第5章第2节聚酰胺

1、上一内容下一内容回主目录O返回5.2.2 5.2.2 概概 述述CNHO 聚酰胺聚酰胺定义：定义：大分子主链中含有重复结构单元酰胺基团（ ）的聚合物的统称。简称PA，俗称尼龙（Nylon）。 聚酰胺的聚酰胺的品种品种很多很多, ,主要有PA6、PA66、PA11、PA12、PA610、PA612、PA1010、PA46、尼龙6T、尼龙9T和MXD-6等。 聚酰胺一般可由聚酰胺一般可由氨基酸氨基酸缩聚缩聚，内酰胺内酰胺开环聚合开环聚合或者由或者由相应的二元酸与二元胺相应的二元酸与二元胺缩聚缩聚而成，属而成，属逐步聚合反应逐步聚合反应。一、定义上一内容下一内容回主目录O返回聚酰胺聚酰胺-1010-

2、1010聚酰胺聚酰胺-6-6聚酰胺聚酰胺-66-66聚酰胺聚酰胺-11-11聚酰胺聚酰胺-12-12聚酰胺聚酰胺-610-610品种品种上一内容下一内容回主目录O返回聚酰胺按原料的不同，其命名分为聚酰胺按原料的不同，其命名分为四四种情况种情况 由内酰胺开环聚合的尼龙,称为尼龙n,简写为PAn。通式为： 如-己内酰胺开环聚合得到的聚合物，称为PA6，-氨基十一酸合成的聚合物为PA11。CH2CNHO( )n-1p二、命名上一内容下一内容回主目录O返回 由二元胺和二元酸缩聚得到的聚合物,称为尼龙mn,简写为PAmn，m为重复单元二元胺的碳原子数，n为重复单元中二元酸的碳原子数，通式为： 如1,6-

3、己二胺和1,6-己二酸缩聚所得聚合物称为PA66 1,4-丁二胺和1,6-己二酸缩聚得到的聚合物称为PA46CH2NNCCH2CHHOO( )m( )n-2p上一内容下一内容回主目录O返回 用用重复的二胺或二酸重复的二胺或二酸的简称表示的简称表示 如间苯二甲胺如间苯二甲胺( (MetaxylyleneMetaxylylene diaminediamine) )简称为简称为MXDAMXDA，间苯二，间苯二甲胺与己二酸合成的聚合物称为尼龙甲胺与己二酸合成的聚合物称为尼龙MXD6MXD6；对苯二甲酸英文名；对苯二甲酸英文名为为TerephthalicTerephthalic Acid Acid，己二

4、胺和对苯二甲酸合成的聚合物称为，己二胺和对苯二甲酸合成的聚合物称为6T6T，壬二胺和对苯二甲酸合成的聚合物称为，壬二胺和对苯二甲酸合成的聚合物称为9T9T。 共聚尼龙是用上述方法命名的尼龙名称组合的，共聚尼龙是用上述方法命名的尼龙名称组合的，主要成分的尼龙名称放在前面主要成分的尼龙名称放在前面 如尼龙如尼龙6和尼龙和尼龙66的共聚尼龙称为的共聚尼龙称为6/66；若主要成；若主要成分为尼龙分为尼龙66，则称为，则称为66/6。上一内容下一内容回主目录O返回 尼龙的产量在工程塑料中居尼龙的产量在工程塑料中居第一位第一位，成为各行各业中，成为各行各业中不可缺少的结构材料，主要性能特点为：不可缺少的结

5、构材料，主要性能特点为：优良的力学性能优良的力学性能 机械强度高，韧性好。机械强度高，韧性好。自润滑性、耐摩擦性好自润滑性、耐摩擦性好 自润滑性很好自润滑性很好, ,摩擦系数小摩擦系数小, ,从而作为传动部件，使用寿命长。从而作为传动部件，使用寿命长。优良的耐热性优良的耐热性 PA46PA46等结晶性尼龙的热变形温度很高等结晶性尼龙的热变形温度很高, ,可在可在150150下长期使用，下长期使用，PA66PA66经玻璃纤维增强后，热变经玻璃纤维增强后，热变形温度达形温度达250250。三、尼龙的性能及应用1、性能、性能上一内容下一内容回主目录O返回 石油化学工业和其它工业的发展为尼龙工程塑料的

6、发展提石油化学工业和其它工业的发展为尼龙工程塑料的发展提供了丰富、廉价的供了丰富、廉价的原料原料和广阔市场。尼龙主要用于汽车工业、电和广阔市场。尼龙主要用于汽车工业、电子电器工业、交通运输业、机器制造工业、电线电缆通讯业、薄子电器工业、交通运输业、机器制造工业、电线电缆通讯业、薄膜及日常用品。膜及日常用品。 优异的电绝缘性能优异的电绝缘性能 尼龙的体积电阻率很高，是尼龙的体积电阻率很高，是优良的电气、电器绝缘材料。优良的电气、电器绝缘材料。 优良的耐候性优良的耐候性 吸水性大吸水性大 饱和水可达饱和水可达3%以上，在一定程度上影以上，在一定程度上影响制件的尺寸稳定性。响制件的尺寸稳定性。上一内

7、容下一内容回主目录O返回2 2、 尼龙系列品种的应用尼龙系列品种的应用汽车工业是聚酰胺工程塑料汽车工业是聚酰胺工程塑料最大的消费市场最大的消费市场。PAPA具具有较好的有较好的机械性能和耐热稳定性机械性能和耐热稳定性，是制造强度高、耐，是制造强度高、耐热性好零件的理想材料。热性好零件的理想材料。PAPA具有具有较好的耐热性较好的耐热性，可经受汽车发动机运转等产，可经受汽车发动机运转等产生的高温和环境产生的高、低温变化；有生的高温和环境产生的高、低温变化；有优良的耐油优良的耐油性性，可以经受汽车上使用的汽油、机油、齿轮油、制，可以经受汽车上使用的汽油、机油、齿轮油、制动油和润滑油；动油和润滑油；

8、耐化学药品腐蚀耐化学药品腐蚀，不受汽车冷却液、，不受汽车冷却液、蓄电池液等的腐蚀；具有蓄电池液等的腐蚀；具有高强度高强度，是汽车发动机、传，是汽车发动机、传动部件及受力结构部件的理想材料。动部件及受力结构部件的理想材料。 汽车工业汽车工业上一内容下一内容回主目录O返回部位部位部件名称部件名称材料及特点材料及特点发动机发动机部件部件气缸盖、进气岐管、进气消声器、散热器、气缸盖、进气岐管、进气消声器、散热器、空气滤清器外壳、同步皮带、燃料过滤器、空气滤清器外壳、同步皮带、燃料过滤器、加油器盖、高压代码保护器、电机电刷、沉加油器盖、高压代码保护器、电机电刷、沉淀器、操纵杆套、贮油缸、冷却风扇淀器、操

9、纵杆套、贮油缸、冷却风扇GPA6GPA6、PA66PA66、PA6PA6高强度、耐温、耐环境变化高强度、耐温、耐环境变化车身部车身部件件车门、前后盖板、把手、门锁、安全带固定车门、前后盖板、把手、门锁、安全带固定铰链、仪表板、挡泥板、遮光板夹具铰链、仪表板、挡泥板、遮光板夹具PP/PA6PP/PA6、PE/PA66PE/PA66、PPO/PA6PPO/PA6、PA66PA66、EPDM/PA6EPDM/PA6合金合金抗冲击、耐稳定、可涂饰性抗冲击、耐稳定、可涂饰性电气部电气部件件电气配线、接插件、熔断器、保险盒、电线电气配线、接插件、熔断器、保险盒、电线包覆、电线夹及固定卡套、接线柱、按钮、包

10、覆、电线夹及固定卡套、接线柱、按钮、开关开关PA6PA6、阻燃、阻燃PAPA驱动控驱动控制制部件部件齿轮、车轮盖板、扣钉、油门、踏板、制动齿轮、车轮盖板、扣钉、油门、踏板、制动管、输油管管、输油管增强增强PA6PA6、PA66PA66填充填充PA66PA66PA11PA11、PA12PA12、PA46PA46上一内容下一内容回主目录O返回 电子电气工业电子电气工业电子电气行业是电子电气行业是PAPA的消费第二领域，是应用开发的消费第二领域，是应用开发较早的领域。较早的领域。主要用途是空调、彩电、程控交换机、复印机、主要用途是空调、彩电、程控交换机、复印机、计算机的线圈骨架、接插件、接线柱、高压

11、包、转计算机的线圈骨架、接插件、接线柱、高压包、转动轮、小型变压器等部件；动轮、小型变压器等部件；移动电话外壳移动电话外壳、电器电、电器电源装置的高低压开关、继电器外壳等。源装置的高低压开关、继电器外壳等。 上一内容下一内容回主目录O返回 机械工业机械工业也是也是PAPA应用的主要领域。应用的主要领域。机械工业机械工业包括包括矿山机械矿山机械、造纸机械造纸机械、橡塑机械橡塑机械、纺织机械纺织机械、轧钢机械轧钢机械、食品加工机械食品加工机械、机加工机械机加工机械、搬运机械搬运机械等众多产业。工程塑料为产业等众多产业。工程塑料为产业机械小型化、高精度化提供了高性能材料。机械小型化、高精度化提供了高

12、性能材料。机械用工程塑料的机械用工程塑料的优越性优越性主要体现在四个方面：主要体现在四个方面：机机械的小型化、低噪声、抗腐蚀、寿命长械的小型化、低噪声、抗腐蚀、寿命长。对材料的要求是高强度、耐冲击、耐磨损。对材料的要求是高强度、耐冲击、耐磨损。这正是尼龙所具备的优点。这正是尼龙所具备的优点。传动齿轮轴套、密封垫圈、轴承骨架、滚轮、纺织棱。传动齿轮轴套、密封垫圈、轴承骨架、滚轮、纺织棱。上一内容下一内容回主目录O返回 办公和家用电器办公和家用电器用于制造打印机、复印机、计算机、办公设备的零用于制造打印机、复印机、计算机、办公设备的零件。件。家用电器是：电视机、录像机、摄像机、冰箱、洗家用电器是：

13、电视机、录像机、摄像机、冰箱、洗衣机、微波炉、空调、电熨斗等衣机、微波炉、空调、电熨斗等电器的零件电器的零件。洗衣机。洗衣机甩干桶刹车片、吸尘器内部构件和空调压缩机接线端甩干桶刹车片、吸尘器内部构件和空调压缩机接线端子护盖等。电工照明用具、装饰灯的灯头、灯座等。子护盖等。电工照明用具、装饰灯的灯头、灯座等。上一内容下一内容回主目录O返回 包装工业包装工业包装工业包装工业( (保鲜、贮存保鲜、贮存) )使用使用PAPA是近年开发的一个是近年开发的一个热热门领域门领域。消费品市场中需求最大的是。消费品市场中需求最大的是PA6PA6薄膜。薄膜。PAPA薄薄膜的膜的气体阻隔性好，氧气透过率低，透明性好

14、，且耐油、耐高气体阻隔性好，氧气透过率低，透明性好，且耐油、耐高温、耐蒸煮、抗刺穿性能强温、耐蒸煮、抗刺穿性能强，非常适合各种肉制品、海产，非常适合各种肉制品、海产品和乳制品的品和乳制品的冷冻包装冷冻包装。PA6PA6的成膜性能优于的成膜性能优于PA66PA66，所以薄膜市场中，所以薄膜市场中PA6PA6占有占有优势。双向拉伸优势。双向拉伸PA6PA6膜由于其膜由于其耐破裂性良好耐破裂性良好，而且具有，而且具有抗冲击、耐刺穿以及柔顺性、耐温性和对气体的阻透型等抗冲击、耐刺穿以及柔顺性、耐温性和对气体的阻透型等优势优势，它作为，它作为高档、耐蒸煮食品包装材料高档、耐蒸煮食品包装材料得到越来广泛的

15、得到越来广泛的应用。应用。上一内容下一内容回主目录O返回 交通运输交通运输在交通运输领域中，在交通运输领域中，铁路上铁轨绝缘垫板、轨撑、弧形铁路上铁轨绝缘垫板、轨撑、弧形板座、辙叉扣板座、挡板座板座、辙叉扣板座、挡板座等许多非金属部件都可以用等许多非金属部件都可以用改改性性PAPA制作，列车车厢内的部分小型结构部件也可使用制作，列车车厢内的部分小型结构部件也可使用PA6PA6。用于船舶上的。用于船舶上的PAPA制品有制品有螺旋浆轴、螺旋推进器螺旋浆轴、螺旋推进器等。等。此外，在自行车制造行业也用此外，在自行车制造行业也用PAPA制造一些较小的结制造一些较小的结构件。构件。上一内容下一内容回主目

16、录O返回发动机装饰盖板发动机装饰盖板 15%15%玻璃玻璃纤维增强纤维增强PA6 PA6 车门锁传动器车门锁传动器 玻璃玻璃纤维增强纤维增强PA6PA6 燃料供给泵燃料供给泵 25%25%玻璃纤维增强玻璃纤维增强 尼龙网尼龙网 上一内容下一内容回主目录O返回扣具扣具 尼龙螺丝尼龙螺丝 拉链拉链 尼龙滑轮尼龙滑轮 上一内容下一内容回主目录O返回尼龙布尼龙布 尼龙手套尼龙手套 尼龙网帽尼龙网帽 尼龙过滤袋尼龙过滤袋 尼龙轴瓦尼龙轴瓦 尼龙梳子尼龙梳子 尼龙软管尼龙软管 上一内容下一内容回主目录O返回尼龙厨具尼龙厨具 尼龙毛刷辊尼龙毛刷辊 尼龙放线滑车尼龙放线滑车 尼龙挂绳尼龙挂绳 尼龙单丝尼龙单丝

17、 尼龙起动拉绳尼龙起动拉绳 尼龙腰带尼龙腰带 尼龙制动管尼龙制动管 上一内容下一内容回主目录O返回尼龙绝缘块尼龙绝缘块 上一内容下一内容回主目录O返回 由己内酰胺开环或由己内酰胺开环或-氨基己氨基己酸经缩聚反应而制得的合成纤维酸经缩聚反应而制得的合成纤维四四 聚酰胺聚酰胺-6的生产的生产（一）主要原料已内酰胺在室温下为白色结晶体，熔点为68-70，沸点为292.5，手触有润滑感，易溶于水、乙醇、乙醚、氯仿和苯等。上一内容下一内容回主目录O返回（二）聚酰胺-6的生产原理与工艺 1、聚合机理：、聚合机理： 聚酰胺聚酰胺-6的聚合机理分为：的聚合机理分为：尼龙尼龙6 6的聚合的聚合 水解聚合水解聚合

18、( (分子量易于调节；大规模分子量易于调节；大规模) ) 碱性阴离子聚合碱性阴离子聚合 固相聚合固相聚合 插层聚合插层聚合 上一内容下一内容回主目录O返回 尼龙尼龙6 6的水解聚合的水解聚合-己内酰胺在水存在下，开环聚合己内酰胺在水存在下，开环聚合 开环反应开环反应( (水解作用水解作用) ) 以水为引发剂，水解先生成氨基己酸以水为引发剂，水解先生成氨基己酸CH2CNHO( )5CH2NH2COOH( )5+H2O吸热吸热 1、聚合机理：、聚合机理：上一内容下一内容回主目录O返回 1、聚合机理：、聚合机理： 加聚反应加聚反应 己内酰胺和已生成的氨基己酸发生亲核加成己内酰胺和已生成的氨基己酸发生

19、亲核加成反应，使分子链增长。反应，使分子链增长。C H2CNHO( )5C H2NH2COOHC H2NH2C O N HC H2COOH( )5+( )5( )5放热CH2CNHO+RCOOHNH2CH2NH2CO NHRCOOH( )5( )5放热上一内容下一内容回主目录O返回 缩聚反应缩聚反应 CH2NH2CONHCH2COOH( )5( )5CH2NH2CONHCH2COOH( )5( )5CH2NH2CONHCH2COOH( )5( )5m-1n-1m+n-1+OH2 链交换反应链交换反应 包括包括(A)(A)聚合物链之间交换反应，聚合物链之间交换反应， (B) (B)聚合物分子链与

20、另一聚合物聚合物分子链与另一聚合物氨端基氨端基之间的交换反应之间的交换反应 (C) (C)聚合物分子链与另一聚合物聚合物分子链与另一聚合物羧端基羧端基间的交换反应。间的交换反应。上一内容下一内容回主目录O返回 封端反应封端反应 RHOOCNH2CH3COOHRHOOCNHCOCH3OH2+CORNHRNH-RCORCRONRHNRHCOR+11223344 1、聚合机理：、聚合机理：上一内容下一内容回主目录O返回 碱性阴离子碱性阴离子聚合聚合 大致分为三个阶段大致分为三个阶段 阴离子的形成阴离子的形成CH2CNONaCH2CNOHNaOH+OH2( )5( )5链增长链增长 高温下，阴离子攻击

21、另一己内酰胺分子上的羰高温下，阴离子攻击另一己内酰胺分子上的羰基。基。CH2CNO( )5CH2CNOH-( )5( )5( )5CH2CNOCOCH2NH-+( )5( )5C H2CNOCOC H2N H-CH2CNOH( )5CH2CNOCOCH2NH2( )5( )5+CH2CNO( )5-+上一内容下一内容回主目录O返回 1、聚合机理：、聚合机理：平衡反应与结晶过程平衡反应与结晶过程 由于阴离子聚合反应在聚合物由于阴离子聚合反应在聚合物熔点以下进行，聚合后期的反应特征是在分子量迅速熔点以下进行，聚合后期的反应特征是在分子量迅速增长的同时，伴随聚合物结晶和凝固。增长的同时，伴随聚合物结

22、晶和凝固。CH2CNO( )5-CH2CNOH( )5CH2CNOCOCH2NHH( )5( )5n+1+综合式上一内容下一内容回主目录O返回 固相聚合固相聚合 是制备高质量、高性能、是制备高质量、高性能、高相对分子质量高相对分子质量聚酯、聚酯、聚酰胺切片的有效方法。聚酰胺切片的有效方法。 特点特点;(1);(1)聚合温度聚合温度 (2)(2)聚合物相对分子质量明显提高聚合物相对分子质量明显提高 (3)(3)能耗降低能耗降低 (4)(4)聚合过程环境友好聚合过程环境友好 (5)(5)工艺简单、灵工艺简单、灵活活 (6)(6)聚合过程存在反应动平衡。聚合过程存在反应动平衡。 将普通将普通PA6P

23、A6切片用水萃取后，在干燥过程中，通过切片用水萃取后，在干燥过程中，通过某种催化剂作用，在某种催化剂作用，在PA6PA6熔点以下熔点以下进行聚合的方法，是进行聚合的方法，是PA6PA6增粘的有效方法。增粘的有效方法。上一内容下一内容回主目录O返回 在在-己内酰胺中加入经己内酰胺中加入经有机化处理有机化处理的具有的具有多层层状结构多层层状结构的硅酸盐的硅酸盐（如蒙脱土），在（如蒙脱土），在250250下，下，-己内酰胺插入己内酰胺插入硅酸盐的层间硅酸盐的层间进行聚合反应，生成尼龙纳米复合材料的进行聚合反应，生成尼龙纳米复合材料的聚合方法。聚合方法。技术关键是制备具有一定层间距的离子离子化粘土化粘

24、土复合体复合体。是保证粘土达到纳米级分散的重要条件。 插层聚合插层聚合上一内容下一内容回主目录O返回1聚酰胺聚酰胺-6（锦纶（锦纶-6）的生产）的生产上一内容下一内容回主目录O返回主要原料主要原料: : 主要设备主要设备:直形直形VKVK管和管和U U形形VKVK管管聚酰胺聚酰胺-61常压法常压法1上一内容下一内容回主目录O返回（1 1）聚合原理）聚合原理已内酰胺在高温下，微量水存在时的聚合反应如下：已内酰胺在高温下，微量水存在时的聚合反应如下：反应的温度反应的温度：250260引发剂的用量引发剂的用量：已内酰胺的：已内酰胺的0.5%5%；分子质量调节剂分子质量调节剂：乙酸（：乙酸（0.07%

25、0.14%）或己二酸（）或己二酸（0.2% 0.3%）；）；反应的转化率反应的转化率：一般为：一般为85%90%总的聚合平衡反应1常压法常压法1上一内容下一内容回主目录O返回上一内容下一内容回主目录O返回常压法常压法主要用于生产相对粘度较低（主要用于生产相对粘度较低（r2.22.7，相对分，相对分子质量为子质量为1300014000）的聚酰）的聚酰-6树脂，所用的反应器为树脂，所用的反应器为直形直形VK管管和和U形形VK管管。直形直形VK管管高为高为9m左右，以联苯左右，以联苯-联苯醚为载热体，采用分段加热联苯醚为载热体，采用分段加热的方式进行加热变。一段温度为的方式进行加热变。一段温度为23

26、0240；第二段温度为；第二段温度为（2652）；第三段温度为（；第三段温度为（2402）。投料前用氮气置换。投料前用氮气置换反应器中的空气后，再将熔融的（反应器中的空气后，再将熔融的（90100）的己内酰胺经过）的己内酰胺经过滤后，用齿轮泵送入熔体贮罐，并将引发剂和相对分子质量调节滤后，用齿轮泵送入熔体贮罐，并将引发剂和相对分子质量调节剂送入助剂计量槽，然后按比例将物料从剂送入助剂计量槽，然后按比例将物料从VK管顶部加入，使其慢管顶部加入，使其慢慢从管内多孔挡板间曲折流下。单体在第一段被引发剂开环并初慢从管内多孔挡板间曲折流下。单体在第一段被引发剂开环并初步聚合；经过第二段和第三段完成平衡聚

27、合反应。反应过程中产步聚合；经过第二段和第三段完成平衡聚合反应。反应过程中产生的水份不断从反应器顶部排出。单体物料在管内的平均停留时生的水份不断从反应器顶部排出。单体物料在管内的平均停留时间约间约20h。聚合后熔融的产物用齿轮泵从直形。聚合后熔融的产物用齿轮泵从直形VK管底部送出，可管底部送出，可以直接纺丝、也可以铸带切片。以直接纺丝、也可以铸带切片。 上一内容下一内容回主目录O返回U形形VK管管是两根并列的双层夹套直管，下端连通，是两根并列的双层夹套直管，下端连通，并通过旋塞控制两管之间物料的通过速度，熔融的并通过旋塞控制两管之间物料的通过速度，熔融的已内酰胺和助剂通过助剂计量槽进入第一管，

28、经过已内酰胺和助剂通过助剂计量槽进入第一管，经过第一段（第一段（2201）和第二段（和第二段（2601）聚合反聚合反应，经旋塞进入第二管，保持保持（应，经旋塞进入第二管，保持保持（2601）下下反应。第二管内有内管，熔融的聚合物溢流通过内反应。第二管内有内管，熔融的聚合物溢流通过内管形成膜层以保证充分混合，质量均匀和较好地排管形成膜层以保证充分混合，质量均匀和较好地排除水汽和气泡。聚合时间根据树脂的用途来确定，除水汽和气泡。聚合时间根据树脂的用途来确定，单丝用树脂为单丝用树脂为35h左右，帘子线用树脂为左右，帘子线用树脂为4070h。聚合好的熔体用齿轮泵送出，可直接纺丝，也可以聚合好的熔体用齿

29、轮泵送出，可直接纺丝，也可以铸带切片。铸带切片。 2、聚酰胺、聚酰胺-6的生产工艺的生产工艺上一内容下一内容回主目录O返回影响聚合及工艺控制的各种因素a. 原料纯度原料纯度：可能残留的酸性或碱性杂质，或还原性、氧化性杂质，皆不利于聚合，必须提纯。b. 引发剂引发剂(活化剂活化剂)：水解聚合所用的引发剂水，一般用量为己内酰胺量的13。c. 聚合温度聚合温度：己内酰胺水解聚合是一个平衡反应，随聚合温度上升，平衡向生成低分子物的方向移动。上一内容下一内容回主目录O返回温度高，起始时聚合速度快反应达平衡时，温度越高，聚合物生成量越低，而低分子物含量上升第一段230-240oC，使己内酰胺开环。第二段260-265oC，使反应加速。第三段240-250oC，使低分子物的含量降低。聚合温度分段控制上一内容下一内容回主目录O返回d. 分子量调节剂分子量调节剂(稳定剂稳定剂)：最常用为醋酸或己二酸。反应转化率一般为85-90%，尼龙-6中含有单体及环状低聚物，其含量与聚合温