Поліаміди

Полиамиды — високомолекулярні сполуки, які стосуються гетероцепным полимерам, в основний ланцюга яких амидные зв’язку, з яких з'єднані між собою мономерные залишки. Прикладом полиамидов є найлон. Тому розглянемо полиамиды на прикладах полимерах і найлона.

Полимеры.

Полімери — хімічні з'єднання з високої мовляв. масою (від кількох основних тисяч до багатьох), молекули яких (макромолекули) складаються із великої числа повторюваних угруповань (мономерных ланок). Атоми, що входять до склад макромолекул, з'єднані друг з одним силами головних та (чи) координаційних валентностей.

Класифікація полимеров.

За походженням полімери діляться на природні (біополімери), наприклад білки, нуклеїнові кислоти, смоли природні, і синтетичні, наприклад поліетилен, поліпропілен, феноло-формальде-гідні смоли. Атоми чи атомні групи можуть розташовуватися в макромолекуле як: відкритої ланцюга чи витягнутої в лінію послідовності циклів (лінійні полімери, наприклад каучук натуральний); ланцюга з розгалуженням (розгалужені полімери, наприклад амилопектин), тривимірної сітки (зшиті полімери, наприклад отверждённые эпоксидные смоли). Полімери, молекули яких складаються з однакових мономерных ланок, називаються гомополимерами (наприклад полівінілхлорид, поликапроамид, целлюлоза).

Макромолекули однієї й тієї ж хімічного складу може бути побудовано з ланок різної просторової конфігурації. Якщо макромолекули складаються з однакових стереоизомеров або з різних стереоизомеров, які чергуються у подальшому ланцюгу у певному періодичності, полімери називаються стереорегулярными.

Полімери, макромолекули яких містять кілька типів мономерных ланок, називаються сополимерами. Сополимеры, у яких ланки кожного типу утворюють досить довгі безперервні послідовності, що змінюють одне одного у межах макромолекули, називаються блоксополимерами. До внутрішнім (неконцевым) ланкам макромолекули одного хімічної будови може бути приєднано одна чи кілька ланцюгів іншого будівлі. Такі сополимеры називаються привитыми.

Полімери, у яких кожен чи деякі стереоизомеры ланки утворюють досить довгі безперервні послідовності, що змінюють одне одного у межах одного макромолекули, називаються стереоблоксополимерами. Залежно від складу основний (головною) ланцюга полімери, ділять на: гетероцепные, в основний ланцюга яких атоми різних елементів, найчастіше вуглецю, азоту, кремнію, фосфору, і гомоцепные, основні ланцюга яких побудовано з однакових атомів. З гомоцепных полімерів найпоширеніші карбоцепные полімери, головні ланцюга яких складаються тільки з атомів вуглецю, наприклад поліетилен, полиметилметакрилат, политетрафторзтилен. Приклади гетероцепных полімерів — полиэфиры (полиэтилентерефталат, поликарбонаты), полиамиды, мочевино-формальдегидные смоли, білки, деякі кремнийорганические полімери. Полімери, макромолекули яких поруч із вуглеводневими групами містять атоми неорганогенных елементів, називаються элементоорганическими. Окрему групу полімерів утворюють неорганічні полімери, наприклад пластична сірка, полифосфонитрилхлорид.

Властивості й найважливіші характеристики полимеров.

Лінійні полімери мають специфічним комплексом фізико-хімічних і механічних властивостей. Найважливіші з цих властивостей: здатність утворювати высокопрочные анізотропні высокоориентированные волокна і плівки, спроможність до великим, довго мерехтливим оборотним деформаціям; здатність у потрібний высокоэластичном стані набухати перед розчиненням; висока в’язкість розчинів. Цей комплекс властивостей обумовлений високої молекулярної масою, ланцюговим будовою, і навіть гнучкістю макромолекул. При переході від лінійних ланцюгів до розгалуженою, рідкісним тривимірним сеткам і, нарешті, до густим сітчастим структурам цей комплекс властивостей стає дедалі менш вираженим. Дуже зшиті полімери нерозчинні, неплавки і нездатні до высокоэластичным деформациям.

Полімери можуть існувати в кристалічному і аморфному станах. Необхідна умова кристалізації - регулярність досить довгих ділянок макромолекули. У кристалічних полимерах можливо виникнення різноманітних надмолекулярных структур (фибрилл, сферолитов, монокристалів, тип яких багато чому визначає властивості полімерної матеріалу. Надмолекулярные структури в незакристаллизованных (аморфних) полимерах менш виражені, ніж у кристаллических.

Незакристаллизованные полімери можуть міститися у трьох фізичних станах: стеклообразном, высокоэластичном і вязкотекучем. Полімери з низькою (нижче кімнатної) температурою переходу із стеклообразного в высокоэластичное стан називаються эластомерами, із високим — пластиками. Залежно від хімічного складу, будівлі та взаємного розташування макромолекул властивості полімери можуть змінюватися в тому дуже широкі межах. Так, 1,4.-цисполибутадиен, побудований з гнучких вуглеводневих ланцюгів, за нормальної температури близько 20 °З — еластичний матеріал, який за температурі -60 °З перетворюється на стеклообразное стан; полиметилметакрилат, побудований з жорсткіших ланцюгів, за нормальної температури близько 20 °З — твердий стеклообразный продукт, що у высокоэластичное стан лише за 100 °З. Целюлоза — полімер з дуже жорсткими ланцюгами, з'єднаними межмолекулярными водневими зв’язками, взагалі може існувати в высокоэластичном стані до температури її розкладання. Великі розбіжності у властивості полімерів можуть спостерігатися у тому разі, якщо розбіжності у будову макромолекул здавалося б невеликі. Так, стереорегулярный полістирол — кристалічний речовина з температурою плавлення близько 235 °З, а нестереорегулярный взагалі здатний кристалізуватися і розм’якшується за нормальної температури близько 80 °C.

Полімери можуть розпочинати такі основні типи реакцій: освіту хімічних перетинів поміж макромолекулами (зване зшивання), наприклад при вулканізації каучуков, дублении шкіри; розпад макромолекул деякі, коротші фрагменти, реакції бічних функціональних груп полімерів з низкомолекулярными речовинами, не які заторкують основну ланцюг (звані полимераналогичные перетворення); внутримолекулярные реакції, які відбуваються між функціональними групами однієї макромолекули, наприклад внутримолекулярная циклизация. Зшивання часто протікає разом з деструкцією. Прикладом полимераналогичных перетворень може бути омыление поливтилацетата, що веде до освіті поливинилового спирту. Швидкість реакцій полімерів з низкомолекулярными речовинами часто лімітується швидкістю дифузії їх у фазу полімеру. Найбільш явно виявляється у разі які зшили полімерів. Швидкість взаємодії макромолекул з низкомолекулярными речовинами часто істотно залежить від природи й розташування сусідніх ланок щодо реагує ланки. Це саме можна сказати і до внутримолекулярным реакцій між функціональними групами, які належать однієї цепи.

Деякі властивості полімерів, наприклад розчинність, спроможність до грузлому перебігу, стабільність, дуже чутливі до дії невеликих кількостей домішок чи добавок, реагують з макромолекулами. Так, щоб перетворити лінійний полімер з розчинної у цілком нерозчинний, досить утворити однією макромолекулу 1−2 поперечні связи.

Найважливіші характеристики полімерів — хімічний склад, молекулярна маса кафе і молекулярно-массовое розподіл, ступінь розгалуженості і гнучкості макромолекул, стереорегулярность та інші. Властивості полімерів істотно залежить від цих характеристик.

Розчинність сульфосодержащих полиамидов.

Більшість ароматичних полиамидов розчиняється в обмеженому числі розчинників, що помітно звужує галузі їх застосування і ускладнює технологію переробки. Введення ЄІАС у полиамидную ланцюг сульфогрупп б'є по розчинності полімерів [4]. За певного змісті сульфогрупп ароматні полиамиды набувають здатність розчинятися у питній воді. Для аналізованих нами полиамидов такий перехід відповідає діапазону обмінній ємності 2,6−3,2 г-экв/г. У амидных розчинниках при значеннях обмінній ємності 2,6 г-экв/г і від вони утворюють стабільні розчини з концентрацією 5−15% мас. Слід зазначити, що це представлені полиамиды незалежно від будівлі та кількості сульфогрупп розчиняються у 96%-ной сірчаної кислоте.

Найлон (анид, полиамид-6,6) отримують поликонденсацией двох мономеров:

* адипиновой кислоти HOOC-(CH2)4-COOH и.

* гексаметилендиамина H2N-(CH2)6-NH2.

Цифри в назві «полиамид-6,6 «означають число атомів вуглецю між амидными групамиNH-COв структурному ланці. Задля більшої суворої еквівалентності адипиновой кислоти і диамина спочатку готують їх сіль (сіль АГ) шляхом змішання реагують речовин, у розчині метанола:

H2N (CH2)6NH2+HOOC (CH2)4COOH? [H2N (CH2)6-NH3]+[OOC-(CH2)4COOH];

Потім нагрівають водний розчин чи суспензію (60−80%) очищеної солі в автоклаві. Після закінчення реакції розплавлений поліамід видушується з автоклава як безупинної стрічки, що потім рубають на «крихти ». Весь процес поліконденсації і подальші операції з розплавленим полімером проводять у атмосфері азоту, старанно звільненого від кисню щоб уникнути окислення і потемніння полимера.

Області застосування найлона, як та інших полиамидов, — отримання синтетичного волокна та деяких менших конструкційних деталей.

Характеристики деяких полиамидов.

ПОЛІАМІД ПА6-ЛТ-СВУ4.

Стеклонаполненная термостабилизированная, ударопрочная полиамидная композиція, стійка до дії олій і бензину. ПА6-ЛТ-СВУ4 рекомендується виготовлення корпусних деталей електроі пневмоинструментов, будівельно-оздоблювальних та інших машин, що працюють у умовах ударних навантажень і вибраций.

ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА.

Ударне в’язкість по Шарпи, КДж/м2, щонайменше 60.

Изгибающее напруга при руйнуванні, МПа, щонайменше 190.

Температура вигину під навантаженням при напрузі 1,8 МПа, «З, щонайменше 180.

Електрична міцність,. КВ/мм, щонайменше.

— в вихідному стані 22.

— після выдерживания у питній воді 24 години 22.

Питома об'ємне опір, ОМ див, щонайменше.

— в вихідному стані 1*10 4.

— після выдерживания у питній воді 24 години 1*10 4.

ПОЛІАМІД ПА6-ЛПО-Т18.

Тальконаполненный забарвлений пластифицированный композиційний матеріал ПА6-ЛПО-Т18 відрізняється підвищеною стабільністю розмірів, стійкістю до деформації, зносостійкості. Рекомендується виготовлення деталей конструкційного, антифрикционного і електротехнічного призначення, потребують підвищеної розмірної точності. При переробці забезпечує низький знос литьевых машин і оснастки.

ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА.

Ударне в’язкість по Шарпи, КДж/м2, щонайменше 30.

Температура вигину під навантаженням «З.

— при напрузі 1,8 МПа, 80.

— при напрузі 0, 45 МПа, 179−200.

Міцність при розриві, МПа, щонайменше 77.

Електрична міцність, КВ/мм, щонайменше 25,0.

Изгибающее напруга при заданої величині прогину, МПа, щонайменше 90.

ПОЛІАМІД ПА66−1А.

Конструкционный поліамід ПА66−1А — термостабилизированный продукт поліконденсації гексаметилендиамида і адипиновой кислоти. Відрізняється високими прочностными властивостями, теплостойкостью, деформационной стабільністю. Стійкий до дії лугів, масел, бензину. Використовується виготовлення деталей, працюючих при підвищених механічних навантаженнях (шестерні, вкладки підшипників, корпуси та т. буд.).

ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА.

Температура плавлення, «З 254−260.

Ударне в’язкість по Шарпи, КДж/м2.

— на зразках без надрізи не руйнується.

— на зразках з надрізом, щонайменше 7,5.

Изгибающее напруга при заданої величині прогину, МПа, щонайменше 78.

Електрична міцність, КВ/мм 20−25.

ПОЛІАМІД ПА66−2.

Конструкционный поліамід ПА66−2 — термостабилизированный продукт поліконденсації гексаметилендиамида і адипиновой кислоти. Відрізняється високими прочностными властивостями, теплостойкостью, деформационной стабільністю. Стійкий до дії лугів, масел, бензину. Використовується виготовлення деталей, працюючих при підвищених механічних і теплових навантажень в електротехнічній промышленности.

ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА.

Температура плавлення, З 254−260.

Ударне в’язкість по Шарпи, КДж/м2.

— на зразках без надрізи Не разрушается.

— на зразках з надрізом, щонайменше 7,2.

Изгибающее напруга при заданої величині прогину, МПа, щонайменше 81.

Електрична міцність,. КВ/мм, щонайменше 20.

ПОЛІАМІД ПА66−1-Л-СВ30.

ПА66−1-Л-СВЗО — стеклонаполненная композиція з урахуванням полимидной смоли. Рекомендується виготовлення виробів конструкційного, электроизоляционного призначення, що застосовуються у машинобудуванні, електроніці, автомобілебудуванні, приладобудуванні, що працюють у умовах підвищених температур.

ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА.

Изгибающее напруга при руйнуванні, МПа, щонайменше 200.

Ударне в’язкість по Шарпи, КДж/м2, щонайменше 40.

Температура вигину під навантаженням при напрузі 1,8 МПа, «З, щонайменше 200.

Електрична міцність,. КВ/мм, щонайменше 20.

Питома об'ємне електричне опір, ОМ див, щонайменше 2*10 4.

ПОЛІАМІД ПА66-ЛТО-СВ30.

Поліамід ПА66-ЛТО-СВ30 — термостабилизированная стеклонаполненная композиція, знана стійкістю до дії антифризов, мінеральних масел, бензину. Має високі физикомеханічні показники. Рекомендується виготовлення деталей в автомобилестроении.

ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА.

Ударне в’язкість по Шарпи, КДж/м2, щонайменше.

— в вихідному стані 40.

— після витримки в антифризе протягом 20 годин за нормальної температури 150 «З 40.

Міцність при розтягненні після витримки в этиленгликоле протягом 72 годин за нормальної температури 135 «З, МПа, щонайменше 50.

Изгибающее напруга при руйнуванні, МПа, щонайменше 200.

Температура вигину під навантаженням 1,8 МПа, З, щонайменше 200.

Модуль пружності при розтягненні, МПа 8000−11 000.

ПОЛІАМІД ПА610-Л.

Поліамід ПА610-Л — литьевой термопластичний, отримуваний поликонденсацией гексаметилендиамида і себациновой кислоти. Володіє високими фізико-механічними і электроизоляционными властивостями, підвищеної розмірної стабільністю, низьким влагопоглощением. Матеріал олію-, бензиностоек. Застосовується виготовлення деталей конструкційного, антифрикционного призначення, прецизійних деталей точної механіки (мелкомодульные шестерні, златники, манжети тощо.). Дозволено виготовлення виробів, контактують із харчовими продуктами, і игрушек.

ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА.

Ударне в’язкість по Шарпи, КДж/м2.

— на зразках без надрізи не разрушается.

— на зразках з надрізом, щонайменше 4,9.

Изгибающее напруга при заданої величині прогину, МПа, щонайменше 44,1.

Водопоглощение за 24 години, %, трохи більше 0,5.

Електрична міцність, КВ/мм, щонайменше 20.

ПОЛІАМІД ПА610-Л-СВ30.

ПА610-Л-СВЗО — стеклонаполненная композиція з урахуванням полимидной смоли ПА610. Відрізняється підвищеної міцністю, теплостойкостью, зносостійкості, малим коефіцієнтом теплового розширення. Вироби можуть працювати у температурі до 150 «З повагою та короткочасно до 180 «З. Рекомендується для конструкційних деталей, що працюють у умовах підвищених навантажень і температуры.

ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА.

Ударне в’язкість по Шарпи, КДж/м2, щонайменше 29,4.

Модуль пружності на вигині, МПа 7000−9000.

Температура вигину під навантаженням при напрузі.

— 1,8 МПа, «З 190−200.

— 0, 45 МПа, «З 200−205.

Електрична міцність, КВ/мм, щонайменше 25.

ПОЛІАМІД ПА610-Л-Т20.

Тальконаполненный забарвлений пластифицированный композиційний матеріал ПА610-ЛПО-Т20 відрізняється підвищеною стабільністю розмірів, стійкістю до деформації, зносостійкості. Рекомендується виготовлення деталей конструкційного, антифрикционного і электроизоляционного призначення, потребують підвищеної розмірної точності. При переробці забезпечує низький знос литьевых машин і оснастки.

ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА.

Ударне в’язкість по Шарпи, КДж/м2, щонайменше 30.

Модуль пружності на вигині, МПа 2000;3000.

Водопоглащение за 24 години, %, трохи більше 1.

Електрична міцність,. КВ/мм 20−30.

Усадка, % 0,8−1,7.

Приклади отримання полиамидов.

Аналоги полипептидов можна було одержати синтетично з w-аминокислот, причому практичне застосування знаходять сполуки цього, починаючи з «полипептида» w-аминокапроновой кислоти. Ці поліпептиди (полиамиды) виходять нагріванням циклічних лактомов, їхнім виокремленням у вигляді бекмановской перегрупування оксидів циклічних кетонов.

З розплаву цього полімеру капронової смоли витягуванням формуют волокно капрон. У цей метод застосуємо щоб одержати гомологов капрона.

Полиамиды можна одержувати і поликонденсацией самих амінокислот (з отщеплением воды):

Полиамиды зазначеного типу йдуть виготовлення синтетичного волокна, штучного хутра, шкіри пластмасових виробів, які мають великий міцністю і пружністю (типу слонячої кістки). Найбільшого поширення набув капрон, у слідстві доступності сировини й наявність давно розробленого шляху синтезу. Энтант і рильсан мають перевагу великий міці й легкости.

Список використовуваної литературы:

1. Несмеянов О. Н., Несмеянов Н. А. Почала органічної хімії. — М.: Хімія, 1974.

2. Оганесян Э. Т. Найважливіші поняття і терміни в хімії. — М. «Вищу школу», 1993.

3. internet.

4. internet.

5. internet.