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Poliacrilonitrilo
Poli (acrilonitrilo) .png
Nombres
Nombre IUPAC
poli (1-acrilonitrilo)
Otros nombres
Cianuro de polivinilo [1]
Creslan 61
Propiedades
(C 3 H 3 N) n
Masa molar53,0626 ± 0,0028 g / mol
C 67,91%, H 5,7%, N 26,4%
AparienciaBlanco sólido
Densidad1,184 g / cm³
Punto de fusion 300 ° C (572 ° F; 573 K)
Punto de ebulliciónDegrada
Insoluble
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Referencias de Infobox

El poliacrilonitrilo ( PAN ), también conocido como cianuro de polivinilo y Creslan 61, es una resina de polímero orgánico semicristalino sintético , con la fórmula lineal (C 3 H 3 N) n . Aunque es termoplástico, no se funde en condiciones normales. Se degrada antes de fundirse. Se derrite por encima de los 300 ° C si la velocidad de calentamiento es de 50 grados por minuto o más. [2] Casi todas las resinas de PAN son copolímeros fabricados a partir de mezclas de monómeros con acrilonitrilo como monómero principal.. Es un polímero versátil que se utiliza para producir una gran variedad de productos que incluyen membranas de ultrafiltración, fibras huecas para ósmosis inversa , fibras para textiles, fibras de PAN oxidadas. Las fibras PAN son el precursor químico de la fibra de carbono de muy alta calidad . Primero, el PAN se oxida térmicamente en el aire a 230 ° C para formar una fibra de PAN oxidada y luego se carboniza por encima de los 1000 ° C en una atmósfera inerte para producir fibras de carbono que se encuentran en una variedad de aplicaciones diarias comunes y de alta tecnología, como aviones civiles y militares. estructuras primarias y secundarias, misiles, motores de cohetes de propulsante sólido, recipientes a presión, cañas de pescar, raquetas de tenis y cuadros de bicicletas . Es una unidad de repetición de componentes en varios aspectos importantes.copolímeros , como estireno-acrilonitrilo (SAN) y plástico de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS).

Historia [ editar ]

El poliacrilonitrilo (PAN) fue sintetizado por primera vez en 1930 por Hans Fikentscher y Claus Heuck en las fábricas de Ludwigshafen del conglomerado químico alemán IG Farben . [3] Sin embargo, como el PAN no es fusible y no se disolvió en ninguno de los solventes industriales que se usaban en ese momento, se detuvo la investigación adicional sobre el material. [4] En 1931, Herbert Rein, jefe de química de fibras poliméricas en la planta Bitterfeld de IG Farben, obtuvo una muestra de PAN mientras visitaba las fábricas de Ludwigshafen. [5] Descubrió que el cloruro de bencilo de piridinio, un líquido iónico , disolvería el PAN. [6]Hizo las primeras fibras a base de PAN en 1938, utilizando soluciones acuosas de tiocianato de sodio y amonio cuaternario y perclorato de aluminio para el proceso de producción y consideró otros disolventes, incluido el DMF. Sin embargo, la introducción comercial se retrasó debido al estrés de la guerra en la infraestructura, la incapacidad de fundir el polímero sin degradación y aún no se conocían los disolventes para permitir el procesamiento de la solución. [7] [8] La primera producción en masa de fibra PAN fue en 1946 por el conglomerado químico estadounidense DuPont . La propiedad intelectual alemana había sido robada en la Operación Paperclip . El producto, con la marca Orlon, se basó en una patente presentada exactamente siete días después de una afirmación alemana casi idéntica. [9] [ verificación fallida ]

Propiedades físicas [ editar ]

La temperatura de transición vítrea es de alrededor de 95 ° C y la temperatura de fusión es de 322 ° C. PAN es soluble en disolventes polares , como dimetilformamida , dimetilacetamida , etileno y propileno carbonatos. tiocianato de sodio , cloruro de zinc y ácido nítrico . [10] Parámetros de solubilidad: 26,09 MPa 1/2 (25 ° C) son 25,6 a 31,5 J 1/2 cm −3/2 . Constantes dieléctricas: 5,5 (1 kHz, 25 ° C), 4,2 (1 MHz, 25 ° C). Puede comportarse tanto como polímero ramificado como lineal.

Síntesis [ editar ]

La mayoría de los métodos comerciales para la síntesis de PAN se basan en la polimerización por radicales libres de acrilonitrilo . [ cita requerida ] En la mayoría de los casos, también se utilizan pequeñas cantidades de otros comonómeros de vinilo (1–10%) junto con AN, dependiendo de la aplicación final. [ cita requerida ] La polimerización aniónica también se puede usar para sintetizar PAN. Para aplicaciones textiles, se usa un peso molecular en el rango de 40.000 a 70.000. [ cita requerida ] Para producir fibra de carbono se desea un peso molecular más alto. [ cita requerida ]

En la producción de fibras de carbono que contienen estopa PAN de 600 tex (6k), la densidad lineal de los filamentos es de 0,12 tex y el diámetro del filamento es de 11,6 µm, lo que produce una fibra de carbono que tiene una resistencia del filamento de 417 kgf / mm2 y un contenido de aglutinante de 38,6. %. Estos datos se demuestran en la tabla Índices para lotes experimentales de precursor de PAN y fibras de carbono elaboradas a partir de él. [11]

Aplicaciones [ editar ]

Los homopolímeros de poliacrilonitrilo se han utilizado como fibras en sistemas de filtración de gas caliente, toldos exteriores, velas para yates y hormigón reforzado con fibras. Los copolímeros que contienen poliacrilonitrilo se utilizan a menudo como fibras para fabricar prendas de punto como calcetines y suéteres, así como productos para exteriores como tiendas de campaña y artículos similares. Si la etiqueta de una prenda de vestir dice "acrílico" , entonces está hecha de algún copolímero de poliacrilonitrilo. Se convirtió en fibra hilada en DuPont en 1942 y se comercializó con el nombre de Orlon . El acrilonitrilo se emplea comúnmente como comonómero con estireno , por ejemplo , acrilonitrilo , estireno y acrilato.plástica. Etiquetado de prendas de vestir con acrílico (ver fibra acrílica) significa que el polímero consta de al menos un 85% de acrilonitrilo como monómero. Un comonómero típico es el acetato de vinilo, que se puede hilar en solución fácilmente para obtener fibras que se ablanden lo suficiente como para permitir la penetración de los tintes. Las ventajas del uso de estos acrílicos son que son de bajo costo en comparación con la fibra natural, ofrecen una mejor resistencia a la luz solar y tienen una resistencia superior al ataque de las polillas. Los acrílicos modificados con comonómeros que contienen halógeno se clasifican como modacrílicos, que por definición contienen más de porcentajes de PAN entre 35-85%. La incorporación de grupos halógenos aumenta la resistencia al fuego de la fibra, lo que hace que los modacrílicos sean adecuados para su uso en ropa de dormir, tiendas de campaña y mantas. Sin embargo, la desventaja de estos productos es que son costosos y pueden encogerse después del secado.

PAN absorbe muchos iones metálicos y ayuda a la aplicación de materiales de absorción. Los polímeros que contienen grupos amidoxima se pueden usar para el tratamiento de metales debido a las capacidades de formación de complejos de los polímeros con iones metálicos. [12]

PAN tiene propiedades que involucran baja densidad, estabilidad térmica, alta resistencia y módulo de elasticidad. Estas propiedades únicas han convertido al PAN en un polímero esencial en la alta tecnología.

Su alta resistencia a la tracción y módulo de tracción se establecen mediante el tamaño de la fibra, los revestimientos, los procesos de producción y la química de la fibra de PAN. Sus propiedades mecánicas derivadas son importantes en estructuras compuestas para aviones militares y comerciales. [13]

Fibra de carbono [ editar ]

El poliacrilonitrilo se utiliza como precursor del 90% de la producción de fibra de carbono. [14] Aproximadamente el 20-25% de los fuselajes de fuselaje ancho de Boeing y Airbus son fibras de carbono. Sin embargo, las aplicaciones están limitadas por el alto precio de PAN de alrededor de $ 15 / lb. [15]

Fibra de poliacrilonitrilo oxidada (OPF) [ editar ]

La fibra PAN oxidada se utiliza para producir tejidos inherentemente resistentes al fuego (FR). [ cita requerida ] Comúnmente, cuando se utiliza en telas FR para prendas de protección, se denomina OPF (fibra de poliacrilonitrilo oxidada) y es una solución de alto rendimiento, rentable y resistente al calor. OPF puede considerarse una de las telas FR más producidas comercialmente, ya que tiene un LOI (Índice de limitación de oxígeno) en el rango de 45-55%, que es uno de los rangos de LOI más altos disponibles en comparación con otras telas FR comunes que tienen un LOI más bajo. valores (por ejemplo, Nomex @ 28-30%, Kevlar @ 28-30%, Modacrílico @ 32-34%, PBI @ 41% y FR-Viscosa @ 28%); [ cita requerida ]y OPF también demuestra la menor generación de gases tóxicos al quemarse en comparación con otros tejidos comunes (por ejemplo, Nomex, poliéster FR y algodón). [ cita requerida ]

Polímero de soporte [ editar ]

El poliacrilonitrilo se utiliza como polímero de soporte poroso para adsorbentes para una variedad de aplicaciones, incluido el intercambio iónico para la limpieza de desechos nucleares. En este caso, el PAN se disuelve en un disolvente polar como DMSO junto con el adsorbente deseado y un tensioactivo y luego se deja caer en agua donde se rompe y forma perlas adecuadas para uso en columna. [dieciséis]

Referencias [ editar ]

  1. ^ J Gordon Cook (1984). Manual de fibras textiles: fibras sintéticas . Woodhead Publishing. pag. 393. ISBN 9781855734852.
  2. ^ Gupta, AK; Paliwal, DK; Bajaj, P. (1998). "Comportamiento de fusión de polímeros de acrilonitrilo". Revista de ciencia aplicada de polímeros . 70 (13): 2703–2709. doi : 10.1002 / (sici) 1097-4628 (19981226) 70:13 <2703 :: aid-app15> 3.3.co; 2-u .
  3. ^ H. Finkentscher, C. Heuck, DE Patente 654989, Verfahren zur Herstellung von Polymerisationprodukten, Anmeldetag 18.2.1930 [1]
  4. ^ Walter Wetzel, Entdeckungsgeschichte der Polyfluorethylene - Zufall oder Ergebnis gezielter Forschung? NTM 13 (2005) 79–91
  5. ^ "KUNSTFASERN / INDUSTRIE: Das Salz der Mode - DER SPIEGEL 20/1955" . www.spiegel.de .
  6. ↑ H. Rein, DE-Patent 631756, Verfahren zur Lösung von polymerem Acrylsäurenitril, Anmeldetag 8 de agosto de 1934 [2]
  7. ^ Rein, Herbert (1948). "Poliacrilnitril-Fasern Eine neue Gruppe von Synthethischen Fasern". Angewandte Chemie . 60 (6): 159-161. doi : 10.1002 / ange.19480600607 .
  8. ^ Bunsell, AR Manual de propiedades de fibras textiles y técnicas (2ª ed.). Woodhead Publishing. ISBN 9780081012727.
  9. ^ CH Ray Patente de EE. UU. 2 404 713, Método para preparar soluciones poliméricas, Fecha de presentación: 17.06.1942 [3]
  10. ^ Internet, D4W Comunicação - Soluções em. "IGTPAN" . www.igtpan.com . Consultado el 10 de mayo de 2018 .
  11. ^ Serkov, A; Radishevskii, M (2008). "Situación y perspectivas para la producción de fibras de carbono basadas en poliacrilonitrilo". Química de la fibra . 40 (1): 24–31. doi : 10.1007 / s10692-008-9012-y . S2CID 137117495 . 
  12. ^ Delong, Liu (2011). "Síntesis de poliacrolonitrilo por polimerización por radicales vivos de transferencia de un solo electrón utilizando Fe (0) como catalizador y sus propiedades de absorción después de la modificación". Journal of Polymer Science Parte A: Química de polímeros . 49 (13): 2916–2923. Código bibliográfico : 2011JPoSA..49.2916L . doi : 10.1002 / pola.24727 .
  13. ^ "Evaluación de la capacidad industrial de fibras de carbono de poliacrilonitrilo (PAN)" (PDF) . Departamento de Defensa de los Estados Unidos de América. Archivado desde el original (PDF) el 4 de marzo de 2016 . Consultado el 4 de diciembre de 2013 .
  14. ^ "Las 9 cosas principales que no sabías sobre la fibra de carbono | Departamento de energía" . Energy.gov. 2013-03-29 . Consultado el 8 de diciembre de 2013 .
  15. ^ John McElroy. "Los avances en la fabricación acercan la fibra de carbono a la producción en masa" . Autoblog . Consultado el 8 de diciembre de 2013 .
  16. ^ Alistair Holdsworth. "El efecto de la irradiación gamma sobre las propiedades de intercambio iónico de compuestos de fosfomolibdato de poliacrilonitrilo de amonio selectivo de cesio (AMP-PAN) en condiciones de reciclaje de combustible gastado" . MDPI . Consultado el 3 de febrero de 2021 .

Enlaces externos [ editar ]

  • Poliacrilonitrilo en Polymer Science Learning Center
  • Filtro de aire de poliacrilonitrilo Los ingenieros de Stanford desarrollan un nuevo filtro de aire que podría ayudar a los residentes de Beijing a respirar fácilmente