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聚酰胺的改性

時間:2005-07-02

關鍵詞:聚酰胺改性來源：www.newmaker.com

通過聚合物單體的選擇性合成，可以實現工程塑料的改性。采取這種方式，聚合物的特性——包括加工特性，如加工速度、加工難易度、阻燃性、抗疲勞性和機械性能——和光學特性或設計潛力都可得到提高。另外，在選擇原料或確定聚合物組成時，可持續性和環境友好性也是目前考慮的關鍵因素之一。

聚酰胺(PA)是十分重要的工程塑料，用于機器和汽車制造、電子工業、建筑、家具和休閑品工業等領域。因為聚酰胺具有高阻燃性和高沖擊強度，并且具有優異的成型性和耐磨性，所以在許多技術應用領域成為重要的結構材料。除了以氨基酸為單體合成的聚酰胺如尼龍6和尼龍12，還有許多類型是由兩種單體(二元胺和二元酸)縮聚而成的。通過兩種或更多單體聚合反應，這些所謂共聚酰胺可以獲得所需要的性能。

        不同碳鏈長度的二元酸

        德國科寧公司開發和生產了一系列可供選擇的聚合物單體，用于工程塑料如聚酰胺、共聚酰胺和聚酯的合成。以脂肪酸二聚體（也稱為非尼龍聚酰胺）為基礎的聚酰胺被廣泛使用，如作為熱熔膠用在汽車、過濾器、電纜和電子工業等。

         傳統上，聚酰胺如尼龍6和尼龍66用于生產婦女的長統襪，但是現在發現，聚酰胺在技術應用領域也有廣泛的用途，如汽車、電子、機器、器械制造、包裝、運動和休閑工業等。壬二酸，一種九個碳鏈的二元酸，在這些應用中被作為共聚單體改善聚酰胺的結晶性能（如尼龍69和尼龍669）。

        壬二酸和其他新型長鏈二元酸同系物（LCDA，等級：Emerox）在室溫下是固體。它們能提高所有聚合物的韌性、彈性和抗水性能，主要用在聚酰胺和聚酯的合成中，如作為單體，與甲基丙烯酸縮水甘油酯反應制備粉體涂料。壬二酸是通過十八烯酸與臭氧的氧化反應（臭氧分解）獲得的。這種結晶固體溶于熱水、乙醇、二乙醚和其它極性溶劑中。一般來說，壬二酸的衍生物具有比偶數碳鏈的二元酸衍生物更低的熔點和高的溶解性能。

         碳十和碳十二的二元酸可以簡單地從蓖麻油或1，4-丁二烯衍生制得。但是，更長碳鏈的擴展不能采用這樣的辦法。

         長鏈脂肪二元酸是新一代化合物。這些碳鏈長度在11—18的二元酸可以通過脂肪酸或石蠟的生物氧化法生產制備。除了具有低熔點的特性外——這意味著適應的加工溫度——這些二元酸的引入，還賦予聚酰胺和聚酯許多特性，如：

◆低吸濕性，
◆高耐化學性
◆高抗水解性（如耐洗性）
◆高韌性和剛性
◆低固化和加工周期
◆良好的結晶性，從而縮短模塑周期
◆得到改善的低溫性能
◆高拉伸強度，伸長率和彈性模量
◆高透明性
◆環境友好性，可以回收。

         聚酰胺的改性

        與上述二元酸共聚，可以獲得下列塑料：

◆改性聚酰胺和聚酯，如生產膠粘劑，可應用于柔性包裝材料，紡織，過濾器，運輸和制鞋業。
◆聚酰胺工程塑料，如尼龍69，尼龍66 18和聚酰胺共聚物、三聚物和聚氨酯彈性體，
◆纖維塑料，
◆聚酯薄膜。

        通過引入碳18二元酸，改性尼龍6 18的熔點從原來尼龍66的260℃顯著降低到200℃，這樣改善了尼龍6、18的加工和流變性能。另外，優化聚合物的結晶行為，可以縮短加工周期。但碳12二元酸改性聚酰胺如尼龍6、12沒有表現出短的溫度內達到結晶峰的特點。尼龍6、12結晶緩慢，結晶溫度范圍達15℃。

         降低尼龍6的熔點的另一個方法是與尼龍6、18共聚。例如，60%尼龍6、 18與尼龍6共聚，熔點可以從原來的220℃降低到150℃左右。這樣，如前述，可以獲得優異的加工參數。

        比較尼龍6和LCDA改性聚酰胺的吸濕性能，可以看出長鏈二元酸結構的引入——更加疏水——顯著降低了衍生物的水分吸收。這種性質在紡織工業中非常重要，其中纖維成品的憎水性和耐洗性是關鍵指標。

       如果用尼龍6、18取代尼龍6、12，可以生產出透明聚酰胺。例如，當碳18二元酸引入到尼龍6中時，可以獲得透明的產品。但是相對尼龍6、18或尼龍6/尼龍6、18共聚物而言，尼龍12或尼龍6、12的透明性就差了許多。前述的結晶行為是造成這種差異的原因。

        結論:不同碳鏈長度的二元酸可以改性聚合物或塑料。由于長碳鏈的引入，聚合物的熔點和加工溫度都顯著降低，結晶性能得到改善，從而縮短固化時間，如在熱熔膠的應用中。較長側鏈——增加疏水性——減少水分吸收，可以提高耐洗性。另外，長碳鏈的引入還提高了聚合物的韌性和彈性。最后同樣重要的是，與短鏈同系物相比，碳18二元酸提高了聚酰胺的透明度。

        混合技術領域的結論已表明長鏈單體可以改善相容性，從而提高共混物(如聚酰胺和聚丙烯)的形態。帶有其它功能性基團如二元醇，二元胺或二元酯的二元酸衍生物對聚合物性能的影響是進一步的研究課題。

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