Полиамиды

Московский Институт Электронной Техники

(Технический Университет)

Курсовая работа

по теме:

«Полиамиды»

Выполнил:

студент гр. ЭТМ-23

Шаров Н.А.

Москва

2000

Содержание:

Полимеры 3

Классификация полимеров 3

Свойства и важнейшие характеристики полимеров 4

Растворимость сульфосодержащих полиамидов 6

Характеристики некоторых полиамидов 7

ПОЛИАМИД ПА6-ЛТ-СВУ4 7

ПОЛИАМИД ПА6-ЛПО-Т18 8

ПОЛИАМИД ПА66-1А 9

ПОЛИАМИД ПА66-2 9

ПОЛИАМИД ПА66-1-Л-СВ30 10

ПОЛИАМИД ПА66-ЛТО-СВ30 10

ПОЛИАМИД ПА610-Л 11

ПОЛИАМИД ПА610-Л-СВ30 12

ПОЛИАМИД ПА610-Л-Т20 12

Примеры получения полиамидов 13

Список используемой литературы: 15

Полиамиды - высокомолекулярные соединения, относящиеся к гетероцепным

полимерам, в основной цепи которых содержатся амидные связи, посредством

которых соединены между собой мономерные остатки. Примером полиамидов

является найлон. Поэтому рассмотрим полиамиды на примерах полимерах и

найлона.

Полимеры

Полимеры - химические соединения с высокой мол. массой (от нескольких

тысяч до многих миллионов), молекулы которых (макромолекулы) состоят из

большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев). Атомы,

входящие в состав макромолекул, соединены друг с другом силами главных и

(или) координационных валентностей.

Классификация полимеров

По происхождению полимеры делятся на природные (биополимеры), например

белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные, и синтетические, например

полиэтилен, полипропилен, феноло-формальдегидные смолы. Атомы или атомные

группы могут располагаться в макромолекуле в виде: открытой цепи или

вытянутой в линию последовательности циклов (линейные полимеры, например

каучук натуральный); цепи с разветвлением (разветвленные полимеры, например

амилопектин), трехмерной сетки (сшитые полимеры, например отверждённые

эпоксидные смолы). Полимеры, молекулы которых состоят из одинаковых

мономерных звеньев, называются гомополимерами (например поливинилхлорид,

поликапроамид, целлюлоза).

Макромолекулы одного и того же химического состава могут быть построены

из звеньев различной пространственной конфигурации. Если макромолекулы

состоят из одинаковых стереоизомеров или из различных стереоизомеров,

чередующихся в цепи в определенной периодичности, полимеры называются

стереорегулярными.

Полимеры, макромолекулы которых содержат несколько типов мономерных

звеньев, называются сополимерами. Сополимеры, в которых звенья каждого типа

образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг

друга в пределах макромолекулы, называются блоксополимерами. К внутренним

(неконцевым) звеньям макромолекулы одного химического строения могут быть

присоединены одна или несколько цепей другого строения. Такие сополимеры

называются привитыми.

Полимеры, в которых каждый или некоторые стереоизомеры звена образуют

достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в

пределах одной макромолекулы, называются стереоблоксополимерами. В

зависимости от состава основной (главной) цепи полимеры, делят на:

гетероцепные, в основной цепи которых содержатся атомы различных элементов,

чаще всего углерода, азота, кремния, фосфора, и гомоцепные, основные цепи

которых построены из одинаковых атомов. Из гомоцепных полимеров наиболее

распространены карбоцепные полимеры, главные цепи которых состоят только из

атомов углерода, например полиэтилен, полиметилметакрилат,

политетрафторзтилен. Примеры гетероцепных полимеров - полиэфиры

(полиэтилентерефталат, поликарбонаты), полиамиды, мочевино-формальдегидные

смолы, белки, некоторые кремнийорганические полимеры. Полимеры,

макромолекулы которых наряду с углеводородными группами содержат атомы

неорганогенных элементов, называются элементоорганическими. Отдельную

группу полимеров образуют неорганические полимеры, например пластическая

сера, полифосфонитрилхлорид.

Свойства и важнейшие характеристики полимеров

Линейные полимеры обладают специфическим комплексом физико-химических и

механических свойств. Важнейшие из этих свойств: способность образовывать

высокопрочные анизотропные высокоориентированные волокна и пленки ,

способность к большим, длительно развивающимся обратимым деформациям;

способность в высокоэластичном состоянии набухать перед растворением;

высокая вязкость растворов. Этот комплекс свойств обусловлен высокой

молекулярной массой, цепным строением, а также гибкостью макромолекул. При

переходе от линейных цепей к разветвленным, редким трехмерным сеткам и,

наконец, к густым сетчатым структурам этот комплекс свойств становится всё

менее выраженным. Сильно сшитые полимеры нерастворимы, неплавки и

неспособны к высокоэластичным деформациям.

Полимеры могут существовать в кристаллическом и аморфном состояниях.

Необходимое условие кристаллизации - регулярность достаточно длинных

участков макромолекулы. В кристаллических полимерах возможно возникновение

разнообразных надмолекулярных структур (фибрилл, сферолитов,

монокристаллов, тип которых во многом определяет свойства полимерного

материала. Надмолекулярные структуры в незакристаллизованных (аморфных)

полимерах менее выражены, чем в кристаллических.

Незакристаллизованные полимеры могут находиться в трех физических

состояниях: стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем. Полимеры с

низкой (ниже комнатной) температурой перехода из стеклообразного в

высокоэластичное состояние называются эластомерами, с высокой - пластиками.

В зависимости от химического состава, строения и взаимного расположения

макромолекул свойства полимеры могут меняться в очень широких пределах.

Так, 1,4.-цисполибутадиен, построенный из гибких углеводородных цепей, при

температуре около 20 °С - эластичный материал, который при температуре -60

°С переходит в стеклообразное состояние; полиметилметакрилат, построенный

из более жестких цепей, при температуре около 20 °С - твердый

стеклообразный продукт, переходящий в высокоэластичное состояние лишь при

100 °С. Целлюлоза - полимер с очень жесткими цепями, соединенными

межмолекулярными водородными связями, вообще не может существовать в

высокоэластичном состоянии до температуры ее разложения. Большие различия в

свойствах полимеров могут наблюдаться даже в том случае, если различия в

строении макромолекул на первый взгляд и невелики. Так, стереорегулярный

полистирол - кристаллическое вещество с температурой плавления около 235

°С, а нестереорегулярный вообще не способен кристаллизоваться и

размягчается при температуре около 80 °С.

Полимеры могут вступать в следующие основные типы реакций: образование

химических связей между макромолекулами (так называемое сшивание), например

при вулканизации каучуков, дублении кожи; распад макромолекул на отдельные,

более короткие фрагменты, реакции боковых функциональных групп полимеров с

низкомолекулярными веществами, не затрагивающие основную цепь (так

называемые полимераналогичные превращения); внутримолекулярные реакции,

протекающие между функциональными группами одной макромолекулы, например

внутримолекулярная циклизация. Сшивание часто протекает одновременно с

деструкцией. Примером полимераналогичных превращений может служить омыление

поливтилацетата, приводящее к образованию поливинилового спирта. Скорость

реакций полимеров с низкомолекулярными веществами часто лимитируется

скоростью диффузии последних в фазу полимера. Наиболее явно это проявляется

в случае сшитых полимеров. Скорость взаимодействия макромолекул с

низкомолекулярными веществами часто существенно зависит от природы и

расположения соседних звеньев относительно реагирующего звена. Это же

относится и к внутримолекулярным реакциям между функциональными группами,

принадлежащими одной цепи.

Некоторые свойства полимеров, например растворимость, способность к

вязкому течению, стабильность, очень чувствительны к действию небольших

количеств примесей или добавок, реагирующих с макромолекулами. Так, чтобы

превратить линейный полимер из растворимого в полностью нерастворимый,

достаточно образовать на одну макромолекулу 1-2 поперечные связи.

Важнейшие характеристики полимеров - химический состав, молекулярная

масса и молекулярно-массовое распределение, степень разветвленности и

гибкости макромолекул, стереорегулярность и другие. Свойства полимеров

существенно зависят от этих характеристик.

Растворимость сульфосодержащих полиамидов

Большинство ароматических полиамидов растворяется в ограниченном числе

растворителей, что заметно сужает области их применения и усложняет

технологию переработки. Введение в полиамидную цепь сульфогрупп сказывается

на растворимости полимеров [4]. При определенном содержании сульфогрупп

ароматические полиамиды приобретают способность растворяться в воде. Для

рассматриваемых нами полиамидов этот переход соответствует диапазону

обменной емкости 2,6–3,2 г-экв/г. В амидных растворителях при значениях

обменной емкости 2,6 г-экв/г и ниже они образуют стабильные растворы с

концентрацией 5–15% масс. Следует отметить, что все представленные

полиамиды вне зависимости от строения и количества сульфогрупп растворимы в

96%-ной серной кислоте.

Найлон (анид, полиамид-6,6) получают поликонденсацией двух мономеров:

• адипиновой кислоты HOOC-(CH2)4-COOH и

• гексаметилендиамина H2N-(CH2)6-NH2.

Цифры в названии "полиамид-6,6" означают число атомов углерода между

амидными группами -NH-CO- в структурном звене. Для обеспечения строгой

эквивалентности адипиновой кислоты и диамина сначала приготовляют их соль

(соль АГ) путем смешения реагирующих веществ в растворе метанола:

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

Затем нагревают водный раствор или суспензию (60-80%) очищенной соли в

автоклаве. По окончании реакции расплавленный полиамид выдавливается из

автоклава в виде непрерывной ленты, которая потом рубится на "крошку". Весь

процесс поликонденсации и дальнейшие операции с расплавленным полимером

проводят в атмосфере азота, тщательно освобожденного от кислорода во

избежание окисления и потемнения полимера.

Области применения найлона, как и других полиамидов, - получение

синтетического волокна и некоторых конструкционных деталей.

Характеристики некоторых полиамидов

ПОЛИАМИД ПА6-ЛТ-СВУ4

Стеклонаполненная термостабилизированная, ударопрочная полиамидная

композиция, стойкая к действию масел и бензина. ПА6-ЛТ-СВУ4 рекомендуется

для изготовления корпусных деталей электро- и пневмоинструментов,

строительно-отделочных и других машин, работающих в условиях ударных

нагрузок и вибраций.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

|Ударная вязкость по Шарпи, КДж/м2 , не менее |60 |

|Изгибающее напряжение при разрушении, МПа, не менее |190 |

|Температура изгиба под нагрузкой при напряжении 1,8 МПа, 'С, |180 |

|не менее | |

|Электрическая прочность,. КВ/мм, не менее | |

|- в исходном состоянии |22 |

|- после выдерживания в воде 24 часа |22 |

|Удельное объемное сопротивление, ОМ см, не менее | |

|- в исходном состоянии |1*10 4 |

|- после выдерживания в воде 24 часа |1*10 4 |

ПОЛИАМИД ПА6-ЛПО-Т18

Тальконаполненный окрашенный пластифицированный композиционный материал

ПА6-ЛПО-Т18 отличается повышенной стабильностью размеров, стойкостью к

деформации, износостойкостью. Рекомендуется для изготовления деталей

конструкционного, антифрикционного и электротехнического назначения,

требующих повышенной размерной точности. При переработке обеспечивает

низкий износ литьевых машин и оснастки.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

|Ударная вязкость по Шарпи, КДж/м2, не менее |30 |

|Температура изгиба под нагрузкой 'С | |

|- при напряжении 1,8 МПа, |80 |

|- при напряжении 0, 45 МПа, |179-200 |

|Прочность при разрыве, МПа, не менее |77 |

|Электрическая прочность, КВ/мм, не менее |25,0 |

|Изгибающее напряжение при заданной величине прогиба, МПа, не|90 |

|менее | |

ПОЛИАМИД ПА66-1А

Конструкционный полиамид ПА66-1А - термостабилизированный продукт

поликонденсации гексаметилендиамида и адипиновой кислоты. Отличается

высокими прочностными свойствами, теплостойкостью, деформационной

стабильностью. Устойчив к действию щелочей, масел, бензина. Используется

для изготовления деталей, работающих при повышенных механических нагрузках

(шестерни, вкладыши подшипников, корпуса и т. д. )

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

|Температура плавления, 'С |254-260 |

|Ударная вязкость по Шарпи, КДж/м2 | |

|- на образцах без надреза |не разрушается |

|- на образцах с надрезом, не менее |7,5 |

|Изгибающее напряжение при заданной величине прогиба, |78 |

|МПа, не менее | |

|Электрическая прочность, КВ/мм |20-25 |

ПОЛИАМИД ПА66-2

Конструкционный полиамид ПА66-2 - термостабилизированный продукт

поликонденсации гексаметилендиамида и адипиновой кислоты. Отличается

высокими прочностными свойствами, теплостойкостью, деформационной

стабильностью. Устойчив к действию щелочей, масел, бензина. Используется

для изготовления деталей, работающих при повышенных механических и тепловых

нагрузок в электротехнической промышленности.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

|Температура плавления, С |254-260 |

|Ударная вязкость по Шарпи, КДж/м2 | |

|- на образцах без надреза |Не разрушается |

|- на образцах с надрезом, не менее |7,2 |

|Изгибающее напряжение при заданной величине прогиба, |81 |

|МПа, не менее | |

|Электрическая прочность,. КВ/мм, не менее |20 |

ПОЛИАМИД ПА66-1-Л-СВ30

ПА66-1-Л-СВЗО - стеклонаполненная композиция на основе полимидной смолы.

Рекомендуется для изготовления изделий конструкционного,

электроизоляционного назначения, применяемых в машиностроении, электронике,

автомобилестроении, приборостроении, работающих в условиях повышенных

температур.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

|Изгибающее напряжение при разрушении, МПа, не менее |200 |

|Ударная вязкость по Шарпи, КДж/м2, не менее |40 |

|Температура изгиба под нагрузкой при напряжении 1,8 МПа, 'С, |200 |

|не менее | |

|Электрическая прочность,. КВ/мм, не менее |20 |

|Удельное объемное электрическое сопротивление, ОМ см, не |2*10 4 |

|менее | |

ПОЛИАМИД ПА66-ЛТО-СВ30

Полиамид ПА66-ЛТО-СВ30 - термостабилизированная стеклонаполненная

композиция, отличающаяся стойкостью к действию антифризов, минеральных

масел, бензина. Имеет высокие физико- механические показатели.

Рекомендуется для изготовления деталей в автомобилестроении.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

|Ударная вязкость по Шарпи, КДж/м2, не менее | |

|- в исходном состоянии |40 |

|- после выдержки в антифризе в течение 20 часов при |40 |

|температуре 150'С | |

|Прочность при растяжении после выдержки в этиленгликоле в |50 |

|течение 72 часов при температуре 135 'С, МПа, не менее | |

|Изгибающее напряжение при разрушении, МПа, не менее |200 |

|Температура изгиба под нагрузкой 1,8 МПа, С, не менее |200 |

|Модуль упругости при растяжении, МПа |8000-11000|

ПОЛИАМИД ПА610-Л

Полиамид ПА610-Л - литьевой термопласт, получаемый поликонденсацией

гексаметилендиамида и себациновой кислоты. Обладает высокими физико-

механическими и электроизоляционными свойствами, повышенной размерной

стабильностью, низким влагопоглощением. Материал масло-, бензиностоек.

Применяется для изготовления деталей конструкционного, антифрикционного

назначения, прецизионных деталей точной механики (мелкомодульные шестерни,

золотники, манжеты и т.д.). Разрешен для изготовления изделий,

контактирующих с пищевыми продуктами, и игрушек.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

|Ударная вязкость по Шарпи, КДж/м2 | |

|- на образцах без надреза |не разрушается |

|- на образцах с надрезом, не менее |4,9 |

|Изгибающее напряжение при заданной величине прогиба, |44,1 |

|МПа, не менее | |

|Водопоглощение за 24 часа, %, не более |0,5 |

|Электрическая прочность, КВ/мм, не менее |20 |

ПОЛИАМИД ПА610-Л-СВ30

ПА610-Л-СВЗО - стеклонаполненная композиция на основе полимидной смолы

ПА610. Отличается повышенной прочностью, теплостойкостью, износостойкостью,

малым коэффициентом теплового расширения. Изделия могут работать при

температуре до 150'С и кратковременно до 180'С. Рекомендуется для

конструкционных деталей, работающих в условиях повышенных нагрузок и

температуры.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

|Ударная вязкость по Шарпи, КДж/м2, не менее |29,4 |

|Модуль упругости при изгибе, МПа |7000-9000 |

|Температура изгиба под нагрузкой при напряжении | |

|- 1,8 МПа, 'С |190-200 |

|-0, 45 МПа, 'С |200-205 |

|Электрическая прочность, КВ/мм, не менее |25 |

ПОЛИАМИД ПА610-Л-Т20

Тальконаполненный окрашенный пластифицированный композиционный материал

ПА610-ЛПО-Т20 отличается повышенной стабильностью размеров, стойкостью к

деформации, износостойкостью. Рекомендуется для изготовления деталей

конструкционного, антифрикционного и электроизоляционного назначения,

требующих повышенной размерной точности. При переработке обеспечивает

низкий износ литьевых машин и оснастки.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

|Ударная вязкость по Шарпи, КДж/м2, не менее |30 |

|Модуль упругости при изгибе, МПа |2000-3000 |

|Водопоглащение за 24 часа, %, не более |1 |

|Электрическая прочность,. КВ/мм |20-30 |

|Усадка, % |0,8-1,7 |

Примеры получения полиамидов

Аналоги полипептидов можно получить синтетически из w-аминокислот, причем

практическое применение находят соединения этого типа, начиная с

«полипептида» w-аминокапроновой кислоты. Эти полипептиды (полиамиды)

получаются нагреванием циклических лактомов, образующих посредством

бекмановской перегруппировки оксидов циклических кетонов.

Из расплава этого полимера капроновой смолы вытягиванием формуют волокно

капрон. В принципе этот метод применим для получения гомологов капрона.

Полиамиды можно получать и поликонденсацией самих аминокислот (с

отщеплением воды):

Полиамиды указанного типа идут для изготовления синтетического волокна,

искусственного меха, кожи и пластмассовых изделий, обладающих большой

прочностью и упругостью (типа слоновой кости). Наибольшее распространение

получил капрон, в следствии доступности сырья и наличие давно

разработанного пути синтеза. Энтант и рильсан обладают преимуществом

большой прочности и легкости.

Список используемой литературы:

1. Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии. – М.:

Химия, 1974.

2. Оганесян Э.Т. Важнейшие понятия и термины в химии. – М. «Высшая

школа», 1993.

3. http://www.chem.msu.su/

4. http://www.chimmed.ru/

5. http://plc.cwru.edu/

-----------------------

Н2С СН2

| | нагр

Н2С C (…-NH(CH2)5-CNH(CH2)5-CNH(CH2)5-C-…

| || ||

NH O O

Н2С

nNH3-(CH2)6-C-O (…-NH(CH2)6-CNH(CH2)6-CNH(CH2)6-C-…

|| ||

O O O

Фрагмент макромолекулы полиамида энтант

nNH3-(CH2)10-C-O(…-NH(CH2)10-CNH(CH2)10-CNH(CH2)10-C-

|| ||

O O

Фрагмент макромолекулы полимаида рильсана.