Budowa i otrzymywanie PA
Polarne grupy amidowe w łańcuchu głównym PA są rozdzielone grupami niepolarnymi, węglowodorowymi. Jeżeli grupami niepolarnymi są grupy metylenowe, to otrzymujemy poliamidy alifatyczne. W przypadku występowania pierścieni aromatycznych, uzyskany w ten sposób polimer nosi nazwę poliamidu aromatycznego. W zależności od stosowanych surowców do polikondensacji, rozróżnia się dwie ogólne grupy poliamidów:
- poliamidy otrzymywane w wyniku heteropolikondensacji kwasów (lub dichlorków kwasowych) dikarboksylowych z diaminami. Do tej grupy zaliczamy PA 6.6, PA 6.9, PA 6.10, PA 6.12.
- poliamidy otrzymywane na drodze homopolikondensacji kwasów zawierających jednocześnie grupy kwasową i aminową. W tej grupie znajduje się najbardziej znany poliamid PA 6, ale również PA 11 i PA 12.
Najczęściej stosowany poliamid 6 (nylon 6 lub PA 6) otrzymuje się w wyniku polikondensacji lub polimeryzacji anionowej epsilon-kaprolaktamu, związanych z otwarciem pierścienia epsilon-kaprolaktamu:
Czynnikiem, który w decydujący sposób wpływa na właściwości poliamidów alifatycznych jest liczba grup metylenowych znajdujących się w łańcuchu między ugrupowaniami amidowymi. W praktyce otrzymywanie poliamidów prowadzi się najczęściej w stopie (masie), roztworze i na granicy faz.
Rodzaje poliamidów
Poliamidy różnią się między sobą; od twardego i sztywnego PA 66, do miękkiego i elastycznego PA 12. W zależności od typu, poliamidy absorbują różną ilość wilgoci, co ma wpływ na ich właściwości mechaniczne. Ze względu na proces produkcji rozróżnia się półwyroby wytłaczane (ekstrudowane) i odlewane. Proces odlewania pozwala na wytworzenie produktów o większych wymiarach i wyższym stopniu krystaliczności, co skutkuje mniejszymi naprężeniami wewnętrznymi.
Poliamid 4 otrzymuje się w wyniku anionowej polimeryzacji 2-pirolidonu; jako katalizator stosuje się sól tetrametyloamoniową 2-pirolidonu. Włókna z poliamidu 4 posiadają doskonałą odporność na utlenianie, ścieranie, dobrą elastyczność, stabilność wymiarów, absorpcję wilgoci zbliżoną do włókien bawełnianych i są nietopliwe. Jego własności mechaniczne są porównywalne z poliamidem 6. Poliamid 4 można stosować do produkcji ręczników, konfekcji, skarpet, dzianin, ubiorów sportowych, dywanów, pluszu, a ponadto można z niego wytwarzać folie opakowaniowe i wykorzystywać do wzmacniania papieru.
Poliamid 6 (PA 6) jest najbardziej popularnym ekstrudowanym poliamidem. Posiada wyważoną kombinację wszystkich typowych właściwości tej grupy materiałowej. Ma dobre właściwości tłumiące i udarność, jak również wysoką wytrzymałość na rozciąganie, także w niskich temperaturach. Charakteryzuje się dobrą odpornością na ścieranie. W porównaniu do typów odlewanych, PA 6 charakteryzuje się większą wchłanialnością wilgoci, jest mniej odporny na zużycie i niewiele mniej stabilny wymiarowo. Otrzymuje się go w wyniku polikondensacji lub polimeryzacji anionowej kaprolaktamu. Poliamid 6 bez pigmentów i barwników jest biały. W cienkich warstwach, zwłaszcza gwałtownie chłodzony, jest prawie zupełnie przezroczysty. Oznaczenie masy cząsteczkowej poliamidu 6 polega na oznaczaniu lepkości względnej roztworu poliamidu. Najodpowiedniejsze wartości masy cząsteczkowej poliamidu 6 przeznaczonego do wyrobu włókien znajdują się w przedziale 24 000–32 000, co odpowiada w przybliżeniu wartościom lepkości względnej 2,25–2,55.
Poliamid 66 (PA 66) posiada dobrą sztywność, twardość, odporność na ścieranie i termiczną stabilność wymiarową. Pod kątem tych specyficznych właściwości PA 66 wykazuje pewną przewagę zalet w porównaniu do PA 6. W porównaniu do typów odlewanych PA 66 ma wyższą wchłanialność wilgoci. Pod względem wszystkich innych właściwości PA 66 jest porównywalny do standardowego typu odlewanego PA 6G, chociaż jest droższy. Produkowany jest on pod nazwą handlową Nylon i powstaje w wyniku polikondensacji kwasu adypinowego z heksametylenodiaminą. Reakcję prowadzi się dwuetapowo; w pierwszym etapie otrzymuje się adypinian heksametylenodiaminy, którego ogrzewanie do temperatury 260–280°C prowadzi do otrzymywania poliamidu 66 (stopień polimeryzacji n zależy od dokładności usunięcia wody ze środowiska reakcji). Poliamid ten posiada dobre własności użytkowe i stosuje się go do wyrobu włókna, żyłki wędkarskiej, szczeciny syntetycznej, izolacji przewodów elektrycznych oraz do wyrobu kształtek metodą wtryskową.
Poliamid 11 powstaje przez polikondensację kwasu aminoundecylowego. Podstawowym surowcem do jego otrzymywania jest olej rycynowy, który poddaje się alkoholizie. Polikondensację kwasu aminoundecylowego można prowadzić metodą ciągłą i periodyczną. PA 11 jest półprzezroczystą, bezbarwną masą podobną do rogu o gęstości 1,04–1,10 g/cm3 i temperaturze topnienia 182–185°C. Jest on odporny na działanie światła i czynników chemicznych: kwasów, zasad, rozcieńczonych kwasów mineralnych i roztworów utleniaczy. Uformowany w żyłki lub włókno daje się rozciągać 3–4,5-krotnie, a produkt rozciągnięty wykazuje wytrzymałość na zerwanie wynoszącą 3,0–4,5×106 Pa.
Poliamid 12 (PA 12) jest półkrystalicznym poliamidem o bardzo wysokiej wytrzymałości (ciągliwości) i dobrej odporności na chemikalia. Charakteryzuje się najniższą wchłanialnością wody spośród wszystkich typów poliamidów. Posiada także dobrą udarność. Jest stosowany w przemyśle kablowym i motoryzacyjnym (rury, węże wysokociśnieniowe), w medycynie, w przemyśle spożywczym (osłonki do potraw przeznaczonych do gotowania), a także w przemyśle górniczym (lampy górnicze, hełmy ochronne) oraz elektronicznym (elementy wyłączników, elementy sterownicze).
