
|---|---|
| Производство углеродного волокна (>90% использования полиакрилонитрила) | Аэрокосмическая, автомобильная, спортивная промышленность, лопасти ветряных турбин, сосуды под давлением. Полиакрилонитрил (ПАН) подвергается карбонизации для получения высокопрочных углеродных волокон. |
| Текстильные волокна (акриловые волокна) | Свитера, одеяла, ковры, ткани для улицы, искусственный мех (продается под марками «акрил» или «орлон»). |
| Мембраны и фильтрация | Ультрафильтрационные и нанофильтрационные мембраны для очистки воды и диализа. |
| Инженерные пластмассы | Высокотемпературные сополимеры АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол) и САН (стирол-акрилонитрил). |
| Прекурсоры для других материалов | Углерод-углеродные композиты, активированные углеродные волокна, графит. |
| Связующие вещества и покрытия | Связующее вещество для батарей (покрытия анода), защитные покрытия. |
ПАН против акрила против модакрила:
| Материал | Состав | Основное использование |
|---|---|---|
| Гомополимер ПАН | 100% акрилонитрил | Прекурсор углеродного волокна, высокоэффективные волокна |
| Акриловое волокно | ≥85% акрилонитрила + сомономер | Текстильные изделия (свитера, одеяла) – улучшенная способность к окрашиванию. |
| модакрил | 35–85% акрилонитрила + винилиденхлорид | Огнестойкие ткани (парики, детская одежда для сна) |
5. Сравнение оценок
| Оценка | Молекулярный вес | Форма | Типичное использование |
|---|---|---|---|
| Углеродное волокно исходного качества | Высокая (Mw > 100 000) | Пиловолокно (непрерывная нить) | Углеродное волокно для аэрокосмической/автомобильной промышленности |
| Текстильный сорт (акрил) | Средний (Mw 60 000–90 000) | Штапельное волокно | Свитера, одеяла, ковры |
| Мембранный класс | Средний (Мв 50 000–80 000) | Пудра | Мембраны для фильтрации воды |
| Инженерный пластик (SAN/ABS) | Низко-средний уровень (Mw 40 000–70 000) | Гранулы/пеллеты | Смешивание со стиролом и бутадиеном |
| Исследовательский уровень | Переменная | Пудра | НИОКР, исследования по модификации полимеров |
6. Руководство по покупке
Выберите оценку по предмету:
Производство углеродного волокна → Высокая молекулярная масса, низкое содержание золы (<0,1%), стабильный вязкостный индекс, непрерывная форма жгута.
Текстильные волокна → Средней молекулярной массы, модифицированные сомономерами для окрашивания, штапельная форма волокна.
Производство мембран → Среднемолекулярная структура, порошкообразная форма, низкое остаточное содержание мономера.
Смешивание ABS/SAN → Низкая молекулярная масса, гранулированная форма, стабильная текучесть расплава.
Основные параметры качества прекурсора углеродного волокна:
Содержание золы – <0,1% (примеси вызывают дефекты в конечном углеродном волокне).
Остаточное содержание мономера – <100 ppm (акрилонитрил токсичен и вызывает образование пустот).
Распределение молекулярной массы – для обеспечения однородных свойств волокна предпочтительно узкое распределение.
Хранение и обращение:
Хранить в прохладном, сухом, хорошо проветриваемом месте, вдали от источников тепла.
Избегайте длительного воздействия солнечных лучей (УФ-излучение приводит к деградации).
Опасность токсичного мономера – остаточный акрилонитрил является канцерогеном; обеспечьте надлежащую вентиляцию.
Срок годности: 12–24 месяца при надлежащем хранении.
Проверка безопасности:
Запросите сертификат анализа, подтверждающий остаточное содержание мономеров и золы.
Убедитесь, что поставщик предоставляет паспорт безопасности материала (SDS) с инструкциями по обращению с остатками акрилонитрила.
7. Часто задаваемые вопросы
В: Почему полиакрилонитрил (PAN) используется для производства углеродного волокна?
А: Полиакрилонитрил (ПАН) обладает высоким выходом углерода (~50–55% после карбонизации) и образует идеальную графитовую структуру в процессе термообработки. Нитрильные группы (-C≡N) циклизуются и образуют лестничные полимеры, которые становятся основой для высокопрочных углеродных волокон. Ни один другой полимер не может сравниться с ПАН по сочетанию стоимости и характеристик углеродного волокна.
В: Полиакриловая ткань (PAN) — это то же самое, что и акриловая ткань?
О: Не совсем. Ткань, называемая «акриловой», содержит ≥85% ПАН, а также сомономеры, обеспечивающие окрашиваемость и гибкость материала. Чистый гомополимер ПАН трудно поддается окрашиванию и обладает меньшей гибкостью. Большинство потребительских текстильных изделий, маркируемых как «акрил», представляют собой сополимеры ПАН.
В: Токсичен ли ПАН?
А: Сам полимер инертен и нетоксичен. Однако остаточный мономер акрилонитрила является потенциальным канцерогеном и нейротоксином. Высококачественный ПАН для текстиля/углеродного волокна содержит остаточное количество мономера <100–500 ppm. Используйте средства индивидуальной защиты при работе с порошком (риск вдыхания пыли).
В: Плавится ли PAN?
А: Нет. Полиакрилонитрил (ПАН) разлагается при температуре около 317 °C, не достигая точки плавления. Именно поэтому волокна ПАН нельзя получать методом экструзионного формования из расплава; их необходимо получать методом экструзионного формования из раствора с использованием таких растворителей, как ДМФ или ДМСО.
8. Доставка, сертификация и обслуживание
Упаковка:
Порошок: мешок 25 кг (многослойная бумага с полиэтиленовой подкладкой), биг-бэг 500 кг.
Волокно/жгут: картонные коробки или катушки (обычно 5–50 кг на единицу).
Гранулы: мешок 25 кг или мешок 500 кг.
Сроки выполнения заказа: Товары со склада: 3–7 рабочих дней; товары нестандартных размеров: 3–6 недель.
Документация: Сертификат анализа (молекулярная масса, ионообменная масса, остаточное содержание мономера, зола, влажность), паспорт безопасности материала, общий технический паспорт.
Сертификаты: ISO 9001; марки углеродного волокна могут иметь сертификаты качества аэрокосмической отрасли (AS9100).
Доставка: Не классифицируется как опасный груз для перевозки (уровень остаточного мономера ниже опасного порога). Избегайте статического разряда при работе с порошком.
