پلی اکریلونیتریل

پلی اکریلونیتریل (PAN) که با نام پلی وینیل سیانید نیز شناخته می شود، یک رزین پلیمری آلی مصنوعی و نیمه کریستالی است که از تکرار منومر (C3H3N) به دست می‌آید. اگرچه ترموپلاستیک است، اما در شرایط عادی ذوب نمی شود و قبل از ذوب شدن شروع به تجزیه شدن می کند. اگر نرخ گرمایش 50 درجه در دقیقه یا بیشتر باشد، می تواند در دمای بالای 300 درجه سانتیگراد ذوب می شود.

تقریباً تمام رزین‌های پلی اکریلونیتریل، کوپلیمرهایی هستند که از مخلوط مونومرها با اکریلونیتریل به عنوان مونومر اصلی ترکیب ساخته شده‌اند. این یک پلیمر همه کاره است که برای تولید انواع زیادی از محصولات از جمله غشاهای اولترا فیلتراسیون و الیاف توخالی برای اسمز معکوس استفاده می شوند. الیاف پلی اکریلونیتریل پیش ساز شیمیایی فیبر کربن بسیار با کیفیت هستند. برای تولید این ماده ابتدا آن ها را به صورت حرارتی در هوا در دمای 230 درجه سانتیگراد اکسید می کنند تا یک فیبر پلی اکریلونیتریل اکسید شده تشکیل شود و سپس در دمای بیش از 1000 درجه سانتیگراد در اتمسفر بی اثر کربن می شود تا الیاف کربن موجود در انواع کاربردهای روزانه با تکنولوژی بالا و معمول مانند هواپیماهای نظامی و غیرنظامی ساخته شود. موشک ها، موتورهای موشک سوخت جامد، مخازن تحت فشار، میله های ماهیگیری، راکت های تنیس و قاب دوچرخه از مواد ساخته شده به این روش هستند.

تاریخچه 
پلی اکریلونیتریل (PAN) اولین بار در سال 1930 توسط Hans Fikentscher و Claus Heuck سنتز شد.با این حال، از آنجایی که PAN غیر قابل ذوب است و در هیچ یک از حلال های صنعتی که در آن زمان استفاده می شد حل نشد، تحقیقات بیشتر در مورد این ماده متوقف شد. در سال 1931، هربرت راین، رئیس شیمی الیاف پلیمری در کارخانه Bitterfeld IG Farben، هنگام بازدید از کارگاه های Ludwigshafen نمونه ای از PAN به دست آورد.او دریافت که پیریدینیم بنزیل کلرید، یک مایع یونی، PAN را حل می کند.او اولین الیاف مبتنی بر PAN را در سال 1938 با استفاده از محلول های آبی چهارتایی آمونیوم سدیم تیوسیانات و پرکلرات آلومینیوم برای فرآیند تولید استفاده کرد و برای آن حلال های دیگری از جمله DMF را در نظر گرفت. با این حال، معرفی تجاری به دلیل استرس های زمان جنگ ، ناتوانی در ذوب پلیمر بدون تخریب، و نبود حلال هایی که امکان پردازش محلول را فراهم می کند، به تعویق افتاد. اولین تولید انبوه فیبر PAN در سال 1946 توسط شرکت شیمیایی آمریکایی DuPont انجام شد.

مشخصات فیزیکی 
پلی اکریلونیتریل، دمای انتقال شیشه ای حدود 95 درجه سانتیگراد و دمای همجوشی در 322 درجه سانتیگراد است. پلی اکریلونیتریل در حلال های قطبی مانند دی متیل فرمامید، دی متیل استامید، اتیلن و کربنات پروپیلن و در محلول های آبی مانند تیوسیانات سدیم، کلرید روی یا اسید نیتریک، محلول است.

این ماده دارای ثابت دی الکتریک 5.5 (یک کیلوهرتز، 25 درجه سانتی گراد) و 4.2 (یک مگاهرتز، 25 درجه سانتی گراد) می باشد و از دیگر ویژگی های فیزیکی آن میتوان به رفتار همزمان آن مانند پلیمرهای خطی و شاخه ای اشاره کرد.

سنتز 
اکثر روش‌های تجاری برای سنتز PAN مبتنی بر پلیمریزاسیون رادیکال آزاد آکریلونیتریل هستند. پلیمریزاسیون آنیونی نیز می تواند برای سنتز PAN استفاده شود. برای کاربردهای نساجی از وزن مولکولی در محدوده 40000 تا 70000 استفاده می شود.برای تولید فیبر کربن وزن مولکولی بالاتری مورد نظر است.

کارایی ها 
هموپلیمرهای پلی اکریلونیتریل به عنوان الیاف در سیستم های تصفیه گاز داغ، سایبان های فضای باز، بادبان های قایق های تفریحی و بتن تقویت شده با الیاف استفاده می‌گردد. کوپلیمرهای حاوی پلی اکریلونیتریل اغلب به عنوان الیاف برای تولید لباس های بافتنی مانند جوراب و ژاکت و همچنین محصولات فضای باز مانند چادر و موارد مشابه استفاده می شود. اگر روی برچسب لباسی "acrylic" نوشته شده باشد، از مقداری کوپلیمر پلی اکریلونیتریل ساخته شده است. پلی اکریلونیتریل در سال 1942 در DuPont به الیاف تابیده شده تبدیل شد و با نام Orlon به بازار عرضه شد. اکریلونیتریل معمولاً به عنوان یک کومونومر با استایرن استفاده می شود، به عنوان مثال. پلاستیک های اکریلونیتریل، استایرن و آکریلات. برچسب زدن اقلام لباس با acrylic به این معنی است که پلیمر از حداقل 85٪ اکریلونیتریل به عنوان مونومر تشکیل شده است.اکریلونیتریل یک کومونومر معمولی وینیل استات است که می توان آن را به راحتی در محلول چرخاند تا الیافی به دست آید که به اندازه کافی نرم شوند تا رنگ ها به آن نفوذ کنند. از مزایای استفاده از این اکریلیک ها می توان به ارزان بودن آنها در مقایسه با الیاف طبیعی، مقاومت بهتر در برابر نور خورشید و مقاومت برتر در برابر حمله شب پره ها اشاره کرد.

فیبر کربن 

پلی اکریلونیتریل به عنوان پیش ساز 90 درصد تولید فیبر کربن استفاده می شود.تقریباً 20 تا 25 درصد از بدنه های پهن بدنه بوئینگ و ایرباس از فیبر کربن تشکیل شده است. با این حال، این برنامه ها به دلیل قیمت بالای پلی اکریلونیتریل در حدود 15 دلار در پوند است، محدود می شوند.

کربن شیشه‌ای 
کربن شیشه ای، یک ماده الکترود رایج در الکتروشیمی، با عملیات حرارتی بلوک های پلی اکریلونیتریل تحت فشار در دمای 1000 تا 3000 درجه سانتیگراد در یک دوره چند روزه ایجاد می شود. این فرآیند اتم های غیر کربن را حذف می کند و یک ساختار پیوند دوگانه مزدوج با رسانایی عالی ایجاد می کند.

الیاف پلی اکریلونیتریل اکسید شده 
فیبر PAN اکسید شده برای تولید پارچه‌های ذاتاً مقاوم در برابر شعله (FR) استفاده می‌شود. معمولاً هنگامی که فیبر PAN در پارچه‌های FR برای پوشاک محافظ استفاده می‌شود، به آن OPF (الیاف پلی آکریلونیتریل اکسید شده) می‌گویند و یک کارایی بالا و مقرون به صرفه است. محلول موثر در برابر شعله و حرارت OPF را می توان یکی از پارچه های FR که به صورت تجاری تولید می شود در نظر گرفت زیرا دارای شاخص محدود کننده اکسیژن در محدوده 45-55٪ است که یکی از بالاترین محدوده های شاخص محدود کننده اکسیژن موجود در مقایسه با سایر پارچه های رایج FR است که شاخص محدود کننده اکسیژن کمتری دارند.

پلیمر پشتیبان 
پلی اکریلونیتریل به عنوان یک پلیمر متخلخل جاذب برای کاربردهای مختلف از جمله تبادل یونی برای پاکسازی زباله های هسته ای استفاده می شود. PAN در این مورد در یک حلال قطبی مانند DMSO همراه با جاذب مورد نظر و یک سورفکتانت حل می شود و سپس در آب ریخته می شود و در آنجا فرو می ریزد و دانه های مناسب برای استفاده در ستون را تشکیل می دهد.

منابع و مراجع