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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

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根据其主链的成分区分

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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

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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：  由ε- 己内酰胺制成；
      • 聚酰胺11，（聚ω-氨基十一酰）：  由11-氨基十一酸制成；
      • 聚酰胺12，（聚十二内酰胺）：  由12-氨基十二酸制成；
    • 双单体均聚物
      • 聚酰胺66：  由己二胺和己二酸制成；
      • 聚酰胺610：  由己二胺和癸二酸制成；
      • 聚酰胺6T：  由己二胺和对苯二甲酸制成；
      • 聚酰胺6I：  由己二胺和间苯二甲酸制成；
      • 聚酰胺9T：  由1,9壬二胺和对苯二甲酸制成；
      • 聚酰胺M5T：  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：  由己内酰胺，己二胺和己二酸制成;
    • 聚酰胺66/610    由己二胺，己二酸和癸二酸制成。

根据结晶度区分

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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;

例

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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

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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：

 
两种氨基酸的反应，长链蛋白质由许多这种反应产生。

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：

 
1,4 - 苯基二胺（对苯二胺）和对苯二甲酰氯反应产生克维拉

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。

 
己内酰胺的开环反应。

化学性质

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克维拉的巨型分子结构:粗体标示了克维拉之重复单位，虚线标示了氢键。

氢键

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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

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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

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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

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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

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  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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