Was ist Polyacrylnitril?
Polyacrylnitril ist ein Polymer aus Acrylnitril (CH2=CHCN).
Es ist auch als PAN bekannt, ein Akronym für Polyacrylnitril. Acrylfasern sind eine bekannte industrielle Anwendung von Polyacrylnitril.
Aufgrund seiner Fähigkeit, leicht mit anderen Vinylverbindungen zu copolymerisieren, ist es in einer Vielzahl von Eigenschaften weit verbreitet.
Anwenungen von Polyacrylnitril
1. Acrylfasern
Polyacrylnitril hat einen hohen Erweichungspunkt und hervorragende Eigenschaften als Faser. Fasern, die hauptsächlich aus Polyacrylnitril hergestellt werden, nennt man Acrylfasern.
Acrylfasern zeichnen sich durch hohe Hitzebeständigkeit, Glanz und Lichtabschirmung, ausgezeichnete Haltbarkeit und Wasserabweisung aus. Acrylfasern werden aufgrund ihrer ausgezeichneten Färbbarkeit und Feuchtigkeitsbindung häufig für Kleidung, Bettwäsche, Teppiche und die Innenausstattung von Autos verwendet.
Acrylfasern lassen sich auch leicht mit Naturfasern wie Wolle, Baumwolle und Zellwolle mischen, was sie für Pullover, Unterwäsche, Decken und Teppiche nützlich macht.
2. Rohstoff für Kohlenstofffasern
Polyacrylnitril ist auch ein wichtiger Rohstoff für Kohlenstofffasern und kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFRP). Kohlenstofffasern sind extrem leicht, stark, hitze- und chemikalienbeständig. Sie werden daher in der Weltraumforschung, für hochwertige Sportgeräte und für militärische Anwendungen eingesetzt.
3. Pharmazeutika und Biotechnologie
Polyacrylnitril wird auch als Material für Trennmembranen in der pharmazeutischen und biotechnologischen Industrie verwendet. Hohlfasermembranen aus Polyacrylnitril weisen eine geringe Proteinadsorption und eine hervorragende Trennleistung auf.
Die Nachfrage nach Rohstoffen aus Acryl- und Kohlenstofffasern sowie für die Wasseraufbereitung steigt, wobei das Wachstum insbesondere durch das Wachstum der Kohlenstofffaser- und Wasseraufbereitungsindustrie in China angetrieben wird. China ist der weltweit größte Produzent von Polyacrylnitril. Auch die Regierung investiert aktiv in die Entwicklung der Kohlenstofffaserindustrie.
Funktionsweise von Polyacrylnitril
Polyacrylnitril ist ein weißer oder gelber Feststoff. Aufgrund seines hohen Erweichungspunkts zersetzt es sich bei Temperaturen über 300 °C, ohne zu schmelzen.
Es ist unlöslich in Kohlenwasserstoffen, Alkoholen und Ethern, aber löslich in konzentrierten wässrigen Lösungen von Rhodansalz und Zinkchlorid, N,N-Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Succinonitril und 2-Oxazolidon. Beim Erhitzen von Polyacrylnitril unter Zugabe von Alkali wie Natriumhydroxid oder bei Temperaturen über 200 °C bildet sich der Pyridinring und das Polyacrylnitril färbt sich bräunlich.
Weitere Informationen zu Polyacrylnitril
1. Wie wird Polyacrylnitril hergestellt?
Polyacrylnitril wird durch radikalische Polymerisation von Acrylnitril, z. B. mit Benzoylperoxid, oder durch ionische Polymerisation, z. B. mit metallischem Natrium oder Natriummethoxid, hergestellt. Industriell wird es durch radikalische Polymerisation mittels Suspensionspolymerisation oder Lösungspolymerisation hergestellt.
2. Wie werden Acrylfasern hergestellt?
Acrylfasern werden hauptsächlich aus Polyacrylnitril hergestellt, aber auch mit Methylacrylat, Vinylacetat und Methylmethacrylat copolymerisiert. Acrylfasern werden durch ein als Lösungsspinnen bekanntes Verfahren hergestellt, bei dem eine in einem Lösungsmittel gelöste Lösung dieses Polymers durch eine Düse extrudiert und gesponnen wird.
3. Verfahren zur Herstellung von Kohlenstofffasern
Kohlenstofffasern auf PAN-Basis werden aus Acrylfasern (PAN-Fasern) hergestellt, die eine sehr hohe Festigkeit und einen hohen Elastizitätsmodul aufweisen und in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, von der Raumfahrtindustrie, in der Zuverlässigkeit gefragt ist, bis hin zu alltäglichen Freizeitprodukten.
Die Acrylfasern werden bei 200-300 °C an der Luft erhitzt, was als flammfestes Verfahren bekannt ist, um die Moleküle der Acrylfasern zu einer zyklischen Struktur zu formen. Bei der anschließenden Karbonisierung werden die Fasern unter Inertgas auf über 1000 °C erhitzt, um sie in eine Kristallstruktur umzuwandeln, die ausschließlich aus Kohlenstoff besteht, ohne Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff. Anschließend werden die Fasern auf mehr als 2000 °C erhitzt, um den Graphitierungsprozess abzuschließen, wodurch Kohlenstofffasern auf PAN-Basis entstehen.