聚丙烯腈

聚丙丙烯 (PAN)，也称为聚氰乙烯和 Creslan 61，是一种合成的半结晶有机聚合物树脂，具有线性分子式 (C3H3N)n。 虽然它是热塑性塑料，但在正常条件下不会熔化。 它在熔化前降解。 如果加热速率为每分钟 50 度或以上，它会在 300 °C 以上熔化。 几乎所有的PAN树脂都是由以丙烯腈为主要单体的单体混合物制成的共聚物。 它是一种用途广泛的聚合物，可用于生产多种产品，包括超滤膜、用于反渗透的中空纤维、纺织品纤维和氧化 PAN 纤维。 PAN 纤维是优质碳纤维的化学前体。 PAN 首先在 230 °C 的空气中热氧化形成氧化 PAN 纤维，然后在惰性气氛中以 1000 °C 以上的温度碳化，制成用于各种高科技和日常应用（例如民用和军用飞机）的碳纤维 主要和次要结构、导弹、固体推进剂火箭发动机、压力容器、钓鱼竿、网球拍和自行车车架。 它是几种重要共聚物中的组分重复单元，例如苯乙烯-丙烯腈 (SAN) 和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 (ABS) 塑料。

聚丙叔醇 (PAN) 于 1930 年由 Hans Fikentscher 和 Claus Heuck 在德国化学集团 IG Farben 的路德维希港工厂首次合成。 然而，由于 PAN 不可熔，并且不溶于当时使用的任何工业溶剂，因此停止了对该材料的进一步研究。 1931 年，IG Farben Bitterfeld 工厂的聚合物纤维化学负责人 Herbert Rein 在参观路德维希港工厂时获得了 PAN 样品。 他发现离子液体吡啶鎓苄基氯会溶解 PAN。 1938年，他纺出xxx根基于PAN的纤维，生产过程中使用季铵硫氰酸钠和高氯酸铝的水溶液，并考虑了包括DMF在内的其他溶剂。 然而，由于战时对基础设施的压力、无法在不降解的情况下熔化聚合物以及尚不清楚允许溶液加工的溶剂，商业引入被推迟。美国化学集团杜邦公司于 1946 年首次大规模生产 PAN 纤维。 德国的知识产权在回形针行动中被盗。 该产品的品牌名称为 Orlon，它是基于一项几乎完全相同的德国声明后 7 天提交的专利。 在德意志民主共和国 (GDR)，由于 Wolcrylon 集体（de:Max Duch、Herbert Lehnert 等人）的初步工作，工业聚丙烯腈纤维生产于 1956 年在 VEB Film- und Chemiefaserwerk Agfa Wolfen 开始。 在此之前，Buna Werke Schkopau (聚乙累叔) 和 Leuna 工厂 (二甲基甲酰胺) 已经具备生产原材料的先决条件。 同年，集体获东德国家科学技术二等奖。

玻璃化转变温度约为 95 °C，熔化温度为 322 °C。 PAN 可溶于极性溶剂，如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯，以及硫氰酸钠、氯化锌或硝酸的水溶液。 溶解度参数：26.09 MPa1/2 (25 °C) 为 25.6 至 31.5 J1/2 cm−3/2。 介电常数：5.5（1 kHz，25 °C），4.2（1 MHz，25 °C）。可以表现为支化和线性聚合物。

大多数用于合成 PAN 的商业方法都是基于丙烯腈的自由基聚合。 在大多数情况下，根据最终应用，还会使用少量其他乙烯基共聚单体 (1–10%) 和 AN。 阴离子聚合也可用于合成PAN。 对于纺织应用，使用的分子量范围为 40,000 至 70,000。 为了生产碳纤维，需要更高的分子量。

在生产含有 600 tex (6k) PAN 丝束的碳纤维时，长丝线密度为 0.12 tex，长丝直径为 11.6 µm，生产的碳纤维长丝强度为 417 kgf/mm2，粘合剂含量为 38.6 %。 该数据显示在 PAN 前体和由其制成的碳纤维的实验批次索引表中。

聚丙烯腈的均聚物已用作热气体过滤系统、室外遮阳篷、游艇帆和纤维增强混凝土中的纤维。 含有聚丙烯腈的共聚物通常用作纤维来制造针织服装，如袜子和毛衣，以及户外产品，如帐篷和类似物品。 如果一件衣服的标签上写着亚克力，那么它就是用聚丙烯腈的某种共聚物制成的。 它于 1942 年在杜邦公司被制成纺丝纤维，并以 Orlon 的名义销售。