Материалы сайта
Это интересно
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.