Полиамиды
Полиамиды (англ.: polyamide) — это как синтетические, так и природные полимеры, содержащие повторяющуюся амидную группу -CONH2 или -CO-NH- в основной молекулярной цепи. Амидная связь в макромолекулах этих полимеров повторяется от двух до десяти раз. Полиамиды имеют линейное строение с высокой степенью кристалличности и малой полидисперсностью.
Основные характеристики:
- Молекулярный вес: 8000-25000.
- Плотность: 1,01-1,235 г/см³.
- Жесткость: Все полиамиды являются жесткими материалами.
- Прочность и термостойкость: Обусловлены кристаллизацией.
- Химическая стойкость: Высокая стойкость к истиранию, хорошие антифрикционные и удовлетворительные электрические свойства.
- Поверхность: Гладкая, устойчивая к выцветанию и изменению формы.
- Температура плавления: 185-264 °С, зависит от природы исходных компонентов.
- Растворимость: Не растворяются в обычных растворителях, но растворяются в сильнополярных растворителях (концентрированная серная кислота, муравьиная кислота, фенол и др.).
- Устойчивость: К действию спиртов, щелочей, масел, бензина.
Недостатки:
- Высокое водопоглощение: Полиамиды — гидрофильные полимеры, их водопоглощение достигает до 8%, что влияет на прочность и ударную вязкость.
Физико-механические свойства полиамидов зависят от количества водородных связей на единицу длины макромолекулы. Увеличение линейной плотности водородных связей улучшает теплостойкость и прочностные характеристики, но увеличивает водопоглощение и ухудшает диэлектрические характеристики.
История:
- 1862 год: В США синтезирован первый полиамид — поли-ц-бензамид.
- 1892 год: Синтезирован поли-е-капрамид.
- Конец 1930-х годов: Начато производство синтетических изделий из полиамида (нейлоновые и капроновые ткани).
Виды полиамидов:
- Алифатические полиамиды
- Ароматические полиамиды
Алифатические полиамиды
Алифатические полиамиды — это гибкоцепные кристаллизующиеся (Скр=40-70%) термопласты с плотностью 1010-1140 кг/м³. Температура плавления (кристаллизации) составляет 210-260°С. Расплав обладает низкой вязкостью в узком температурном интервале.
Основные виды алифатических полиамидов:
-
ПА 6: Полимер капролактама, содержащий 6 углеродных атомов. Структурная формула: NH (СН2)5 CO-. Это наиболее распространенный вид полиамидов, обладающий сбалансированными свойствами. Отличается хорошей стойкостью к истиранию и ударной прочностью даже при низких температурах. Используется для производства нитей, полимерных композитов, пленок и деталей методом литья под давлением.
-
ПА 7: Полиэнантоамид.
-
ПА 11: Полиундеканамид, полимер 11-аминоундекановой кислоты. Структурная формула: NH2 (СН2)10 COOH.
-
ПА 12: Полидолсканамид. Полукристаллический полиамид с высокой прочностью и хорошей химической стойкостью. Структурная формула: NH (СН2)11 CO-. Используется в автомобильной и авиационной промышленности для изготовления конструкционных, электроизоляционных и антифрикционных материалов. Также применяется для производства трубок и уплотнителей. Плотность — 1,01 г/см³, температура плавления — 178-180°C, относительное удлинение при разрыве — 200%, низкая степень водопоглощения — 0,25%.
Полиамиды, получаемые поликонденсацией диаминов с дикарбоновыми кислотами:
-
ПА 66: Полигексаметиленадипамид, получаемый из гексаметилендиамина и адипиновой кислоты. Структурная формула: NH (СН2)6 NH CO (СН2)4 CO-. Впервые синтезирован в 1935 году, производство начато в 1938 году. Основное применение — производство искусственных волокон.
-
ПА 610: Полигексаметиленбацинамид, получаемый из гексаметилендиамина и себациновой кислоты. Структурная формула: NH (СН2)6 NH CO (СН2)8 CO-.
-
ПА 612: Полимер, получаемый аналогично ПА 66 и ПА 610.
Ароматические полиамиды
Ароматические полиамиды получают поликонденсацией ароматических диаминов и дихлорангидридов ароматических дикарбоновых кислот. Эти полиамиды обладают высокими физико-механическими свойствами и повышенной теплостойкостью, например, полифениленизофталамид (фенилон).
Основные виды ароматических полиамидов:
- Полифталамиды (синтезированные из изофталевой и терефталевой кислот): PA 6T, PA 6I/6T, PA 6T/6I, PA 66/6T, PA 6T/66, PA 9T HTN.
- Полиамид MXD6 (PA MXD6).
- Полиамид 6-3T (PA 63T, PA NDT/INDT).
Промышленное производство полиамидов осуществляется двумя способами:
- Полимеризация капролактама (для поли-е-капрамидов): Преобразование циклической связи N-C в линейный полимер.
- Поликонденсация гексаметилендиамина и адипиновой кислоты (для поли-ц-бензамидов): Формирование цепей полиамида.
Этапы непрерывного технологического процесса полимеризации капролактама:
- Подготовительный этап: Получение соли АГ из адипиновой кислоты и гексаметилендиамина. Адипиновую кислоту растворяют в метаноле, а капролактам расплавляют в плавителе.
- Полимеризация: Подготовленный раствор вводят в колонну полимеризации (Г-образную, вертикальную или U-образную). Туда же поступает расплавленный капролактам. Происходит реакция нейтрализации и кипение раствора. Пары поступают в теплообменники.
- Формирование полимера: Полимер из колонны в расплавленном виде выдавливается в фильеру и охлаждается в ваннах с проточной водой или на поливочных барабанах.
- Измельчение: Охлажденные жгуты и ленты полимера поступают к измельчающему станку.
- Промывка и фильтрация: Полиамидная крошка промывается горячей водой и фильтруется от примесей.
- Сушка: Высушивание полиамидной крошки в вакуумных сушилках.
Этапы непрерывного технологического процесса поликонденсации:
- Получение солей АГ: Аналогично полимеризации, но после выделения соли кристаллизуются и подаются в реактор в виде порошка.
- Поликонденсация: Происходит в реакторе-автоклаве в среде чистого азота при t=220°С и P=1,76 МПа. Продолжительность процесса — 1-2 часа. Затем давление снижают до атмосферного на один час и вновь проводят реакцию при P=1,76 МПа. Полный цикл занимает 8 часов.
- Фильтрация и измельчение: Расплавленный полиамид фильтруется, охлаждается и измельчается на гранулы, которые затем просушиваются горячим воздухом в пневматических сушилках.
