Полиамиды

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Полиамиды

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/

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

С
Н2С СН2

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

| || ||

||

NH O O

O

Н2С

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

|| ||

|| ||

O O O

O

Фрагмент макромолекулы полиамида энтант

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

|| ||

|| ||

O O
O O

Фрагмент макромолекулы полимаида рильсана.