聚酰胺

聚酰胺（英语：Polyamide，PA）是由含有羧基和氨基的单体通过酰胺键聚合成的高分子。此聚合物可天然生成（如羊毛及蚕丝等各种天然蛋白质），或以人工方式通过逐步聚合或固相聚合（如尼龙）或芳香聚酰胺和钠聚（如天门冬氨酸）生产。由于其极端的耐用性和强度，人工聚酰胺聚合物常见于纺织品、地毯、运动装、食物包装、眼镜零件、汽车飞机零件轮胎、军用品及防护装备等用品生产。

分类[编辑]

根据其主链的成分区分[编辑]

人工合成的聚酰胺根据其主链的成分可区分为以下的种类:

聚酰胺种类	主链的特色	化学组成的例子	商业产品的例子
脂肪聚酰胺	脂肪族化合物	聚酰胺6 聚酰胺66	杜邦的尼龙6、尼龙66
聚苯二甲酰胺	半芳香族化合物	聚酰胺6T = 六亚甲基二胺（1,6己二胺） + 对苯二甲酸	德国赢创工业（Evonik Industries）的 Trogamid 杜邦的 Zytel
芳香聚酰胺	芳香族化合物	克维拉 = 对苯二胺 + 对苯二甲酸诺梅克斯（Nomex） = 间苯二胺 + 间苯二甲酸	杜邦的克维拉和诺梅克斯日本帝人株式会社的Teijinconex，Twaron，与Technora 法国Kermel公司的Kermel。

根据其重复单位的数目区分[编辑]

根据其重复单位的数目，聚酰胺可以分为以下类型：

均聚物：均聚物又可分为：
- 单独单体均聚物
  - 聚酰胺6： ${\ce {[NH - (CH2)5 - CO]_{N}}}$ 由ε- 己内酰胺制成；
  - 聚酰胺11，（聚ω-氨基十一酰）： ${\ce {[NH - (CH2)10 - CO]_{N}}}$ 由11-氨基十一酸制成；
  - 聚酰胺12，（聚十二内酰胺）： ${\ce {[NH - (CH2)11 - CO]_{N}}}$ 由12-氨基十二酸制成；
- 双单体均聚物
  - 聚酰胺66： ${\ce {[NH - (CH2)6 - NH - CO - (CH2)4 - CO]_{N}}}$ 由己二胺和己二酸制成；
  - 聚酰胺610： ${\ce {[NH - (CH2)6 - NH - CO - (CH2)8 - CO]_{N}}}$ 由己二胺和癸二酸制成；
  - 聚酰胺6T： ${\ce {[NH - (CH2)6 - NH - CO - (C6H4) - CO]_{N}}}$ 由己二胺和对苯二甲酸制成；
  - 聚酰胺6I： ${\ce {[NH - (CH2)6 - NH - CO - (C6H4) - CO]_{N}}}$ 由己二胺和间苯二甲酸制成；
  - 聚酰胺9T： ${\ce {[NH - (CH2)9 - NH - CO - (C6H4) - CO]_{N}}}$ 由1,9壬二胺和对苯二甲酸制成；
  - 聚酰胺M5T： ${\ce {[NH - (C2H3) - (CH3) - ((CH2)3) - NH - CO - (C6H4) - CO]_{N}}}$ 由2－甲基－1,5－戊二胺和对苯二甲酸制成；
共聚物：
- 聚酰胺6/66： ${\ce {[NH - (CH2)6 - NH - CO - (CH2)4 - CO]_{n}}}$ ${\ce {- [NH - (CH2)5 - CO]_{m}}}$ 由己内酰胺，己二胺和己二酸制成;
- 聚酰胺66/610 ${\ce {[NH - (CH2)6 - NH - CO - (CH2)4 - CO]_{n}}}$ ${\ce {- [NH - (CH2)6 - NH - CO - (CH2)8 - CO]_{m}}}$ 由己二胺，己二酸和癸二酸制成。

根据结晶度区分[编辑]

根据他们的结晶度，聚酰胺可以是：

半结晶（由于高分子分子量太大，虽然有些高分子化学结构容许完美的结晶，通常结晶度并不完全^[1]）：
- 高结晶度：聚酰胺46、聚酰胺66等;
- 低结晶度：聚酰胺MXD6 由间苯二甲胺和己二酸制成;

非晶体：聚酰胺6I 由六亚甲基二胺和间苯二甲酸制成。

例[编辑]

根据这三项分类，举例说明：聚酰胺66（尼龙66）是一种脂肪族半结晶的均聚酰胺。

化学反应[编辑]

酰胺链一般是从氨基和羧酸或酰氯的缩合反应生产。通常脱去一个小分子，可能是水或氯化氢。

高分子可由同时具有氨基和羧基的单体构成，或者可由两种不同的双功能单体构成，一个具有2个氨基酸组，另一个具有两个羧基或酸氯组。

氨基酸可以被视为单一单体（如果忽略各氨基酸不同的 R组），与其他氨基酸反应，形成聚酰胺：

克维拉（如图所示）是由两个不同的单体的不断交替反应，形成聚合物，是一种芳香聚酰胺：

一个比较特别的例子是聚酰胺6由ε- 己内酰胺的开环反应制成，不是缩合反应。

化学性质[编辑]

氢键[编辑]

聚酰胺由于分子间的氢键对其物理性质有重大影向，使得其有极端的耐用性和强度。尼龙66纤维坚韧，具有弹性和光泽，以及较高的拉伸强度。它的熔点是摄氏265度，比一般热塑性塑料要高出许多。它也具有高耐磨损和抗酸和碱等化学品。这些纤维会吸收高达 2.4％的水，而这会降低抗拉强度。尼龙11，12，610及612等，由于氢键密度较低，拉伸强度比尼龙66或尼龙6要低很多，但是吸水性较低、耐磨损和抗酸和碱性能比较好^[2]。

芳纶纤维，如克维拉®或Twaron®，是最流行的防弹纤维，由于两个氢键中是僵硬的苯环，分子自然形成同一方向的长直晶体，使其拉伸强度非常巨大，约为同重量的钢的5倍^[3]。克维拉没有熔点，适合用作防热材料。

静电[编辑]

这些材料的一部分通常是完全绝缘体，并会产生静电，这可能会导致危险的火花，可能会损坏制造工厂的电子仪器和消费产品。这就需掺入导电添加物，如炭黑，金属和导电聚合物。最常见的导电添加物是银和炭黑。两种材料各有加工处理的缺点，而以白银作抗静电添加物很明显太昂贵。许多尼龙零件均添加炭黑而呈现黑色。

性能分析[编辑]

熔点、结晶度等可以由热分析及X射线晶体学等分析方法决定。

用途[编辑]

人工合成的聚酰胺有以下用途：

尼龙：牙刷、纺织品、地毯、齿轮、轴承
尼龙-MXD6：食物包装，有卓越的气体阻隔性能，耐热性和高透明度^[4]。
Trogamid：眼镜架^[5]、镜片^[6]、汽车工业、机械工业、医疗器械、体育运动器材。
克维拉：船体、飞机、自行车轮胎、防弹衣、防弹头盔、防护手套^[7]
诺梅克斯与Kermel：防火衣、防热衣、防火头盔、防热头盔

参考资料[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）.

[1] Morrison and Boyd,《Organic Chemistry》, Chapter 32 Macromolecules, Polymers and Polymerization

[2] Fred W. Billmeyer, 《Textbook of Polymer Science》， Polyamide

[3] Bullet Proof ME Body Armor. [2011-08-21]. （原始内容存档于2011-08-18）.

[4] Nylon-MXD6 (PDF). [2011-08-21]. （原始内容 (PDF)存档于2011-01-09）.

[5] 镜架 TROGAMID CX. [2011-08-21]. （原始内容存档于2016-03-05）.

[6] 镜片 TROGAMID CX. [2011-08-21]. （原始内容存档于2016-03-05）.

[7] Kevlar®. [2011-08-21]. （原始内容存档于2011-08-16）.

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