Modificación después de la polimerización para sintetizar copolimeros poliacrilonitrílicos atácticos e isotácticos y...

Área de la Ciencia:

• Química de los polímeros
• Ciencias de los materiales
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• El poliacrilonitrilo (PAN) es el precursor primario de más del 90% de las fibras de carbono (CF).
• La síntesis convencional de PAN carece de control estereoquímico, lo que resulta en una amplia dispersión y afecta las propiedades de la FC.
• La estereoquímica del precursor PAN es crucial para la grafitización y las propiedades finales de los CF.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un nuevo método para la síntesis de PAN isotáctico (iPAN) con estereoquímica controlada.
• Investigar el efecto de la estereoquímica de los precursores de iPAN en las propiedades de las fibras de carbono derivadas.
• Mejorar la resistencia a la tracción y el módulo de las fibras de carbono a base de PAN.

Principales métodos:

• Proceso de dos pasos que incluye la polimerización estereocontrolada catalizada por ácido de Lewis de tert-butilacrilamida para formar PTBAM isotáctico (iPTBAM).
• Modificación posterior a la polimerización para convertir el iPTBAM en poliacrilonitrilo isotáctico (iPAN-TB).
• El proceso de fijación en húmedo de iPAN-TB y PAN de control en fibras precursoras, seguido de un tratamiento a alta temperatura (250 °C y 1500 °C).

Principales resultados:

• IPTBAM sintetizado con baja dispersión (< 1,25) y alta isotacticidad (aprox. 77% de las triadas de mm).
• Se logró hasta un 78% de conversión de grupos de acrilamida a nitriles en iPAN-TB.
• Las fibras de carbono derivadas de iPAN-TB mostraron un aumento de casi seis veces en la resistencia a la tracción y un aumento de cuatro veces en el módulo en comparación con las fibras PAN de control después del calentamiento, sin comprometer la extensibilidad.

Conclusiones:

• La síntesis estereocontrolada de iPAN proporciona una vía para las fibras de carbono avanzadas.
• Las propiedades mecánicas mejoradas de los CF basados en iPAN se atribuyen a la mejora de la estereoquímica de los precursores.
• Este enfoque ofrece un avance significativo en la tecnología de fibra de carbono basada en PAN.