Poliacrilonitrilo

Introducción
El poliacrilonitrilo (PAN), también conocido como Creslan 61, es una resina polimérica sintética, semicristalina, con la fórmula lineal (C3H3N)n. Aunque es termoplástico, no se funde en condiciones normales. Se degrada antes de la fusión. Casi todas las resinas de poliacrilonitrilo son copolímeros fabricados a partir de mezclas de monómeros con acrilonitrilo como componente principal. Es un polímero versátil utilizado para producir gran variedad de productos incluyendo membranas de ultra filtración, fibras huecas para ósmosis inversa, fibras para textiles. Las fibras del PAN son el precursor químico de la fibra de carbono de alta calidad. Es una unidad de repetición de componentes en varios copolímeros importantes, tales como estireno-acrilonitrilo (SAN) y  acrilonitrilo butadieno estireno (ABS). 

Historia

En 1843 Ferdinand Redtenbacher trató el óxido de acrinoleína con un óxido de plata acuoso y ácido acrílico isolatado. Posteriormente, Friedrich Beilstein produjo ácido acrílico mediante la destilación de ácidos hidroacrílicos en 1862. La investigación continuó con los esfuerzos de Edward Frankland, Duppon, Schneider, Richard Erlenmeyer, Engelhorn, Carpary y Tollens y quien compensó los esfuerzos fue el químico francés Charles Maureu quien descubrió el acrilonitrilo en 1893. Él demostró que era un nitrilo del ácido acrílico.

Durante la Primera Guerra Mundial, el acrilonitrilo fue puesto a trabajar en la manufactura del caucho sintético. Con la restauración del comercio después de la Guerra, el abastecimiento del caucho natural se incremento y lo hizo un sintético menos ventajoso, algunas compañías comenzaron a investigar otras aplicaciones del acrilonitrilo. La fibra sintética industrial fue una de las primeras opciones investigadas. Los desarrollos en las fibras de acrilonitrilo fueron obstaculizados hasta que los solventes apropiados fueron descubiertos, lo que permitió a las fibras ser formadas por hilado en seco o mojado.

En 1942, DuPont introdujo las fibras de poliacrilonitrilo bajo el nombre de Orlon, iniciando su producción a principios de 1950. El primer uso del copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), fue en la fabricación de equipaje ocurrido en 1948, patentándolo en el mismo año.

Características del poliacrilonitrilo

El poliacrilonitrilo (PAN) por si solo no presenta muchas aplicaciones, pero si se utiliza para hacer otro polímero, la fibra de carbono, y también interviene en la fabricación de otros copolímeros.

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. Si la etiqueta de cierta prenda de vestir dice "acrílico", entonces es porque la prenda está hecha con algún copolímero de poliacrilonitrilo. Generalmente son copolímeros de acrilonitrilo y metil acrilato, o acrilonitrilo y metil metacrilato:

A veces también se hacen los copolímeros a partir de acrilonitrilo y cloruro de vinilo. Estos copolímeros son retardantes de llama y las fibras hechas de ellos se llaman fibras modacrílicas.

Pero la gran cantidad de copolímeros de acrilonitrilo no termina aquí. El poli(estireno-co-acrilonitrilo) (SAN) y el poli(acrilonitrilo-co-butadieno-co--estireno) (ABS), se utilizan como plásticos.

El SAN es un simple copolímero al azar de estireno y acrilonitrilo. Pero el ABS es más complicado. Está hecho por medio de la polimerización de estireno y acrilonitrilo en presencia de polibutadieno. El polibutadieno tiene enlaces dobles carbono-carbono en su estructura, los que pueden también polimerizar. Así que terminamos con una cadena de polibutadieno, conteniendo cadenas de SAN injertados en él, tal como se ve abajo.

El ABS es muy fuerte y liviano. Es lo suficientemente fuerte como para ser utilizado en la fabricación de piezas para automóviles. El ABS hace más livianos a los autos, así que utilizan menos combustible y por lo tanto contaminan menos.

El ABS es un plástico más fuerte que el poliestireno dado a los grupos nitrilo en sus unidades de acrilonitrilo. Los grupos nitrilo son muy polares, así que se atraen mutuamente. Esto permite que las cargas opuestas de los grupos nitrilo puedan estabilizarse, como se observa en la figura anterior. Esta fuerte atracción sostiene firmemente las cadenas de ABS, haciendo el material más fuerte. También el polibutadieno, con su apariencia de caucho, hace al ABS más resistente que el poliestireno.

El poliacrilonitrilo es un polímero vinílico, y un derivado de la familia de los acrilatos poliméricos. Se hace a partir del monómero acrilonitrilo, por medio de una polimerización vinílica por radicales libres.

OBTENCION DEL ACRILONITRILO

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.

  catalizador

6C₃H₆   +   6NH₃   +   9O₂    →   6C₃H₃N    +   18H₂O

propileno     amoníaco     oxígeno         acrilonitrilo           agua

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.

Fuentes:
https://en.wikipedia.org
http://www.pslc.ws
https://www.textoscientificos.com