بولي أكريلونيتريل (PAN) رقم CAS: 25014-41-9
بولي أكريلونيتريل (PAN، CAS 25014-41-9)البولي أكريلونيتريل (PAN) مسحوق شبه بلوري أبيض إلى أبيض مصفر، صيغته الكيميائية (C₃H₃N)ₙ، يتميز بعدم ذوبانه في الماء ومعظم المذيبات العضوية باستثناء المذيبات القطبية غير البروتونية مثل ثنائي ميثيل فورماميد (DMF) وثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO). تتقارب درجة انصهاره العالية (≈317 درجة مئوية) ودرجة حرارة تحلله لدرجة أنه يتحلل قبل الانصهار في الظروف العادية. تكمن الأهمية التجارية الرئيسية للبولي أكريلونيتريل في كونه المادة الأولية لأكثر من 90% من إنتاج ألياف الكربون عالميًا، وذلك من خلال التحلل الحراري والتفحيم المتحكم بهما. في شكل ألياف (أكريليك)، يُستخدم كبديل للصوف في صناعة النسيج نظرًا لملمسه الناعم ومقاومته الممتازة لأشعة الشمس، كما يُستخدم أيضًا في أغشية الترشيح الفائق وكمكون بوليمر مشترك في بلاستيك ABS.
1. نظرة عامة
البولي أكريلونيتريل بوليمر شبه بلوري يُصنع عن طريق بلمرة الجذور الحرة لمونومرات الأكريلونيتريل. وهو مسحوق أو ألياف بيضاء إلى بيضاء مصفرة، يتميز بخصائص ميكانيكية ممتازة، وثبات حراري، ومقاومة كيميائية عالية. يُعرف البولي أكريلونيتريل بأنه المادة الأولية الرئيسية لإنتاج ألياف الكربون (حيث يُصنع أكثر من 90% من ألياف الكربون منه). كما يُستخدم على نطاق واسع في المنسوجات والأغشية والبلاستيك الهندسي.
2. الميزات الرئيسية
مادة أولية لألياف الكربون – تنتج ألياف كربونية عالية القوة وعالية المعامل بعد المعالجة الحرارية.
استقرار حراري عالٍ - مستقر حتى درجة حرارة 300 درجة مئوية تقريبًا قبل التكوير والتفحيم.
مقاومة كيميائية ممتازة – يقاوم المذيبات العضوية والزيوت والأحماض/القلويات المخففة.
قوة ميكانيكية جيدة – قوة شد عالية ومعامل مرونة في شكل ألياف.
مقاومة للأشعة فوق البنفسجية – تقاوم التلف الناتج عن التعرض لأشعة الشمس.
مقاومة اللهب – ذاتية الإطفاء نظراً لارتفاع محتواها من النيتروجين (~26%).
3. المواصفات الرئيسية مع الشرح
| المعلمة | القيمة النموذجية | توضيح |
|---|---|---|
| مظهر | مسحوق أبيض أو ألياف أساسية | يشير تغير اللون إلى التلف أو الشوائب. |
| الوزن الجزيئي (Mw) | 50,000 – 150,000 غ/مول | ينتج عن الوزن الجزيئي الأعلى ألياف أقوى ولكن يصعب غزلها. |
| اللزوجة الذاتية (IV) | 1.0 – 2.5 ديسيلتر/غرام | يقيس طول سلسلة البوليمر؛ ويؤثر على قابلية الغزل. |
| التكتيك | أتاكتيك (في الغالب) | يؤثر على التبلور والخواص الميكانيكية. |
| درجة حرارة التحول الزجاجي (Tg) | ~85 – 105 درجة مئوية | درجة الحرارة التي يصبح عندها البوليمر مطاطياً. |
| نقطة الانصهار | 317 درجة مئوية (يتحلل) | يتحلل قبل الانصهار - ليس له نقطة انصهار حقيقية. |
| كثافة | 1.18 – 1.20 غ/سم³ | يؤثر على عملية التصنيع ووزن المنتج النهائي. |
| المونومر المتبقي | ≤ 100 – 500 جزء في المليون | الأكريلونيتريل غير المتفاعل (سام) - أمر بالغ الأهمية للسلامة. |
| محتوى الرطوبة | ≤ 0.5% | انخفاض نسبة الرطوبة يمنع تكون الفقاعات أثناء المعالجة. |
| محتوى الرماد | ≤ 0.1 – 0.5% | انخفاض نسبة الرماد أمر بالغ الأهمية لجودة المواد الأولية لألياف الكربون. |
4. التطبيقات
| منطقة التطبيق | استخدامات محددة |
|---|---|
| إنتاج ألياف الكربون (أكثر من 90% من استخدام البولي أكريلونيتريل) | تُستخدم مادة البولي أكريلونيتريل (PAN) في صناعات الطيران والفضاء، والسيارات، والسلع الرياضية، وشفرات توربينات الرياح، وأوعية الضغط. ويتم تكربنها لإنتاج ألياف كربونية عالية القوة. |
| الألياف النسيجية (الألياف الأكريليكية) | السترات الصوفية، والبطانيات، والسجاد، والأقمشة الخارجية، والفرو الصناعي (يباع تحت اسم "أكريليك" أو "أورلون"). |
| الأغشية والترشيح | أغشية الترشيح الفائق والترشيح النانوي لمعالجة المياه وغسيل الكلى. |
| هندسة البلاستيك | البوليمرات المشتركة عالية الحرارة من نوع ABS (أكريلونيتريل-بوتادين-ستايرين) و SAN (ستايرين-أكريلونيتريل). |
| مواد أولية لمواد أخرى | مركبات الكربون-الكربون، ألياف الكربون المنشطة، الجرافيت. |
| المواد الرابطة والطلاءات | مادة رابطة للبطاريات (طلاءات الأنود)، والطلاءات الواقية. |
مقارنة بين مادة PAN والأكريليك والموداكريليك:
| مادة | تعبير | الاستخدام الأساسي |
|---|---|---|
| بوليمر متجانس PAN | 100% أكريلونيتريل | مادة أولية لألياف الكربون، ألياف عالية الأداء |
| ألياف الأكريليك | ≥85% أكريلونيتريل + مونومر مشترك | المنسوجات (السترات، البطانيات) – تحسين قابلية الصباغة |
| موداكريليك | 35-85% أكريلونيتريل + كلوريد الفينيليدين | أقمشة مقاومة للهب (شعر مستعار، ملابس نوم الأطفال) |
5. مقارنة الدرجات
| درجة | الوزن الجزيئي | استمارة | الاستخدام النموذجي |
|---|---|---|---|
| مادة أولية من ألياف الكربون | عالي (الوزن الجزيئي > 100,000) | خيط متحرك (خيط متصل) | ألياف الكربون المستخدمة في صناعة الطيران/السيارات |
| نوع النسيج (أكريليك) | متوسط (الوزن الجزيئي 60,000–90,000) | الألياف الأساسية | سترات، بطانيات، سجاد |
| أغشية من الدرجة | متوسط (الوزن الجزيئي 50,000–80,000) | مسحوق | أغشية ترشيح المياه |
| درجة البلاستيك الهندسي (SAN/ABS) | منخفض إلى متوسط (Mw 40,000–70,000) | حبيبات/كريات | يمتزج مع الستايرين والبيوتادين |
| درجة البحث | عامل | مسحوق | البحث والتطوير، دراسات تعديل البوليمر |
6. دليل الشراء
اختر الدرجة حسب التطبيق:
إنتاج ألياف الكربون → وزن جزيئي عالي، رماد منخفض (<0.1%)، قوة لزوجة ثابتة، شكل سحب مستمر.
ألياف النسيج → متوسطة الوزن الجزيئي، معدلة بالمونومر المشترك لسهولة الصباغة، شكل ألياف أساسية.
إنتاج الأغشية → متوسط الوزن الجزيئي، شكل مسحوق، مونومر متبقٍ منخفض.
مزج ABS/SAN → وزن جزيئي منخفض، شكل حبيبي، تدفق ذوبان ثابت.
معايير الجودة الرئيسية لمادة ألياف الكربون الأولية:
محتوى الرماد - <0.1% (الشوائب تسبب عيوبًا في ألياف الكربون النهائية).
المونومر المتبقي - <100 جزء في المليون (الأكريلونيتريل سام ويسبب فراغات).
توزيع الوزن الجزيئي – يفضل التوزيع الضيق للحصول على خصائص ألياف موحدة.
التخزين والمناولة:
يُحفظ في مكان بارد وجاف وجيد التهوية بعيداً عن مصادر الحرارة.
تجنب التعرض المطول لأشعة الشمس (تلف الأشعة فوق البنفسجية).
خطر المونومر السام - مادة الأكريلونيتريل المتبقية مادة مسرطنة؛ تأكد من التهوية الكافية.
مدة الصلاحية: من 12 إلى 24 شهرًا عند التخزين بشكل صحيح.
التحقق من السلامة:
اطلب شهادة تحليل 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 البولي أكريلونيتريل (PAN) في ألياف الكربون؟
أ: يتميز البولي أكريلونيتريل (PAN) بنسبة عالية من الكربون (حوالي 50-55% بعد التفحيم) ويُشكّل بنية جرافيتية مثالية أثناء المعالجة الحرارية. تتحد مجموعات النيتريل (-C≡N) لتُشكّل بوليمرات مُتسلسلة، تُصبح بدورها العمود الفقري لألياف الكربون عالية القوة. لا يوجد بوليمر آخر يُضاهي البولي أكريلونيتريل من حيث التكلفة وأداء ألياف الكربون.
س: هل قماش PAN هو نفسه قماش الأكريليك؟
ج: ليس تمامًا. يحتوي نسيج "الأكريليك" على 85% أو أكثر من بولي أكريلونيتريل (PAN) بالإضافة إلى مونومرات مشتركة لتحسين قابلية الصباغة والمرونة. يصعب صبغ بوليمر PAN النقي وهو أقل مرونة. معظم المنسوجات الاستهلاكية التي تحمل علامة "أكريليك" هي في الواقع بوليمرات مشتركة من PAN.
س: هل مادة PAN سامة؟
ج: البوليمر نفسه خامل وغير سام. مع ذلك، يُشتبه في أن مونومر الأكريلونيتريل المتبقي مادة مسرطنة وسمية للأعصاب. يحتوي البولي أكريلونيتريل عالي الجودة المستخدم في المنسوجات/ألياف الكربون على مونومر متبقٍ بنسبة أقل من 100-500 جزء في المليون. استخدم معدات الوقاية الشخصية عند التعامل مع المسحوق (خطر استنشاق الغبار).
س: هل يذوب البولي أكريلونيتريل؟
ج: لا. يتحلل البولي أكريلونيتريل (PAN) عند درجة حرارة 317 درجة مئوية تقريبًا قبل أن يصل إلى نقطة انصهاره. لهذا السبب لا يمكن غزل ألياف البولي أكريلونيتريل بالصهر؛ بل يجب غزلها بالمحلول باستخدام مذيبات مثل ثنائي ميثيل فورماميد (DMF) أو ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO).
8. التسليم والشهادات والخدمات
التعبئة والتغليف:
مسحوق: كيس 25 كجم (ورق متعدد الطبقات مع بطانة من البولي إيثيلين)، كيس كبير 500 كجم.
الألياف/الخيوط: صناديق من الورق المقوى أو بكرات (عادةً 5-50 كجم لكل وحدة).
الحبيبات: كيس 25 كجم أو كيس كبير 500 كجم.
مدة التسليم: المنتجات المتوفرة في المخزون: من 3 إلى 7 أيام عمل؛ المنتجات المصممة حسب الطلب: من 3 إلى 6 أسابيع.
الوثائق: شهادة التحليل (الوزن الجزيئي، الوزن الجزيئي، المونومر المتبقي، الرماد، الرطوبة)، صحيفة بيانات السلامة، صحيفة البيانات الفنية.
الشهادات: ISO 9001؛ قد تكون درجات ألياف الكربون حاصلة على شهادات جودة صناعة الطيران (AS9100).
الشحن: لا يُصنف هذا المنتج ضمن المواد الخطرة للنقل (مستويات المونومر المتبقية أقل من الحدود الخطرة). تجنب التفريغ الكهروستاتيكي عند التعامل مع المسحوق.
