Bột polyacrylonitrile, công thức hóa học (C3H3N) n, CAS 25014-41-9, là một hợp chất polyme thu được bằng cách trùng hợp gốc tự do của monome acrylonitrile. Các đơn vị acrylonitril trong chuỗi cao phân tử được nối với nhau theo kiểu đuôi khớp. Chủ yếu được sử dụng để sản xuất sợi polyacrylonitrile (PAN), độ bền không cao, khả năng chống mài mòn và chống mỏi cũng kém. Ưu điểm của sợi polyacrylonitrile là khả năng chống chịu thời tiết và chống nắng tốt, có thể duy trì 77% độ bền ban đầu sau khi đặt ngoài trời trong 18 tháng. Nó cũng có khả năng chống lại các thuốc thử hóa học, đặc biệt là axit vô cơ, bột tẩy trắng, hydro peroxide và các thuốc thử hữu cơ nói chung.
Polyacrylonitrile (PAN), là một vật liệu tổng hợp hiệu suất cao, đã chứng minh được giá trị ứng dụng không thể thay thế trong nhiều lĩnh vực do cấu trúc phân tử và đặc tính hóa học độc đáo của nó. Các ứng dụng cốt lõi của nó bao gồm sáu hướng: tiền chất sợi carbon, vật liệu dệt, kỹ thuật công nghiệp, y tế và sức khỏe, lưu trữ năng lượng và công nghệ bảo vệ môi trường, tạo thành một chuỗi công nghiệp hoàn chỉnh từ vật liệu cơ bản đến các ứng dụng-cao cấp.
Tiền chất sợi carbon: nền tảng của ngành sản xuất-cao cấp
Nó là nguyên liệu thô cốt lõi để điều chế sợi carbon và khoảng 90% sợi carbon trên toàn thế giới sử dụng PAN làm tiền chất. Sợi PAN có thể được chuyển đổi thành sợi carbon hiệu suất-cao thông qua các quá trình như tiền oxy hóa và cacbon hóa, với độ bền kéo là 3,5-7,0 GPa và mô đun là 230-630 GPa. Chúng được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ, giảm nhẹ ô tô, sản xuất năng lượng gió và các lĩnh vực khác.
Trường hợp điển hình:
Hàng không vũ trụ: Các bộ phận chính của máy bay C919 sản xuất trong nước như cánh và vây đuôi đều được làm bằng vật liệu composite sợi carbon gốc PAN, giúp giảm 30% trọng lượng và cải thiện 15% hiệu suất sử dụng nhiên liệu so với vật liệu kim loại truyền thống.
Công nghiệp ô tô: Thân xe Tesla Model S được làm bằng nhựa gia cố sợi carbon PAN (CFRP), giúp giảm trọng lượng 10% và tăng phạm vi hoạt động thêm 8%.
Sản xuất điện gió: Cánh tuabin gió Vestas V236-15.0MW sử dụng sợi carbon PAN, có chiều dài 115,5 mét và hiệu suất phát điện cao hơn 20% so với cánh quạt bằng sợi thủy tinh.
Đột phá công nghệ: Đại học Thâm Quyến hợp tác với doanh nghiệp để đạt được đại tràbột polyacrylonitrilesợi carbon loại T1000 ở mức nghìn tấn, có độ bền 6,8GPa và mô đun 320GPa. Nó đã được ứng dụng trong hệ thống cung cấp máy bay lớn trong nước, phá vỡ thế độc quyền công nghệ của nước ngoài.
Chất liệu dệt: phiên bản nâng cấp của len tổng hợp
Sợi polyacrylonitrile (PAN) được gọi là "len tổng hợp" do hình dáng và cảm giác cầm tay giống len và sản lượng của nó chiếm hơn 15% tổng lượng sợi tổng hợp. Thông qua quá trình biến đổi quá trình đồng trùng hợp, sợi acrylic có thể có đặc tính chống{2}}tĩnh điện, chống cháy-, kháng khuẩn và các đặc tính khác, đồng thời được sử dụng rộng rãi trong quần áo, hàng dệt may gia dụng và công nghiệp.
Kịch bản ứng dụng:
Lĩnh vực quần áo: Áo len dệt kim được làm từ hỗn hợp acrylic và len, có khả năng giữ ấm tăng 30% và giá chỉ bằng 60% sản phẩm len nguyên chất; Sợi acrylic màu gốc được sử dụng cho lều ngoài trời, có độ bền ánh nắng cấp 5 (tiêu chuẩn quốc tế) và tuổi thọ kéo dài trên 8 năm.
Trang trí nhà cửa: Thảm acrylic có khả năng chống bám bẩn tốt hơn thảm len, giảm 50% chi phí vệ sinh; Rèm acrylic có chỉ số chống cháy B1 (tiêu chuẩn Trung Quốc), giảm đáng kể nguy cơ cháy nổ.
Vải công nghiệp: Bê tông cốt thép acrylic được sử dụng để xây dựng cầu, với tỷ lệ ức chế vết nứt tăng 40%; Vật liệu lọc sợi acrylic làm giảm nồng độ phát thải bụi xuống dưới 10mg/m³ trong xử lý khí thải nhà máy xi măng (tiêu chuẩn quốc gia Nhỏ hơn hoặc bằng 30mg/m³).
Dữ liệu thị trường: Năm 2024, sản lượng sợi acrylic của Trung Quốc sẽ đạt 1,2 triệu tấn, chiếm 45% tổng sản lượng toàn cầu. Trong số đó, lượng tiêu thụ ở miền Đông Trung Quốc sẽ chiếm 45%, chủ yếu được sử dụng cho quần áo và vải công nghiệp.
Kỹ thuật công nghiệp: Lựa chọn tối ưu vật liệu chống ăn mòn
Khả năng chống ăn mòn hóa học làm cho nó trở thành vật liệu lý tưởng cho các lĩnh vực như kỹ thuật hóa học và năng lượng. Thông qua quá trình biến đổi chất đồng trùng hợp, PAN có thể được chế tạo thành các loại sợi và nhựa đặc biệt có khả năng kháng axit, kháng kiềm và kháng dung môi, được áp dụng trong các trường hợp như đường ống, bể chứa và lớp phủ chống{1}}ăn mòn.
Ứng dụng điển hình:
Đường ống hóa học: Đường ống sợi thủy tinh dựa trên PAN có tuổi thọ dài hơn ba lần so với đường ống kim loại trong việc vận chuyển axit sulfuric và axit clohydric, đồng thời chi phí bảo trì giảm 60%.
Thiết bị lưu trữ năng lượng: Sợi PAN được sử dụng làm vật liệu cơ bản cho bộ tách pin lithium{0}}ion, có độ xốp 40%, độ dẫn ion tăng 20% và tuổi thọ chu kỳ pin vượt quá 3000 lần.
Kỹ thuật đại dương: Kết cấu thép phủ PAN có cấp độ chống ăn mòn C5 (tiêu chuẩn quốc tế) trong môi trường nước biển và chu kỳ bảo trì được kéo dài từ 5 năm lên 15 năm.
Tiến bộ công nghệ: Zhongfu Shenying đã phát triển sợi nhiệt độ cao-dựa trên PAN có khả năng chịu nhiệt độ 300 độ, được áp dụng trong hệ thống bảo vệ nhiệt của tàu vũ trụ, giúp giảm 40% chi phí nguyên liệu nhập khẩu.
Sức khỏe y tế: Đột phá về tương thích sinh học
Tính trơ sinh học mang lạibột polyacrylonitrilemột lợi thế độc đáo trong lĩnh vực y tế. Thông qua việc biến đổi bề mặt, PAN có thể được sử dụng để sản xuất-các sản phẩm y tế cao cấp như mạch máu nhân tạo, ống dẫn thần kinh và chất mang thuốc, thúc đẩy sự phát triển của y học tái tạo.
Ứng dụng sáng tạo:
Mạch máu nhân tạo: Mạch máu nhân tạo có đường kính nhỏ{0}}dựa trên PAN (đường kính trong<6mm) have a patency rate of 90%, which is 20% higher than polytetrafluoroethylene (PTFE) blood vessels, and have entered the clinical trial stage.
Sửa chữa thần kinh: Ống dẫn thần kinh PAN hướng dẫn tái tạo sợi trục với tốc độ 1 mm/ngày, ngắn hơn 50% so với chu kỳ sửa chữa của cấy ghép dây thần kinh tự thân và được sử dụng để điều trị các tổn thương dây thần kinh ngoại biên.
Giải phóng thuốc có kiểm soát: Hệ thống phân phối thuốc sợi nano PAN đạt được giải phóng thuốc liên tục trong 72 giờ, giảm 60% sự dao động nồng độ thuốc trong máu và được sử dụng để điều trị ung thư mục tiêu.
Tiềm năng thị trường: Thị trường vật liệu y tế PAN toàn cầu dự kiến sẽ đạt 500 triệu USD vào năm 2025, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 12%, trong đó khu vực Châu Á Thái Bình Dương chiếm hơn 40%.
Lưu trữ năng lượng: 'cốt lõi' của siêu tụ điện
Polyacrylonitrile based activated carbon has become the preferred electrode material for supercapacitors due to its high specific surface area (>2000m 2/g) và độ dẫn điện tuyệt vời. Điện cực than hoạt tính PAN có công suất riêng 120F/g và mật độ công suất 10kW/kg, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như phương tiện sử dụng năng lượng mới và lưới điện thông minh.
Các trường hợp ứng dụng:
Xe năng lượng mới: BYD e6 được trang bị siêu tụ điện dựa trên PAN, giảm thời gian sạc nhanh xuống còn 15 phút và tăng phạm vi hoạt động thêm 10%.
Lưới điện thông minh: Dự án trình diễn Lưới điện Nhà nước áp dụng hệ thống lưu trữ năng lượng siêu tụ điện PAN, với tốc độ đáp ứng tần số tính bằng mili giây và cải thiện 30% độ ổn định của lưới điện.
Điện tử tiêu dùng: Điện thoại Huawei Mate 60 sử dụng điện cực tổng hợp graphene dựa trên PAN, giúp tăng tốc độ sạc lên 50% và có tuổi thọ pin hơn 2000 lần.
Xu hướng công nghệ: Nghiên cứu và phát triển vật liệu điện cực tổng hợp PAN và graphene đang được đẩy nhanh, dự kiến mật độ năng lượng sẽ vượt quá 15Wh/kg và chi phí sẽ giảm 30% vào năm 2025.
Với tiềm năng biến đổi đa dạng và đặc điểm ứng dụng đa ngành, nó đã trở thành vật liệu cơ bản không thể thiếu cho ngành công nghiệp hiện đại. Từ-sản xuất cao cấp đến lĩnh vực sinh kế của người dân, từ các ngành công nghiệp truyền thống đến công nghệ mới nổi, PAN đang thúc đẩy nâng cấp công nghiệp với quan điểm "cách mạng vật chất". Với tốc độ nội địa hóa sợi carbon, những đột phá trong đổi mới vật liệu y tế và nâng cấp lặp đi lặp lại trong công nghệ bảo vệ môi trường, quy mô thị trường toàn cầu dự kiến sẽ vượt 990 triệu đô la Mỹ vào năm 2029, mở ra một kỷ nguyên mới của vật liệu hiệu suất cao.
Bột polyacrylonitrilethu được bằng cách trùng hợp gốc tự do của monome acrylonitrile. Các đơn vị acrylonitril trong chuỗi cao phân tử được nối với nhau theo kiểu đuôi khớp. Chủ yếu được sử dụng để sản xuất sợi polyacrylonitrile, sợi polyacrylonitrile (thường được gọi là sợi acrylic) có độ bền thấp, khả năng chống mài mòn kém và chống mỏi. Ưu điểm của sợi polyacrylonitrile là khả năng chống chịu thời tiết, chống nắng tốt. Nó cũng có khả năng chống lại các thuốc thử hóa học, đặc biệt là axit vô cơ, bột tẩy trắng, hydro peroxide và các thuốc thử hữu cơ nói chung.
Phương pháp 1: Phương pháp thí nghiệm
Phương pháp điều chế polyacrylonitrile trong phòng thí nghiệm chủ yếu dựa trên phản ứng trùng hợp gốc tự do. Sau đây là các bước và biện pháp phòng ngừa cụ thể:
Phản ứng trùng hợp gốc tự do là phản ứng trùng hợp cộng, thông qua hoạt động của chất khởi đầu gốc tự do, làm cho chuỗi phát triển và các gốc tự do liên tục tăng lên, từ đó kết nối nhiều monome để tạo thành các phân tử lớn. Trong quá trình này, liên kết đôi cacbon cacbon của acrylonitrile monome được mở ra và nó trải qua các phản ứng cộng lặp đi lặp lại với các phân tử monome khác, cuối cùng thu được các hợp chất polyme polyacrylonitrile.
Thiết bị thí nghiệm: bình ba cổ, phễu giảm áp không đổi, máy khuấy từ, nhiệt kế,..
Thuốc thử thí nghiệm: Monome Acrylonitrile, chất khởi đầu gốc tự do (như benzoyl peroxide, v.v.), dung môi (như dimethylformamide DMF, v.v., dùng để hòa tan monome và chất khởi đầu).
Cố định bình ba cổ vào máy khuấy từ và lắp phễu giảm áp và nhiệt kế.
Kiểm tra độ kín của thiết bị để đảm bảo không bị rò rỉ.
Thêm một lượng monome và dung môi acrylonitrile nhất định cũng như một lượng thích hợp chất khởi đầu gốc tự do vào bình ba cổ.
Dưới tác dụng khuấy từ, monome và chất khơi mào được trộn kỹ.
Làm nóng hệ thống phản ứng đến nhiệt độ thích hợp (tùy thuộc vào loại và hoạt động của chất khơi mào) để bắt đầu phản ứng trùng hợp gốc tự do.
Trong quá trình phản ứng, monome acrylonitrile còn lại được thêm từ từ vào hệ thống phản ứng thông qua phễu giảm áp suất không đổi để duy trì sự ổn định của hệ thống phản ứng.
Sau khi phản ứng kết thúc, làm nguội hệ phản ứng đến nhiệt độ phòng.
Lọc, rửa và làm khô sản phẩm polyacrylonitrile thu được để loại bỏ các monome và dung môi không phản ứng.
(1) An toàn thí nghiệm:
Trong quá trình thí nghiệm, nên đeo các thiết bị bảo hộ thích hợp như kính bảo hộ và găng tay.
Phòng thí nghiệm nên duy trì thông gió tốt để tránh tích tụ khí độc hại.
(2) Điều kiện thí nghiệm:
Nhiệt độ phản ứng, thời gian, loại và lượng chất khơi mào có tác động đáng kể đến tốc độ phản ứng trùng hợp và tính chất của sản phẩm. Vì vậy, trước khi tiến hành thí nghiệm cần nghiên cứu kỹ các tài liệu liên quan và xác định điều kiện thí nghiệm thích hợp.
(3) Độ tinh khiết của sản phẩm:
Trong quá trình-xử lý sau, sản phẩm phải được rửa và sấy khô kỹ lưỡng để loại bỏ các monome và dung môi không phản ứng, đồng thời cải thiện độ tinh khiết của sản phẩm.
(4) Môi trường thí nghiệm:
Thí nghiệm phải được tiến hành trong môi trường khô ráo và{0}}không có bụi để tránh ảnh hưởng của tạp chất đến kết quả thí nghiệm.
Cách 2: Phương pháp sản xuất công nghiệp
Có nhiều phương pháp sản xuất sợi polyacrylonitrile khác nhau, tạo thành các lộ trình quy trình độc đáo.
Điểm chung của các lộ trình xử lý này là sử dụng phương pháp kéo sợi dung dịch (ướt và khô), với các phương pháp xử lý thu hồi dung môi tương ứng.
Sự khác biệt giữa các tuyến quy trình này là:
(1) Thành phần copolyme khác nhau;(2) Các phương pháp trùng hợp khác nhau (trùng hợp kết tủa không đồng nhất hoặc trùng hợp đồng nhất);(3) Các dung môi kéo sợi khác nhau (bao gồm dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, vinyl cacbonat, natri thiocyanate, axit nitric, kẽm clorua, v.v.):(4) Các phương pháp kéo sợi khác nhau (kéo sợi ướt hoặc khô, sử dụng các bể đông tụ khác nhau trong kéo sợi ướt);(5) Các kỹ thuật kéo dãn và xử lý hậu kỳ-khác nhau;(6) Các quy trình thu hồi dung môi khác nhau.Yếu tố quan trọng nhất trong các quy trình khác nhau là dung môi, yếu tố quyết định một loạt đặc điểm của quy trình như điều kiện chuẩn bị dung dịch kéo sợi, điều kiện kéo sợi, phương pháp thu hồi dung môi và phương pháp xử lý nước thải. Nó còn ảnh hưởng tới nhiều mặt như phòng cháy, chống gas, lựa chọn thiết bị.
Bột rắn màu trắng thu được bằng phương pháp trùng hợp huyền phù hòa tan trong các dung môi hữu cơ như dimethylformamid hoặc các dung dịch như thiocyanate; Dung dịch polyacrylonitrile thu được bằng phương pháp trùng hợp dung dịch.
Phương pháp 3: Chuẩn bị sợi PAN chống cháy-không cháy{2}}halogen
Thêm 1g sợi P (AN co VAc) sấy chân không vào bình một cổ dung tích 500mL, điều chỉnh độ pH của hệ thống bằng cách thêm dung dịch nước KOH, khuấy ở nhiệt độ phòng trong 12 giờ, loại bỏ sợi, rửa bằng nước khử ion cho đến khi trung tính, cuối cùng sấy khô trong lò chân không ở 60 độ trong 24 giờ để thu được sợi copolyme P (AN co VAc) thủy phân có giá trị pH tương ứng là 10, 12 và 14.
Vào bình ba cổ dung tích 500mL được trang bị phễu giảm áp suất không đổi, 0,5g sản phẩm thủy phân của sợi copolyme P (AN co VAc) khô được điều chế trong điều kiện pH{2}} và thủy phân trong 12 giờ và 20mL dimethylformamid (DMF) được thêm vào theo thứ tự. Sau khi ngâm trong 1 giờ, 5mL O, O-diethyl phosphoryl clorua được thả từ từ vào phễu giảm áp suất không đổi ở nhiệt độ phòng trong điều kiện khuấy từ, sau đó đun nóng đến 60 độ trong 5 giờ. Sau khi loại bỏ xơ, nó được rửa hai lần bằng etanol khan và ba lần bằng nước cất. Sau khi sấy khô, chất chống cháy-không chứa halogen{14}}bột polyacrylonitrilethu được chất xơ.
Năm 1931, Rain ở Đức lần đầu tiên sản xuất polyacrylonitrile (PAN), nhưng do tính không hòa tan trong hầu hết các dung môi hữu cơ và vô cơ cũng như nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ phân hủy nên không thể sử dụng phương pháp kéo sợi dung dịch và kéo sợi nóng chảy đã biết vào thời điểm đó, và PAN không thể chế tạo thành sợi.
Sợi PAN lần đầu tiên được công nghiệp hóa bởi DuPont.
Sợi polyacrylonitrile dùng để chỉ các loại sợi được kéo từ polyacrylonitrile hoặc copolyme có hàm lượng acrylonitrile trên 85%.
sản lượng sợi polyacrylonitrile của thế giới là 2,6685 triệu tấn và sản lượng sợi polyacrylonitrile của Trung Quốc là 473,7kt.
Xu hướng nghiên cứu và phát triển của sợi polyacrylonitrile có thể được tóm tắt thành hai khía cạnh;
Trước hết
Nghiên cứu các quy trình tạo sợi mới như sử dụng phương pháp hóa dẻo để tổng hợp copolyme polyacrylonitrile nhằm giảm tương tác giữa các đại phân tử polyacrylonitrile và hạ nhiệt độ nóng chảy của polyme, sử dụng quy trình kéo sợi nóng chảy hoặc tăng nồng độ bùn kéo sợi trong quy trình kéo sợi ướt phun khô để cải thiện tính chất cơ học của sợi thô sau khi tạo thành sợi.
Thứ hai
Mục tiêu là nghiên cứu các loại sợi polyacrylonitrile mới, chẳng hạn như sợi polyacrylonitrile chống cháy-, sợi polyacrylonitrile có độ co cao, công nghệ tạo màu trực tuyến trong quá trình kéo sợi polyacrylonitrile, sợi polyacrylonitrile chống tĩnh điện, sợi polyacrylonitrile hấp thụ nước cao, sợi mịn, sợi polyacrylonitrile tổng hợp, sợi polyacrylonitrile kháng khuẩn và khử mùi, sợi polyacrylonitrile hồng ngoại xa-, sợi polyacrylonitrile có độ bền- cao và mô đun cao, v.v.
Câu hỏi thường gặp
Polyacrylonitrile được sử dụng để làm gì?
+
-
PAN được sử dụng để sản xuất nhiều loại sản phẩm bao gồmmàng siêu lọc, sợi rỗng thẩm thấu ngược, sợi dệt và sợi PAN oxy hóa. Sợi PAN là tiền chất hóa học của sợi cacbon-chất lượng rất cao.
Nguyên liệu thô cho polyacrylonitrile là gì?
+
-
Monome chính để điều chế polyacrylonitrile là acrylonitrile (AN), có thể được sản xuất từ dầu mỏ, khí đốt tự nhiên, than đá, canxi cacbua, v.v., và có nhiều lộ trình xử lý khác nhau. Hiện nay phương pháp amoni hóa propylene được sử dụng rộng rãi. Bấm vào tên sản phẩm để xem chi tiết sản phẩm.
Polyacrylonitrile có an toàn không?
+
-
Trong khi polyacrylonitrile làkhông được coi là đặc biệt nguy hiểm, quá trình sản xuất và chế biến có thể gây ra rủi ro. Ví dụ, hít phải các hạt bụi hoặc khói sinh ra trong quá trình sản xuất polyacrylonitrile có thể nguy hiểm.
Polyacrylonitrile có phải là nhựa không?
+
-
Polyacrylonitril (PAN),một loại nhựa tổng hợpđược điều chế bằng cách trùng hợp acrylonitril. Là một thành viên của họ nhựa acrylic quan trọng, nó là một vật liệu nhựa nhiệt dẻo cứng, có khả năng chống lại hầu hết các dung môi và hóa chất, cháy chậm và có độ thấm khí thấp.
4 loại cấu trúc polymer là gì?
+
-
Bốn cấu trúc polymer cơ bản làtuyến tính, phân nhánh, liên kết chéo và nối mạng. Sơ đồ cấu trúc polymer tuyến tính, phân nhánh, liên kết ngang và nối mạng.
Chú phổ biến: bột polyacrylonitrile cas 25014-41-9, nhà cung cấp, nhà sản xuất, nhà máy, bán buôn, mua, giá, số lượng lớn, để bán