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.