Алифатические полиамиды

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное  учреждение высшего

профессионального образования

“МАТИ” - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. К.Э.ЦИОЛКОВСКОГО

____________________________________________________________ 

Кафедра "Технология переработки  неметаллических  материалов" 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по дисциплине: «Основа получения полуфабрикатов полимерных и компазиционных материалов» 

на тему:

Алифатические полиамиды 
 
 

Студент группы: 4МТМ-3ДБ-017 Бочкова П. М.

Руководитель: Мийченко И. П. 
 
 
 
 

МОСКВА - 2009

 

   Содержание 

Введение………………………………………………………………………………………..      3

1 Определение  полимера………………………………………………………………………     4

2 Общие сведения  о способах синтеза алифатических полиамидов………………………..     4

  2.1 В промышленности……………………………………………………………………..     4

2.2 В лабораторной  практике………………………………………………………………     6

3 Рассмотрение особенностей состава и структуры полиамидов…………………………..     7

4 Основные свойства и области применения полиамидов………………………………….    10

  4.1 Свойства алифатических полиамидов…………………………………………………   10

4.2 Технологические  свойства полиамидов……………………………………………….    14

4.3 Применение алифатических полиамидов……………………………………………..     16

Заключение……………………………………………………………………………………..     17

Список использованных источников………………………………………………………………….      18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

  Данная  работа посвящена рассмотрению алифатических  полиамидов, их свойств и способов применения. Также приводятся особенности  их состава и структуры, показаны способы синтеза в промышленности и лабораторных условиях.

  Полиамиды (ПА) -  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. В настоящее время на рынке Полиамидов все более существенную роль играет вторичный ПА, который предлагают различные производители компаундов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Определение полимера 

    Полиамиды - гетероцепные полимеры, содержащие в основной цепи макромолекулы амидные группы —CO—NH—. Карбоцепные полимеры с боковыми амидными группами   —СО—NH2, например полиакриламид, обычно к полиамидам не относят. Полиамидами являются также белки и полипептиды, которые, однако, резко отличаются от «обычных» полиамидов по структуре, физическим и химическим свойствам, вследствие чего их и выделяют в особые классы соединений. Амидные группы содержат также полимочевины и полиуретаны.

  Полиамиды могут быть алифатическими, или ароматическими в зависимости от того, с алифатическими или ароматическими радикалами связаны группы —СО—NH—. Основную группу полиамидов составляют гомополиамиды, получаемые поликонденсацией из диамина и дикарбоновой кислоты, из омега-аминокислоты и полимеризацией из лактама аминокислоты. Смешанные полиамиды представляют собой сополимеры, получаемые сополиконденсацией, то есть из двух или более диаминов с одной дикарбоновой кислотой, из одного диамина с двумя или более дикарбоновыми кислотамитами, а также из аминокислоты или лактама со смесью диамина и дикарбоновой кислоты.  

  2 Общие сведения о способах синтеза алифатических полиамидов 

  Химический  синтез — в узком смысле это  процесс создания или построения сложных молекул из более простых. В широком смысле — получение  химических соединений химическими и физическими методами. В зависимости от природы продукта синтез может быть органическим или неорганическим. Следует отметить, что в органическом синтезе, продукт химической реакции может являться и более простым веществом, чем одно из исходных соединений.

    Структурная формула полиамидов, синтезированных из одного мономера, имеет вид:     (-R-NHCO-)n, из двух мономеров: (-NH-R-NHCO-R'-CO-)n. 

  2.1  В промышленности  

  В промышленности для получения алифатических полиамидов применяются:

  Поликонденсация дикарбоновых кислот и диаминов полиамидирование 

  

(2.1) 

  Поликонденсацию проводят преимущественно в расплаве, реже в растворе высококипящего растворителя или в твердой фазе. Для получения полиамидов высокой молекулярной массы из дикарбоновых кислот и диаминов полиамидирование проводят при эквимолярных соотношениях исходных веществ. Для производства стабильных по свойствам полиамидов и регулирования их молекулярной массы процессы ведут часто в присутствии регуляторов молекулярной массы чаще всего уксусной кислоты.

  Для производства алифатических полиамидов из дикарбоновых кислот и диаминов сначала в водной среде получают соль кислоты и амина. Например, соль АГ соль адипиновой кислоты и гексаметилендиамина. Кристаллизуют ее. После чего нагревают при температуре не выше 260-280 °С в токе инертного газа или в вакууме для возможно более полного удаления выделяющейся при поликонденсации воды, которая сдвигает равновесие реакции полимеразиции вправо. Повышение температуры поликонденсации выше 280 °С, а также ее продолжительность более 6 часов приводят к образованию разветвленных и сшитых полимеров вследствие протекания побочных реакций, каковыми могут быть:

  Взаимодействие концевых аминогрупп между собой и последующее ацилирование вторичных аминогрупп концевыми группами COOH по схеме (2.2): 

  

(2.2) 

  Декарбоксилирование концевых карбоксильных групп растущих полимерных цепей, которое возможно при температурах не ниже 300 °С 

    Поликонденсация диаминов, динитрилов  и воды в присутствии катализаторов.  Например, кислородных соединений фосфора и бора, в частности смеси фосфористой и борной кислот 

  

(2.3) 

  Процесс проводят при 260-300 °С. Вначале под  давлением, периодически выпуская из зоны реакции выделяющийся аммиак. Заканчивают  при атмосферном давлении. 

  Гидролитическая или каталитическая полимеризация аминокислот лактамов. Главным образом, капролактама 

  

(2.4) 

  Процесс проводят в присутствии воды, спиртов, кислот, оснований и других веществ, способствующих раскрытию цикла, или  в присутствии каталитических систем, состоящих из лактаматов металлов I-II группы и активаторов: ациламидов, изоцианатов, в растворе или расплаве при 220-260 °С в случае гидролитической полимеризации или 160-220 °С в случае каталитической полимеризации. 
 
 
 
 
 
 

  2.2 В лабораторной практике 

  В лабораторной практике алифатические полиамиды  получают следующими способами:

  Поликонденсация диаминов и дихлорангидридов ди-карбоновых кислот на границе раздела несмешивающихся фаз, обычно вода - органический растворитель  

  

(2.5) 

  Процесс проводят при 0-200 °C с добавлением основания (щелочи) для нейтрализации выделяющегося HCl.

  Поликонденсация диаминов с активированными  эфирами  дикарбоновых кислот, направлена n-нитрофениловыми, пента-фтор(или хлор)фениловыми, в  растворе апротонных диполярных растворителей, например гексаметилфосфортриамида, при 60-1000C с выделением в ходе реакций соответствующего фенола: 

  

(2.6) 

  (R: = n-C₆H₄NO₂, C₆F₅, C₆Cl₅, C₆H₃ (NO₂)₂ и др.) 

  Полимеризация ангидридов N-карбокси-a-аминокислот: 

  

(2.7) 

  Анионная  полимеризация изоцианатов - способ получения N-замещенных полиамидов: 

  

(2.8) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3 Рассмотрение особенностей состава и структуры полиамидов 

  Полиамиды могут быть линейными, разветвленными, сшитыми, а также иметь циклическое  строение. Степень кристалличности  и характер надмолекулярной организации зависят от симметрии макромолекул и стерических факторов, которые определяют строение полимера и межмолекулярные взаимодействия, приводящие к образованию упорядоченной структуры материала.

  Длина цепи полиамида, образующегося как при поликонденсации, так и по реакции ионной полимеризации, зависит от многих факторов. Поэтому в полимере могут содержаться цепи различной длины, и молекулярно-массовое распределение может изменяться в зависимости от технологических особенностей получения полимера. Обычно определяют только среднюю молекулярную массу, причем как среднее значение молекулярной массы, так и молекулярно массовое распределение являются важными факторами, характеризующими свойства полиамидов.

  Типичный  пример молекулярно массового распределения приведен на рисунке 3.1.

  

  1 — среднечисловая молекулярная  масса; 2 — средневязкостная молекулярная  масса; 3 — среднемассовая молекулярная  масса.

  Рис. 3.1 - Типичная кривая молекулярно-массового распределения полиамидов [1]. 

  Рентгеноструктурный анализ линейных гомополиамидов в твердом состоянии, например ПА 6 и 66, показывает, что они представляют собой частично кристаллические материалы. Степень кристалличности никогда не достигает 100%, обычно она ниже 50%. Размер кристаллитов в полиамидах очень мал и редко превышает 200 Å.

  Кристалличность полиамидов, как и других полимеров, повышается, если молекулы характеризуются  высокой степенью пространственной регулярности в расположении функциональных групп (стереорегулярность), небольшим  объемом таких групп и возможностью возникновения межмолекулярных взаимодействий, способствующих плотной упаковке макромолекул.

  При охлаждении расплава, в котором макромолекулы  полностью разориентированы, в результате теплового движения сегментов и  взаимодействия между функциональными группами соседних макромолекул возникает правильное расположение цепей с образованием кристаллического порядка. При этом другие сегменты той же самой молекулярной цепи могут находиться за пределами кристаллических областей. Таким образом, отдельная макромолекула одновременно может входить как в кристаллические образования, так и в аморфные области. Такие рассуждения служат основой модели «бахромчатой мицеллы», схематически представленной на рисунке 3.2.