Precursor de fibra de carbono de poliacrilonitrilo (PAN)

El polipropileno (PAN), también conocido como éster de etileno de policianato o Kronospan 61, es un polímero orgánico semicristalino sintético con la fórmula molecular (C₃H₃N)n. Aunque es un termoplástico, no se funde en condiciones normales, sino que sufre un proceso de descomposición antes de fundirse. Si la velocidad de calentamiento alcanza 50 °C o más por minuto, se fundirá a temperaturas superiores a 300 °C. Casi todas las resinas de PAN son copolímeros compuestos por una mezcla de monómeros con acrilonitrilo como monómero principal. Es un polímero versátil que se utiliza para producir diversos productos, como membranas de ultrafiltración, fibras huecas para ósmosis inversa, fibras textiles y fibras de PAN oxidadas. Las fibras de PAN son un precursor químico de las fibras de carbono de alta calidad. En primer lugar, la oxidación térmica en aire a 230 °C forma fibras de poliacrilonitrilo (PAN) oxidadas, que posteriormente se carbonizan en una atmósfera inerte a temperaturas superiores a 1000 °C para producir fibras de carbono. La fibra de carbono se utiliza ampliamente en diversas aplicaciones cotidianas y de alta tecnología, como estructuras primarias y secundarias de aeronaves civiles y militares, misiles, motores de cohetes de propulsante sólido, recipientes a presión, cañas de pescar, raquetas de tenis y cuadros de bicicletas. El PAN también es una unidad repetitiva en muchos copolímeros importantes, como los plásticos de estireno-acrilonitrilo (SAN) y acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS).

Según las materias primas, la fibra de carbono se clasifica en fibra de carbono a base de poliacrilonitrilo, fibra de carbono a base de brea, fibra de carbono a base de rayón y fibra de carbono cultivada en vapor. Fibra de carbono a base de poliacrilonitrilo: La fibra de carbono a base de poliacrilonitrilo se produce mediante múltiples procesos, como el hilado, la preoxidación y la carbonización del poliacrilonitrilo. Presenta alta resistencia, alta rigidez, ligereza, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, excelentes propiedades eléctricas y una alta resistencia a la compresión y a la flexión, y ha mantenido durante mucho tiempo una posición dominante en el campo de los materiales compuestos reforzados.

Fibra de carbono a base de brea: La fibra de carbono a base de brea se fabrica a partir de brea de petróleo o brea de alquitrán de hulla mediante procesos como el refinado de brea, el hilado, la preoxidación, la carbonización o la grafitización. Su coste de producción como materia prima es inferior al de la fibra de carbono a base de poliacrilonitrilo. Fibra de carbono a base de rayón: La fibra de carbono a base de rayón se obtiene mediante la deshidratación, pirólisis y carbonización de fibra de viscosa a base de celulosa.

La cadena molecular del PAN se basa en unidades de acrilonitrilo (-CH₂-CH(CN)-) y forma una estructura lineal mediante polimerización por radicales libres. La introducción de comonómeros (como el acrilato de metilo y el metacrilato de metilo) puede mejorar el rendimiento de la hilatura y la capacidad de teñido. Tras la carbonización, la cadena molecular se deshidrogena y se reorganiza en una estructura similar al grafito con un contenido de carbono superior al 93 %.

Protección del medio ambiente y costes: La producción de PAN depende del acrilonitrilo (que representa el 45 % del coste), y es necesario desarrollar acrilonitrilo de origen biológico para reducir las emisiones de carbono. El tratamiento de aguas residuales (como la recuperación de DMF) es el objetivo principal de la optimización de procesos.

Fabricación ecológica: La tecnología de carbonización a baja temperatura (<1000 °C) reduce el consumo de energía. La tecnología de reciclaje de fibra de carbono reciclada (método de despolimerización química) se está comercializando gradualmente.