Poliakrilonitril v prahu, kemijska formula (C3H3N) n, CAS 25014-41-9, je polimerna spojina, pridobljena s polimerizacijo prostih radikalov monomera akrilonitrila. Enote akrilonitrila v makromolekularni verigi so povezane na način skupnega repa. Uporablja se predvsem za proizvodnjo poliakrilonitrilnih vlaken (PAN), trdnost ni visoka, odpornost proti obrabi in odpornost na utrujenost pa sta tudi slabi. Prednosti poliakrilonitrilnih vlaken so dobra odpornost na vremenske vplive in sonce ter lahko ohranijo 77 % svoje prvotne trdnosti po 18 mesecih na prostem. Odporen je tudi na kemične reagente, zlasti anorganske kisline, belilni prašek, vodikov peroksid in splošne organske reagente.
Poliakrilonitril (PAN) kot visoko{0}}zmogljiv sintetični material je zaradi svoje edinstvene molekularne strukture in kemičnih lastnosti pokazal nenadomestljivo vrednost uporabe na več področjih. Njegove glavne aplikacije pokrivajo šest področij: predhodne sestavine ogljikovih vlaken, tekstilni materiali, industrijski inženiring, medicina in zdravje, shranjevanje energije in tehnologija varstva okolja, ki tvorijo celotno industrijsko verigo od osnovnih materialov do vrhunskih-uporab.
Predhodnik ogljikovih vlaken: temelj vrhunske-proizvodnje
Je osnovna surovina za pripravo ogljikovih vlaken in približno 90 % ogljikovih vlaken po vsem svetu uporablja PAN kot predhodnik. Vlakna PAN je mogoče pretvoriti v visoko{2}}zmogljiva ogljikova vlakna s postopki, kot sta predoksidacija in karbonizacija, z natezno trdnostjo 3,5–7,0 GPa in modulom 230–630 GPa. Široko se uporabljajo v letalstvu, avtomobilski lahki industriji, proizvodnji vetrne energije in na drugih področjih.
Tipičen primer:
Letalstvo: Ključne komponente domačega letala C919, kot so krila in repne plavuti, so izdelane iz kompozitnih materialov iz ogljikovih vlaken na osnovi PAN, ki zmanjšajo težo za 30 % in izboljšajo učinkovitost goriva za 15 % v primerjavi s tradicionalnimi kovinskimi materiali.
Avtomobilska industrija: Karoserija Tesle Model S je izdelana iz plastike, ojačane s karbonskimi vlakni (CFRP), kar omogoča 10-odstotno zmanjšanje teže in 8-odstotno povečanje dosega.
Proizvodnja vetrne energije: lopatice vetrne turbine Vestas V236-15,0 MW uporabljajo karbonska vlakna PAN, z dolžino 115,5 metrov, učinkovitost proizvodnje električne energije pa je 20 % večja kot pri lopaticah iz steklenih vlaken.
Tehnološki preboj: Univerza Shenzhen sodeluje s podjetji, da bi dosegli masopoliakrilonitril v prahuiz ogljikovih vlaken razreda T1000 na ravni tisoč ton, z trdnostjo 6,8 GPa in modulom 320 GPa. Uporabljen je bil v domačem sistemu oskrbe z velikimi letali, s čimer je bil razbit tuji tehnološki monopol.
Tekstilni materiali: nadgrajena različica sintetične volne
Poliakrilonitrilno vlakno (PAN) je zaradi videza in otipa, ki spominja na volno, znano kot »sintetična volna«, njegova proizvodnja pa predstavlja več kot 15 % vseh sintetičnih vlaken. S kopolimerizacijsko modifikacijo imajo lahko akrilna vlakna anti{2}}statične,-ognjevarne, antibakterijske in druge lastnosti ter se pogosto uporabljajo v oblačilih, hišnem in industrijskem tekstilu.
Scenarij uporabe:
Področje oblačil: Pleteni puloverji iz mešanice akrila in volne, s 30-odstotnim povečanjem zadrževanja toplote in ceno le 60 % izdelkov iz čiste volne; Originalna barvna akrilna vlakna se uporabljajo za zunanje šotore, z odpornostjo proti soncu stopnje 5 (mednarodni standard) in podaljšano življenjsko dobo preko 8 let.
Dekoracija doma: akrilne preproge imajo boljšo odpornost proti madežem kot volnene preproge, kar zmanjša stroške čiščenja za 50 %; Akrilne zavese imajo stopnjo negorljivosti B1 (kitajski standard), kar znatno zmanjša tveganje požara.
Industrijska tkanina: Akrilno armiran beton se uporablja za gradnjo mostov s 40-odstotnim povečanjem stopnje zatiranja razpok; Filtrirni material iz akrilnih vlaken zmanjša koncentracijo emisij prahu pod 10 mg/m ³ pri čiščenju dimnih plinov v cementarni (nacionalni standard Manjši ali enak 30 mg/m ³).
Tržni podatki: Leta 2024 bo kitajska proizvodnja akrilnih vlaken dosegla 1,2 milijona ton, kar bo predstavljalo 45 % celotne svetovne proizvodnje. Med njimi bo poraba v vzhodni Kitajski predstavljala 45 %, predvsem za oblačila in industrijske tkanine.
Industrijski inženiring: optimalna izbira materialov, odpornih proti koroziji
Zaradi odpornosti proti kemični koroziji je idealen material za področja, kot sta kemijsko inženirstvo in energetika. S kopolimerizacijsko modifikacijo je mogoče PAN pripraviti v posebna vlakna in smole, ki so odporne na kisline, alkalije in topila, ki se uporabljajo v scenarijih, kot so cevovodi, skladiščni rezervoarji in proti-korozijski premazi.
Tipične aplikacije:
Kemični cevovodi: cevovodi iz steklenih vlaken na osnovi PAN imajo trikrat daljšo življenjsko dobo kot kovinski cevovodi pri transportu žveplove in klorovodikove kisline, stroški vzdrževanja pa so nižji za 60 %.
Oprema za shranjevanje energije: Vlakna PAN se uporabljajo kot osnovni material za separatorje litij-ionskih baterij s 40-odstotno poroznostjo, 20-odstotno povečanjem ionske prevodnosti in več kot 3000-kratno življenjsko dobo baterije.
Oceanski inženiring: jeklene konstrukcije s premazom PAN imajo stopnjo odpornosti proti koroziji C5 (mednarodni standard) v okolju morske vode, cikel vzdrževanja pa je bil podaljšan s 5 let na 15 let.
Tehnološki napredek: Zhongfu Shenying je razvil visoko{0}}temperaturna vlakna na osnovi PAN s temperaturno odpornostjo 300 stopinj, ki so bila uporabljena v sistemih toplotne zaščite vesoljskih plovil, kar je znižalo stroške uvoženih materialov za 40 %.
Medicinsko zdravje: preboj v biokompatibilnosti
Biološka inertnost dajepoliakrilonitril v prahuedinstvena prednost na medicinskem področju. S površinsko modifikacijo je mogoče PAN uporabiti za proizvodnjo vrhunskih-medicinskih izdelkov, kot so umetne krvne žile, živčni kanali in nosilci zdravil, kar spodbuja razvoj regenerativne medicine.
Inovativne aplikacije:
Umetne krvne žile: umetne krvne žile majhnega-premera na osnovi PAN (notranji premer<6mm) have a patency rate of 90%, which is 20% higher than polytetrafluoroethylene (PTFE) blood vessels, and have entered the clinical trial stage.
Nevralno popravilo: PAN živčni kanal vodi regeneracijo aksonov s hitrostjo 1 mm/dan, kar je 50 % krajše od cikla popravljanja avtologne presaditve živca, in se uporablja za zdravljenje poškodb perifernih živcev.
Nadzorovano sproščanje zdravil: Sistem za dostavo zdravil iz nanovlaken PAN doseže podaljšano sproščanje zdravil za 72 ur, kar zmanjša nihanja koncentracije zdravil v krvi za 60 % in se uporablja za ciljno zdravljenje raka.
Tržni potencial: Pričakuje se, da bo svetovni trg medicinskih materialov PAN do leta 2025 dosegel 500 milijonov USD, s skupno letno stopnjo rasti 12 %, od tega več kot 40 % na azijsko-pacifiško regijo.
Shranjevanje energije: "jedro" superkondenzatorjev
Polyacrylonitrile based activated carbon has become the preferred electrode material for supercapacitors due to its high specific surface area (>2000 m²/g) in odlično prevodnostjo. Elektroda z aktivnim ogljem PAN ima specifično kapaciteto 120F/g in gostoto moči 10kW/kg ter se široko uporablja na področjih, kot so nova energetska vozila in pametna omrežja.
Primeri uporabe:
Nova energetska vozila: BYD e6 je opremljen s superkondenzatorji na osnovi PAN, kar skrajša čas hitrega polnjenja na 15 minut in poveča doseg za 10 %.
Pametno omrežje: Predstavitveni projekt državnega omrežja uporablja sistem za shranjevanje energije superkondenzatorja PAN s hitrostjo frekvenčnega odziva milisekund in 30-odstotnim izboljšanjem stabilnosti omrežja.
Potrošniška elektronika: telefon Huawei Mate 60 uporablja kompozitne elektrode iz grafena na osnovi PAN, kar poveča hitrost polnjenja za 50 % in ima življenjsko dobo baterije več kot 2000-krat.
Tehnološki trend: Raziskave in razvoj PAN in grafenskih kompozitnih elektrodnih materialov se pospešujejo in pričakuje se, da bo gostota energije presegla 15 Wh/kg, stroški pa se bodo do leta 2025 znižali za 30 %.
S svojim raznolikim modifikacijskim potencialom in značilnostmi meddisciplinarne uporabe je postal nepogrešljiv osnovni material sodobne industrije. Od vrhunske-proizvodnje do področja preživetja ljudi, od tradicionalnih industrij do nastajajočih tehnologij, PAN spodbuja industrijsko nadgradnjo z odnosom "materialne revolucije". S pospeševanjem lokalizacije ogljikovih vlaken, preboji v inovacijah medicinskih materialov in ponavljajočimi se nadgradnjami v tehnologiji varovanja okolja se pričakuje, da bo velikost svetovnega trga do leta 2029 presegla 990 milijonov ameriških dolarjev, s čimer se bo začela nova doba visoko-zmogljivih materialov.
Poliakrilonitril v prahuse pridobiva s polimerizacijo monomera akrilonitrila s prostimi radikali. Enote akrilonitrila v makromolekularni verigi so povezane na način skupnega repa. Poliakrilonitrilna vlakna (splošno znana kot akrilna vlakna), ki se večinoma uporabljajo za proizvodnjo poliakrilonitrilnih vlaken, imajo nizko trdnost, slabo odpornost proti obrabi in odpornost proti utrujenosti. Prednosti poliakrilonitrilnih vlaken so dobra odpornost na vremenske vplive in odpornost na sonce. Odporen je tudi na kemične reagente, zlasti anorganske kisline, belilni prašek, vodikov peroksid in splošne organske reagente.
Metoda 1: Laboratorijska metoda
Laboratorijska metoda priprave poliakrilonitrila temelji predvsem na reakciji polimerizacije prostih radikalov. Sledijo posebni koraki in previdnostni ukrepi:
Polimerizacija s prostimi radikali je adicijska polimerizacijska reakcija, ki z delovanjem iniciatorja prostih radikalov povzroči rast verige in nenehno povečevanje prostih radikalov, s čimer poveže veliko monomerov v velike molekule. V tem procesu se dvojna vez ogljik ogljik monomera akrilonitrila odpre in je podvržen ponavljajočim se adicijskim reakcijam z drugimi monomernimi molekulami, pri čemer na koncu nastanejo polimerne spojine poliakrilonitrila.
Eksperimentalna oprema: bučka s tremi grli, lij s konstantnim padajočim pritiskom, magnetno mešalo, termometer itd.
Eksperimentalni reagenti: monomer akrilonitrila, iniciator prostih radikalov (kot je benzoil peroksid itd.), topilo (kot je dimetilformamid DMF itd., ki se uporablja za raztapljanje monomera in iniciatorja).
Pritrdite bučko s tremi vratovi na magnetno mešalo in namestite lij s konstantnim padajočim tlakom in termometer.
Preverite zrakotesnost naprave, da zagotovite, da ne pušča.
V bučko s tremi grli dodajte določeno količino monomera akrilonitrila in topila ter ustrezno količino iniciatorja prostih radikalov.
Pod delovanjem magnetnega mešala se monomer in iniciator temeljito premešata.
Reakcijski sistem segrejte na ustrezno temperaturo (odvisno od vrste in aktivnosti iniciatorja), da sprožite reakcijo polimerizacije prostih radikalov.
Med reakcijskim procesom se preostali monomer akrilonitrila počasi dodaja po kapljicah v reakcijski sistem skozi lij s konstantnim spuščanjem tlaka, da se ohrani stabilnost reakcijskega sistema.
Po končani reakciji ohladite reakcijski sistem na sobno temperaturo.
Dobljen poliakrilonitrilni produkt filtrirajte, sperite in posušite, da odstranite nereagirane monomere in topila.
(1) Eksperimentalna varnost:
Med poskusom je treba nositi ustrezno zaščitno opremo, kot so očala in rokavice.
Laboratorij mora vzdrževati dobro prezračevanje, da se prepreči kopičenje škodljivih plinov.
(2) Eksperimentalni pogoji:
Reakcijska temperatura, čas ter vrsta in količina iniciatorja pomembno vplivajo na hitrost reakcije polimerizacije in lastnosti produktov. Zato je treba pred izvedbo poskusa skrbno pregledati relevantno literaturo in določiti ustrezne eksperimentalne pogoje.
(3) Čistost izdelka:
Med po-postopkom naknadne obdelave je treba izdelek temeljito oprati in posušiti, da odstranimo nereagirane monomere in topila ter izboljšamo čistost izdelka.
(4) Eksperimentalno okolje:
Poskus je treba izvajati v suhem okolju brez-prašnega prahu, da preprečite vpliv nečistoč na rezultate poskusa.
Metoda 2: Metode industrijske proizvodnje
Obstajajo različne proizvodne metode za poliakrilonitrilna vlakna, ki tvorijo edinstvene procesne poti.
Skupnost teh procesnih poti je uporaba metod predenja (mokrega in suhega) v raztopini z ustreznimi postopki za rekuperacijo topila.
Razlike med temi procesnimi potmi so:
(1) Različne sestave kopolimerov;(2) različne polimerizacijske metode (heterogena precipitacijska polimerizacija ali homogena polimerizacija);(3) Različna topila za predenje (vključno z dimetilformamidom, dimetilacetamidom, dimetil sulfoksidom, vinil karbonatom, natrijevim tiocianatom, dušikovo kislino, cinkovim kloridom itd.):(4) Različne metode predenja (mokro ali suho predenje, uporaba različnih koagulacijskih kopeli pri mokrem predenju);(5) Različne tehnike raztezanja in post{1}}obdelave;(6) Različni postopki pridobivanja topil.Najpomembnejši dejavnik v različnih procesih je topilo, ki določa vrsto procesnih značilnosti, kot so pogoji priprave predilne raztopine, pogoji predenja, metode pridobivanja topil in metode čiščenja odpadne vode. Vpliva tudi na številne vidike, kot so preprečevanje požara, preprečevanje plina in izbira opreme.
Bel trdni prah, pridobljen z metodo suspenzijske polimerizacije, je topen v organskih topilih, kot je dimetilformamid, ali raztopinah, kot je tiocianat; Raztopino poliakrilonitrila dobimo z metodo polimerizacije raztopine.
Metoda 3: Priprava brezhalogenskih-ognjevarnih-vlaken PAN
Dodajte 1 g vakuumsko posušenih P (AN co VAc) vlaken v 500 ml bučko z enojnim vratom, prilagodite pH sistema z dodajanjem vodne raztopine KOH, mešajte pri sobni temperaturi 12 ur, odstranite vlakno, ga sperite z deionizirano vodo do nevtralnega in na koncu sušite v vakuumski pečici pri 60 stopinjah 24 ur, da dobite hidroliziran P (AN co VAc) kopolimerna vlakna z ustreznimi pH vrednostmi 10, 12 in 14.
V 500 ml bučko s tremi grli, opremljeno z lijem s padajočim konstantnim pritiskom, smo zaporedoma dodali 0,5 g hidroliznega produkta posušenega kopolimernega vlakna P (AN co VAc), pripravljenega pri pH=12 in pogojih hidrolize 12 ur, ter 20 ml dimetilformamida (DMF). Po 1-urnem namakanju smo 5 mL O, O-dietil fosforil klorida počasi spustili v lij s padajočim tlakom pri sobni temperaturi ob magnetnem mešanju in nato 5 ur segrevali na 60 stopinj. Po odstranitvi vlaken smo ga dvakrat sprali z brezvodnim etanolom in trikrat z destilirano vodo. Po sušenju,-zaviralec gorenja-brez halogenovpoliakrilonitril v prahupridobljena vlakna.
Leta 1931 je Rain v Nemčiji prvi proizvedel poliakrilonitril (PAN), vendar zaradi njegove netopnosti v večini organskih in anorganskih topil in temperature taljenja, ki je višja od temperature razgradnje, takrat ni bilo mogoče uporabiti znanih metod predenja iz raztopine in predenja iz taline, PAN pa ni bilo mogoče izdelati v vlakna.
Vlakna PAN je prvi industrializiral DuPont.
Poliakrilonitrilno vlakno se nanaša na vlakna, spredena iz poliakrilonitrila ali kopolimerov z vsebnostjo akrilonitrila nad 85 %.
svetovna proizvodnja poliakrilonitrilnih vlaken je znašala 2,6685 Mt, kitajska proizvodnja poliakrilonitrilnih vlaken pa 473,7 kt.
Trende raziskav in razvoja poliakrilonitrilnih vlaken lahko povzamemo v dva vidika;
Prvič
Raziskave novih procesov oblikovanja vlaken, kot je uporaba metode mehčala za sintezo kopolimerov poliakrilonitrila, da bi zmanjšali interakcijo med makromolekulami poliakrilonitrila in znižali tališče polimera ter uporabili postopek predenja iz taline ali povečali koncentracijo predilne brozge v postopku mokrega predenja s suhim razprševanjem za izboljšanje mehanskih lastnosti surovih vlaken po oblikovanju vlaken.
Drugič
Namenjen je preučevanju novih vrst poliakrilonitrilnih vlaken, kot so ognjeodporna poliakrilonitrilna vlakna, poliakrilonitrilna vlakna z visokim krčenjem, tehnologija spletnega barvanja med predenjem poliakrilonitrilnih vlaken, anti{1}}statična poliakrilonitrilna vlakna, poliakrilonitrilna vlakna z visoko absorpcijo vode, fina preja vlakna, kompozitna poliakrilonitrilna vlakna, antibakterijska in proti vonjavam odporna poliakrilonitrilna vlakna, daleč{2}}infrardeča poliakrilonitrilna vlakna, visoko{3}}trdna in visokomodulna poliakrilonitrilna vlakna itd.
Pogosto zastavljena vprašanja
Za kaj se uporablja poliakrilonitril?
+
-
PAN se uporablja za proizvodnjo velikega števila izdelkov, vključno zultra filtracijske membrane, votla vlakna za reverzno osmozo, vlakna za tekstil in oksidirana PAN vlakna. Vlakna PAN so kemični predhodnik zelo-kakovostnih ogljikovih vlaken.
Katere so surovine za poliakrilonitril?
+
-
Glavni monomer za pripravo poliakrilonitrila je akrilonitril (AN), ki ga lahko proizvedemo iznafta, zemeljski plin, premog, kalcijev karbid, itd., in ima različne procesne poti. Trenutno se široko uporablja metoda amoksidacije propilena. Za ogled podrobnosti izdelka kliknite ime izdelka.
Ali je poliakrilonitril varen?
+
-
Medtem ko je poliakrilonitrilne štejejo za posebej nevarne, lahko proizvodni in predelovalni procesi predstavljajo tveganje. Na primer, vdihavanje prašnih delcev ali hlapov, ki nastanejo med proizvodnjo poliakrilonitrila, je lahko nevarno.
Ali je poliakrilonitril plastika?
+
-
poliakrilonitril (PAN),sintetična smolapripravljen s polimerizacijo akrilonitrila. Je član pomembne družine akrilnih smol in je trden, tog termoplastičen material, ki je odporen na večino topil in kemikalij, počasi gori in ima nizko prepustnost za pline.
Katere so 4 vrste polimernih struktur?
+
-
Štiri osnovne polimerne strukture solinearne, razvejane, zamrežene in omrežene. Diagrami linearnih, razvejanih, zamreženih in mrežnih polimernih struktur.
Priljubljena oznake: poliakrilonitril prah cas 25014-41-9, dobavitelji, proizvajalci, tovarna, veleprodaja, nakup, cena, razsuto, za prodajo