Курсовая работа: Физико-химические закономерности получения полиамидов (полиамид-6, полиамид-6,6, полиамид-10)
Курсовая работа: Физико-химические закономерности получения полиамидов (полиамид-6, полиамид-6,6, полиамид-10)
Физико-химические закономерности получения полиамидов (полиамид-6,
полиамид-6,6, полиамид-10)
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Общая характеристика алифатических
полиамидов
1.1 Технические характеристики
некоторых полиамидов
2. Получение полиамидов
2.1 Получение алифатических
полиамидов
2.1.1 Поликонденсация
дикарбоновых кислот и диаминов – полиамидирование
2.1.2 Поликонденсация диаминов,
динитрилов и воды в присутствии катализаторов
2.1.3 Гидролитическая или
каталитическая полимеризация аминокислот лактамов
3. Физико-химические закономерности получения полиамидов
4. Влияние геометрических размеров
стекловолокна на прочность полиамидов
5. Изменение структуры и свойств
наполненного полиамида ПА-6
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Полиамиды представляют огромный по числу представителей и
очень важный по своему научному и практическому значению класс высокомолекулярных
соединений.
Почти полтора века, которые прошли со дня получения
Харбордтом в 1862 г, первого синтетического полиамида, представляют историю
непрерывного научного развития этой области, результаты которого находят все
более широкое применение на практике.
Выдающееся значение, которое приобрели полиамиды в
современной промышленности, видно из того, что производство их в мире
исчисляется сотнями тысяч тонн и непрерывно увеличивается.
Среди синтетических высокополимеров по масштабу производства
полиамиды занимают одно из первых мест.
Ассортимент материалов, изготавливаемых из различных видов
полиамидов, весьма велик. В него входят как синтетические волокна, широко используемые
для производства текстильных изделий бытового и технического назначения, так и
разнообразное литье и пленки.
На примере полиамидов впервые было установлено, что линейные
полимеры определенного молекулярного веса способны образовывать волокна, Первые
синтетические волокна практического значения были получены из полиамидов.
Полиамидные волокна отличаются чрезвычайно высокой прочностью и занимают первое
место по масштабу производства среди всех других синтетических волокон.
В настоящее время химия и физика полиамидов составляют
большой раздел во всей науке о высокомолекулярных соединениях. Если на первом
этапе развития химии высокомолекулярных соединений их особенности изучались в
основном на целлюлозе, то в настоящее время эти исследования проводятся с широким
использованием полиамидов.
Основные закономерности поликонденсации, а также
полимеризации циклических соединений установлены главным образом при получении
полиамидов. Ориентация и кристаллизация полимеров широко изучены на примере
многих полиамидов.
Полиамиды широко представлены в природе. Это – разнообразные
белки и многочисленные другие биологически важные вещества, входящие в состав организмов
животных и растений.
Первый синтетический полиамид был получен в 1862 г, Харбордтом, который, подвергая м-аминобензойную кислоту действию хлористого водорода при
200°, выделил порошок серого цвета, не растворимый в щелочах и кислотах за
исключением концентрированной серной кислоты, В последней этот продукт хорошо
растворялся и высаживался при добавлении воды, Таким образом был получен
поли-м-бензамид – первый представитель синтетических полиамидов.
В 1881 г, Михлер и Циммерман при насыщении фосгеном раствора
м-фенилендиамина в хлороформе получили полифениленмочевину. В настоящее время указанная
реакция широко применяется в межфазной поликонденсации, Курциус и Гебель в 1888 г, впервые выделили полиамиды при поликонденсации эфиров a-аминокислот.
В 1889 г, синтезировали полиамиды, известные под названием
карбамидных или мочевино-формальдегидных смол, путем поликонденсации мочевины с
формальдегидом. Эти продукты вскоре приобрели большое практическое значение и
уже в 20-х годах нашего века было начато промышленное производство карбамидных
смол. Таким образом, карбамидные смолы – первые представители полиамидов,
производство которых и до настоящего времени играет большую роль в
промышленности пластических масс.
Поли-e-капроамид (поликапролактам)
впервые был получен в 1899 г, Габриэлем и Маасом при поликонденсации e-аминокапроновой кислоты. При этом было
сделано очень важное наблюдение, что нагревание e-аминокапроновой
кислоты приводит к образованию наряду с полимером также и низкомолекулярного
циклического продукта – e-капролактама.
Поли-e-капроамид
впоследствии сыграл большую роль в развитии промышленности синтетических
волокон: его широко применяют в качестве исходного материала для производства
волокна. Это произошло после того, как Шлак в 1938 г открыл, что e-капролактам при нагревании с водой способен
полимеризоваться, образуя при этом высокомолекулярный полимер. На основе этого
полиамида было создано синтетическое волокно, получившее название перлон или
капрон.
В 1906 г, Лёйхс синтезировал соединения нового класса –
N-карбангидриды a-аминокислот, из
которых стало возможным получать синтетические полипептиды с большим
молекулярным весом.
В 1935 г, Карозерс синтезировал полигексаметиленадипинамид
путем поликонденсации гексаметилендиамина с адипиновой кислотой, Из этого полиамида
было получено первое синтетическое волокно.
Особенно бурное развитие исследований по синтезу и
применению полиамидов началось после работы Карозерса по синтезу полиамидов из
различных диаминов и дикарбоновых кислот. Карозерс показал, что из синтезированных
им полиамидов путем вытяжки из расплавленной смолы могут быть получены прочные
волокна. В 1938 г в США приступили к производству синтетического волокна из
полигексаметиленадипинамида, которое приобрело мировую известность под
названием нейлон. В настоящее время нейлон-66 занимает ведущее место среди всех
синтетических волокон и масштаб производства этого волокна исчисляется сотнями
тысяч тонн.
В конце 1939 г. в Германии приступили к производству
перлонового волокна. Затем производство полиамидных волокон было начато в
других странах.
Полиамиды представляют собой высокомолекулярные соединения линейной
структуры с молекулярным весом до 30 тысяч. Макромолекулы состоят из гибких
метиленовых цепочек и регулярно расположенных вдоль цепи полярных амидных
групп.
Наличие амидных групп, способных образовывать водородные
связи, определяет физико-химические свойства, общие для всех полиамидов.
В настоящее время практическое значение имеют лишь некоторые
из большого числа синтезированных полиамидов.
Основные марки полиамидов, выпускаемые на сегодняшний
день:
Алифатические кристаллизующиеся
(гомополимеры и сополимеры): PA 6 -
полиамид 6, поликапроамид, капрон, PA 66 - полиамид 66, полигекса-метиленадипамид, PA 610 – полиамид 610,
полигексаметиленсебацинамид, PA 612
- полиамид 612, PA 11 - полиамид
11, полиундеканамид, PA 12 -
полиамид 12, полидодеканамид, PA 46
- полиамид 46, PA 69 - полиамид
69, PA 6/66 (PA 6,66) - полиамид 6/66 (сополимер), PA 6/66/610 - полиамид 6/66/610 (сополимер), PEBA (TPE-A, TPA) - термопластичный полиамидный
эластомер, полиэфирблокамид.
Алифатические аморфные: PA MACM 12 - полиамид MACM 12, PA
PACM 12 - полиамид PACM 12.
Полуароматические и ароматические,
кристаллизующиеся - (PAA): PPA (PA 6T, PA 6T/6I, PA 6I/6T, PA 6T/66, PA 66/6T, PA 9T, HTN)
–полифталамиды (полиамиды на основе терефталевой и изофталевой кислот), PA MXD6
- полиамид MXD6, полуароматические и ароматические, аморфные (PAA), PA 6-3-T
(PA 63T, PA NDT/INDT) - полиамид 6-3-T [1].
1.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
АЛИФАТИЧЕСКИХ ПОЛИАМИДОВ
Алифатические полиамиды являются
гибкоцепными кристаллизующимися (Скр = 40-70%) термопластами.
Молекулярная масса - 8-40 тысяч, плотность 1010-1140 кг/м3,
температура плавления (кристаллизации) - 210-260°С, расплав обладает низкой вязкостью в узком
температурном интервале. Полиамиды – гидрофильные полимеры, их водопоглощение
достигает нескольких процентов (иногда до 8) и существенно влияет на прочность
и ударную вязкость. Наибольшее значение имеют полиамиды общих формул
[-HNRNHOCR'CO-]n и [-HNR"CO-]n, где R, R' = Alk, Ar, R" = Alk.
В термопластах макромолекулы связаны
между собой водородными связями, что обусловливает относительно высокие
температуры плавления полиамида.
Таблица 1. Показатели пожароопасности (Тв –
температура воспламенения, Тсв – температура самовоспламенения)
Полиамид |
Температура, С |
Теплота сгорания, МДж/кг |
Тв
|
Тсв
|
ПА 6(капрон) |
395 |
424 |
31 |
ПА 66 (нейлон) |
355 |
435 |
31-32 |
Полиамид: Поведение пламени - горит и самозатухает, окраска пламени
- голубая, желтоватое по краям, запах - жженого рога или пера.
Таблица 2. Пределы изменений механических
свойств полиамидов:
Наименование |
Предел прочности, МПа |
Относительное удлинение, % |
Модуль упругости, МПа |
Твердость, МПа |
Ударная вязкость, кДж/м2
|
σв
|
σсж
|
σи
|
ε |
Ε*10-3
|
Εи*10-3
|
НВ |
а |
а1
|
ПА 6
|
55-77 |
- |
90-100 |
100-150 |
1,2-1,5 |
- |
100-120 |
90-130 |
5-10 |
Полиамид 610
|
50-60 |
- |
45-70 |
100-150 |
- |
- |
100-150 |
100-125 |
5-10 |
Полиамид 612
|
160 |
- |
- |
26 |
- |
2,2-2,3 |
130 |
140 |
-3 |
Полиамиды стеклонаполненные
|
69-132 |
- |
100-230 |
2-12 |
9,0 |
- |
90-100 |
9-44 |
5-10 |
Полиамиды (ПА) – это группа пластмасс, выпускаемая
промышленностью под торговыми марками: "капрон", "найлон",
"анид" и др. Полиамиды применяются для производства изделий всеми
способами переработки пластмасс. Наиболее часто – литьем под давлением для
выпуска конструкционных деталей и экструзией для получения пленок, труб, стрежней
и других профилей.
Кроме того, ПА широко применяется в текстильной промышленности
для производства волокон, нитей, пряжи, тканей и т.д.
Таблица 3. Основные свойства полиамидов и стеклонаполненных
(НС) материалов на их основе
Свойства |
Полиамид ПА 6 |
Полиамид ПА 6,6 |
ПА 6,10 |
Капролон В |
ПА 6НС |
ПА 610НС |
ПА66НС |
Плотность кг/м3 |
1130 |
1140 |
1100 |
1150 |
1350 |
1350 |
1300 |
Температура пл, С
|
215 |
260 |
220 |
220-225 |
207-211 |
230 |
250 |
Разрушающее напряжение МПа, при: |
|
|
|
|
|
|
|
растяжении |
66-80 |
80-100 |
50-58 |
90-95 |
120-150 |
120-140 |
160-250 |
изгибе |
90-100 |
100-120 |
80-90 |
120-150 |
|
|
|
сжатии |
85-100 |
100-120 |
70-90 |
100-110 |
|
|
|
Относительное удлинение при
разрыве, % |
80-150 |
80-100 |
100-150 |
6-20 |
2-7 |
2-5 |
2-4 |
Ударная вязкость кДж/м2
|
100-120 |
90-95 |
80-125 |
100-150 |
30-50 |
35-55 |
20-30 |
Твердость по Бринеллю, МПа |
150 |
100 |
120 |
130-150 |
130-150 |
150-250 |
110-180 |
Теплостойкость по Мартенсу, С |
55 |
75 |
60 |
75 |
80 |
100-140 |
110-140 |
Морозостойкость, С |
-30 |
-30 |
-60 |
-60 |
-40 |
-50 |
-50 |
Водопоглощение за 24 часа , % |
3,5 |
7-8 |
До 4 |
2-7 |
|
|
|
Коэффициент трения по стали |
0,14 |
0,15 |
0,15 |
0,13 |
0,27 |
0,3-0,4 |
0,4 |
Диэлектрическая проницаемость при
106 Гц
|
3,6 |
4 |
4,5 |
3,4-4,7 |
3,8 |
3,0-3,5 |
4,0 |
Тангенс угла диэлектрических потерь
при 106Гц
|
0,03 |
0,02 |
0,04 |
0,03 |
0,025 |
0,025 |
0,04 |
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
|