Реферат: Полиамиды
Реферат: 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
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, не менее |
180 |
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
|
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 менее |
90 |
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, МПа, не менее |
78 |
Электрическая прочность, КВ/мм |
20-25 |
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, МПа, не менее |
81 |
Электрическая прочность,. КВ/мм, не
менее |
20 |
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, не менее |
200 |
Электрическая прочность,. КВ/мм, не
менее |
20 |
Удельное объемное электрическое
сопротивление, ОМ см, не менее |
2*10 4
|
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 температуре 150'С |
40 |
Прочность при растяжении после
выдержки в этиленгликоле в течение 72 часов при температуре 135 'С, МПа, не
менее |
50 |
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 - 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, МПа, не менее |
44,1 |
Водопоглощение за 24 часа, %, не
более |
0,5 |
Электрическая прочность, КВ/мм, не
менее |
20 |
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 |
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
С
Н2С
СН2
| | нагр
Н2С
C à…-NH(CH2)5-CNH(CH2)5-CNH(CH2)5-C-…
| || ||
||
NH O O O
Н2С
|
|
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):
|
|
|
nNH3-(CH2)6-C-O
à…-NH(CH2)6-CNH(CH2)6-CNH(CH2)6-C-…
|| ||
|| ||
O O O O
Фрагмент макромолекулы полиамида энтант
|
|
|
|
nNH3-(CH2)10-C-Oà…-NH(CH2)10-CNH(CH2)10-CNH(CH2)10-C-
|| ||
|| ||
O O O O
Фрагмент макромолекулы полимаида рильсана.
|
|
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/
|