A fibra de carbono é um importante material estrutural. Devido à sua alta resistência, em combinação com baixo peso específico e alta estabilidade oxidativa, é um material indispensável para as indústrias do espaço aéreo e de construção naval, construção, Medicina, a indústria do esporte, e outros setores da indústria de alta tecnologia.

O principal método de produção de fibra de carbono envolve o tratamento térmico de fibras sintéticas obtidas a partir de polímeros à base de acrilonitrila. A qualidade da fibra de carbono acabada e suas características de resistência dependem em grande parte das características de composição e peso molecular das matérias-primas do polímero (precursores) das quais a fibra é extrudada. Portanto, pesquisadores buscam novas composições para copolimerização, e desenvolver métodos de polimerização eficazes que possibilitem o controle do peso molecular das amostras obtidas.

Uma das últimas conquistas da química sintética moderna de polímeros é o desenvolvimento de métodos para polimerização radicalar controlada (polimerização radical de desativação reversível). As vantagens incluem a capacidade de controlar o valor do peso molecular dos polímeros obtidos variando a razão entre o iniciador e o monômero, bem como o crescimento simultâneo da cadeia fragmento por fragmento, o que resulta em uma distribuição estreita do peso molecular.

De acordo com Ivan Grishin, chefe do laboratório de pesquisa para síntese orgânica e processos radicais na Universidade Lobachevsky, os pesquisadores da UNN buscaram desenvolver um novo método para a produção de copolímero de acrilonitrila para obter um precursor de fibras de carbono de alta qualidade que apresentam alta resistência e módulo de elasticidade. Para obter esses copolímeros de acrilonitrila, os pesquisadores usaram a polimerização por transferência de átomo (ATRP) pela primeira vez, com brometo de cobre como catalisador. Devido à alta eficiência de iniciação e ao crescimento da cadeia fragmento por fragmento, este método produz copolímeros estreitamente dispersos com pesos moleculares especificados.

"Como resultado de nossos experimentos, obtivemos amostras com pesos moleculares de mais de 70 kDa e uma distribuição estreita de peso molecular, que atende aos requisitos para copolímeros a serem processados ​​em fibras de carbono de alta resistência. As vantagens importantes do método proposto são o uso de concentrações muito baixas do catalisador (ao nível de centésimos de um por cento), bem como a alta taxa do processo, que é devido ao uso de glicose como um ativador, "disse Ivan Grishin.

No decorrer da pesquisa, copolímeros foram obtidos que apresentam um alto grau de homogeneidade composicional, bem como um valor de peso molecular predeterminado e composição. O efeito dos comonômeros no comportamento das amostras no processo de sua estabilização oxidativa foi investigado. É mostrado que usando a composição proposta com base em três monômeros (acrilonitrila, acrilato de metila e itaconato de dimetila) é possível obter uma redução significativa do efeito exotérmico no processo de estabilização oxidativa do precursor, que tem um efeito favorável nas propriedades mecânicas da fibra de carbono resultante.

O método de composição e copolimerização proposto por cientistas da UNN pode ser usado para produzir copolímeros de acrilonitrila para servir como precursores de fibras de carbono de alta resistência.