La fibra de carbono es un material estructural importante. Debido a su alta resistencia, en combinación con un peso específico bajo y una alta estabilidad oxidativa, es un material indispensable para las industrias del espacio aéreo y la construcción naval, construcción, medicamento, la industria del deporte, y otros sectores de la industria de alta tecnología.

El principal método de producción de fibra de carbono consiste en el tratamiento térmico de fibras sintéticas obtenidas a partir de polímeros a base de acrilonitrilo. La calidad de la fibra de carbono acabada y sus características de resistencia dependen en gran medida de la composición y las características de peso molecular de las materias primas poliméricas (precursores) a partir de las cuales se extruye la fibra. Por lo tanto, los investigadores buscan nuevas composiciones para la copolimerización, y desarrollar métodos de polimerización eficaces que permitan el control del peso molecular de las muestras obtenidas.

Uno de los últimos logros en la química sintética moderna de polímeros es el desarrollo de métodos para la polimerización radical controlada (Polimerización radical de desactivación reversible). Las ventajas incluyen la capacidad de controlar el valor del peso molecular de los polímeros obtenidos variando la relación entre el iniciador y el monómero, así como el crecimiento simultáneo de la cadena fragmento por fragmento, lo que da como resultado una distribución de peso molecular estrecha.

Según Ivan Grishin, jefe del laboratorio de investigación de síntesis orgánica y procesos radicales de la Universidad Lobachevsky, Los investigadores de la UNN buscaron desarrollar un nuevo método para producir copolímero de acrilonitrilo a fin de obtener un precursor de fibras de carbono de alta calidad que presentan un módulo de elasticidad y resistencia elevados. Para obtener estos copolímeros de acrilonitrilo, los investigadores utilizaron la polimerización por radicales por transferencia de átomos (ATRP) por primera vez, con bromuro de cobre como catalizador. Debido a la alta eficiencia de iniciación y al crecimiento de la cadena fragmento a fragmento, este método produce copolímeros estrechamente dispersos con pesos moleculares especificados.

"Como resultado de nuestros experimentos, obtuvimos muestras con pesos moleculares de más de 70 kDa y una distribución de peso molecular estrecha, que cumple los requisitos para que los copolímeros se procesen en fibras de carbono de alta resistencia. Las ventajas importantes del método propuesto son el uso de concentraciones muy bajas del catalizador (al nivel de centésimas de porcentaje), así como la alta velocidad del proceso, que se debe al uso de glucosa como activador, "dijo Ivan Grishin.

En el curso de la investigación, Se obtuvieron copolímeros que presentan un alto grado de homogeneidad composicional, así como un valor y una composición de peso molecular predeterminados. Se investigó el efecto de los comonómeros sobre el comportamiento de las muestras en el proceso de su estabilización oxidativa. Se demuestra que al utilizar la composición propuesta basada en tres monómeros (acrilonitrilo, acrilato de metilo e itaconato de dimetilo) es posible lograr una reducción significativa del efecto exotérmico en el proceso de estabilización oxidativa precursora, lo que tiene un efecto favorable sobre las propiedades mecánicas de la fibra de carbono resultante.

El método de composición y copolimerización propuesto por los científicos de la UNN se puede utilizar para producir copolímeros de acrilonitrilo que sirvan como precursores de fibras de carbono de alta resistencia.