166606 (Физико-химические закономерности получения полиамидов (полиамид-6, полиамид-6,6, полиамид-10))
Описание файла
Документ из архива "Физико-химические закономерности получения полиамидов (полиамид-6, полиамид-6,6, полиамид-10)", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "химия" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "курсовые/домашние работы", в предмете "химия" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "166606"
Текст из документа "166606"
40
Физико-химические закономерности получения полиамидов (полиамид-6, полиамид-6,6, полиамид-10)
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Общая характеристика алифатических полиамидов
1.1 Технические характеристики некоторых полиамидов
2. Получение полиамидов
2.1 Получение алифатических полиамидов
2.1.1 Поликонденсация дикарбоновых кислот и диаминов – полиамидирование
2.1.2 Поликонденсация диаминов, динитрилов и воды в присутствии катализаторов
2.1.3 Гидролитическая или каталитическая полимеризация аминокислот лактамов
3. Физико-химические закономерности получения полиамидов
4. Влияние геометрических размеров стекловолокна на прочность полиамидов
5. Изменение структуры и свойств наполненного полиамида ПА-6
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Полиамиды представляют огромный по числу представителей и очень важный по своему научному и практическому значению класс высокомолекулярных соединений.
Почти полтора века, которые прошли со дня получения Харбордтом в 1862 г, первого синтетического полиамида, представляют историю непрерывного научного развития этой области, результаты которого находят все более широкое применение на практике.
Выдающееся значение, которое приобрели полиамиды в современной промышленности, видно из того, что производство их в мире исчисляется сотнями тысяч тонн и непрерывно увеличивается.
Среди синтетических высокополимеров по масштабу производства полиамиды занимают одно из первых мест.
Ассортимент материалов, изготавливаемых из различных видов полиамидов, весьма велик. В него входят как синтетические волокна, широко используемые для производства текстильных изделий бытового и технического назначения, так и разнообразное литье и пленки.
На примере полиамидов впервые было установлено, что линейные полимеры определенного молекулярного веса способны образовывать волокна, Первые синтетические волокна практического значения были получены из полиамидов. Полиамидные волокна отличаются чрезвычайно высокой прочностью и занимают первое место по масштабу производства среди всех других синтетических волокон.
В настоящее время химия и физика полиамидов составляют большой раздел во всей науке о высокомолекулярных соединениях. Если на первом этапе развития химии высокомолекулярных соединений их особенности изучались в основном на целлюлозе, то в настоящее время эти исследования проводятся с широким использованием полиамидов.
Основные закономерности поликонденсации, а также полимеризации циклических соединений установлены главным образом при получении полиамидов. Ориентация и кристаллизация полимеров широко изучены на примере многих полиамидов.
Полиамиды широко представлены в природе. Это – разнообразные белки и многочисленные другие биологически важные вещества, входящие в состав организмов животных и растений.
Первый синтетический полиамид был получен в 1862 г, Харбордтом, который, подвергая м-аминобензойную кислоту действию хлористого водорода при 200°, выделил порошок серого цвета, не растворимый в щелочах и кислотах за исключением концентрированной серной кислоты, В последней этот продукт хорошо растворялся и высаживался при добавлении воды, Таким образом был получен поли-м-бензамид – первый представитель синтетических полиамидов.
В 1881 г, Михлер и Циммерман при насыщении фосгеном раствора м-фенилендиамина в хлороформе получили полифениленмочевину. В настоящее время указанная реакция широко применяется в межфазной поликонденсации, Курциус и Гебель в 1888 г, впервые выделили полиамиды при поликонденсации эфиров -аминокислот.
В 1889 г, синтезировали полиамиды, известные под названием карбамидных или мочевино-формальдегидных смол, путем поликонденсации мочевины с формальдегидом. Эти продукты вскоре приобрели большое практическое значение и уже в 20-х годах нашего века было начато промышленное производство карбамидных смол. Таким образом, карбамидные смолы – первые представители полиамидов, производство которых и до настоящего времени играет большую роль в промышленности пластических масс.
Поли--капроамид (поликапролактам) впервые был получен в 1899 г, Габриэлем и Маасом при поликонденсации -аминокапроновой кислоты. При этом было сделано очень важное наблюдение, что нагревание -аминокапроновой кислоты приводит к образованию наряду с полимером также и низкомолекулярного циклического продукта – -капролактама.
Поли--капроамид впоследствии сыграл большую роль в развитии промышленности синтетических волокон: его широко применяют в качестве исходного материала для производства волокна. Это произошло после того, как Шлак в 1938 г открыл, что -капролактам при нагревании с водой способен полимеризоваться, образуя при этом высокомолекулярный полимер. На основе этого полиамида было создано синтетическое волокно, получившее название перлон или капрон.
В 1906 г, Лёйхс синтезировал соединения нового класса – N-карбангидриды -аминокислот, из которых стало возможным получать синтетические полипептиды с большим молекулярным весом.
В 1935 г, Карозерс синтезировал полигексаметиленадипинамид путем поликонденсации гексаметилендиамина с адипиновой кислотой, Из этого полиамида было получено первое синтетическое волокно.
Особенно бурное развитие исследований по синтезу и применению полиамидов началось после работы Карозерса по синтезу полиамидов из различных диаминов и дикарбоновых кислот. Карозерс показал, что из синтезированных им полиамидов путем вытяжки из расплавленной смолы могут быть получены прочные волокна. В 1938 г в США приступили к производству синтетического волокна из полигексаметиленадипинамида, которое приобрело мировую известность под названием нейлон. В настоящее время нейлон-66 занимает ведущее место среди всех синтетических волокон и масштаб производства этого волокна исчисляется сотнями тысяч тонн.
В конце 1939 г. в Германии приступили к производству перлонового волокна. Затем производство полиамидных волокон было начато в других странах.
Полиамиды представляют собой высокомолекулярные соединения линейной структуры с молекулярным весом до 30 тысяч. Макромолекулы состоят из гибких метиленовых цепочек и регулярно расположенных вдоль цепи полярных амидных групп.
Наличие амидных групп, способных образовывать водородные связи, определяет физико-химические свойства, общие для всех полиамидов.
В настоящее время практическое значение имеют лишь некоторые из большого числа синтезированных полиамидов.
Основные марки полиамидов, выпускаемые на сегодняшний день:
Алифатические кристаллизующиеся (гомополимеры и сополимеры): PA 6 - полиамид 6, поликапроамид, капрон, PA 66 - полиамид 66, полигекса-метиленадипамид, PA 610 – полиамид 610, полигексаметиленсебацинамид, PA 612 - полиамид 612, PA 11 - полиамид 11, полиундеканамид, PA 12 - полиамид 12, полидодеканамид, PA 46 - полиамид 46, PA 69 - полиамид 69, PA 6/66 (PA 6,66) - полиамид 6/66 (сополимер), PA 6/66/610 - полиамид 6/66/610 (сополимер), PEBA (TPE-A, TPA) - термопластичный полиамидный эластомер, полиэфирблокамид.
Алифатические аморфные: PA MACM 12 - полиамид MACM 12, PA PACM 12 - полиамид PACM 12.
Полуароматические и ароматические, кристаллизующиеся - (PAA): PPA (PA 6T, PA 6T/6I, PA 6I/6T, PA 6T/66, PA 66/6T, PA 9T, HTN) –полифталамиды (полиамиды на основе терефталевой и изофталевой кислот), PA MXD6 - полиамид MXD6, полуароматические и ароматические, аморфные (PAA), PA 6-3-T (PA 63T, PA NDT/INDT) - полиамид 6-3-T [1].
-
-
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АЛИФАТИЧЕСКИХ ПОЛИАМИДОВ
Алифатические полиамиды являются гибкоцепными кристаллизующимися (Скр = 40-70%) термопластами. Молекулярная масса - 8-40 тысяч, плотность 1010-1140 кг/м3, температура плавления (кристаллизации) - 210-260С, расплав обладает низкой вязкостью в узком температурном интервале. Полиамиды – гидрофильные полимеры, их водопоглощение достигает нескольких процентов (иногда до 8) и существенно влияет на прочность и ударную вязкость. Наибольшее значение имеют полиамиды общих формул
[-HNRNHOCR'CO-]n и [-HNR"CO-]n, где R, R' = Alk, Ar, R" = Alk.
В термопластах макромолекулы связаны между собой водородными связями, что обусловливает относительно высокие температуры плавления полиамида.
Таблица 1. Показатели пожароопасности (Тв – температура воспламенения, Тсв – температура самовоспламенения)
| Полиамид | Температура, С | Теплота сгорания, МДж/кг | |
| Тв | Тсв | ||
| ПА 6(капрон) | 395 | 424 | 31 |
| ПА 66 (нейлон) | 355 | 435 | 31-32 |
Полиамид: Поведение пламени - горит и самозатухает, окраска пламени - голубая, желтоватое по краям, запах - жженого рога или пера.
Таблица 2. Пределы изменений механических свойств полиамидов:
| Наименование | Предел прочности, МПа | Относительное удлинение, % | Модуль упругости, МПа | Твердость, МПа | Ударная вязкость, кДж/м2 | ||||||
| σв | σсж | σи | ε | Ε*10-3 | Εи*10-3 | НВ | а | а1 | |||
| ПА 6 | 55-77 | - | 90-100 | 100-150 | 1,2-1,5 | - | 100-120 | 90-130 | 5-10 | ||
| Полиамид 610 | 50-60 | - | 45-70 | 100-150 | - | - | 100-150 | 100-125 | 5-10 | ||
| Полиамид 612 | 160 | - | - | 26 | - | 2,2-2,3 | 130 | 140 | -3 | ||
| Полиамиды стеклонаполненные | 69-132 | - | 100-230 | 2-12 | 9,0 | - | 90-100 | 9-44 | 5-10 | ||
Полиамиды (ПА) – это группа пластмасс, выпускаемая промышленностью под торговыми марками: "капрон", "найлон", "анид" и др. Полиамиды применяются для производства изделий всеми способами переработки пластмасс. Наиболее часто – литьем под давлением для выпуска конструкционных деталей и экструзией для получения пленок, труб, стрежней и других профилей.
Кроме того, ПА широко применяется в текстильной промышленности для производства волокон, нитей, пряжи, тканей и т.д.
Таблица 3. Основные свойства полиамидов и стеклонаполненных (НС) материалов на их основе
| Свойства | Полиамид ПА 6 | Полиамид ПА 6,6 | ПА 6,10 | Капролон В | ПА 6НС | ПА 610НС | ПА66НС |
| Плотность кг/м3 | 1130 | 1140 | 1100 | 1150 | 1350 | 1350 | 1300 |
| Температура пл, С | 215 | 260 | 220 | 220-225 | 207-211 | 230 | 250 |
| Разрушающее напряжение МПа, при: | |||||||
| растяжении | 66-80 | 80-100 | 50-58 | 90-95 | 120-150 | 120-140 | 160-250 |
| изгибе | 90-100 | 100-120 | 80-90 | 120-150 | |||
| сжатии | 85-100 | 100-120 | 70-90 | 100-110 | |||
| Относительное удлинение при разрыве, % | 80-150 | 80-100 | 100-150 | 6-20 | 2-7 | 2-5 | 2-4 |
| Ударная вязкость кДж/м2 | 100-120 | 90-95 | 80-125 | 100-150 | 30-50 | 35-55 | 20-30 |
| Твердость по Бринеллю, МПа | 150 | 100 | 120 | 130-150 | 130-150 | 150-250 | 110-180 |
| Теплостойкость по Мартенсу, С | 55 | 75 | 60 | 75 | 80 | 100-140 | 110-140 |
| Морозостойкость, С | -30 | -30 | -60 | -60 | -40 | -50 | -50 |
| Водопоглощение за 24 часа , % | 3,5 | 7-8 | До 4 | 2-7 | |||
| Коэффициент трения по стали | 0,14 | 0,15 | 0,15 | 0,13 | 0,27 | 0,3-0,4 | 0,4 |
| Диэлектрическая проницаемость при 106 Гц | 3,6 | 4 | 4,5 | 3,4-4,7 | 3,8 | 3,0-3,5 | 4,0 |
| Тангенс угла диэлектрических потерь при 106Гц | 0,03 | 0,02 | 0,04 | 0,03 | 0,025 | 0,025 | 0,04 |
Таблица 4. Температурные характеристики:
| Марка | Предел рабочих температур | Теплостойкость по Мартенсу, С | Температура плавления, С | |
| верхний | нижний | |||
| ПА 6 | 80-105 | -20 | 75-76 | 217-226 |
| ПА 6 блочный | 60 | -60 | -- | 221-223 |
| ПА 6НС | 80-100 | -40 | -- | 207-211 |
| ПА 610 | 80-100 | -40 | 55-60 | 215-221 |
| ПА 610 НС | 100-110 | -50 | -- | -- |
| ПА 66 | 80-100 | -30 | -- | 254-262 |
| ПА 66НС | 100-110 | -50 | -- | 250 |
| ПА 66/6 | 90-110 | -- | -- | 212-220 |
Таблица 5. Влияние влажности на свойства полиамидов
| Марка полиамида | σр / σр,вл | σи/ σвл | σсж/ σвл | ЕЕр/Ер,вл | Еи/Еи,вл | σ-1/ σ-1вл | НВ/НВвл |
| ПА 6 | 1,3-1,45 | 1,9-2,7 | 1,8 | 2-3,3 | 2,6-3 | - | 1,8-2,1 |
| ПА 6-НС | 1,4-1,7 | 1,6-1,9 | - | 1,3-1,7 | 1,6-1,7 | - | 1,45-1,9 |
| ПА 66 | 1,3-1,45 | 1,9-2,4 | 1,7 | 2-2,3 | 2-2,4 | 1,7 | 1,6-1,9 |
| ПА 6-ВС | 1,3-1,55 | 1,3-1,45 | - | 1,2-1,45 | 1,4-1,7 | - | 1,2-1,7 |
| ПА 6,12 | 1,17 | - | - | - | 1,6 | - | - |
σи-прочность при изгибе, Е-модуль упругости материала
