什么是聚酰胺树脂（尼龙树脂）？
各种类型的聚酰胺树脂及其特性物理性能概述
1．什么是聚酰胺树脂（尼龙树脂）？
聚酰胺树脂是由重复酰胺键形成的主链组成的热塑性聚合物材料（图1）。聚酰胺材料通常被称为“尼龙”，这是由杜邦公司推出的商品名称，该公司在世界上首次成功合成了聚酰胺 66，此后，尼龙已成为一个常见名词。
聚酰胺最初是作为合成纤维材料开发的，但其出色的物理性能（包括高机械强度、耐热性和耐化学性）最终使其被用作注塑材料，应用于汽车和工业部件等广泛应用到家用电器及其他领域。
通过选择各种类型的单体，包括内酰胺、二胺和二羧酸，可以制备具有多种分子主链的聚酰胺。这里我们将主要关注两种广泛用作通用工程塑料的结晶聚酰胺树脂：聚酰胺6（PA6或尼龙6）和聚酰胺66（PA66或尼龙66）。
图 1：酰胺键。
2．聚酰胺（尼龙）的品种及其命名法
如图2-1所示，聚酰胺的生产工艺有两种：一种以羧酸和胺为原料，另一种以二羧酸和二胺为原料。通过前一种方法生产的聚酰胺被称为n型聚酰胺，而后者则生产m,n型聚酰胺。
例如，聚酰胺6是通过己内酰胺开环聚合合成的n型材料，己内酰胺是由羧酸和胺缩合环化产生的中间化合物。术语“聚酰胺6”源自每个酰胺键之间的碳原子数[图2-1中羰基和R（亚甲基）基团中的C原子总数]为6（图2-2） 。
另一方面，聚酰胺66是由己二酸（含m=6个碳原子）和六亚甲基二胺（含n=6个碳原子）缩聚合成的m,n型材料，其羧基之间的脱水反应形成酰胺键。酸和胺（图2-2）。
图 2-1：两种类型的聚酰胺及其合成。
图2-2：聚酰胺6和聚酰胺66的聚合
3．聚酰胺树脂（尼龙树脂）的主要特性
（一）优势
一般来说，聚酰胺具有以下出色的物理性能。
・优异的机械性能
・优异的耐摩擦、耐磨损性能
・优异的耐热性
・优异的耐有机溶剂性
・对各种物质的亲和性高，可与颜料、稳定剂、添加剂、强度增强剂等混合。
・优异的介电击穿强度
另一方面，由于以下原因，聚酰胺可能难以使用。
・部件的尺寸和物理特性可能会根据使用环境的湿度而变化。
・在高温下长时间暴露于湿气中会因分子质量降低而导致物理性能下降。
(2) 酰胺基在构成聚酰胺的分子链中所起的作用
a.加强分子间键
如图 3 所示，酰胺基中与氮 (N) 原子相连的氢 (H) 原子对附近分子链中的氧 (O) 原子表现出亲和力，从而形成氢键。氢键用于限制分子链的相对位置，限制分子运动以提高强度和耐热性（图3）。减少碳原子（亚甲基）的数量（在图 2 中表示为 Rm 和 Rn，并在图 3 中用黑圈表示）增加了酰胺基团的比例，从而增加了氢键的普遍性，从而往往会提高机械强度和耐热性（产生更高的玻璃化转变点和更高的熔点）。
b.增加韧性
酰胺基团对水的高亲和力往往会增加聚酰胺相对于其他树脂的吸水率。当聚酰胺吸水时，由于酰胺基团之间存在水分子，其韧性会增加，但它们也会表现出其他不太理想的变化，包括尺寸变化、玻璃化转变温度降低和刚性降低（图 3）。因此，聚酰胺材料的实际使用需要特别注意吸水引起材料性能变化的可能性。
图 3：聚酰胺中水分子和氢键的构型
4．聚酰胺树脂（尼龙树脂）的应用
聚酰胺是汽车发动机周围部件的特别有效的材料选择（图 4），聚酰胺卓越的耐热性和耐油性使部件在高温环境中保持稳定，同时与汽油、润滑油和汽油等物质接触。防冻剂。聚酰胺还是需要高耐热性的进气/排气系统组件以及需要良好电绝缘的组件（例如电气系统中的连接器）的理想材料。
图4：汽车发动机链条箱
聚酰胺还用于各种其他类型的产品，包括电器、需要良好耐热性的烹饪工具、温度控制装置和水循环系统。此外，在拉链和扎带等实用部件中使用聚酰胺可以提高可靠性并简化组装过程。
5．关于使用聚酰胺树脂（尼龙树脂）的实际考虑
充分利用聚酰胺的独特性能需要仔细注意许多实际考虑因素。其中最重要的是在成型过程中适当的水分控制以及了解水分对产品性能的影响。
图 5 显示了量化长期静置的成型聚酰胺部件的尺寸变化的实验结果。在这个实验中，由聚酰胺制成的板在温度和湿度不受控制的测量室中放置了两年，并定期进行测量。从完全水分耗尽的状态开始，由于吸水和其他因素，板坯的尺寸在大约前六个月内会增加。此后，由于温度和湿度的季节性变化，板坯尺寸会周期性变化。
图 5：聚酰胺 66 板在静止状态下的长期尺寸变化。
6．聚酰胺树脂（尼龙树脂）的品种及如何区分
如上所述，通过改变图 3 中标记为 R 的脂质链（亚甲基）的长度，可以制造具有不同性能的聚酰胺材料。如第 3-2 节中所述，减少亚甲基的数量会增加酰胺基的比例，从而增加氢键的存在，亚甲基与酰胺基的比例会影响强度和耐热性等物理性能。更具体地说，较短的 R 单元可提高强度和刚度以及更高的熔点。相反，较长的 R 单元使分子链更容易移动并减少吸水性，因为酰胺基团的存在率降低，而酰胺基团是聚酰胺中吸水的原因。此外，不同类型的聚酰胺由不同的原材料制成，其中一些原材料可能源自生物质，如下节所述。图 6 总结了各种常见聚酰胺品种的关键数据。
图6：典型聚酰胺树脂的类型和特性
7、利用生物质资源制造聚酰胺树脂（尼龙树脂）
聚酰胺通常由二羧酸和二胺制成，但植物来源的物质也可以经过生物或化学改性以产生聚酰胺的原材料。旭化成已经开始生产此类生物质衍生的聚酰胺，例如由六亚甲基二胺和癸二酸合成的聚酰胺 610 以及由氨基十一烷酸制成的聚酰胺 11。癸二酸和氨基十一烷酸由蓖麻油（一种植物油）制成。
旭化成还积极开展针对微生物代谢途径（以糖为主要成分）的工业用途的研究工作，以产生用于聚酰胺生产的生物衍生前体。
→点击此处了解更多有关旭化成化成加速生物质衍生聚酰胺 66 商业化生产的努力
专栏：极性基团
有机化合物含有共价键（图 7），其中相邻原子共享电子以产生稳定的分子。当相邻对中的两个原子相同时（例如图 8 左侧的 CC 对），它们共享电子的运动集中在两个原子核之间精确等距的区域。另一方面，在相邻的不同原子对中，例如图 8 右侧的 CX 对，共享电子感受到来自两个原子核的不同结合力，因此倾向于靠近两个原子之一。这被称为极性基团。
极性基团中的电子感受到的不同结合力产生了富电子区域和贫电子区域，它们彼此接近并试图在适当的距离处变得稳定。在聚酰胺中，NH对的H区富电子，而C=O键的O区缺电子，因此这些区域以固定距离相隔而进入稳定状态；这增强了分子之间的作用力，有助于提高材料性能。
此外，许多无机化合物含有离子键，因此与含有极性基团的塑料非常相容。这就是聚酰胺具有吸水行为的原因。除了水之外，聚酰胺与玻璃纤维、着色剂、阻燃剂和其他添加剂的亲和力允许创建具有各种功能特性的专用化合物。
图 7：分子链中的共价键合（此处显示的是聚乙烯）
图 8：聚合物链内的极化。
（作者：佐藤功技术室）
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