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폴리아크릴로나이트릴
폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile, Polyacrylnitril, PAN)은 아크릴로나이트릴의 중합체이다. 약어 PAN. 공업적으로는 수중의 라디칼 중합에 의해 형성된다. 아크릴 섬유의 주요 성분이며 염색성·용해성·침투성의 개선을 위해 아크릴산에스테르, 아세트산비닐, 아크릴아미드 등을 공중합한 것이 사용된다. 탄소 섬유의 원료로도 사용된다.
개요[편집]
폴리아크릴로나이트릴은 아크릴로니트릴(ACN)이라는 단량체로부터 중합된 고분자 폴리머이다. 폴리아크릴로나이트릴은 다양한 산업 분야에서 널리 사용되는 중요한 고분자 소재이다
아크릴로나이트릴을 라디칼 중합시켜 얻는 바이닐중합체인데, 주로 아크릴계 합성섬유로 사용된다. 일부는 고온에서 찌면 검은색의 내열성 반도체가 되기도 한다.
주용도는 아크릴계 합성섬유이며 이것들은 5% 정도의 제2성분이 혼성중합되어 있다. 폴리아크릴로나이트릴은 연화점(軟化點)이 300℃ 이상이며, 그대로 플라스틱으로 사용되는 경우는 없으나 고온에서 찌면 검은색의 내열성 반도체가 된다. 폴리아크릴로나이트릴 합성섬유로부터 만든 실 모양의 것은 1데니어당 2g 이상의 강도를 나타낸다. 또 전기전도성을 띠게 되며 상온에서 10⁻⁴ Ω⁻¹cm⁻¹정도 이상의 값을 얻을 수 있다.
제법[편집]
아크릴로니트릴은 적당한 개시제가 존재하면 비닐 화합물 중에서는 가장 빨리 중합한다. 괴상 중합에서는 중합체가 단위체에 녹지 않아 전형적인 불균일계 중합이 되어 중합열의 확산이 나빠져 온도가 상승해서 종종 폭발을 일으키는 일이 있다. 공업적으로는 수용액 중합 또는 유화 중합이 이루어진다. 아크릴로니트릴은 얼마간 수용성이고 또한 중합체가 소수성이기 대문에 참된 의미에서의 유화 중합이 아니고, 수용액 중합과 유화 중합이 혼합된 형식으로 이루어진다.
성질[편집]
백색 내지는 황색의 부드러운 불투명한 덩어리 또는 분말. 연화점은 높아서 250~350℃에서 가열하면 착색되고 350℃ 이상에서 분해된다. 유리 전이 온도 90~100℃. 일반 유기 용제에는 용해되지 않는다. 디메틸포름아미드, 디메틸술폭시드, 디메틸술폰, 테트라메틸렌술폭시드(테트라히드로티오펜-S-옥사이드), 테트라메틸렌술폰(테트라히드로티오펜-S-디옥사이드) 등에 용해된다. 또 티오시안산염, 브롬화리튬 등 어떤 염류의 진한 용액에도 용해된다. 폴리아크릴로니트릴의 강도, 불용해성 혹은 높은 연화점은 니트릴 곁사슬의 높은 극성과 수소 결합에 의한다.
주요 용도[편집]
- 섬유: 폴리아크릴로나이트릴 섬유는 강도와 내구성이 높으며, 탁월한 열 안정성을 가지고 있다. 이러한 특성으로 인해 의류, 직물, 카펫, 필터 등의 섬유제품에 널리 사용된다.
- 탄소 섬유: 폴리아크릴로나이트릴은 탄소화 공정을 거쳐 탄소 섬유로 전환된다. 탄소 섬유는 경량화, 고강도, 높은 모듈러스 등의 우수한 물리적 특성을 가지고 있어 항공우주 산업, 자동차 산업, 스포츠 용품 등에 널리 사용된다.
- 필터링 및 분리 기술: 폴리아크릴로나이트릴은 뛰어난 화학적 안정성과 필터링 특성을 가지고 있어 가스 및 액체의 필터링, 분리 및 정화에 사용된다. 이는 음용질 정화, 의료용 필터, 수처리, 환경 보호 등 다양한 분야에서 활용된다.
- 전기 및 전자 제품: 폴리아크릴로니트릴은 우수한 전기 절연성을 가지고 있어 전기 및 전자 제품의 부품 및 절연체로 사용된다. 케이블, 절연 재료, 전자부품 캡슐 등에 활용된다.
- 산업 부품: 폴리아크릴로나이트릴은 내화학성과 내구성이 우수하여 산업 부품으로 사용된다. 파이프, 밸브, 팬, 탱크 등의 제조에 활용되며, 내열성과 내식성이 요구되는 환경에서 효과적이다.
- 의료용품: 폴리아크릴로나이트릴은 피부에 자극이 적으며, 생체 안전성이 높아 의료용품에도 사용된다. 의료 기기, 외과용 재료, 인공 장기 등의 제조에 활용되며, 생체 재료 연구에도 사용된다.
특성[편집]
- 강도와 탄성: 폴리아크릴로나이트릴은 높은 강도와 우수한 탄성을 갖고 있다. 이는 제품의 내구성과 기계적 특성을 향상해 준다.
- 열 안정성: 폴리아크릴로나이트릴은 높은 열 안정성을 가지고 있다. 이는 고온에서도 안정한 성능을 유지할 수 있으며, 열가공 공정에 적합하다.
- 내화학성: 폴리아크릴로나이트릴은 다양한 화학 물질에 대한 내성이 뛰어나며, 우수한 화학적 안정성을 가지고 있다. 이는 제품의 내부식성과 화학적 저항성을 향상해 준다.
- 절연성: 폴리아크릴로나이트릴은 우수한 전기 절연 능력을 가지고 있다. 따라서 전기 및 전자 제품, 케이블, 절연 재료 등의 응용 분야에서 널리 사용된다.
- 가공성: 폴리아크릴로나이트릴은 가공이 용이하고 다양한 형태로 가공할 수 있다. 주사형 성형, 압출성형, 발포성형 등 다양한 가공 공정에 적용할 수 있다.
- 섬유 강도: 폴리아크릴로나이트릴 섬유는 높은 강도와 내구성을 가지고 있다. 이는 섬유 제품에서 탁월한 기계적 성능을 제공한다.
- 흡수성: 폴리아크릴로니트릴은 물을 비롯한 다양한 용매에 대한 흡수성이 낮다. 이는 제품의 수분 흡수를 최소화하여 안정성을 유지할 수 있도록 한다.
- 염색성: 폴리아크릴로니트릴은 염색이 용이하며, 색상의 안정성이 뛰어나다.
가공 방법[편집]
- 섬유 가공: 폴리아크릴로나이트릴 섬유는 주로 스핀들링(Spinning) 공정을 통해 생산된다. 폴리아크릴로나이트릴 고분자를 용액 상태로 만들어 스핀들링 장비로부터 고속으로 추출하여 섬유 형태로 만든다. 이러한 섬유는 의류, 직물, 카펫 등 다양한 응용 분야에서 사용된다.
- 혈압 스탬핑 (Hot Pressing): 폴리아크릴로나이트릴은 혈압 스탬핑을 통해 다양한 형태로 가공될 수 있다. 폴리아크릴로나이트릴 시트나 판을 열과 압력을 가하여 원하는 형태로 압축 및 가공합니다. 이 방법은 패널, 부품, 절연 재료 등의 제조에 사용된다.
- 주사형 성형 (Injection Molding): 폴리아크릴로나이트릴은 주사형 성형 공정을 통해 복잡한 형상의 부품을 생산할 수 있다. 폴리아크릴로나이트릴을 열소프트닝 하여 주사기로 주입한 후 금형 내에서 고압으로 주사하여 원하는 형태로 성형된다. 이 방법은 자동차 부품, 가전제품, 산업 부품 등의 생산에 사용된다.
- 압출성형 (Extrusion Molding): 폴리아크릴로나이트릴은 압출성형을 통해 시트, 관, 파이프 등 다양한 형태로 가공될 수 있다. 열 소프트닝된 폴리아크릴로나이트릴을 압출기로 푸시하여 원하는 단면형상을 가진 길쭉한 형태로 만들어낸 후 가공한다. 이 방법은 건축자재, 산업 부품, 가전제품 등에서 널리 사용된다.
- 발포성형 (Foam Molding): 폴리아크릴로나이트릴은 발포성형을 통해 경량화된 폼 제품으로 가공될 수 있다. 발포제를 혼합하여 PAN을 제조하여 가공한다.
참고자료[편집]
- 〈폴리아크릴로나이트릴〉, 《두산백과》
- 〈폴리아크릴로니트릴(폴리아크릴로나이트릴)〉, 《화학대사전》
- 료송, 〈18. 고분자 소개 - 폴리아크릴로니트릴 (Polyacrylonitrile, PAN)〉, 《티스토리》, 2023-05-28
같이 보기[편집]
