PAN - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

El poliacrilonitrilo también se le conoce como PAN, por su abreviación. El Poliacrilonitrilo es un polímero vinílico, y un derivado de la familia de los acrilatos poliméricos. El poliacrilonitrilo se prepara mediante la polimerización de monómero de acrilonitrilo utilizando radicales libres o iniciadores aniónicos. Se pueden usar métodos a granel, emulsión, suspensión, solución o suspensión para la polimerización. PAN absorbe muchos iones metálicos y ayuda a la aplicación de materiales de absorción. Es miembro de la importante familia de resinas acrílicas y es un material termoplástico, rígido y duro que, resistente a la mayoría de los disolventes y productos químicos, quema lentamente y tiene una baja permeabilidad a los gases poliacrilonitrilo (PAN)s. El poliacrilonitrilo exhibe propiedades de barrera excepcionales para el oxígeno y el dióxido de carbono.

Aunque es termoplástico, no se derrite en condiciones normales. Se funde por encima de 300°C si las velocidades de calentamiento son de 50 grados por minuto o más. El poliacrilonitrilo se descompondrá antes de alcanzar su punto de fusión, haciendo que los materiales sean difíciles de formar. La temperatura de descomposición es cercana a los 300 ° C. El poliacrilonitrilo se descompondrá antes de alcanzar su punto de fusión, haciendo que los materiales sean difíciles de formar. La temperatura de descomposición es cercana a los 300°C. Las dificultades para teñir los homopolímeros de acrilonitrilo obligaron a abandonar su empleo como materia prima para la fabricación de fibras. Estas dificultades se han relacionado con las altas temperaturas de transición vítrea, del orden de 105°C, por debajo de la cual la estructura de la fibra no presenta la suficiente apertura y movilidad para permitir la difusión de los colorantes. La copolimeración del acrilonitrilo con monómeros adecuados rebaja la temperatura de transición vítrea. La composición cualitativa y cuantitativa del copolímero se elige dé modo que pase a valores de 90 - 95°C en aire y de 55 - 60°C en medio acuoso, para que se pueda teñir con colorantes dispersos y básicos a temperaturas próximas a la de ebullición del agua en un equipo convencional.

La estructura de los polímeros de acrilonitrilo ha sido objeto de muchos estudios y decisiones, sobre todo en lo referente al tipo y grado de orden de los polímeros y fibras resultantes. La gran insolubilidad de Poliacrilonitrilo y su resistencia al hinchameiento en disolventes orgánicos fueron atribuidos a la existencia de puentes de hidrogeno y al alto grado de cristalinidad del homopolímero. Actualmente, se considera que el Poliacrilonitrilo es un polímero altamente ordenado con apreciables fuerzas electrostáticas entre los dipolos de los grupos nitrilo vecinos de la misma molécula. También se estima que esta interacción intramolecular de naturaleza repulsiva y que dificulta la rotación de los enlaces, lo que supone un aumento de la rigidez de la molécula polimérica. Por esta razón, la fusión o la disolución no ocasionan variaciones importantes en la entropía, lo que explica el alto punto de fusión del Poliacrilonitrilo y su insolubilidad en los disolventes corrientes. Por otra parte, los polímeros como las fibras presentan un tipo de ordenación cristalina que se extiende lateralmente de una cadena molecular a otra, pero con poco o ningún orden a lo largo del eje de la cadena.

El poliacrilonitrilo es un material polar, que le da al polímero buena resistencia a los solventes, alta rigidez y baja permeabilidad a los gases. Aunque el polímero se degrada antes de fundirse, las técnicas especiales permitieron medir un punto de fusión de 317°C. El polímero puro es difícil de disolver, pero los copolímeros se pueden disolver en disolventes como metil etil cetona, dioxano, acetona, dimetil formamida y tetrahidrofurano. Se han encontrado disolventes adecuados, tales como dimetilformamida y tetrametilenosulfona, para el poliacrilonitrilo, lo que permite que el polímero se convierta en fibras mediante técnicas de hilatura en seco y en húmedo.

La mayoría de los métodos comerciales para la síntesis de PAN se basan en la polimerización de radicales libres de acrilonitrilo. La mayor parte de los polímeros del acrilonitrilo se obtienen por procesos continuos tanto en suspensión acuosa como en solución. En la polimerización en suspensión los monómeros se dispersan mediante agitación en una solución acuosa del catalizador. La suspensión que contiene el monómero y el catalizador se mantiene a la temperatura de polimerización (700°C) para formar el polímero, el cual es insoluble en el medio acuoso en el que se desarrolla la reacción. Se separa el polímero por filtración y se somete a un lavado para eliminar las impurezas. Los polímeros del acrilonitrilo obtenidos por polimerización radical son generalmente atácticos y parece ser que los intentos para aumentar la estereoregularidad no ha conducido ha resultados satisfactorios. Por otra parte, se ha indicado que el carácter atáctico de estos polímeros puede favorecer o permite el fijado de las fibras acrílicas en un estado metalstable.

La Polimerización del acrilonitrilo solo o con otros monómeros comprende las tres etapas de iniciación, propagación y terminación. El acrilonitrilo es un líquido sintético, incoloro, de olor penetrante parecido al de la cebolla o al ajo. Puede disolverse en agua y se evapora rápidamente. La etapa de iniciación consiste en la activación de algunas moléculas de monómero por los radicales primarios separados del iniciador. La propagación de la reacción en cadena se realiza por reacción de las moléculas activadas con sucesivas moléculas de monómero, formándose macrorradicales. A lo largo de esta etapa la actividad radical pasa sucesivamente a la unidad estructural que se acaba de incorporar a la cadena. Como es obvio, para obtener moléculas poliméricas son necesarias muchas propagaciones por cada molécula de monómero activada en la etapa de iniciación. El proceso de crecimiento de los macrorradicales se detiene o termina por reacción entre ellos o con alguna sustancia presente en el sistema (terminación por acoplamiento mutuo, desproporción o transferencia de cadena)

El acrilonitrilo es producido en cantidades comerciales casi exclusivamente por un método desarrollado en fase vapor en el que se produce la oxidación del propileno y amoníaco con catalizadores. El proceso comercial utiliza un reactor de lecho fluido en el cual el propileno el amoníaco y el aire se ponen en contacto con un catalizador sólido a una temperatura de 400 a 510 °C y una presión entre 0.5 y 2 atmósferas. Es un proceso de una sola pasada y por cada 1.1 Kg. de propileno se obtiene 1 Kg. de acrilonitrilo. El efluente caliente que sale del reactor es dirigido a una torre de absorción en contracorriente donde se separa una solución de acrilonitrilo de gases N2 (nitrógeno), CO (monóxido de carbono), CO2 (dióxido de carbono) e Hidrocarburos que no reaccionaron. Los gases se hacen pasar por un incinerador para quemar el CO y los hidrocarburos.

La solución que contiene acrilonitrilo es pasado a una columna de recuperación donde se obtiene una corriente de acrilonitrilo crudo que contiene también HCN (ácido cianhídrico). Del fondo de la columna se obtiene un efluente que en una segunda columna de recuperación se obtiene acetonitrilo y agua. En una última columna se separa el acrilonitrilo de impurezas. Como residuos del proceso se obtiene HCN el cual es usado principalmente en la manufactura de metil metacrilato y acetonitrilo el cual puede ser tratado para obtener un producto industrial utilizado como solvente.

El Poliacrilonitrilo (PAN) es un polímero utilizado en la fabricación de fibras sintéticas, se utiliza, por ejemplo, para hacer suéteres y para fabricar telas para carpas. El Poliacrilonitrilo se utiliza frecuentemente para hacer otro compuesto del tipo polimérico, la fibra de carbono en hornos de alta temperatura en ausencia de oxígeno. Pero los copolímeros que contienen principalmente Poliacrilonitrilo, se utilizan como fibras para hacer tejidos, como medias y suéteres, o también productos para ser expuestos a la intemperie, como carpas y otros.  Generalmente son copolímeros de acrilonitrilo y acrilato de metilo, o acrilonitrilo y metacrilato de metilo. Es un polímero versátil que se utiliza para producir gran variedad de productos incluyendo membranas de ultra filtración, fibras huecas para la ósmosis inversa , fibras para textiles, fibras de PAN oxidadas. Fibras de PAN son el precursor químico de alta calidad de fibra de carbono . PAN se primera oxida térmicamente en aire a 230 grados Celsius para formar una fibra PAN oxidada y luego carboniza por encima de 1000 grados Celsius en atmósfera inerte para hacer fibras de carbono que se encuentran en una variedad de tanto de alta tecnología y comunes aplicaciones diarias tales como aviones civiles y militares estructuras primarias y secundarias, misiles, motores de cohete de combustible sólido, recipientes a presión, cañas de pescar, raquetas de tenis , raquetas de bádminton y de alta tecnología bicicletas. Es un componente unidad de repetición en varios importantes copolímeros , tales como estireno-acrilonitrilo (SAN) y acrilonitrilo butadieno estireno de plástico (ABS).