Poliakrilonitril (PAN) No. CAS: 25014-41-9
Poliakrilonitril (PAN, CAS 25014-41-9)ialah serbuk separa hablur putih hingga putih pudar dengan formula (C₃H₃N)ₙ, terkenal kerana tidak larut dalam air dan kebanyakan pelarut organik kecuali pelarut aprotik berkutub tinggi seperti DMF dan DMSO. Takat leburnya yang tinggi (≈317°C) dan suhu penguraiannya begitu rapat sehingga ia merosot sebelum melebur dalam keadaan biasa. Kepentingan komersial utama PAN adalah sebagai prekursor bagi lebih 90% pengeluaran gentian karbon global melalui pirolisis dan pengkarbonan terkawal; dalam bentuk gentian (akrilik), ia berfungsi sebagai pengganti bulu dalam tekstil kerana rasa lembut dan ketahanan cahaya matahari yang sangat baik, dan ia juga digunakan dalam membran ultrafiltrasi serta sebagai komponen kopolimer dalam plastik ABS.
1. Gambaran Umum
Poliakrilonitril ialah polimer separa hablur yang dihasilkan melalui pempolimeran radikal bebas monomer akrilonitril. Ia merupakan serbuk atau gentian berwarna putih hingga putih pudar dengan sifat mekanikal yang sangat baik, kestabilan terma, dan ketahanan kimia. PAN terkenal sebagai prekursor utama untuk penghasilan gentian karbon (>90% gentian karbon diperbuat daripada PAN). Ia juga digunakan secara meluas dalam tekstil, membran, dan plastik kejuruteraan.
2. Ciri Utama
Prekursor Gentian Karbon – Menghasilkan gentian karbon berkekuatan tinggi dan bermodulus tinggi selepas rawatan haba.
Kestabilan Terma Tinggi – Stabil sehingga ~300°C sebelum pengsiklanan dan pengkarbonan.
Ketahanan Kimia Cemerlang – Tahan terhadap pelarut organik, minyak, dan asid/alkali cair.
Kekuatan Mekanikal Baik – Kekuatan tegangan dan modulus tinggi dalam bentuk gentian.
Ketahanan UV – Tahan terhadap degradasi akibat pendedahan cahaya matahari.
Kalis Api – Memadam sendiri kerana kandungan nitrogen yang tinggi (~26%).
3. Spesifikasi Utama dengan Penjelasan
| Parameter | Nilai Biasa | Penjelasan |
|---|---|---|
| Penampilan | Serbuk putih atau gentian ruji | Perubahan warna menunjukkan degradasi atau kekotoran. |
| Berat Molekul (Mw) | 50,000 – 150,000 g/mol | Mw yang lebih tinggi menghasilkan gentian yang lebih kuat tetapi sukar dipintal. |
| Kelikatan Intrinsik (IV) | 1.0 – 2.5 dL/g | Mengukur panjang rantai polimer; mempengaruhi kebolehpintalan. |
| Taktisiti | Ataktik (terutamanya) | Mempengaruhi kehabluran dan sifat mekanikal. |
| Suhu Peralihan Kaca (Tg) | ~85 – 105°C | Suhu di mana polimer menjadi kenyal. |
| Takat lebur | 317°C (terurai) | Terurai sebelum lebur – tiada takat lebur sebenar. |
| Ketumpatan | 1.18 – 1.20 g/cm³ | Mempengaruhi pemprosesan dan berat produk akhir. |
| Monomer Baki | ≤ 100 – 500 ppm | Akrilontiril yang tidak bertindak balas (toksik) – kritikal untuk keselamatan. |
| Kandungan Lembapan | ≤ 0.5% | Kelembapan rendah menghalang pembentukan buih semasa pemprosesan. |
| Kandungan Abu | ≤ 0.1 – 0.5% | Abu rendah kritikal untuk kualiti prekursor gentian karbon. |
4. Aplikasi
| Kawasan Aplikasi | Kegunaan Khusus |
|---|---|
| Pengeluaran Serat Karbon (>90% penggunaan PAN) | Aeroangkasa, automotif, barangan sukan, bilah turbin angin, bekas tekanan. PAN dikarbonkan untuk menghasilkan serat karbon berkekuatan tinggi. |
| Serat Tekstil (Serat Akrilik) | Baju sejuk, selimut, permaidani, fabrik luar, bulu palsu (dijual sebagai "akrilik" atau "Orlon"). |
| Membran & Penapisan | Membran ultrafiltrasi dan nanofiltrasi untuk rawatan air, dialisis. |
| Plastik Kejuruteraan | Kopolimer ABS (akrilonitril-butadiena-stirena) dan SAN (stirena-akrilonitril) tahan haba tinggi. |
| Prekursor untuk Bahan Lain | Komposit karbon-karbon, serat karbon teraktif, grafit. |
| Pengikat & Salutan | Pengikat untuk bateri (salutan anod), salutan pelindung. |
PAN vs Akrilik vs Modakrilik:
| bahan | Komposisi | Kegunaan Utama |
|---|---|---|
| Homopolimer PAN | 100% akrilonitril | Prekursor gentian karbon, gentian berprestasi tinggi |
| Gentian Akrilik | ≥85% akrilonitril + komonomer | Tekstil (sweater, selimut) – kebolehcelupan yang dipertingkatkan |
| Modakrilik | 35–85% akrilonitril + vinilidena klorida | Kain tahan api (rambut palsu, pakaian tidur kanak-kanak) |
5. Perbandingan Gred
| Gred | Berat Molekul | Bentuk | Kegunaan Lazim |
|---|---|---|---|
| Gred Prekursor Serat Karbon | Tinggi (Mw >100,000) | Tow (filamen berterusan) | Serat karbon aeroangkasa/automotif |
| Gred Tekstil (Akrilik) | Sederhana (Mw 60,000–90,000) | Serat stapel | Baju sejuk, selimut, permaidani |
| Gred Membran | Sederhana (Mw 50,000–80,000) | serbuk | Membran penapisan air |
| Gred Plastik Kejuruteraan (SAN/ABS) | Rendah-Sederhana (Mw 40,000–70,000) | Pelet/butiran | Campuran dengan stirena dan butadiena |
| Gred Penyelidikan | Berubah-ubah | serbuk | R&D, kajian pengubahsuaian polimer |
6. Panduan Pembelian
Pilih Gred Mengikut Aplikasi:
Pengeluaran gentian karbon → Mw tinggi, abu rendah (<0.1%), IV konsisten, bentuk tow berterusan.
Gentian tekstil → Mw sederhana, diubah suai dengan komonomer untuk kebolehcelupan, bentuk gentian stapel.
Pengeluaran membran → Mw sederhana, bentuk serbuk, monomer baki rendah.
Campuran ABS/SAN → Mw rendah, bentuk pelet, aliran lebur konsisten.
Parameter Kualiti Utama untuk Prekursor Gentian Karbon:
Kandungan abu – <0.1% (kekotoran menyebabkan kecacatan pada gentian karbon akhir).
Monomer baki – <100 ppm (akrilonitril adalah toksik dan menyebabkan lompang).
Taburan berat molekul – Taburan sempit lebih diutamakan untuk sifat gentian yang seragam.
Penyimpanan & Pengendalian:
Simpan di tempat yang sejuk, kering, dan berventilasi baik, jauh dari sumber haba.
Elakkan pendedahan berpanjangan kepada cahaya matahari (degradasi UV).
Bahaya monomer toksik – sisa akrilonitril adalah karsinogen; pastikan pengudaraan yang mencukupi.
Jangka hayat: 12–24 bulan jika disimpan dengan betul.
Pengesahan Keselamatan:
Minta CoA yang mengesahkan kandungan monomer baki dan kandungan abu.
Pastikan pembekal menyediakan SDS dengan arahan pengendalian untuk sisa akrilonitril.
7. Soalan Lazim
S: Mengapa PAN digunakan untuk gentian karbon?
A: PAN mempunyai hasil karbon yang tinggi (~50–55% selepas pengkarbonan) dan membentuk struktur grafit yang sempurna semasa rawatan haba. Kumpulan nitril (-C≡N) bersiklik dan membentuk polimer tangga, yang menjadi tulang belakang untuk gentian karbon berkekuatan tinggi. Tiada polimer lain yang dapat menandingi gabungan kos dan prestasi gentian karbon PAN.
S: Adakah PAN sama dengan kain akrilik?
A: Tidak tepat. Kain "akrilik" mengandungi ≥85% PAN bersama dengan komonomer untuk kebolehcelupan dan kelenturan. Homopolimer PAN tulen sukar dicelup dan kurang lentur. Kebanyakan tekstil pengguna yang dilabel "akrilik" adalah kopolimer PAN.
S: Adakah PAN toksik?
A: Polimer itu sendiri lengai dan tidak toksik. Walau bagaimanapun, monomer akrilonitril sisa disyaki sebagai karsinogen dan neurotoksin. PAN berkualiti tinggi untuk tekstil/gentian karbon mempunyai monomer sisa <100–500 ppm. Gunakan PPE semasa mengendalikan serbuk (risiko penyedutan habuk).
S: Adakah PAN cair?
A: Tidak. PAN terurai pada ~317°C sebelum mencapai takat lebur. Inilah sebabnya mengapa gentian PAN tidak boleh dileburkan; ia mesti dipintal dalam larutan menggunakan pelarut seperti DMF atau DMSO.
8. Penghantaran, Pensijilan & Perkhidmatan
Pembungkusan:
Serbuk: Beg 25 kg (kertas berbilang lapis dengan lapisan PE), beg pukal 500 kg.
Gentian/Tow: Kotak kadbod atau gelendong (biasanya 5–50 kg seunit).
Pelet: Beg 25 kg atau beg pukal 500 kg.
Masa Penghantaran: Stok biasa: 3–7 hari perniagaan; gred khas: 3–6 minggu.
Dokumentasi: CoA (Mw, IV, monomer sisa, abu, lembapan), MSDS, TDS.
Pensijilan: ISO 9001; gred gentian karbon mungkin mempunyai pensijilan kualiti aeroangkasa (AS9100).
Penghantaran: Tidak diklasifikasikan sebagai barang berbahaya untuk pengangkutan (tahap monomer sisa di bawah ambang berbahaya). Elakkan nyahcas statik semasa mengendalikan serbuk.
| Sifat Kimia Poliakrilonitril |
| Takat lebur | 317 °C |
| ketumpatan | 1.184 g/mL pada 25 °C (lit.) |
| Tg | 125 |
| indeks biasan | n
|
| suhu penyimpanan. | Dimeterai dalam kering, Suhu Bilik |
| keterlarutan | DMF (Sedikit) |
| bentuk | Padat |
| warna | Putih kepada Putih-Putih |
| Kestabilan: | Stabil. Tidak serasi dengan agen pengoksidaan yang kuat. |
| InChI | InChI=1S/C3H3N/c1-2-3-4/h2H,1H2 |
| InChIKey | NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N |
| TERSENYUM | C(#N)C=C |
| Sistem Pendaftaran Bahan EPA | Poliakrilonitril (25014-41-9) |
| Maklumat Keselamatan |
| Kenyataan Keselamatan | 24/25 |
| WGK Jerman | 3 |
| RTECS | AT6977900 |
| TSCA | TSCA disenaraikan |
| Kod HS | 39069090 |
| Kelas Penyimpanan | 11 - Pepejal Mudah Terbakar |
| Data Bahan Berbahaya | 25014-41-9(Data Bahan Berbahaya) |
| Ketoksikan | tikus,LC,penyedutan,> 25gm/m3 (25000mg/m3),Gigiena Truda i Professional'nye Zabolevaniya. Kebersihan Buruh dan Penyakit Pekerjaan. Jil. 6(6), Hlm. 54, 1962. |
