Полиамид, нейлон.

Полиамид, нейлон. Альтернативные названия: нейлон 6,6, полигексаметиленадипамид

Полиамиды являются одним из наиболее важных и широко используемых классов полимеров. Это высокомолекулярные соединения, имеющие амидные группы в основной цепи полимера, образующие прочные межцепочечные водородные связи, обусловливающие высокую прочность и термическую стабильность полиамидов. Этот класс полимеров можно синтезировать различными методами, включая ступенчатую поликонденсацию, полимеризацию с раскрытием цикла и реакции полиприсоединения с использованием большого количества мономеров. Это позволяет синтезировать полиамиды с заданными свойствами и разнообразной структурой, которые легко перерабатываются в пленки, волокна и формованные изделия.

Получение полиамидов.

Наиболее широко распространенным полиамидом является поли(гексаметиленадипамид) , который получают поликонденсацией гексаметилендиамина с адипиновой кислотой. Этот полимер известен как нейлон 6,6 впервые был синтезирован в 1930-х годах исследовательской группой, возглавляемой американским химиком Уоллесом Х. Карозерсом , сотрудником EI du Pont de Nemours & Company .

С 1938 года началось коммерческое производство нейлона 6,6. Первым коммерческим продуктом стала зубная щетка. В следующем году были произведены нейлоновые чулки, а в 1941 году началось коммерческое производство нейлоновых формовочных порошков.

Существует большое число способов получения полиамидов. Один из них основан на использовании диамина и дикарбоновой кислоты. Часто перед полимеризацией два этих реагента превращают в «нейлоновую соль». Эти соли содержат по существу эквивалентные количества диамина и дикарбоновой кислоты. Использование нейлоновой соли выгодно, так как она обеспечивает эквивалентность аминного и кислотного реагентов. Он также устраняет примеси, присутствующие в исходном дамине и двухосновной кислоте, которые трудно удалить другими способами.

Вместо диамина и дикарбоновой кислоты (или ее соли) при получении полиамидов можно также использовать диамин и хлорид двухосновной кислоты (реакция Шоттена-Баумана). Реакцию можно проводить в присутствии растворителя или разбавителя (который не является растворителем для полимера) или в расплавленном состоянии. Для ускорения реакции используют различные катализаторы, такие как трифенилфосфин , пиридин или галогениды.

Двумя наиболее известными ароматическими амидами, синтезированными этими методами, являются поли(п-фенилентерефталамид) , называемый кевлар , и поли(м-фениленизофталамид) , известный как номекс,которые были обнаружены С.Л. Кволеком и П.В. Морганом (DuPont) в 1958 г., а затем коммерциализированы в 1961 и 1971 гг.

Третий метод получения полиамидов - это полимеризация лактамов с раскрытием кольца. Полимеризация может быть инициирована большим количеством анионных инициаторов, включая карбанионы, алкоголяты, силаноаты, карбоксилаты, тиолаты, алкоксиды и третичные амины.

Сегодня название «нейлон» относится к группе пластиков, известных как «полиамиды». Нейлоны характеризуются амидными группами (CONH) и охватывают широкий ряд материалов (например, нейлон 6,6; нейлон 6,12; нейлон 4,6; нейлон 6; нейлон 12 и т. д.), обеспечивая чрезвычайно широкий диапазон свойств. Первое число в марке нейлона относится к числу атомов углерода в диамине, второе число - к количеству в кислоте (например, нейлон 6,12 или нейлон 6,6). Например два ингредиента, которые используются для синтеза наиболее распространенного нейлона, адипиновой кислоты и гексаметилендиамина, содержат по шесть атомов углерода каждый , и поэтому продукт получил название нейлон-6,6. Когда капролактам является исходным материалом, получается нейлон-6, названный так потому, что он имеет шесть атомов углерода в основной единице. Нейлон-6 был впервые открыт Паулем Шлаком в 1939 году , когда он работал в IG Farbenindustrie, крупнейшей в то время химической компании в мире. Год спустя Уильям Хэнфорд открыл альтернативный метод синтеза того же полимера, работая на компанию Дюпон.

Свойства и применение полиамидов, нейлонов.

Большинство нейлонов имеют тенденцию быть полукристаллическими и, как правило, очень прочными материалами с хорошей термической и химической стойкостью.

Нейлон можно вытягивать, отливать или экструдировать через фильеры из расплава или раствора с образованием волокон, нитей, щетинок или листов, из которых изготавливают пряжу , ткань и канаты; и из него можно формовать формованные изделия. Обладает высокой устойчивостью к износу, теплу и химическим веществам.

Нейлон имеет тенденцию поглощать влагу из окружающей среды. Это поглощение продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие, и может оказать негативное влияние на стабильность. Как правило, ударопрочность и гибкость нейлона имеют тенденцию к увеличению с увеличением содержания влаги, в то время как прочность и жесткость ниже температуры стеклования (< 50-80⁰C) снижаются. Степень содержания влаги зависит от температуры, кристалличности и толщины изделия.

Нейлоны, как правило, обладают хорошей устойчивостью к большинству химических веществ, однако могут подвергаться воздействию сильных кислот, спиртов и щелочей.

Нейлоны можно использовать в условиях высоких температур. Термостабилизированные изделия (армированные) на основе нейлонов обеспечивают стабильную работу при температурах до 185 ⁰C.

Существует много типов нейлона . Материал доступен в виде гомополимера, сополимера или армированного нейлона. Нейлоны также можно смешивать с другими конструкционными пластиками для улучшения определенных характеристик. Нейлон доступен для переработки посредством литья под давлением, ротационного формования, литья или экструзии в пленку или волокно.

Физические свойства нейлона : прочность на растяжение 90–185 Н/мм²; ударная вязкость с надрезом 5,0–13 кДж/м²;максимальная температура непрерывного использования 150–185 ⁰C, плотность 1,13–1,35/1,41 г/см³(нижняя цифра типична для неармированного нейлона, а более высокая цифра типична для 30%-го наполнения стекловолокном).

Нейлоновые волокна используются в текстиле, рыболовной леске и коврах. Нейлоновые пленки используются для упаковки пищевых продуктов, поскольку они обладают прочностью и низкой газопроницаемостью, а в сочетании с термостойкостью используются для упаковки пищевых продуктов, которые можно варить в пакетах.

Формовочные и экструзионные компаунды на основе нейлонов находят множество применений в качестве замены металлических деталей, например, в компонентах автомобильных двигателей. Впускные коллекторы из нейлона прочны, устойчивы к коррозии, легче и дешевле, чем алюминиевые. Электрическая изоляция, коррозионная стойкость и ударная вязкость делают нейлон хорошим выбором для электрических изоляторов, корпусов переключателей, обмотка кабелей, корпуса электроинструментов.