بولي أكريلونيتريل (PAN) رقم CAS: 25014-41-9
بولي أكريلونيتريل (PAN، CAS 25014-41-9) هو مسحوق شبه بلوري أبيض إلى أبيض مائل للصفرة بالصيغة (C₃H₃N)ₙ، ويتميز بعدم قابليته للذوبان في الماء ومعظم المذيبات العضوية باستثناء المذيبات القطبية غير البروتونية مثل DMF وDMSO. درجة انصهاره العالية (≈317°م) ودرجة تحلله قريبتان جدًا لدرجة أنه يتحلل قبل الانصهار في الظروف العادية. تكمن الأهمية التجارية الرئيسية لـ PAN في كونه المادة الأولية لأكثر من 90% من إنتاج ألياف الكربون العالمية عبر التحلل الحراري والكربنة المتحكم بهما؛ وفي شكل الألياف (الأكريليك)، يُستخدم كبديل للصوف في المنسوجات نظرًا لنعومته ومقاومته الممتازة لأشعة الشمس، ويُستخدم أيضًا في أغشية الترشيح الفائق وكعنصر مشترك في بلاستيك ABS.
1. نظرة عامة
البولي أكريلونيتريل هو بوليمر شبه بلوري يُصنع بواسطة بلمرة جذرية حرة لمونومرات الأكريلونيتريل. وهو مسحوق أو ألياف بيضاء إلى بيضاء مائلة للصفرة، يتميز بخصائص ميكانيكية ممتازة، وثبات حراري، ومقاومة كيميائية. يُعرف PAN بشكل أساسي كونه المادة الأولية الرئيسية لإنتاج ألياف الكربون (أكثر من 90% من ألياف الكربون تُصنع من PAN). كما يُستخدم على نطاق واسع في المنسوجات والأغشية واللدائن الهندسية.
2. الميزات الرئيسية
مادة أولية لألياف الكربون – تنتج ألياف كربون عالية القوة وعالية المعامل بعد المعالجة الحرارية.
ثبات حراري عالٍ – ثابت حتى حوالي 300 درجة مئوية قبل التدوير والكربنة.
مقاومة كيميائية ممتازة – يقاوم المذيبات العضوية والزيوت والأحماض/القواعد المخففة.
قوة ميكانيكية جيدة – قوة شد عالية ومعامل عالي في شكل الألياف.
مقاومة للأشعة فوق البنفسجية – يقاوم التدهور الناتج عن التعرض لأشعة الشمس.
مقاومة اللهب – الإطفاء الذاتي بسبب المحتوى العالي من النيتروجين (~26%).
3. المواصفات الرئيسية مع الشرح
| معلمة | القيمة النموذجية | شرح |
|---|---|---|
| المظهر | مسحوق أبيض أو ألياف قصيرة | يشير تغير اللون إلى التحلل أو الشوائب. |
| الوزن الجزيئي (Mw) | 50,000 – 150,000 جم/مول | الوزن الجزيئي الأعلى ينتج أليافًا أقوى ولكن يصعب غزلها. |
| اللزوجة الجوهرية (IV) | 1.0 – 2.5 ديسيلتر/جم | يقيس طول سلسلة البوليمر؛ يؤثر على قابلية الغزل. |
| التكتيكية | غير منتظم (بشكل أساسي) | يؤثر على التبلور والخصائص الميكانيكية. |
| درجة حرارة التحول الزجاجي (Tg) | ~85 – 105°م | درجة الحرارة التي يصبح فيها البوليمر مطاطيًا. |
| نقطة الانصهار | 317°م (يتحلل) | يتحلل قبل الذوبان – لا توجد نقطة انصهار حقيقية. |
| كثافة | 1.18 – 1.20 جم/سم³ | يؤثر على المعالجة ووزن المنتج النهائي. |
| مونومر متبقي | ≤ 100 – 500 جزء في المليون | أكريلونيتريل غير المتفاعل (سام) – حاسم للسلامة. |
| محتوى الرطوبة | ≤ 0.5% | الرطوبة المنخفضة تمنع تكون الفقاعات أثناء المعالجة. |
| محتوى الرماد | ≤ 0.1 – 0.5% | الرماد المنخفض حاسم لجودة مادة السلائف لألياف الكربون. |
4. التطبيقات
| مجال التطبيق | استخدامات محددة |
|---|---|
| إنتاج ألياف الكربون (أكثر من 90% من استخدام PAN) | الفضاء الجوي، السيارات، المعدات الرياضية، شفرات توربينات الرياح، أوعية الضغط. يتم كربنة PAN لإنتاج ألياف كربون عالية القوة. |
| الألياف النسيجية (ألياف الأكريليك) | السترات، البطانيات، السجاد، الأقمشة الخارجية، الفراء الصناعي (يُباع باسم "أكريليك" أو "أورلون"). |
| الأغشية والترشيح | أغشية الترشيح الفائق والترشيح النانوي لمعالجة المياه، الغسيل الكلوي. |
| البلاستيك الهندسي | بوليمرات ABS (أكريلونيتريل-بوتادين-ستايرين) و SAN (ستايرين-أكريلونيتريل) المقاومة للحرارة العالية. |
| مواد أولية لمواد أخرى | مركبات الكربون-كربون، ألياف الكربون المنشطة، الجرافيت. |
| المواد الرابطة والطلاءات | مادة رابطة للبطاريات (طلاءات الأنود)، طلاءات واقية |
PAN مقابل الأكريليك مقابل الموداكريليك:
| مادة | تعبير | الاستخدام الأساسي |
|---|---|---|
| متماثل البوليمر PAN | 100% أكريلونيتريل | مادة أولية لألياف الكربون، ألياف عالية الأداء |
| ألياف أكريليك | ≥85% أكريلونيتريل + مونومر مشترك | منسوجات (سترات، بطانيات) – قابلية صبغ محسنة |
| موداكريليك | 35–85% أكريلونيتريل + كلوريد الفينيلدين | أقمشة مقاومة للهب (شعر مستعار، ملابس نوم للأطفال) |
5. مقارنة الدرجات
| درجة | الوزن الجزيئي | استمارة | الاستخدام النموذجي |
|---|---|---|---|
| درجة أولية لألياف الكربون | عالية (وزن جزيئي >100,000) | شعيرات مستمرة (خيوط متصلة) | ألياف كربون للفضاء/السيارات |
| درجة نسيجية (أكريليك) | متوسطة (وزن جزيئي 60,000–90,000) | ألياف قصيرة | سترات صوفية، بطانيات، سجاد |
| درجة أغشية | متوسط (وزن جزيئي 50,000–80,000) | مسحوق | أغشية ترشيح المياه |
| درجة البلاستيك الهندسي (SAN/ABS) | منخفض-متوسط (وزن جزيئي 40,000–70,000) | كريات/حبيبات | خلط مع الستايرين والبيوتادايين |
| درجة بحثية | متغير | مسحوق | البحث والتطوير، دراسات تعديل البوليمر |
6. دليل الشراء
اختر الدرجة حسب التطبيق:
إنتاج ألياف الكربون ← وزن جزيئي مرتفع، نسبة رماد منخفضة (<0.1%)، لزوجة جوهرية ثابتة، شكل حبل مستمر.
ألياف النسيج ← وزن جزيئي متوسط، معدّل بمونومر مشترك لتحسين قابلية الصباغة، شكل ألياف قصيرة.
إنتاج الأغشية ← وزن جزيئي متوسط، شكل مسحوق، نسبة مونومر متبقية منخفضة.
خلط ABS/SAN ← وزن جزيئي منخفض، شكل حبيبات، تدفق ذوبان ثابت.
معايير الجودة الرئيسية لمادة أولية لألياف الكربون:
محتوى الرماد – <0.1% (الشوائب تسبب عيوبًا في ألياف الكربون النهائية).
المونومر المتبقي – <100 جزء في المليون (الأكريلونيتريل سام ويسبب فراغات).
توزيع الوزن الجزيئي – يُفضل التوزيع الضيق للحصول على خصائص ألياف موحدة.
التخزين والمناولة:
يُخزن في مكان بارد وجاف وجيد التهوية بعيدًا عن مصادر الحرارة.
تجنب التعرض الطويل لأشعة الشمس (تدهور بالأشعة فوق البنفسجية).
خطر المونومر السام – الأكريلونيتريل المتبقي مادة مسرطنة؛ تأكد من التهوية الكافية.
مدة الصلاحية: 12–24 شهرًا عند التخزين السليم.
التحقق من السلامة:
طلب شهادة التحليل (CoA) تؤكد محتوى المونومر المتبقي ومحتوى الرماد.
تأكد من أن المورد يقدم صحيفة بيانات السلامة (SDS) مع تعليمات التعامل مع بقايا الأكريلونيتريل.
7. الأسئلة الشائعة
س: لماذا يُستخدم PAN في ألياف الكربون؟
أ: البولي أكريلونيتريل (PAN) يتميز بإنتاجية عالية من الكربون (~50-55% بعد الكربنة) ويشكل بنية جرافيتية مثالية أثناء المعالجة الحرارية. تتحد مجموعات النتريل (-C≡N) لتشكل بوليمرات سلمية، والتي تصبح العمود الفقري لألياف الكربون عالية القوة. لا يوجد بوليمر آخر يضاهي مزيج PAN من التكلفة وأداء ألياف الكربون.
س: هل PAN هو نفس قماش الأكريليك؟
أ: ليس تمامًا. يحتوي قماش "الأكريليك" على ≥85% من PAN بالإضافة إلى مونومرات مشتركة لتحسين قابلية الصبغ والمرونة. يصعب صبغ بوليمر PAN النقي وهو أقل مرونة. معظم المنسوجات الاستهلاكية المسماة "أكريليك" هي بوليمرات مشتركة من PAN.
س: هل PAN سام؟
أ: البوليمر نفسه خامل وغير سام. ومع ذلك، فإن مونومر الأكريلونيتريل المتبقي يُشتبه في كونه مادة مسرطنة وسمًا عصبيًا. يحتوي PAN عالي الجودة للمنسوجات/ألياف الكربون على مونومر متبقي أقل من 100-500 جزء في المليون. استخدم معدات الوقاية الشخصية عند التعامل مع المسحوق (خطر استنشاق الغبار).
س: هل يذوب PAN؟
ج: لا. يتحلل PAN عند درجة حرارة ~317 درجة مئوية قبل الوصول إلى نقطة الانصهار. لهذا السبب لا يمكن غزل ألياف PAN بالانصهار؛ بل يجب غزلها بالمحلول باستخدام مذيبات مثل DMF أو DMSO.
8. التسليم، الشهادة والخدمة
التعبئة والتغليف:
مسحوق: كيس 25 كجم (ورق متعدد الطبقات مع بطانة بولي إيثيلين)، كيس سائب 500 كجم.
ألياف/شعيرات: صناديق كرتونية أو بكرات (نموذجيًا 5-50 كجم لكل وحدة).
حبيبات: كيس 25 كجم أو كيس سائب 500 كجم.
مدة التسليم: العناصر المتوفرة: 3-7 أيام عمل؛ الدرجات المخصصة: 3-6 أسابيع.
الوثائق: شهادة تحليل (الوزن الجزيئي، اللزوجة الجوهرية، المونومر المتبقي، الرماد، الرطوبة)، صحيفة بيانات السلامة، صحيفة بيانات تقنية.
الشهادات: ISO 9001؛ قد تحصل درجات ألياف الكربون على شهادات جودة للفضاء (AS9100).
الشحن: غير مصنف كبضائع خطرة للنقل (مستويات المونومر المتبقي أقل من العتبات الخطرة). تجنب التفريغ الساكن عند التعامل مع المسحوق.
| الخصائص الكيميائية لبولي أكريلونيتريل |
| نقطة الانصهار | 317 درجة مئوية |
| كثافة | 1.184 جم/مل عند 25 درجة مئوية (مضاءة) |
| تيراغرام | 125 |
| معامل الانكسار | نعم.
|
| درجة حرارة التخزين | مختومة في درجة حرارة الغرفة الجافة |
| الذوبان | DMF (قليلاً) |
| استمارة | صلب |
| لون | الأبيض إلى أوف وايت |
| استقرار: | مستقر. غير متوافق مع العوامل المؤكسدة القوية. |
| إنتشي | إنشي=1إس/سي3إتش3إن/سي1-2-3-4/إتش2إتش،1إتش2 |
| InChIKey | إنإلإتشإتشآرإلدبليوأو زي زي كيو إل دبليو-يوإتشإتشإف إف واي إس إيه-إن |
| ابتسامات | سي(#إن)سي=سي |
| نظام تسجيل المواد الخاص بوكالة حماية البيئة (EPA). | بولي أكريلونيتريل (25014-41-9) |
| معلومات السلامة |
| بيانات السلامة | 24/25 |
| دبليو جي كيه ألمانيا | 3 |
| RTECS | إيه تي6977900 |
| تسكا | مدرجة في قائمة TSCA |
| رمز النظام المنسق | 39069090 |
| فئة التخزين | 11- المواد الصلبة القابلة للاحتراق |
| بيانات المواد الخطرة | 25014-41-9 (بيانات المواد الخطرة) |
| سمية | جرذ، إل سي، استنشاق، > 25 جم/م3 (25000 ملجم/م3)، جيجينا ترودا إي بروفيسيونالني زابوليفانيا. صحة العمل والأمراض المهنية. المجلد 6(6)، ص. 54، 1962. |
