PROPRIEDADES DA POLIACRILONITRILA

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A PAN é um polímero com a fórmula (C₃H₃N)_n que apresenta propriedades únicas.

Poliacrilonitrila (PAN) Homopolimérica

Quase toda a PAN produzida para aplicações comerciais são copolímeros obtidos a partir da mistura de acrilonitrila com outros monômeros, principalmente de ésteres vinílicos (acetato de vinila, acrilato de metila e metacrilato de metila) em aplicações têxteis. Em aplicações em fibra de carbono são usados principalmente, acrilamida, vinilpirrolidona e ácido itacônico. Em fibras modacrílicas anti-chamas se utilizam o cloreto de vinila e o cloreto de vinilideno. O estireno é usado na resina termoplástica SAN e no ABS

Entre as características a serem destacadas na PAN:

É o polímero mais resistente entre todos à degradação pela luz solar, principalmente pelos raios ultravioletas.
Possui capacidade de formar fibras orientadas.
É bastante inerte e resistente a maioria dos solventes orgânicos e ácidos, sendo somente atacada por líquidos altamente polares e soluções concentradas de bases.
Suas fibras são resistentes à quebra, produzem alto volume, são macias, confortáveis e isolantes térmicos, conferindo propriedades similares à lã natural.
Na forma de fibras, ao ser aquecida, não funde e mantém sua estrutura morfológica, propriedade que é aproveitada para a produção de fibra de carbono, fibras isolantes, fibras anti-chama e mantas para filtração de gases quentes.

Fórmula Química
Nome IUPAC	Poliacrilonitrila
CAS Number	25014-41-9
Estrutura
Composição centesimal	C 67,91%, H 5,7%, N 26,4%
Aparência	Sólido branco
Densidade	1,184 g/cm³
Ponto de Fusão	Acima de 300ºC
Ponto de Ebulição	Degrada
Temperatura de Transição Vítrea	Aprox. 95ºC
Solubilidade em água	Insolúvel
Solventes	Polares como Dimetilformamida, Dimetilacetamida, Carbonato de Etileno, Carbonato de Propileno, Tiocianato de Sódio, Cloreto de Zinco, Ácido Nitrico

Propriedades Térmicas da PAN

A PAN não se funde em condições normais e se degrada antes da sua fusão. Somente por calorimetria DSC pode-se observar o pico de sua fusão, acima de 300ºC, se a taxa de aquecimento for de 30ºC por minuto ou mais. Aquecida acima de 180ºC se transforma em uma estrutura rígida com liberação de energia, fenômeno conhecido como ciclização. Quanto maior for a temperatura mais rápida é a liberação de energia, podendo levar o polímero a combustão.
Se o aquecimento for lento e com retirada do calor liberado, as fibras de PAN podem manter a estrutura fibrilar e quando aquecidas acima de 1000ºC, são transformadas em fibras de carbono com teor maior que 90% deste elemento. Esta propriedade faz da PAN o melhor polímero para ser utilizado na produção de fibra de carbono.

Reação de ciclização da PAN

Observação da fusão da PAN Homopolímero por DSC

Sua coloração é branca, mas dependendo da temperatura poderá adquirir coloração amarelada que tende ao negro, devido a ciclização e formação de ligações conjugadas na cadeia do polímero.

Aquecimento de fibras de PAN-co-PS em condições isotérmicas a 190ºC no ar

Durante o aquecimento a estrutura da PAN sofre diversas modificações , desde sua oxidação se aquecida no ar e também sofrendo perda de massa devido a liberação de diferentes tipos de gases. Alguns autores descrevem a decomposição térmica da PAN com os seguintes estágios:

Estágio	Gases Liberados	Faixa de Temperatura (ºC)
I	Pequena liberação de H₂O	Até 250ºC
II	Liberação de H₂O, NH₃, e pouco de HCN e CO₂	300ºC a 450ºC
III	Ocorre aumento na liberação de CO₂ e HCN, junto com H₂O e NH₃e hidrocarbonetos	450ºC a 600ºC
IV	H₂ começa a ser liberado devido ao craqueamentos de hidrocarbonetos junto com HCN e CO. Diminuição da liberação de NH₃, H₂O e CO₂ que são convertidos a C, H₂, N₂, HCN e CO	600ºC a 900ºC

Modelo de degradação térmica da PAN proposto no artigo
Processing and Application of Ceramics 4 [2] (2010) 59–62

Espectro de Infravermelho da PAN

O espectro de infravermelho da PAN mostra facilmente a identidade do polímero. O pico característicos das PAN e das fibras acrílicas está localizado em 2244 cm^-1 sendo atribuído a forte banda do grupo CN. A ausência de banda em 1730 cm^-1 indica se tratar de homopolímero, já que nenhum comonômero foi empregado.
Quando é observada uma forte banda em 1730 cm^-1 referente ao grupo CO, é associada a presença de comonômero com grupo éster, como do acetato de vinila, acrilato de metilae também da carbonila do ácido itacônico. Na região de 1200 cm^-1, a presença de acrilato de metila é indicada por um pico em 1170 cm^-1 associado a outros pequenos picos em 1204, 1229 e 1250 cm^-1. Um pico em 1240 cm^-1 indica a presença de acetato de vinila como comonômero. Metacrilato de metila é identificado pelas bandas em 1220 e 1130 cm^-1. A acrilamida na PAN pode ser indicada devido à banda de forte absorção em 1684 cm^-1 e a vinilpirrolidona com uma banda forte em 1670 cm^-1. O teor de comonômero na PAN do tipo éster vinílico pode ser determinado pela razão das intensidades da banda de 2244 cm^-1 (CN) com a banda da carboxila em 1730 cm^-1 (CO), comparado com padrões previamente analisados por métodos químicos.

Espectro de Infravermelho - PAN Homopolímero

Comparação Espectral de diversos polímeros de poliacrilonitrila

Pan Homopolímero
PAN-co-Polimetacrilato de Metila (PAN/MMA)
PAN-co-Poliacrilato de Metila (PAN/MA)
PAN-co-Acetato de Polivinila (PAN/VA)