폴리아크릴로니트릴레

Polyacrylonitrile
폴리아크릴로니트릴레
Poly(acrylonitrile).png
이름
IUPAC 이름
폴리(1-제곱슬로니트릴)
기타 이름
폴리비닐시안화합물[1]
크레슬란 61
특성.
(C3H3N)n
어금질량 53.0626 ± 0.0028 g/mb
C 67.91%, H 5.7%, N 26.4%
외관 화이트솔리드
밀도 1.152g/cm3
녹는점 300°C(572°F, 573K)
비등점 디플레이스
불용성
달리 명시된 경우를 제외하고, 표준 상태(25°C [77°F], 100 kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공된다.
Infobox 참조 자료

폴리아크릴로니트릴(PAN, Polyacrylonitrile, PAN)은 폴리비닐 청산가리와 크레스란 61로도 알려져 있으며, 합성 세미스트리탈린 유기 중합체 수지로서 선형식(CHN33)을 가지고 있다.n 열가소성 플라스틱이지만 정상 조건에서 녹지 않는다. 녹기 전에 분해된다. 가열 속도가 분당 50도 이상일 경우 300 °C 이상에서 녹는다.[2] 거의 모든 PAN 레진은 아크릴로니트릴을 주 모노머로 하는 모노머 혼합물로 만든 복합재다. 초여과막, 역삼투용 중공섬유, 섬유용 섬유, 산화 PAN 섬유 등 다양한 제품을 생산하는 데 사용되는 다용도 폴리머다. PAN 섬유는 매우 높은 품질의 탄소섬유의 화학적 전구체다. PAN은 우선 230 °C에서 공기 중에 열적으로 산화되어 산화 PAN 섬유를 형성한 다음 비활성 대기에서 1000 °C 이상으로 탄산화하여 민군 항공기 1차 및 2차 구조, 미사일, 고체 추진제 로켓 모터, 압력 베스 등 다양한 첨단 및 일반 일상 용도에서 발견되는 탄소 섬유를 만든다.ls, 낚싯대, 테니스 라켓, 자전거 프레임. 스티렌-아크릴로니트릴(SAN)과 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 플라스틱 등 몇몇 중요 복합체의 구성품 반복 유닛이다.

역사

폴리아크릴로니트릴레(PAN)는 1930년 독일의 화학 대기업 IG파벤의 루드비히샤펜 작품에서 한스 피켄처와 클라우스 허크가 처음 합성했다.[3] 그러나 PAN은 불연성이며, 당시 사용하던 산업용 용매에 용해되지 않아 소재에 대한 추가 연구가 중단되었다.[4] 1931년 IG 파벤의 비터펠트 공장의 폴리머 섬유 화학 책임자인 허버트 라인(Herbert Lin)은 루드비히샤펜 작품을 방문하던 중 PAN의 샘플을 얻었다.[5] 그는 이온성 액체인 피리디늄 벤질클로라이드가 PAN을 녹일 것이라는 것을 발견했다.[6] 그는 1938년 PAN을 기반으로 1차 섬유를 생산 공정에 4차 암모늄 티오시아네이트 나트륨과 알루미늄 과염소산염의 수용액으로 돌렸으며 DMF를 비롯한 다른 용매도 고려했다.그러나 전시의 인프라에 대한 스트레스 때문에 디그라다티 없이는 폴리머를 녹일 수 없어 상업적 도입이 지연되었다.용액 처리를 허용하는 용제는 아직 알려지지 않았다.[7][8] PAN 광섬유의 첫 대량 생산은 1946년 미국의 화학 대기업 듀폰에 의해 이루어졌다. 독일의 지적 재산은 페이퍼클립 작전에서 도난당한 상태였다. 오르론이라는 브랜드가 붙은 이 제품은 거의 동일한 독일의 청구 이후 정확히 7일 만에 출원된 특허에 기초했다.[9][failed verification] 독일민주공화국(GDR)에서는 1956년 '월크론' 집단(Max Duch, Herbert Lehnert et al)의 사전 작업으로 인해 VEB 필름- und Chemiefwerk Agfa Wolfen에서 산업용 폴리아크릴로니트릴 섬유 생산이 시작되었다. 이에 앞서 부나 베르케 슈코파우(Polyacrylonitrile)와 르우나 작품(Dimethylformamide)에서 원료 생산의 전제조건이 만들어졌다.[10] 같은 해, 이 단체는 그 성과에 대해 GDR의 국가 과학기술 2등급을 받았다.[11]

물리적 성질

유리 전환 온도는 약 95 °C이고 융접 온도는 322 °C이다. PAN은 디메틸포름아미드, 디메틸아세타미드, 에틸렌, 프로필렌 탄산염과 같은 극성 용매와 티오시아네이트 나트륨, 염화아연 또는 질산의 수용액에서 용해된다.[12] 용해성 매개변수: 26.09 MPa1/2(25 °C)는 25.6 ~ 31.5 J cm이다1/2−3/2. 유전체 상수: 5.5(1kHz, 25°C), 4.2(1MHz, 25°C)선형 중합체뿐만 아니라 분기된 것처럼 행동할 수 있다.

합성

PAN 합성을 위한 대부분의 상업적 방법은 아크릴로니트릴의 자유 급진적 중합에 기초한다.[citation needed] 대부분의 경우 최종 용도에 따라 AN과 함께 소량(1~10%)의 다른 비닐 코모노머도 함께 사용된다.[citation needed] 음이온 중합은 PAN 합성에도 사용할 수 있다. 직물 적용의 경우 4만~7만 범위의 분자중량이 사용된다.[citation needed] 탄소섬유를 생산하기 위해서는 분자량이 더 많은 것이 바람직하다.[citation needed]

600 텍스(6k) PAN 견인을 포함하는 탄소 섬유 생산에서 필라멘트 선형 밀도는 0.12 텍스처, 필라멘트 직경은 11.6 µm으로 필라멘트 강도가 417 kgf/mm2이고 바인더 함량은 38.6%인 탄소 섬유를 생산한다. 이 데이터는 PAN 전구체 및 It로부터 만들어진 탄소섬유의 실험 배치에 대한 지수 표에 설명되어 있다.[13]

적용들

폴리아크릴로니트릴의 호모폴리머는 고온 가스 여과장치, 옥외 차양, 요트용 돛, 섬유 강화 콘크리트에 섬유로 사용되어 왔다. 폴리아크릴로니트릴을 함유한 복합체는 양말이나 스웨터 같은 뜨개질 의류를 만드는 섬유와 텐트나 이와 유사한 물품과 같은 아웃도어 제품을 만드는 섬유로 자주 사용된다. 만약 옷의 라벨에 "아크릴릭"이라고 쓰여 있다면, 그것은 폴리아크릴로니트릴의 어떤 결합체로 만들어진다. 1942년 듀폰의 스펀 섬유로 만들어졌고 오르론이라는 이름으로 시판되었다. 아크릴로니트릴은 일반적으로 스티렌(예: 아크릴로니트릴), 스티렌(styrene) 및 아크릴레이트 플라스틱과 같은 스티렌(stylonitrile)을 가진 코모노머로 사용된다. 아크릴로 의류 품목의 라벨 표시(아크릴 섬유 참조)는 폴리머가 최소 85%의 아크릴로니트릴로 모노머로 구성됨을 의미한다. 대표적인 콤모노머는 아세트산 비닐로 염료로 침투할 수 있을 정도로 충분히 부드러워지는 섬유를 쉽게 얻을 수 있다. 이러한 아크릴을 사용하는 장점은 천연 섬유에 비해 비용이 저렴하고 햇빛 저항성이 뛰어나며 나방의 공격 저항성이 우수하다는 것이다. 할로겐 함유 코모노머로 수정된 아크릴은 모달크릴릭으로 분류되는데, 정의상으로는 35~85% 사이의 PAN 백분율 이상을 함유하고 있다. 할로겐 그룹을 결합하면 섬유 내화성이 높아져 모달크릴릭이 수면복, 텐트, 담요 등에 사용하기에 적합하다. 다만 이들 제품은 가격이 비싸 건조 후 수축할 수 있다는 단점이 있다.

PAN은 많은 금속 이온을 흡수하고 흡수 물질의 적용을 돕는다. 아미닥타임 그룹을 함유한 폴리머는 금속 이온으로 폴리머의 복합형성 능력 때문에 금속의 치료에 사용할 수 있다.[14]

PAN은 낮은 밀도, 열 안정성, 높은 강도 및 탄성 계수를 포함하는 특성을 가지고 있다. 이러한 독특한 특성들이 PAN을 첨단기술의 필수 폴리머로 만들었다.

높은 인장 강도와 인장 계수는 섬유 사이징, 코팅, 생산 공정, PAN의 섬유 화학에 의해 확립된다. 그것의 기계적 특성은 군용 및 상업용 항공기의 복합 구조에서 중요하다.[15]

탄소섬유

폴리아크릴로니트릴은 탄소 섬유 생산의 90%를 위한 전구체로 사용된다.[16] 보잉과 에어버스 광섬유 에어프레임의 약 20~25%가 탄소섬유다. 그러나, 신청은 PAN의 높은 가격인 약 15달러/lb에 따라,[17] 신청이 제한된다.

유리탄소

전기화학에서 흔히 사용되는 전극 물질인 유리탄소는 며칠 동안 1000~3000°C의 압력으로 폴리아크릴로니트릴의 블록을 열처리하여 생성된다. 이 과정은 비탄소 원자를 제거하고 전도성이 뛰어난 결합 이중 결합 구조를 만든다. [18]

산화 폴리아크릴로니트릴 섬유(OPF)

산화 팬 섬유는 본질적으로 내화성(FR) 원단을 생산하는데 사용된다.[citation needed] 일반적으로 보호복용 FR 직물에 사용되는 경우 OPF(산화 폴리아크릴로니트릴 섬유)라고 하며, 고성능의 비용 효율적인 불꽃 및 내열 솔루션이다. OPF can be considered one of the most FR fabrics commercially produced since it has an LOI (Limiting Oxygen Index) in the range of 45–55% which is one of the highest LOI ranges available as compared with other common FR fabrics which have lower LOI values (e.g. Nomex @ 28–30%, Kevlar @ 28–30%, Modacrylic @ 32–34%, PBI @ 41%, and FR-Viscose @ 28%);[citation needed] 및 OPF는 또한 다른 일반 직물(예: Nomex, FR Polyster, Cotton)과 비교하여 연소 시 가장 낮은 유독 가스 발생을 보여준다.[citation needed]

서포트 폴리머

폴리아크릴로니트릴은 핵폐기물 정화를 위한 이온교환기를 포함한 다양한 용도의 흡착제를 위한 다공성 지지 고분자로 사용된다. 이 경우 PAN은 원하는 흡착제 및 계면활성제와 함께 DMSO와 같은 극성 용매에 용해된 후 충돌하는 곳에 떨어뜨려 기둥 사용에 적합한 구슬을 형성한다. [19]

참조

  1. ^ J Gordon Cook (1984). Handbook of Textile Fibres: Man-Made Fibres. Woodhead Publishing. p. 393. ISBN 9781855734852.
  2. ^ Gupta, A. K.; Paliwal, D. K.; Bajaj, P. (1998). "Melting behavior of acrylonitrile polymers". Journal of Applied Polymer Science. 70 (13): 2703–2709. doi:10.1002/(sici)1097-4628(19981226)70:13<2703::aid-app15>3.3.co;2-u.
  3. ^ H. 핑켄처, C. Huck, DE 특허 654989, Verfahren jur Herstellung von Polymerization produceskten, Anmeldetag 18.2.1930 [1]
  4. ^ Walter Wetzel, Entdeeckungschichte der Polyfluorethylen - Zufall oder Ergebnis gezielter Forschung? N.T. M. 13 (2005) 79–91
  5. ^ "KUNSTFASERN / INDUSTRIE : Das Salz der Mode - DER SPIEGEL 20/1955". www.spiegel.de.
  6. ^ H. 라인, DE-Patent 631756, Verfahren jur Lösung 폰 폴리메렘 아크릴사우르니트릴, Anmeldetag 8 [2]
  7. ^ Rein, Herbert (1948). "Polyacrylnitril-Fasern Eine neue Gruppe von synthethischen Fasern". Angewandte Chemie. 60 (6): 159–161. Bibcode:1948AngCh..60..159R. doi:10.1002/ange.19480600607.
  8. ^ Bunsell, A.R. (18 January 2018). Handbook of properties of textile and technical fibres (2nd ed.). Woodhead Publishing. ISBN 9780081012727.
  9. ^ C. H. Ray US 특허 2 404 713, 고분자 솔루션 준비 방법, 접수 날짜: 17.06.1942 [3]
  10. ^ Herbert Bode Geschichte der Chemiefaser-inderie der Deutschen Demokratischen Republik. In: Mitteilungen, Gesellschaft Deutscher Chemiker / Fachgruppe Geschicte der Chemie (Frankfurt/Main), Bd. 14 (1998), S. 162. 2021년 12월 13일 검색
  11. ^ 로타 루돌프: 에겐샤프텐, 베르스핀룽과 아인사츠뫼글리케이텐 폰 울크릴론. Mitteilung aus dem Zellwolle-Technikum der VEB Filmfabrik Agfa Wolfen. 울펜 1954.
  12. ^ Internet, D4W Comunicação - Soluções em. "IGTPAN". www.igtpan.com. Retrieved 2018-05-10.
  13. ^ Serkov, A; Radishevskii, M (2008). "Status and Prospects For Production Of Carbon Fibres Based on Polyacrylonitrile". Fibre Chemistry. 40 (1): 24–31. doi:10.1007/s10692-008-9012-y. S2CID 137117495.
  14. ^ Delong, Liu (2011). "Synthesis of Polyacrolonitrile by Single-electron Transfer-living Radical Polymerization Using Fe(0) as Catalyst and Its Absorption Properties After Modification". Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 49 (13): 2916–2923. Bibcode:2011JPoSA..49.2916L. doi:10.1002/pola.24727.
  15. ^ "Polyacrylonitrile (PAN) Carbon Fibers Industrial Capability Assessment" (PDF). United States of America Department of Defense. Archived from the original (PDF) on 4 March 2016. Retrieved 4 December 2013.
  16. ^ "Top 9 Things You Didn't Know about Carbon Fiber Department of Energy". Energy.gov. 2013-03-29. Retrieved 2013-12-08.
  17. ^ John McElroy. "Manufacturing advances bring carbon fiber closer to mass production". Autoblog. Retrieved 2013-12-08.
  18. ^ {title=전기화학 출판사 핸드북=엘세비에 날짜=2021-07-02 액세스 날짜=2021-07-02}
  19. ^ Alistair Holdsworth. "The Effect of Gamma Irradiation on the Ion Exchange Properties of Caesium-Selective Ammonium Phosphomolybdate-Polyacrylonitrile (AMP-PAN) Composites under Spent Fuel Recycling Conditions". MDPI. Retrieved 2021-02-03.

외부 링크