Полиакрилонитрил (ПАН) Номер CAS: 25014-41-9
Полиакрилонитрил (ПАН, CAS 25014-41-9) представляет собой белый или почти белый 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 в нормальных условиях он разлагается до плавления. 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 волокнистой форме (акрил) он используется как заменитель шерсти в текстиле благодаря мягкости и отличной устойчивости к солнечному свету, а также применяется в ультрафильтрационных мембранах и как компонент сополимеров в пластиках АБС.
1. Обзор
Полиакрилонитрил — это полукристаллический полимер, получаемый свободнорадикальной полимеризацией акрилонитрильных мономеров. Он представляет собой белый или почти белый порошок или волокно с отличными механическими свойствами, термической стабильностью и химической стойкостью. ПАН наиболее известен как основной предшественник для производства углеродного волокна (более 90% углеродного волокна производится из ПАН). Он также широко используется в текстиле, мембранах и конструкционных пластиках.
2. Ключевые особенности
Предшественник углеродного волокна – после термической обработки дает высокопрочные и высокомодульные углеродные волокна.
Высокая термическая стабильность – стабилен до ~300°C перед циклизацией и карбонизацией.
Отличная химическая стойкость – устойчив к органическим растворителям, маслам и разбавленным кислотам/щелочам.
Хорошая механическая прочность – высокая прочность на разрыв и модуль упругости в форме волокна.
Устойчивость к УФ-излучению – устойчив к деградации под воздействием солнечного света.
Огнестойкость – самозатухание благодаря высокому содержанию азота (~26%).
3. Ключевые характеристики с пояснением
| Параметр | Типичное значение | Пояснение |
|---|---|---|
| Появление | Белый порошок или штапельное волокно | Обесцвечивание указывает на деградацию или примеси. |
| Молекулярная масса (Mw) | 50 000 – 150 000 г/моль | Более высокая Mw даёт более прочные волокна, но усложняет прядение. |
| Характеристическая вязкость (IV) | 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 (Tg) | ~85 – 105°C | Температура, при которой полимер становится резиноподобным. |
| Температура плавления | 317°C (разлагается) | Разлагается до плавления – нет истинной температуры плавления. |
| Плотность | 1,18 – 1,20 г/см³ | Влияет на переработку и вес конечного продукта. |
| Остаточный мономер | ≤ 100 – 500 ppm | Непрореагировавший акрилонитрил (токсичен) – критически важен для безопасности. |
| Содержание влаги | ≤ 0,5% | Низкая влажность предотвращает образование пузырей при обработке. |
| Содержание золы | ≤ 0,1 – 0,5% | Низкое содержание золы критически важно для качества прекурсора углеродного волокна. |
4. Приложения
| Область применения | Конкретные области применения |
|---|---|
| Производство углеродного волокна (>90% использования ПАН) | Аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, спортивные товары, лопасти ветряных турбин, сосуды под давлением. ПАН карбонизируется для получения высокопрочных углеродных волокон. |
| Текстильные волокна (акриловые волокна) | Свитера, одеяла, ковры, ткани для наружного применения, искусственный мех (продается как «акрил» или «Орлон»). |
| Мембраны и фильтрация | Ультрафильтрационные и нанофильтрационные мембраны для очистки воды, диализа. |
| Инженерные пластики | Высокотемпературные сополимеры АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол) и САН (стирол-акрилонитрил). |
| Прекурсоры для других материалов | Углерод-углеродные композиты, активированные углеродные волокна, графит. |
| Связующие и покрытия | Связующее для аккумуляторов (анодные покрытия), защитные покрытия. |
ПАН против Акрила против Модакрила:
| Материал | Состав | Основное применение |
|---|---|---|
| ПАН гомополимер | 100% акрилонитрил | Предшественник углеродного волокна, высокопроизводительные волокна |
| Акриловое волокно | ≥85% акрилонитрила + сомономер | Текстиль (свитера, одеяла) – улучшенная окрашиваемость |
| Модакрил | 35–85% акрилонитрил + хлористый винилиден | Огнестойкие ткани (парики, детская пижама) |
5. Сравнение марок
| Оценка | Молекулярный вес | Форма | Типичное использование |
|---|---|---|---|
| Прекурсорный сорт для углеродного волокна | Высокий (Mw >100 000) | Жгут (непрерывная нить) | Углеродное волокно для аэрокосмической/автомобильной промышленности |
| Текстильный сорт (акрил) | Средний (Mw 60 000–90 000) | Штапельное волокно | Свитера, одеяла, ковры |
| Мембранный сорт | Средний (Mw 50 000–80 000) | Порошок | Мембраны для фильтрации воды |
| Инженерный пластик (SAN/ABS) | Низкий-средний (Mw 40 000–70 000) | Гранулы | Смешивание со стиролом и бутадиеном |
| Исследовательский сорт | Переменный | Порошок | НИОКР, исследования модификации полимеров |
6. Руководство по покупке
Выберите сорт по применению:
Производство углеродного волокна → Высокая молекулярная масса, низкая зольность (<0,1%), стабильная вязкость, непрерывный жгут.
Текстильные волокна → Средняя молекулярная масса, модифицированные сомономером для окрашиваемости, штапельное волокно.
Производство мембран → Средняя молекулярная масса, порошковая форма, низкое содержание остаточного мономера.
Смешивание с АБС/САН → Низкая молекулярная масса, гранулы, стабильный показатель текучести расплава.
Ключевые параметры качества для прекурсора углеродного волокна:
Содержание золы – <0,1% (примеси вызывают дефекты в готовом углеродном волокне).
Остаточный мономер – <100 ppm (акрилонитрил токсичен и вызывает образование пустот).
Распределение молекулярной массы – предпочтительно узкое распределение для однородных свойств волокна.
Хранение и обращение:
Хранить в прохладном, сухом, хорошо проветриваемом помещении, вдали от источников тепла.
Избегать длительного воздействия солнечных лучей (УФ-деградация).
Опасность токсичного мономера – остаточный акрилонитрил является канцерогеном; обеспечить надлежащую вентиляцию.
Срок хранения: 12–24 месяца при правильном хранении.
Проверка безопасности:
Запросить CoA, подтверждающий содержание остаточного мономера и зольность.
Убедиться, что поставщик предоставляет паспорт безопасности с инструкциями по обращению с акрилонитрилом.
7. Часто задаваемые вопросы
В: Почему ПАН используется для углеродного волокна?
A: ПАН обладает высоким выходом углерода (~50–55% после карбонизации) и образует совершенную графитовую структуру при термической обработке. Нитрильные группы (-C≡N) циклизуются и образуют лестничные полимеры, которые становятся основой для высокопрочных углеродных волокон. Ни один другой полимер не сочетает в себе стоимость и характеристики углеродного волокна, как ПАН.
В: Является ли ПАН тем же самым, что и акриловая ткань?
A: Не совсем. «Акриловая» ткань содержит ≥85% ПАН, а также сомономеры для окрашиваемости и гибкости. Чистый гомополимер ПАН трудно окрашивается и менее гибок. Большинство потребительских текстильных изделий, маркированных как «акрил», являются сополимерами ПАН.
В: Токсичен ли ПАН?
A: Сам полимер инертен и нетоксичен. Однако остаточный мономер акрилонитрила является подозреваемым канцерогеном и нейротоксином. Высококачественный ПАН для текстиля/углеродного волокна содержит остаточный мономер <100–500 ppm. Используйте СИЗ при работе с порошком (риск вдыхания пыли).
В: Плавится ли ПАН?
A: Нет. ПАН разлагается при ~317 °C до достижения точки плавления. Поэтому волокна ПАН нельзя формовать из расплава; их необходимо формовать из раствора с использованием растворителей, таких как ДМФА или ДМСО.
8. Доставка, сертификация и обслуживание
Упаковка:
Порошок: мешок 25 кг (многослойная бумага с полиэтиленовым вкладышем), контейнер 500 кг.
Волокно/жгут: картонные коробки или катушки (обычно 5–50 кг на единицу).
Гранулы: мешок 25 кг или контейнер 500 кг.
Срок поставки: стандартные позиции: 3–7 рабочих дней; индивидуальные марки: 3–6 недель.
Документация: CoA (Mw, IV, остаточный мономер, зола, влажность), MSDS, TDS.
Сертификаты: ISO 9001; марки углеродного волокна могут иметь сертификаты авиационного качества (AS9100).
Отгрузка: не классифицируется как опасный груз при транспортировке (уровни остаточного мономера ниже опасных порогов). Избегайте статического разряда при обращении с порошком.
| Химические свойства полиакрилонитрила |
| Температура плавления | 317 °C |
| плотность | 1.184 г/мл при 25 °C (лит.) |
| Тг | 125 |
| показатель преломления | н
|
| Температура хранения. | Герметичный в сухом виде, комнатная температура |
| растворимость | ДМФА (слабо) |
| форма | Твердый |
| цвет | От белого до кремового |
| Стабильность: | Стабильный. Несовместим с сильными окислителями. |
| ИнЧИ | InChI=1S/C3H3N/c1-2-3-4/h2H,1H2 |
| ИнЧИКей | NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N |
| УЛЫБКИ | C(#N)C=C |
| Система регистрации веществ EPA | Полиакрилонитрил (25014-41-9) |
| Информация о безопасности |
| Заявления о безопасности | 24/25 |
| ВГК Германия | 3 |
| RTECS | AT6977900 |
| ТСКА | TSCA внесена в список |
| Тарифный код HS | 39069090 |
| Класс хранилища | 11 - Горючие твердые вещества |
| Данные об опасных веществах | 25014-41-9 (Данные об опасных веществах) |
| Токсичность | крыса, LC, ингаляция, > 25 г/м3 (25000 мг/м3), Gigiena Truda i Professional'nye Zabolevaniya. Labor Hygiene and Occupational Diseases. Том 6(6), Стр. 54, 1962. |
