聚酰胺
聚酰胺（英语：Polyamide，PA）是由含有羧基和氨基的单体通过酰胺键聚合成的高分子。此聚合物可天然生成（如羊毛及蚕丝等各种天然蛋白质），或以人工方式通过逐步聚合或固相聚合（如尼龙）或芳香聚酰胺和钠聚（如天门冬氨酸）生产。由于其极端的耐用性和强度，人工聚酰胺聚合物常见于纺织品、地毯、运动装、食物包装、眼镜零件、汽车飞机零件轮胎、军用品及防护装备等用品生产。
分类
[编辑]根据其主链的成分区分
[编辑]人工合成的聚酰胺根据其主链的成分可区分为以下的种类:
| 聚酰胺种类 | 主链的特色 | 化学组成的例子 | 商业产品的例子 |
|---|---|---|---|
| 脂肪聚酰胺 | 脂肪族化合物 | 聚酰胺6 聚酰胺66 | 杜邦的尼龙6、尼龙66 |
| 聚苯二甲酰胺 | 半芳香族化合物 | 聚酰胺6T = 六亚甲基二胺 （1,6己二胺） + 对苯二甲酸 | 德国赢创工业（Evonik Industries）的 Trogamid 杜邦的 Zytel |
| 芳香聚酰胺 | 芳香族化合物 | 克维拉 = 对苯二胺 + 对苯二甲酸 诺梅克斯（Nomex） = 间苯二胺 + 间苯二甲酸 |
杜邦的克维拉和诺梅克斯 日本帝人株式会社的Teijinconex，Twaron，与Technora 法国Kermel公司的Kermel。 |
根据其重复单位的数目区分
[编辑]根据其重复单位的数目，聚酰胺可以分为以下类型：
![{\displaystyle {\ce {[NH - (CH2)5 - CO]_{N}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/93c0e7a0132f9b0aa100d7130002e6ee4fda88f9)
![{\displaystyle {\ce {[NH - (CH2)10 - CO]_{N}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b1365ad661775a92640dc732de048da70ef0bff2)
![{\displaystyle {\ce {[NH - (CH2)11 - CO]_{N}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4b1667f263ba5428292e619c396443a423b6b414)
![{\displaystyle {\ce {[NH - (CH2)6 - NH - CO - (CH2)4 - CO]_{N}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/befef180aff2e6f0fa07815eac4b0e409b614571)
![{\displaystyle {\ce {[NH - (CH2)6 - NH - CO - (CH2)8 - CO]_{N}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/63f67e85a492835f6177b858f0f5524f9be6adab)
![{\displaystyle {\ce {[NH - (CH2)6 - NH - CO - (C6H4) - CO]_{N}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8c98a1041631b361b7a4d626fb033df961f86ea1)
![{\displaystyle {\ce {[NH - (CH2)9 - NH - CO - (C6H4) - CO]_{N}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/eb9904b9ddd30d152ef3b2c6517bcc487e020bbb)
![{\displaystyle {\ce {[NH - (C2H3) - (CH3) - ((CH2)3) - NH - CO - (C6H4) - CO]_{N}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/37ca5af678b9e70306817119c34ea7f551aed4b2)
![{\displaystyle {\ce {[NH - (CH2)6 - NH - CO - (CH2)4 - CO]_{n}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ed1b573bc28581c38b16e95b7f8ed4e2f5cb1ecb)
![{\displaystyle {\ce {- [NH - (CH2)5 - CO]_{m}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9a7d2441110eba4a562bd1195ba255ea24992fda)
![{\displaystyle {\ce {- [NH - (CH2)6 - NH - CO - (CH2)8 - CO]_{m}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/72c6b771cbe42a4cf956a3195aca4b93d665bc50)
根据结晶度区分
[编辑]根据他们的结晶度，聚酰胺可以是：
例
[编辑]根据这三项分类，举例说明：聚酰胺66（尼龙66）是一种脂肪族半结晶的均聚酰胺。
化学反应
[编辑]酰胺链一般是从氨基和羧酸或酰氯的缩合反应生产。通常脱去一个小分子，可能是水或氯化氢。
高分子可由同时具有氨基和羧基的单体构成，或者可由两种不同的双功能单体构成，一个具有2个氨基酸组，另一个具有两个羧基或酸氯组。
氨基酸可以被视为单一单体（如果忽略各氨基酸不同的 R组），与其他氨基酸反应，形成聚酰胺：
克维拉（如图所示）是由两个不同的单体的不断交替反应，形成聚合物，是一种芳香聚酰胺：
一个比较特别的例子是聚酰胺6由ε- 己内酰胺的开环反应制成，不是缩合反应。
化学性质
[编辑]
氢键
[编辑]聚酰胺由于分子间的氢键对其物理性质有重大影向，使得其有极端的耐用性和强度。尼龙66纤维坚韧，具有弹性和光泽，以及较高的拉伸强度。它的熔点是摄氏265度，比一般热塑性塑料要高出许多。它也具有高耐磨损和抗酸和碱等化学品。这些纤维会吸收高达 2.4％的水，而这会降低抗拉强度。尼龙11，12，610及612等，由于氢键密度较低，拉伸强度比尼龙66或尼龙6要低很多，但是吸水性较低、耐磨损和抗酸和碱性能比较好[2]。
芳纶纤维，如克维拉®或Twaron®，是最流行的防弹纤维，由于两个氢键中是僵硬的苯环，分子自然形成同一方向的长直晶体，使其拉伸强度非常巨大，约为同重量的钢的5倍[3]。克维拉没有熔点，适合用作防热材料。
静电
[编辑]这些材料的一部分通常是完全绝缘体，并会产生静电，这可能会导致危险的火花，可能会损坏制造工厂的电子仪器和消费产品。这就需掺入导电添加物，如炭黑，金属和导电聚合物。最常见的导电添加物是银和炭黑。两种材料各有加工处理的缺点，而以白银作抗静电添加物很明显太昂贵。许多尼龙零件均添加炭黑而呈现黑色。
性能分析
[编辑]用途
[编辑]人工合成的聚酰胺有以下用途：
- 尼龙：牙刷、纺织品、地毯、齿轮、轴承
- 尼龙-MXD6：食物包装，有卓越的气体阻隔性能，耐热性和高透明度[4]。
- Trogamid：眼镜架[5]、镜片[6]、汽车工业、机械工业、医疗器械、体育运动器材。
- 克维拉：船体、飞机、自行车轮胎、防弹衣、防弹头盔、防护手套[7]
- 诺梅克斯与Kermel：防火衣、防热衣、防火头盔、防热头盔
参考资料
[编辑]- ^ Morrison and Boyd,《Organic Chemistry》, Chapter 32 Macromolecules, Polymers and Polymerization
- ^ Fred W. Billmeyer, 《Textbook of Polymer Science》， Polyamide
- ^ Bullet Proof ME Body Armor. [2011-08-21]. （原始内容存档于2011-08-18）.
- ^ Nylon-MXD6 (PDF). [2011-08-21]. （原始内容 (PDF)存档于2011-01-09）.
- ^ 镜架 TROGAMID CX. [2011-08-21]. （原始内容存档于2016-03-05）.
- ^ 镜片 TROGAMID CX. [2011-08-21]. （原始内容存档于2016-03-05）.
- ^ Kevlar®. [2011-08-21]. （原始内容存档于2011-08-16）.
