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.