SbstractA low cost and environmental friendly extrusion process of the Polyacrylonitrile (PAN) polymer was viabilized by using the 1,2,3-propanetriol (glycerol) as a plasticizer. The characterization of the fibers obtained by this process was the object of study in the present work. The PAN fibers were heat treated in the range of 200 °C to 300 °C, which is the temperature range related to the stabilization/oxidation step. This is a limiting phase during the carbon fiber processing. The characterization of the fibers was made using infrared spectroscopy, thermal analysis and microscopy. TGA revealed that the degradation of the extruded PAN co-VA fibers between 250 °C and 350 °C, corresponded to a 9% weight loss to samples analyzed under oxidizing atmosphere and 18% when the samples were analyzed under inert atmosphere. DSC showed that the exothermic reactions on the extruded PAN co-VA fibers under oxidizing synthetic air was broader and the cyclization started at a lower temperature compared under inert atmosphere. Furthermore, FT-IR analysis correlated with thermal anlysis showed that the stabilization/oxidation process of the extruded PAN fiber were coherent with other works that used PAN fibers obtained by other spinning processes.

Polyacrylonitrile fiber encompasses a broad range of products based on acrylonitrile (AN) which is readily copolymerized with a wide range of ethylenic unsaturated monomers giving rise to polymers with different characteristics and applications. Such products can be designed for cost-effective, flame and heat resistant solutions for the textile industry, aircraft and automotive markets. In the present work acrylonitrile was copolymerized with vinylidene chloride (VDC) by conventional suspension polymerization process via redox system, with an initial content of 10%/mass of the VDC monomer. The copolymer average molecular weight was obtained by Gel Permeation Chromatography (GPC) and by intrinsic viscosity analysis. To control the polymerization process continuously, qualitative and quantitative analysis of the chloride content in the PAN AN/VDC copolymer structure was accomplished by using X-ray fluorescence and potentiometric titration techniques. A good correlation was found between these two techniques, leading to a straightforward verification of VDC in the polymer structure. The thermal behavior of PAN AN/VDC copolymer was performed by Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Thermogravimetric Analysis (TGA). The results showed that VDC monomers exhibited a nearly stoichiometric reaction with acrylonitrile, copolymerizing about 90% of its initial mass. VDC changed significantly the polyacrylonitrile thermal behavior, decreasing the polymer degradation temperature by about 40-50°C.

No abstract

Resumo: O presente trabalho resume os processos de fiação convencionais usados na obtenção de fibras de poliacrilonitrila (PAN). Um breve histórico do desenvolvimento da fibra de PAN é apresentado. A empregabilidade das fibras de PAN está atribuída principalmente ao setor têxtil e aeronáutico (como principal precursora para fibras de carbono). Atualmente, o processo de fiação úmida tornou-se o único meio para produção industrial de fibras de PAN, que emprega o DMF (dimetilformamida) como principal solvente para esta técnica de fiação. Descreve-se um novo método de fiação da PAN que dispensa o emprego de solventes altamente tóxicos. Essa tecnologia inovadora permite fiação por fusão da PAN que pode empregar a glicerina (proveniente da produção do biodiesel) como seu principal plastificante. Palavras-chave: Poliacrilonitrila, fiação da solução, fiação por fusão, fibras acrílicas. Polyacrylonitrile (PAN) Spinning ProcessAbstract: This paper summarizes the conventional spinning processes used to obtain polyacrylonitrile (PAN). A brief history of the development of PAN fiber is presented. The employability of PAN fibers is attributed mainly to the textile sector and aviation (as main precursor for carbon fibers). Currently, the wet spinning process became the only means of industrial production of PAN fibers, which employs DMF (dimethylformamide) as the main solvent for this technique of spinning. We describe a new method of spinning of PAN with no need of using highly toxic solvents. This innovative technology enables spinning by melting PAN using glycerin (from biodiesel production) as the primary plasticizer. Keywords: Polyacrylonitrile, solution spinning, melt spinning, acrylic fibers. IntroduçãoAs fibras sintéticas são um produto resultante da conformação mecânica dos polímeros sintéticos. As fibras sintéticas são obtidas a partir do processo de fiação. O processo de fiação pode ser dividido em dois métodos principais: Fiação do fundido e fiação da solução, sendo este último subdividido em fiação a seco e fiação úmida [1,2] . Dependendo da sua viscosidade, polímeros sintéticos como, por exemplo, as poliamidas, os poliésteres e as poliolefinas podem ser fundidos em extrusora e conformados na forma de filamentos em uma matriz de fiação. Este processo é conhecido como fiação do fundido que é uma técnica apropriada para polímeros que não se decompõem durante o seu aquecimento. Alguns polímeros sintéticos, tais como o policloreto de vinila (PVC), poliacetato de vinila (PVA) e os polímeros acrílicos são geralmente solubilizados por um solvente apropriado, obtendo-se uma solução polimérica (colóide ou gel) que é forçada para uma fieira através de orifícios capilares (tipicamente com diâmetros que variam entre 20 µm a 400 µm). Esse método, conhecido como fiação da solução, foi desenvolvido, principalmente, como uma alternativa para produção de fibras dos polímeros que são instáveis termicamente (degradáveis sob aquecimento). Os filamentos resultantes são imediatamente precipitados em um banho coagulante (no caso da fiaç...

Resumo: Neste trabalho são apresentados resultados de análise térmica para poliacrilonitrila (PAN) plastificada com glicerina. Foram observados os efeitos da glicerina de alta pureza (glicerol) e demais aditivos à base de glicóis na fusão e degradação térmica da PAN pela técnica de DSC sob alta taxa de aquecimento (90 °C/min) e atmosfera inerte. Foi constatado que o glicerol reduziu a temperatura de fusão da PAN de 290 °C para 217 °C. Em uma etapa preliminar foi empregado o método de Kissinger para verificar o efeito da composição química da PAN sob sua degradação térmica. A energia de ativação aparente para o copolímero de PAN foi calculada em 149 kJ.mol -1 . Sugeriu-se que a presença do comonômero acetato de vinila (AV) na composição química da PAN proporcionou menor entalpia de degradação (353 J.g -1 ) em comparação com outros comonômeros constituintes de uma PAN precursora de fibras de carbono (988 J.g -1 ). Palavras-chave: Poliacrilonitrila, glicerina, análise térmica, método de Kissinger. Thermal Analysis of Extruded Polyacrylonitrile Plasticized by GlycerolAbstract: This paper presents results from thermal analysis of polyacrylonitrile (PAN) plasticized with glycerin, where effects from the high purity glycerin (glycerol) and other additives to glycol were studied. Using differential scanning calorimetry (DSC) at high heating rate (90 °C/min) and inert atmosphere, we observed a decrease in the melting temperature of PAN (from 290 °C to 217 °C) owing to the presence of glycerol. The Kissinger's method was used to investigate the kinetics of thermal degradation for acrylonitrile (AN) with vinyl acetate (AV). The apparent activation energy for the copolymer AN/AV was calculated as 149 kJ.mol -1 . The AV comonomer resulted in a lower degradation enthalpy for the copolymer AN/AV (353 J.g -1 ) compared with the comonomers comprising a precursor PAN for carbon fibers (988 J.g -1 ). Keywords: Polyacrylonitrile, glycerin, thermal analysis, Kissinger's method. IntroduçãoA poliacrilonitrila (PAN) é um copolímero sintético, sintetizado preferencialmente via polimerização radicalar a partir do monômero acrilonitrila AN (C 3 H 3 N). A inserção de comonômeros dando origem a copolímeros de PAN podem resultar materiais com novas propriedades, permitindo assim a modificação das propriedades da PAN tanto pelo tipo de comonômero como pela sua quantidade em relação ao monômero AN. Comonômeros ácidos (ácido itacônico (IA), por exemplo) aumentam a propriedade hidrofílica das fibras de PAN e reduzem a temperatura de degradação [1] . A presença de um comonômero neutro como o acetato de vinila (AV) no copolímero de PAN (Figura 1) pode aumentar a solubilidade da PAN em vários solventes orgânicos empregados em processos de fiação da solução [2,3] .Sob aquecimento gradual, antes de atingir a temperatura de fusão (entre 320 a 330 °C), ocorre a ciclização dos grupos nitrilas adjacentes na cadeia molecular e subseqüentemente a degradação do polímero PAN [4,5] . O mecanismo de degradação da PAN é complexo e há discordâncias na literatura...