نوع ترکیبات پلی آمیدها و کاربرد آن ها

مقدمه

پلی آمید چیست؟ پلی آمیدها (Polyamides) پلیمرهایی حاوی پیوندهای تکرار شونده آمید هستند و توالی CO-NH- را دارند. پروتئین ها نمونه هایی از پلی آمیدهای طبیعی محسوب می شوند. شناخته شده ترین پلی آمیدهای سنتزی، اغلب نایلون نامیده می شوند که جزو ترکیبات پلی آمیدهای آلیفاتیک قرار می گیرند.

با این حال، سایر پلی آمیدهای تولیدی نیز مهم هستند و شامل پلی آمید آروماتیک (aromatic polyamide)، Kevlar و پلاستیک های تولید شده از کاربامید (اوره) می باشد. نامگذاری برای توصیف پلی آمیدهای خطی و آلیفاتیک (نایلون ها) بر اساس تعداد اتم های کربن در واحد تکراری انجام می گیرد.

برای خرید ورق پلی آمید می توانید با کارشناسان فروش ما تماس بگیرید

کاربردهای پلی آمید چیست؟

کاربردهای پلی آمید چیست؟

1-کاربرد در صنایع خودروسازی:

کاربردهای پلی آمیدها در یک یا دو دهه اخیر موجب شده است تا این مواد بتواند صنایع بسیاری را تحت پوشش قرار بدهد. مثلاً صنعت خودروسازی، مدیون انواع پلی آمید 6 و پلی آمید 6و6 است. این روزها شاهد پیشرفت فناوری های نوین در این صنعت هستیم؛ از تولید پوشش های جدید برای باتری خودرو گرفته تا شیلنگ های پلاستیکی مقاوم در سیستم ترمزها، همگی فرآیند تولید خودروهای سبک و پرسرعت را ساده تر ساخته اند.

برای تولید پلیمرهای مهندسی شده، علاوه بر پلی آمیدها، گاهی برخی از افزودنی ها نیز به مخلوط اضافه می شود تا ویژگی های مکانیکی و فیزیکی آن را بهبود بدهد. سپس مواد اولیه پلیمری که در بخش تولید و قالب گیری محصولات به کار می روند، نهایت کیفیت را خواهند داشت. خواص ارزشمندی از جمله استحکام کششی، مقاوم در برابر ضربه، پایداری در برابر سیالات اسیدی، عدم ترک خوردگی، ثبات رنگ و ده ها ویژگی دیگر توسط پلیمرهای مهندسی تأمین می شوند. همه پلی آمیدها از واحدهای مونومر معین سنتز می شوند که در قسمت بعدی ملاحظه می کنید.

پلی آمیدها به دلیل داشتن تعادل خوب بین استحکام مکانیکی و خواص بازدارنده در برابر اکسیژن، نفوذ بو و روغن ها به عنوان فیلم و پوشش، مثلاً برای بسته بندی مواد غذایی استفاده می شوند.

هر دو ترکیبات پلی آمید 6.6 و پلی آمید 6، استحکام کششی بالایی دارند اما پلی آمید 6.6 می تواند آب را جذب کند و پلی آمید 6 خاصیت ارتجاعی بیشتری دارد. هر دو پلی آمید، سخت و مقاوم هستند و در برابر سایش، مقاومت خوبی دارند.

2-کاربرد پلی آمید در صنایع غذایی:

پلی آمیدها بهترین پلیمرهایی هستند که برای ساخت قطعات لاستیکی مقاوم، مورد استفاده در صنایع غذایی به کار می روند. دلیل آن هم واضح است. این پلیمرها یک محیط بهداشتی و عاری از میکروب را ایجاد می کنند، پس همه قطعاتی که با مواد غذایی در طول فرآیند تولید در تماس هستند، استاندارد و بهداشتی خواهند بود. هیچ گونه جرم یا رسوب روی قطعات ساخته شده از پلی آمید تشکیل نمی شود و لذا در طول زمان، همچنان ویژگی های خود را حفظ می کنند.

3-کاربرد پلی آمید در صنایع رباتیک:

از آنجایی که قطعات لاستیکی مورد استفاده در صنایع رباتیک و الکترونیکی باید انعطاف پذیری خوبی داشته باشند، لذا پلی آمیدها بهترین انتخاب برای این محصولات هستند. صنایع رباتیک در آینده به طور قطع به پلیمرهای مهندسی شده وابسته خواهد بود.

در شکل زیر، توالی مونومرها در پلی آمیدها را مشاهده می کنید. هر نوع پلی آمید دارای یک توالی معین است. سنتز این پلیمرها تحت فشار و دمای بالا و در حضور کاتالیزورهای مناسب امکان پذیر است.

انواع پلی آمید

بیشتر بخوانید: خرید سیم جوش پلی اتیلن

تولید سالیانه پلی آمیدها چقدر است و در کدام کشورها انجام می شود؟

• تولید کلی پلی آمیدها: در جهان 7.8 میلیون تن و در آمریکا 0.6 میلیون تن
• تولید پلی آمید 6،6: در جهان 4.4 میلیون تن
• تولید پلی آمید 6: در جهان 3.4 میلیون تن و در چین 2.0 میلیون تن

از مجموع 7.8 میلیون تن پلی آمید تولید شده در سال 2016، حدود 5.5 میلیون تن به صورت الیاف تولید شده است. این میزان در سال 2017 به 5.5 میلیون تن افزایش یافت. تقریباً تمام تولید پلی آمیدهای ایالات متحده به الیاف تبدیل می شود.

پلی آمید آلیفاتیک به چه معنا است و چه ساختاری دارد؟

پیشتر از این در مقدمه مطلب گفتیم که نایلون ها، پلی آمید آلیفاتیک هستند. پلی آمید 6 و پلی آمید 6 و6 نیز آلیفاتیک است. اما ممکن است این سوال براتان مطرح شود که “آلیفاتیک” به چه معنا است؟

به طور کلی، ترکیبات آلی به دو گروه آلیفاتیک و آروماتیک یا معطر تقسیم بندی می شوند. ترکیبات آروماتیک آنهایی هستند که دارای حلقه بنزنی بوده و می توانند بدون استخلاف یا همراه با گروه های عاملی باشند. برخی از مهم ترین ترکیبات آروماتیک شامل بنزن، تولوئن، نیتروبنزن، زایلن، نفتالن، اسید بنزوئیک و … هستند. پلی آمیدها را آلیفاتیک می نامیم چرا که در ساختار پلیمری خود فاقد حلقه بنزنی بوده و ساختار آن فقط از یک توالی و پیوندهای ساده شیمیایی خطی تبعیت می کند.

ترکیبات آلکان ها، آلکن ها و آلکین ها بدون حلقه بنزن، نمونه ای از مهم ترین ترکیبات آلی آلیفاتیک هستند.

روش سنتز انواع پلی آمید چیست؟

روش و مراحل تولید و سنتز پلی آمید 6 و پلی آمید 6،6

هر دو پلی آمید از بنزن از طریق ترکیب اولیه سیکلوهگزان (cyclohexane) ساخته می شوند. هیدروژن در حضور کاتالیزور نیکل تحت فشار از بنزن مایع عبور می کند:

سنتز پلی آمید

سیکلوهگزان با عبور هوا از مایع تحت فشار در حضور یک کاتالیزور (اغلب نمک کبالت) اکسید می شود تا دو محصول تولید شود؛ این واکنش را در شکل زیر مشاهده می کنید:

سنتز پلی آمید

مخلوط سیکلوهگزانول (cyclohexanol) و سیکلوهگزانون (cyclohexanone) به عنوان “روغن مخلوط” یا KA (کتون/الکل) شناخته می شود. یک مسیر جایگزین برای سیکلوهگزانول، از طریق هیدروژنه کردن فنل با استفاده از کاتالیزور نیکل در حدود 400 کلوین و 5 اتمسفر است:

روش سنتز پلی آمید

یک مسیر جدیدتر برای رسیدن به سیکلوهگزانول، فرآیند Asahi است که از طریق هیدروژناسیون بنزن و تبدیل به سیکلوهگزن و هیدراتاسیون بعدی، به الکل انجام می شود. این مسیر نسبت به سایر فرآیندها در مصرف انرژی، کارآمدتر است.

برای سنتز پلی آمید 6، سیکلوهگزانون خالص مورد نیاز است. هنگامی که روغن مخلوط، تحت فشار، با اکسیدهای مس (ll) و کروم (lll) گرم می شود، سیکلوهگزانول که یک الکل ثانویه است، به کتون مربوطه، سعنی سیکلوهگزانون، هیدروژنه می شود.

روش سنتز پلی آمید

سپس سیکلوهگزانون از طریق اکسیم (oxime) به کاپرولاکتام (caprolactam) تبدیل می شود (از واکنش کتون با هیدروکسیل آمین – به شکل نمک، هیدروکسی آمین هیدروژن سولفات ” hydroxylamine hydrogensulfate” ):

روش سنتز پلی آمید

ایزومریزاسیون اکسیم به کاپرولاکتام، توسط اسید سولفوریک، نمونه ای از نوآرایی بکمن (Beckmann rearrangement) است که در آن، یک اکسیم در حضور اسید به آمید تبدیل می شود.

یک زئولیت، با موقعیت های اسیدی در ساختار خود، برای اثر بخشیدن به این بازآرایی استفاده می شود. زئولیت، بازسازی می شود و در استفاده از اسید سولفوریک صرفه جویی می کند.

برای تولید پلیمر، کاپرولاکتام، آب (که به عنوان کاتالیزور عمل می کند) و یک تنظیم کننده جرم مولکولی، مثلاً اتانوئیک اسید را در ظرف واکنش ریخته و تحت نیتروژن در دمای 500 کلوین به مدت حدود 12 ساعت حرارت می دهند:

پلی آمید 6،6 از واکنش 1،6-دی آمینو هگزان (هگزا متیلن دی آمین) با اسید هگزان دیوئیک (اسید آدیپیک) توسط پلیمریزاسیون تراکمی تولید می شود.

روش سنتز پلی آمید

یکی از مونومرها، هگزان دیوئیک اسید نیز از روغن مخلوط KA (سیکلوهگزانول و سیکلوهگزانون) تولید می شود. روغن مخلوط با استفاده از اسید نیتریک با غلظت متوسط (60%) و کاتالیزور نیترات مس (II) و وانادات آمونیوم (V) در دمای 330 کلوین، در فاز مایع اکسید می شود تا اسید هگزان دیوئیک تشکیل شود.

این فرآیند دارای برخی معایب قابل توجه است. یک محصول جانبی، شامل اکسید نیتروژن (I) (اکسید نیتروژن)، N2O، که یک گاز گلخانه ای قدرتمند است، تولید می شود؛ این گاز آلاینده با دقت توسط واحدهای تصفیه حرارتی یا کاتالیزوری حذف می شود.

مهم ترین معایب پلی آمیدها چیست؟

علی رغم اینکه پلی آمیدها ترکیباتی پرکاربرد با خصوصیات برجسته هستند، اما یک عیب بزرگ دارند. این ترکیبات معمولاً با یک ظرفیت معین، آب را جذب می کنند. اما اگر پلی آمید، خیس شود، تا 50% خواص کششی آن کاهش پیدا می کند. این موضوع باعث آسیب پذیری آن خواهد شد. از طرفی دیگر، برخی از پلی آمیدها ممکن است در عملیات ریخته گیری، دچار فرآیند انقباض شوند و کیفیت محصول نهایی را کاهش بدهند. برخی دیگر نیز ممکن است مقاومت کمتری برای عملیات صنعتی داشته باشند.

منبع این مقاله:

https://www.essentialchemicalindustry.org/polymers/polyamides.html