聚酰胺-66的研究與綜述

＊方華揚(yáng)

（浙江省永康市第一中學(xué) 浙江 321300）

聚酰胺-66的研究與綜述

＊方華揚(yáng)

（浙江省永康市第一中學(xué) 浙江 321300）

聚酰胺-66作為生活中常見(jiàn)的高分子材料其應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景非常廣泛。本文對(duì)聚酰胺-66的基本結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)特性、現(xiàn)存的合成工藝和改性等方面進(jìn)行了綜述，特別地，對(duì)具有發(fā)展前景的改性方法及其研究現(xiàn)狀進(jìn)行了研究及評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)存技術(shù)的研究，本文對(duì)聚酰胺-66的發(fā)展方向和應(yīng)用領(lǐng)域提出見(jiàn)解和展望。

聚酰胺-66；物理改性；化學(xué)改性

1.簡(jiǎn)介

聚酰胺-66，是一種人造聚合物、纖維、塑料，其化學(xué)名稱(chēng)為聚己二酰己二胺，工業(yè)簡(jiǎn)稱(chēng)PA-66，是一種半透明或不透明乳白色的樹(shù)脂。在用作塑料時(shí)稱(chēng)作尼龍，而在用作合成纖維時(shí)多稱(chēng)作錦綸。發(fā)明于1935年2月28日，早期的尼龍制品多半用于日常生活，如牙刷、絲襪，而硬的尼龍也被用在建筑業(yè)中。尼龍還是多種人造纖維的原材料，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步加工可成為其他人造纖維。

聚酰胺自產(chǎn)生以來(lái)就得到了快速的發(fā)展，這主要與其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)是分不開(kāi)的。在聚酰胺的分子主鏈中含有大量極性酰胺基，酰胺基還有N、C等易于H形成氫鍵的元素，從而使得聚酰胺分子間有較強(qiáng)的作用力。同時(shí)氫鍵的存在還使聚酰胺的分子的排列具有取向，導(dǎo)致聚酰胺材料具有結(jié)晶性。聚酰胺分子主鏈中亞甲基的存在使得其分子鏈具有一定的柔性，影響聚酰胺熔點(diǎn)和玻璃化溫度。另外，聚酰胺大分子主鏈末端含有氨基和羧基，具有反應(yīng)活性容易被取代、改性，從而可以獲得指定的性能。以上這些性質(zhì)使得聚酰胺在各領(lǐng)域的運(yùn)用范圍較大，同時(shí)又因?yàn)橐赘男钥稍O(shè)計(jì)，原料來(lái)源廣泛，產(chǎn)業(yè)化程度高，更加加速了其發(fā)展。

2.基本性能及合成工藝

(1)基本結(jié)構(gòu)

聚酰胺-66的主要結(jié)構(gòu)如下，學(xué)名為聚己二酰己二胺（Polyhexamethyleneadipamide，PA-66），結(jié)構(gòu)中含有酰胺鍵。

其密度在1．12-1．16g/cm3之間，與結(jié)晶程度有關(guān)；表面張力為4．6×10-6N/cm，在23℃環(huán)境溫度下放置24個(gè)小時(shí)后，尼龍-66的吸水率為1．2-1．3%，稍低于尼龍-6。

(2)物理化學(xué)性能

聚酰胺-66的機(jī)械性質(zhì)和拉伸性能隨其聚合度、結(jié)晶度、吸濕率和配合劑的有無(wú)和種類(lèi)的不同而有變化，因尼龍-66通常在大氣中使用，并非剛成型后的無(wú)水狀態(tài)，而是處于平衡含水率或者接近平衡含水率的狀態(tài)，所以其性能會(huì)隨著含水量的不一樣在測(cè)試中有所差別。在用作機(jī)械部件的領(lǐng)域中，沖擊強(qiáng)度是極為重要的，與其他塑料相比，尼龍-66具有抗沖擊強(qiáng)度大的特點(diǎn)，所以聚酰胺-66在建筑、汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍較廣。尼龍-66和尼龍-6的結(jié)晶性能與熱性能比較，尼龍-66的熔點(diǎn)、熱變形溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、結(jié)晶溫度等都比尼龍-6高，這也說(shuō)明了尼龍-66具有較高溫應(yīng)用的基礎(chǔ)。聚酰胺-66電性能、熱性能和化學(xué)性能優(yōu)良，相當(dāng)廣泛地在絕緣部件等電氣部件中使用。在化學(xué)耐受性能方面，與其他尼龍相比聚酰胺-66最容易熱降解和三維結(jié)構(gòu)化。聚酰胺-66的熱降解，首先高分子主鏈斷開(kāi)，使得材料的相對(duì)分子量下降，從而熔體粘度下降；進(jìn)一步降解時(shí)，由三維結(jié)構(gòu)引起熔體粘度上升，而最終變成凝膠，成為不溶不熔物。聚酰胺-66在惰性氣體中直到300℃還是比較穩(wěn)定的，但是長(zhǎng)時(shí)間處于高溫中，如在290℃加熱5小時(shí)，就可以看出明顯的分解，產(chǎn)生氨和二氧化碳。在無(wú)氧存在的熱分解中，C-N鍵裂解成為

(3)合成工藝及方法

聚酰胺-66一般由已二酸和己二胺縮聚合成?？s聚過(guò)程中必須嚴(yán)格控制反應(yīng)物的摩爾比，才能得到適當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量的高聚物。工業(yè)合成聚酰胺-66主要分為兩步，第一步是已二酸和己二胺預(yù)先相互中和成66鹽，第二步尼龍-66鹽進(jìn)行縮聚形成聚合物，期間需要加入醋酸、消泡劑、己二胺等添加劑。尼龍-66的合成方法有間歇縮聚法和連續(xù)縮聚法兩種，兩種方法各具優(yōu)缺點(diǎn)，依據(jù)生產(chǎn)條件的不同選擇不同的方法，曹真真等人對(duì)尼龍-66的聚合方法進(jìn)行了研究和總結(jié)，從熔融聚合、固態(tài)聚合、界面聚合三種常用的高分子聚合方法對(duì)聚酰胺-66的合成工藝進(jìn)行了研究和展望，從節(jié)能減排，提高產(chǎn)品質(zhì)量的角度對(duì)聚合技術(shù)和模擬方法進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并對(duì)工業(yè)生產(chǎn)聚酰胺-66的發(fā)展進(jìn)行了展望。

3.改性及應(yīng)用領(lǐng)域

聚酰胺-66在尼龍類(lèi)材料中因其具有較高的強(qiáng)度、較大的剛性且耐溶劑和使用溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn),而成為消耗量最大的產(chǎn)品，廣泛地用于汽車(chē)制造、機(jī)械設(shè)備、電子電器、醫(yī)療器械和精密儀器等領(lǐng)域。不可否認(rèn)聚酰胺-66也存在一些缺點(diǎn)，如在低溫和干態(tài)情況下耐沖擊性能較差，在日常使用中吸水性強(qiáng)等等。因此，通過(guò)改性改變聚酰胺-66的缺點(diǎn)，加強(qiáng)其優(yōu)點(diǎn)，使其具有更高的性能與更強(qiáng)的功能，是整個(gè)行業(yè)的發(fā)展方向。通過(guò)設(shè)計(jì)改性聚酰胺-66的結(jié)構(gòu)和性能，可以進(jìn)一步促進(jìn)相關(guān)行業(yè)的產(chǎn)品向高性能、高質(zhì)量方向發(fā)展。現(xiàn)有的聚酰胺-66的改性方法主要分為物理改性和化學(xué)改性?xún)煞N方法。

(1)物理改性

物理改性是在聚酰胺-66基體中加入其它無(wú)機(jī)材料、有機(jī)材料、其它塑料品種、橡膠品種、熱塑性彈性體或一些有特殊功能的添加助劑。經(jīng)過(guò)混合、混煉而制得的性能優(yōu)異的聚酰胺-66改性材料。物理改性主要方式有：共混、增強(qiáng)、增韌、增容改性等，聚酰胺-66分子鏈中含有極性較強(qiáng)的酰胺基團(tuán)從而容易產(chǎn)生氫鍵，使得其與其他材料之間的混合更加容易實(shí)現(xiàn)。

聚酰胺-66的增強(qiáng)改性，通常采用添加纖維和填料等方法使樹(shù)脂強(qiáng)度得到改善。常用的纖維包括玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維。玻璃纖維在尼龍?jiān)鰪?qiáng)方面有重要的地位，其強(qiáng)度和楊氏模量比尼龍大10-20倍，芳綸纖維增強(qiáng)后的聚酰胺材料則具有摩擦和磨損性能，而碳纖維的加入則更是發(fā)揮了自身的優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)了聚酰胺材料的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，擴(kuò)大了聚酰胺材料的應(yīng)用領(lǐng)域，可用作抗靜電材料、電極材料等。常用的填料則有沸石、滑石、碳酸鈣、陶土、云母、硫酸鈣、高嶺土以及玻璃微珠等。填料的加入大大提高了聚酰胺材料的抗沖擊能力，高嶺土此類(lèi)材料的加入也提高了聚酰胺的耐熱性和阻燃性，使得聚酰胺材料在建筑類(lèi)領(lǐng)域的使用范圍有所拓展。一般來(lái)說(shuō)，纖維的添加量為20%-35%，填料則為40%。因?yàn)樘盍系牧Ｗ有螤睢⒋笮?、粒徑分布、純度高低、長(zhǎng)徑比大小和表面處理劑的選用等都對(duì)最終樹(shù)脂的性能有較大的影響，所以在選擇填充材料時(shí)需要充分考慮最終產(chǎn)物的性質(zhì)以及使用環(huán)境。王庭慰等人將馬來(lái)酸酐接枝EPDM和聚氧化乙烯(POE)等聚烯烴共混來(lái)增韌尼龍，研究最佳前驅(qū)體配比，成功提高了聚酰胺的沖擊強(qiáng)度和韌性。付鵬等人從尼龍?jiān)鲰g，聚氨酯增韌尼龍，兩個(gè)方面綜述了聚酰胺材料共混增韌的研究現(xiàn)狀，并提出了用氨綸廢絲增韌尼龍的新方法，并指出增韌的方式可以有效提高聚酰胺材料的抗沖擊性能和耐低溫性能，從而拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。

(2)化學(xué)改性

化學(xué)改性是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在聚酰胺-66分子的主鏈或側(cè)鏈引入新的結(jié)構(gòu)單元、聚合物鏈或功能基團(tuán)，從而使其結(jié)構(gòu)、性能都發(fā)生變化。尼龍-66化學(xué)改性的方法很多，最主要的是按改性后的聚合物結(jié)構(gòu)分為接技共聚和聚合物的功能化。

聚酰胺的接枝共聚主要是建立在聚酰胺鏈段很容易發(fā)生電子或質(zhì)子轉(zhuǎn)移而形成大分子側(cè)基自由基的基礎(chǔ)上。常用的接枝材料有丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯等。趙清香等人引用高錳酸鉀/硫酸來(lái)引發(fā)聚丙烯和聚酰胺-66接枝，并優(yōu)化得出了最佳的反應(yīng)條件和引發(fā)劑濃度。同時(shí)其課題組還以硫酸鉀/硫酸作為引發(fā)劑，將聚酰胺-66與衣康酸進(jìn)行反應(yīng)接枝，優(yōu)化出了最佳的反應(yīng)條件。而王留陽(yáng)等人則是從尼龍改性接枝的方法入手，研究綜述了引發(fā)接枝的方式各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)。陳天舒則是采用馬來(lái)酸酐接枝的聚丙烯對(duì)聚酰胺-66樹(shù)脂進(jìn)行增韌改性，同時(shí)還通過(guò)改變著色劑、增塑劑、阻燃劑等添加劑的用量研究了聚酰胺材料在低溫條件下的使用性能及阻燃性能，旨在實(shí)現(xiàn)聚酰胺材料的高性能化和功能化，促進(jìn)聚酰胺材料向高質(zhì)量、高水平的方向發(fā)展。

(3)應(yīng)用領(lǐng)域

聚酰胺-66的耐油阻燃性能較好，經(jīng)常用于汽車(chē)零部件的生產(chǎn)；較好的抗沖擊性能和韌性使其可用作汽車(chē)的支架、發(fā)動(dòng)機(jī)水箱等。經(jīng)過(guò)改性的阻燃劑聚酰胺材料在家電領(lǐng)域也受歡迎，插座、電阻器都可以用尼龍來(lái)制作，用于娛樂(lè)的沖浪板、滑雪板甚至醫(yī)療器械也長(zhǎng)用到聚酰胺-66。而另一個(gè)新興發(fā)展的領(lǐng)域則是將改性的聚酰胺-66發(fā)展至生物工程領(lǐng)域，拓寬其應(yīng)用范圍。隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，聚酰胺類(lèi)材料經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)研究改性，可開(kāi)發(fā)出更多高質(zhì)量、高水平的產(chǎn)品，基于聚酰胺產(chǎn)業(yè)的其他領(lǐng)域也進(jìn)一步發(fā)展。

4.發(fā)展與展望

聚酰胺-66綜合性能優(yōu)異，在汽車(chē)制造、電氣電子、機(jī)械加工、辦公和家庭電器、包裝工業(yè)及交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。如何克服現(xiàn)存的吸水性強(qiáng)，沖擊強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，使之能夠在更大的領(lǐng)域得以運(yùn)用和發(fā)展就需要對(duì)現(xiàn)使用的配方進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)改性、填充和復(fù)合等方法，改進(jìn)缺點(diǎn)賦予聚酰胺-66更優(yōu)異的性能是研究的熱點(diǎn)，從而進(jìn)一步開(kāi)發(fā)強(qiáng)化尼龍-66的生產(chǎn)技術(shù)，降低生產(chǎn)成本，使得尼龍-66能實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

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方華揚(yáng)（1998～），男，浙江省永康市第一中學(xué)，研究方向：化學(xué)教育。

((責(zé)任編：盧鳳英)

Study and Summary of Polyamide-66

Fang Huayang

（Zhejiang Yongkang No.1 Middle School, Zhejiang, 321300）

Polyamide-66, as the high polymer material which is common in life, has a wide application field and development prospect. This paper has taken summary of the basic structure, physical and chemical property, the existing synthetic process and modification etc., of the polyamide-66, particularly, it has taken study and evaluation of the modification method and research status quo, which has a good development prospect. Through the study of the existing technologies, this paper has put forward suggestion and prospect for the development direction and application field of polyamide-66.

polyamide-66；physical modification；chemical modification

O

A

天舒.改性尼龍66的研制及其性能研究[D].哈爾濱工程大學(xué),2005.

10.7666/d.y780019.