Poliakrilonitril (PAN) No. CAS: 25014-41-9
Poliakrilonitril (PAN, CAS 25014-41-9)ialah serbuk semikrystallin putih hingga putih pudar dengan formula (C₃H₃N)ₙ, terkenal kerana tidak larut dalam air dan kebanyakan pelarut organik kecuali aprotik sangat kutub seperti DMF dan DMSO. Takat leburnya yang tinggi (≈317°C) dan suhu penguraian adalah sangat rapat sehingga ia merosot sebelum lebur dalam keadaan biasa. Kepentingan komersial utama PAN adalah sebagai pelopor untuk lebih 90% pengeluaran gentian karbon global melalui pirolisis dan pengkarbonan terkawal; dalam bentuk gentian (akrilik), ia berfungsi sebagai pengganti bulu dalam tekstil kerana rasa lembut dan rintangan cahaya matahari yang sangat baik, dan ia juga digunakan dalam membran ultrafiltrasi dan sebagai komponen kopolimer dalam plastik ABS.
1. Gambaran keseluruhan
Poliakrilonitril ialah polimer semikrystallin yang dibuat oleh pempolimeran radikal bebas monomer akrilonitril. Ia adalah serbuk atau gentian putih hingga putih pucat dengan sifat mekanikal yang sangat baik, kestabilan haba dan rintangan kimia. PAN paling dikenali sebagai pendahulu utama untuk pengeluaran gentian karbon (>90% gentian karbon diperbuat daripada PAN). Ia juga digunakan secara meluas dalam tekstil, membran, dan plastik kejuruteraan.
2. Ciri-ciri Utama
Prekursor Gentian Karbon – Menghasilkan gentian karbon modulus berkekuatan tinggi dan tinggi selepas rawatan haba .
Kestabilan Terma Tinggi – Stabil sehingga ~300°C sebelum kitaran dan pengkarbonan .
Rintangan Kimia Cemerlang – Menentang pelarut organik, minyak dan asid/alkali cair .
Kekuatan Mekanikal yang Baik – Kekuatan tegangan tinggi dan modulus dalam bentuk gentian .
Rintangan UV – Menentang degradasi daripada pendedahan cahaya matahari .
Ketahanan Api – Memadam sendiri kerana kandungan nitrogen yang tinggi (~26%) .
3. Spesifikasi Utama dengan Penjelasan
| Parameter | Nilai Biasa | Penjelasan |
|---|---|---|
| Penampilan | Serbuk putih atau serat ruji | Perubahan warna menunjukkan degradasi atau kekotoran. |
| Berat Molekul (Mw) | 50,000 – 150,000 g/mol | Mw yang lebih tinggi menghasilkan gentian yang lebih kuat tetapi lebih sukar untuk berputar. |
| Kelikatan Intrinsik (IV) | 1.0 – 2.5 dL/g | Mengukur panjang rantai polimer; menjejaskan kebolehpusingan. |
| Taktik | Atactic (terutamanya) | Mempengaruhi kehabluran dan sifat mekanikal. |
| Suhu Peralihan Kaca (Tg) | ~85 – 105°C | Suhu di mana polimer menjadi bergetah. |
| Takat Lebur | 317°C (terurai) | Merosot sebelum lebur – tiada takat lebur sebenar . |
| Ketumpatan | 1.18 – 1.20 g/cm³ | Mempengaruhi pemprosesan dan berat produk akhir. |
| Monomer Baki | ≤ 100 – 500 ppm | Akrilonitril tidak bertindak balas (toksik) – kritikal untuk keselamatan. |
| Kandungan Lembapan | ≤ 0.5% | Kelembapan rendah menghalang pembentukan gelembung semasa pemprosesan. |
| Kandungan Abu | ≤ 0.1 – 0.5% | Kritikal abu rendah untuk kualiti prekursor gentian karbon. |
4. Aplikasi
| Kawasan Permohonan | Kegunaan Khusus |
|---|---|
| Pengeluaran Serat Karbon (>90% daripada penggunaan PAN) | Aeroangkasa, automotif, barangan sukan, bilah turbin angin, bejana tekanan. PAN dikarbonkan untuk menghasilkan gentian karbon berkekuatan tinggi . |
| Gentian Tekstil (Serat Akrilik) | Sweater, selimut, permaidani, fabrik luar, bulu tiruan (dijual sebagai "akrilik" atau "Orlon") . |
| Membran & Penapisan | Ultrafiltrasi dan membran nanofiltrasi untuk rawatan air, dialisis . |
| Plastik Kejuruteraan | Kopolimer ABS (akrilonitril-butadiena-stirena) dan SAN (stirena-akrilonitril) haba tinggi . |
| Prekursor untuk Bahan Lain | Komposit karbon-karbon, gentian karbon teraktif, grafit . |
| Pengikat & Salutan | Pengikat untuk bateri (salutan anod), salutan pelindung . |
PAN lwn Akrilik lwn Modacrylic:
| bahan | Komposisi | Penggunaan Utama |
|---|---|---|
| PAN Homopolimer | 100% akrilonitril | Pendahulu gentian karbon, gentian berprestasi tinggi |
| Gentian Akrilik | ≥85% akrilonitril + komonomer | Tekstil (sweater, selimut) – kebolehcelupan yang lebih baik |
| Modacrylic | 35–85% akrilonitril + vinilidena klorida | Fabrik tahan api (rambut palsu, pakaian tidur kanak-kanak) |
5. Perbandingan Gred
| Gred | Berat Molekul | Borang | Penggunaan Biasa |
|---|---|---|---|
| Gred Prekursor Gentian Karbon | Tinggi (Mw >100,000) | Tunda (filamen berterusan) | Gentian karbon aeroangkasa/automotif |
| Gred Tekstil (Akrilik) | Sederhana (Mw 60,000–90,000) | Serat ruji | Sweater, selimut, permaidani |
| Gred Membran | Sederhana (Mw 50,000–80,000) | serbuk | Membran penapisan air |
| Gred Plastik Kejuruteraan (SAN/ABS) | Rendah-Sederhana (Mw 40,000–70,000) | Pelet/butiran | Campuran dengan stirena dan butadiena |
| Gred Penyelidikan | Pembolehubah | serbuk | R&D, kajian pengubahsuaian polimer |
6. Panduan Membeli
Pilih Gred mengikut Permohonan:
Pengeluaran gentian karbon → Mw tinggi, abu rendah (<0.1%), IV konsisten, bentuk tunda berterusan .
Gentian tekstil → Mw Sederhana, diubah suai komonomer untuk kebolehcelupan, bentuk gentian ruji .
Pengeluaran membran → Mw Sederhana, bentuk serbuk, monomer sisa rendah .
Pengadunan ABS/SAN → Mw rendah, bentuk pelet, aliran cair yang konsisten .
Parameter Kualiti Utama untuk Prekursor Gentian Karbon:
Kandungan abu – <0.1% (kekotoran menyebabkan kecacatan pada gentian karbon akhir) .
Monomer sisa – <100 ppm (akrilonitril adalah toksik dan menyebabkan lompang) .
Pengagihan berat molekul – Pengagihan sempit diutamakan untuk sifat gentian seragam .
Penyimpanan & Pengendalian:
Simpan di kawasan yang sejuk, kering, berventilasi baik dari sumber haba.
Elakkan pendedahan berpanjangan kepada cahaya matahari (degradasi UV) .
Bahaya monomer toksik – baki akrilonitril ialah karsinogen; memastikan pengudaraan yang mencukupi.
Jangka hayat: 12–24 bulan apabila disimpan dengan betul.
Pengesahan Keselamatan:
Minta CoA mengesahkan kandungan monomer sisa dan kandungan abu.
Pastikan pembekal menyediakan SDS dengan arahan pengendalian untuk sisa akrilonitril.
7. Soalan Lazim
S: Mengapa PAN digunakan untuk gentian karbon?
A: PAN mempunyai hasil karbon yang tinggi (~50–55% selepas pengkarbonan) dan membentuk struktur grafit yang sempurna semasa rawatan haba. Kumpulan nitril (-C≡N) berkitar dan membentuk polimer tangga, yang menjadi tulang belakang bagi gentian karbon berkekuatan tinggi . Tiada polimer lain yang sepadan dengan gabungan kos dan prestasi gentian karbon PAN.
S: Adakah PAN sama dengan fabrik akrilik?
J: Tidak betul. Fabrik "Akrilik" mengandungi ≥85% PAN ditambah komonomer untuk kebolehcelupan dan kelenturan. Homopolimer PAN tulen sukar diwarnakan dan kurang fleksibel. Kebanyakan tekstil pengguna berlabel "akrilik" ialah kopolimer PAN .
S: Adakah PAN toksik?
J: Polimer itu sendiri adalah lengai dan tidak toksik. Walau bagaimanapun, sisa monomer akrilonitril ialah karsinogen dan neurotoksin yang disyaki. PAN berkualiti tinggi untuk tekstil/gentian karbon mempunyai sisa monomer <100–500 ppm . Gunakan PPE semasa mengendalikan serbuk (risiko penyedutan habuk).
S: Adakah PAN cair?
J: Tidak. PAN terurai pada ~317°C sebelum mencapai takat lebur. Inilah sebabnya gentian PAN tidak boleh dileburkan; ia mestilah dipintal penyelesaian menggunakan pelarut seperti DMF atau DMSO .
8. Penghantaran, Pensijilan & Perkhidmatan
Pembungkusan:
Serbuk: Beg 25kg (kertas berbilang dinding dengan pelapik PE), beg pukal 500kg.
Gentian/Tunda: Kotak kadbod atau gelendong (biasa 5–50 kg seunit).
Pelet: beg 25kg atau beg pukal 500kg.
Masa Utama: Item stok: 3–7 hari perniagaan; gred tersuai: 3–6 minggu.
Dokumentasi: CoA (Mw, IV, monomer sisa, abu, lembapan), MSDS, TDS.
Pensijilan: ISO 9001; gred gentian karbon mungkin mempunyai pensijilan kualiti aeroangkasa (AS9100) .
Penghantaran: Tidak diklasifikasikan sebagai barang berbahaya untuk pengangkutan (paras monomer sisa di bawah ambang berbahaya). Elakkan pelepasan statik semasa mengendalikan serbuk.
