聚酰胺
聚酰胺（英語：Polyamide，PA）是由含有羧基和氨基的單體通過醯胺鍵聚合成的高分子。此聚合物可天然生成（如羊毛及蠶絲等各種天然蛋白質），或以人工方式通過逐步聚合或固相聚合（如尼龍）或芳香聚酰胺和鈉聚（如天門冬氨酸）生產。由於其極端的耐用性和強度，人工聚酰胺聚合物常見於紡織品、地毯、運動裝、食物包裝、眼鏡零件、汽車飛機零件輪胎、軍用品及防護裝備等用品生產。
分類
[编辑]根據其主鏈的成份區分
[编辑]人工合成的聚酰胺根據其主鏈的成份可區分為以下的種類:
| 聚酰胺種類 | 主鏈的特色 | 化學組成的例子 | 商業產品的例子 |
|---|---|---|---|
| 脂肪聚酰胺 | 脂肪族化合物 | 聚酰胺6 聚酰胺66 | 杜邦的尼龍6、尼龍66 |
| 聚苯二甲酰胺 | 半芳香族化合物 | 聚酰胺6T = 六亞甲基二胺 （1,6己二胺） + 對苯二甲酸 | 德國贏創工業（Evonik Industries）的 Trogamid 杜邦的 Zytel |
| 芳香聚酰胺 | 芳香族化合物 | 克維拉 = 對苯二胺 + 對苯二甲酸 諾梅克斯（Nomex） = 間苯二胺 + 間苯二甲酸 |
杜邦的克維拉和諾梅克斯 日本帝人株式会社的Teijinconex，Twaron，與Technora 法国Kermel公司的Kermel。 |
根據其重複單位的數目區分
[编辑]根據其重複單位的數目，聚酰胺可以分為以下類型：
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![{\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)
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![{\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)
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根據結晶度區分
[编辑]根據他們的結晶度，聚酰胺可以是：
例
[编辑]根據這三項分類，舉例說明：聚酰胺66（尼龍66）是一種脂肪族半結晶的均聚酰胺。
化學反應
[编辑]酰胺鏈一般是從氨基和羧酸或酰氯的縮合反應生產。通常脫去一個小分子，可能是水或氯化氢。
高分子可由同時具有氨基和羧基的單體構成，或者可由兩種不同的雙功能單體構成，一個具有2個氨基酸組，另一個具有兩個羧基或酸氯組。
氨基酸可以被視為單一單體（如果忽略各氨基酸不同的 R組），與其他氨基酸反應，形成聚酰胺：
克維拉（如圖所示）是由兩個不同的單體的不斷交替反應，形成聚合物，是一種芳香聚酰胺：
一個比較特别的例子是聚酰胺6由ε- 己內酰胺的開環反應製成，不是縮合反應。
化學性質
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氫鍵
[编辑]聚酰胺由於分子間的氫鍵對其物理性質有重大影嚮，使得其有極端的耐用性和強度。尼龍66纖維堅韌，具有彈性和光澤，以及較高的拉伸強度。它的熔點是攝氏265度，比一般熱塑性塑料要高出許多。它也具有高耐磨損和抗酸和鹼等化學品。這些纖維會吸收高達 2.4％的水，而這會降低抗拉強度。尼龍11，12，610及612等，由於氫鍵密度較低，拉伸強度比尼龍66或尼龍6要低很多，但是吸水性較低、耐磨損和抗酸和鹼性能比較好[2]。
芳綸纖維，如克維拉®或Twaron®，是最流行的防彈纖維，由於兩個氫鍵中是僵硬的苯環，分子自然形成同一方向的長直晶體，使其拉伸強度非常巨大，約為同重量的鋼的5倍[3]。克維拉沒有熔點，適合用作防熱材料。
靜電
[编辑]這些材料的一部分通常是完全絕緣體，並會產生靜電，這可能會導致危險的火花，可能會損壞製造工廠的電子儀器和消費產品。這就需摻入導電添加物，如炭黑，金屬和導電聚合物。最常見的導電添加物是銀和炭黑。兩種材料各有加工處理的缺點，而以白銀作抗靜電添加物很明顯太昂貴。許多尼龍零件均添加炭黑而呈現黑色。
性能分析
[编辑]用途
[编辑]人工合成的聚酰胺有以下用途：
- 尼龍：牙刷、紡織品、地毯、齒輪、軸承
- 尼龍-MXD6：食物包裝，有卓越的氣體阻隔性能，耐熱性和高透明度[4]。
- Trogamid：眼鏡架[5]、鏡片[6]、汽車工業、機械工業、醫療器械、體育運動器材。
- 克維拉：船體、飛機、自行車輪胎、防彈衣、防彈頭盔、防護手套[7]
- 諾梅克斯與Kermel：防火衣、防熱衣、防火頭盔、防熱頭盔
參考資料
[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）.
