Nailonul este preparat prin polimerizarea prin condensare a unei diamine și a unui diacid
Nailonul este preparat printr-o reacție chimică numită polimerizare prin condensare, în care doi monomeri se leagă împreună în mod repetat în timp ce eliberează molecule mici, cum ar fi apa. Nailon 66 , cea mai răspândită variantă de nailon, este realizată prin reacția hexametilendiaminei cu acid adipic , formând lanțuri lungi de polimer ținute împreună prin legături amidice. Această reacție are loc în interiorul reactoarelor industriale la temperatură și presiune controlate, urmată de procesarea topiturii pentru a transforma polimerul brut în fibre, filme sau piese turnate. Numărul „66” se referă la faptul că ambii monomeri conțin fiecare șase atomi de carbon, o convenție de denumire care îl diferențiază de alte tipuri de nailon, cum ar fi nailon 6 sau nailon 610.
Înțelegerea modului în care este pregătit nailonul 66 necesită analiza întregului lanț de producție: aprovizionarea cu monomeri, formarea sării, chimia policondensării, extrudarea topiturii, formarea așchiilor și, în final, filare sau turnare. Fiecare etapă influențează rezistența mecanică, rezistența termică și procesabilitatea materialului finit, motiv pentru care producătorii monitorizează atât de atent temperatura, presiunea și timpul de reacție pe tot parcursul procesului.
Un scurt istoric despre dezvoltarea Nailon 66
Nailon 66 a fost sintetizat pentru prima dată în anii 1930 de o echipă de cercetare care lucra pe fibre sintetice de poliamidă și a devenit prima fibră complet sintetică care a ajuns în producția comercială de textile. Atractia sa timpurie a venit din înlocuirea mătăsii în ciorapi și parașute, dar aceeași reacție de condensare folosită cu zeci de ani în urmă rămâne la baza preparării nailonului 66 astăzi, rafinată în principal prin catalizatori mai buni, control mai precis al temperaturii și reactoare continue, mai degrabă decât discontinue.
Instalațiile moderne de producție pot procesa câteva tone de sare de nailon pe oră folosind linii de polimerizare continuă, o schimbare majoră față de autoclavele cu loturi mici utilizate în producția timpurie. Chimia de bază, o amină care reacționează cu un acid carboxilic pentru a elibera apă și a forma o legătură amidă, nu s-a schimbat , doar scala și precizia controlului s-au îmbunătățit.
Materiile prime necesare pentru sinteza Nylon 66
Doi monomeri formează coloana vertebrală a producției de nailon 66, iar puritatea lor afectează direct greutatea moleculară și rezistența mecanică a polimerului finit.
| Monomer | Atomi de carbon | Grupul funcțional | Sursă comună |
|---|---|---|---|
| Hexametilendiamină | 6 | Diamine | Hidrogenarea adiponitrilului |
| Acid adipic | 6 | Acid dicarboxilic | Oxidarea ciclohexanului |
Ambele materii prime sunt produse din materii prime petrochimice, începând de obicei cu benzen sau ciclohexan. Producătorii controlează foarte îndeaproape raportul molar dintre diamină și diacid, deoarece chiar și un dezechilibru ușor limitează lungimea finală a lanțului și scade rezistența la tracțiune a polimerului. Un raport stoichiometric unu la unu este în general vizat, iar acest echilibru este unul dintre motivele pentru care există etapa intermediară de sare de nailon, deoarece se auto-corectează în mod natural erorile mici de raport în timpul cristalizării.
De ce este importantă puritatea monomerului
Urmele de ioni metalici, intermediarii nereacționați sau umezeala în oricare dintre monomeri pot întrerupe creșterea lanțului sau pot provoca decolorarea polimerului finit. Producătorii de nailon 66 de calitate pentru fibre specifică de obicei puritatea acidului adipic peste 99,5% și puritatea hexametilendiaminei peste 99% pentru a menține așchiile rezultate clare și consistente în greutate moleculară.
Procesul pas cu pas al modului în care este pregătit Nylonul 66
Pasul 1: Formarea sării de nailon
Hexametilendiamina și acidul adipic sunt dizolvate separat în metanol sau apă, apoi amestecate împreună la o temperatură controlată pentru a forma adipat de hexametilendiamoniu , cunoscută în mod obișnuit ca sare de nailon sau „sare 66”. Acest compus intermediar are un punct de topire ascuțit aproape de 190 până la 192 de grade Celsius, pe care producătorii îl folosesc ca verificare a purității înainte de a trece la următoarea etapă. Sarea este de obicei filtrată, spălată și uscată într-o pulbere cristalină albă înainte de a intra în reactor.
Pasul 2: Concentrare și prepolimerizare
Soluția de sare de nailon este concentrată prin evaporarea excesului de solvent, apoi încălzită sub presiune moderată, de obicei în jur de 1,5 până la 1,8 megapascali, pentru a începe reacția de condensare. Apa este eliberată pe măsură ce grupările amină și acide se combină pentru a forma legături amidice, iar lanțurile polimerice scurte, numite oligomeri, încep să se formeze în această etapă. Presiunea este menținută constantă în timpul acestei faze pentru a preveni pierderea prematură a diaminei volatile înainte ca aceasta să reacționeze complet.
Pasul 3: Policondensare la temperatură ridicată
Amestecul de reacție este încălzit în continuare, de obicei între 250 și 280 de grade Celsius, în timp ce presiunea este eliberată treptat pentru a elimina apa rămasă și a împinge reacția spre formarea unui lanț mai lung. Această etapă de policondensare a topiturii determină greutatea moleculară finală a rășinii de nailon 66 , care la rândul său controlează proprietățile sale mecanice. O etapă de vid este adesea aplicată aproape de sfârșitul acestui pas, deoarece eliminarea ultimelor urme de apă este ceea ce permite lanțurilor să continue să crească, mai degrabă decât să se blocheze la echilibru.
Pasul 4: Extrudarea și formarea așchiilor
Odată ce vâscozitatea țintă este atinsă, polimerul topit este extrudat printr-o matriță în fire, răcit rapid într-o baie de apă, apoi tăiat în pelete mici sau așchii. Aceste cipuri sunt forma standard de materie primă expediată producătorilor din aval pentru filare în fibră sau turnare prin injecție în piese din plastic. Umiditatea așchiilor este de obicei uscată sub 0,1% înainte de ambalare, deoarece umiditatea reziduală poate provoca hidroliza și ruperea lanțului în timpul procesării ulterioare a topiturii.
Pasul 5: Topiți filarea sau turnarea
Pentru aplicațiile textile, așchiile sunt retopite și extrudate prin filare pentru a forma filamente continue, care sunt apoi trase pentru a alinia lanțurile polimerice și pentru a crește rezistența la tracțiune. Sunt obișnuite rapoarte de desen de patru până la cinci ori lungimea inițială a filamentului, deoarece această aliniere moleculară este cea care conferă fibrei de nailon 66 rezistența și elasticitatea caracteristică. Pentru aplicațiile de inginerie din plastic, aceleași așchii sunt topite și turnate prin injecție direct în componentele finite, uneori cu fibră de sticlă sau materiale de umplutură minerale adăugate pentru a spori rigiditatea.
Reacția chimică de bază din spatele formării Nylon 66
Prepararea nailonului 66 se bazează pe un mecanism de polimerizare în trepte, în care o grupare amină de pe un monomer reacţionează cu o grupare de acid carboxilic pe altul, eliberând o moleculă de apă şi formând o legătură amidă.
- O grupare amină (-NH2) pe hexametilendiamină atacă carbonul carbonil al acidului adipic.
- O moleculă de apă este eliminată, formând o nouă legătură carbon-azot amidă.
- Acest proces se repetă de-a lungul lanțului, alternând unități de diamină și diacid.
- Creșterea lanțului continuă până când se ajunge la echilibru sau se oprește eliminarea apei.
Deoarece apa este un produs secundar, îndepărtarea eficientă a acesteia în etapele ulterioare ale reacției este esențială. Dacă apa nu este îndepărtată complet, reacția ajunge la echilibru prea devreme și produce lanțuri scurte cu performanțe mecanice slabe, motiv pentru care treptele de vid sunt adesea folosite aproape de sfârșitul producției industriale.
Gradul de polimerizare și greutatea moleculară
Numărul mediu de unități repetate dintr-un lanț de nailon 66, cunoscut sub numele de grad de polimerizare, se încadrează în general între 100 și 200 de unități pentru rășina comercială de calitate fibre. Aceasta corespunde unei greutăți moleculare medii numerice de aproximativ 15.000 până la 25.000 de grame pe mol. Greutatea moleculară mai mare înseamnă, în general, vâscozitate mai mare, duritate mai mare și capacitate mai bună de formare a fibrelor, dar necesită, de asemenea, timpi de reacție mai lungi și o îndepărtare mai atentă a apei.
Nylon 66 vs Nylon 6: Cum diferă pregătirea lor
Nailonul 6 este adesea confundat cu nailonul 66, dar cele două sunt pregătite prin mecanisme complet diferite, chiar dacă au proprietăți similare de utilizare finală.
| Caracteristică | Nailon 66 | Nylon 6 |
|---|---|---|
| Tip de reacție | Polimerizarea prin condensare | Polimerizare cu deschidere a inelului |
| Monomer de pornire | Hexametilendiamină adipic acid | caprolactamă |
| Produs secundar | apă | Niciuna (inelul se deschide direct) |
| Punct de topire tipic | Aproximativ 265 de grade Celsius | Aproximativ 220 de grade Celsius |
| Recuperarea umezelii | Aproximativ 4,5 la sută | Aproximativ 4,0 până la 4,5 la sută |
Prepararea Nylon 6 evită în întregime o etapă de formare a sării, deoarece caprolactama conține deja atât funcționalitatea amină, cât și funcționalitatea acidă într-o singură structură inelar. Acest lucru face ca nailonul 6 să fie ușor de prelucrat la temperaturi mai scăzute, în timp ce nailonul 66 oferă, în general, un punct de topire mai mare și o rezistență mai bună la căldură, datorită structurii sale mai regulate și simetrice a lanțului.
Parametri tipici de proces industrial
Producătorii urmăresc ferestre de proces strict controlate pentru a asigura o lungime constantă a lanțului și un conținut scăzut de monomeri reziduali în rășina finită.
- Concentrația soluției de sare: aproximativ 50 până la 60 la sută în greutate
- Presiunea în autoclavă în timpul prepolimerizării: 1,5 până la 1,8 megapascali
- Temperatura finală de policondens: 270 până la 285 grade Celsius
- Timp de reacție de la sare la așchiul finit: aproximativ 3 până la 5 ore
- Vâscozitate intrinsecă țintă pentru rășină de calitate fibre: 1,0 până la 1,4 decilitri per gram
- Umiditatea țintă de uscare a așchiilor: sub 0,1% înainte de depozitare
Aceste cifre variază între producători, în funcție de utilizarea finală prevăzută, deoarece nailonul 66 din calitatea fibrelor necesită o uniformitate moleculară mai mare decât rășina utilizată pentru piesele din plastic turnate prin injecție . Calitățile de rășină de inginerie tolerează adesea o gamă mai largă de viscozitate, deoarece duritatea mecanică, mai degrabă decât capacitatea de filare a fibrei, este prioritatea.
Proprietăți care rezultă din această metodă de preparare
Modul în care este preparat nailonul 66 îi modelează direct proprietățile finale, motiv pentru care etapa de polimerizare primește atât de multă atenție controlului procesului.
Rezistență mecanică
Lanțurile polimerice mai lungi formate în timpul policondensării la temperaturi înalte conferă nailonului 66 o rezistență mai mare la tracțiune și rezistență la abraziune în comparație cu variantele cu lanț mai scurt, făcându-l potrivit pentru aplicații solicitante cum ar fi airbag-uri, cablu de anvelope și angrenaje mecanice.
Stabilitate termică
Structura obișnuită, simetrică a unităților de hexametilendiamină și acid adipic permite lanțurilor de nailon 66 să se împacheteze strâns, producând un punct de topire mai mare decât multe alte poliamide și performanțe mai bune în componentele auto sub capotă.
Absorbția umidității
Legăturile amidice formate în timpul preparării sunt polare și atrag moleculele de apă, astfel încât nailonul 66 absoarbe umiditatea din aer. Acest lucru afectează stabilitatea dimensională a pieselor turnate cu precizie și este un factor pe care inginerii iau în considerare în timpul proiectării produsului.
Rezistenta chimica
Legăturile amidice formate în timpul preparării conferă nailonului 66 rezistență rezonabilă la uleiuri, grăsimi și mulți solvenți, deși acizii puternici pot hidroliza aceleași legături amidice care țin polimerul împreună, inversând reacția de condensare în timp.
Clase comune produse din aceeași pregătire de bază
Deși reacția de bază este aceeași, ajustarea greutății moleculare, a aditivilor și a post-tratamentului produce mai multe tipuri distincte de nailon 66 pentru piețe diferite.
| Tipul gradului | Caracteristica distinctivă | Utilizare tipică |
|---|---|---|
| Grad de fibre | Vâscozitate ridicată și uniformă | Covoare, îmbrăcăminte, șnur pentru anvelope |
| Rășină de inginerie | Vâscozitate mai largă, compatibil cu umplutură | Piese auto, conectori |
| Compus umplut cu sticla | Armat cu fibra de sticla | Carcase structurale, angrenaje |
| Clasa de film | Uniformitate controlată a grosimii | Filme de ambalare |
Prezentare generală a unei linii de producție continuă
Producătorii de nailon 66 la scară largă folosesc, în general, linii de producție continue, mai degrabă decât în loturi, pentru a menține producția constantă și pentru a reduce timpul ciclului dintre loturi.
| Scena | Echipamente | Scop |
|---|---|---|
| Prepararea sării | Rezervor de neutralizare | Formează sare de nailon din monomeri |
| Evaporare | Evaporator | Concentrați soluția de sare |
| Policondensare | Reactor sau autoclavă | Construiți lungimea lanțului polimeric |
| extrudare | Moară și baie de apă | Formează și răcește firele |
| Tăiere și uscare | Peletizor și uscător | Produce chipsuri ambalate |
Verificări de control al calității în timpul pregătirii
Deoarece prepararea nailonului 66 implică mai multe etape de reacție secvențiale, controalele de calitate sunt efectuate pe tot parcursul procesului și nu numai la sfârșit.
Verificarea punctului de topire a sării
Tehnicienii verifică dacă sarea de nailon se topește într-un interval restrâns, aproape de 190 până la 192 de grade Celsius, deoarece abaterile indică un raport incorect de monomeri sau contaminare.
Monitorizarea vâscozității
Vâscozitatea relativă sau vâscozitatea intrinsecă este măsurată pe probele extrase în timpul și după policondensare pentru a confirma că lungimea lanțului este la țintă înainte ca topitura să fie extrudată în așchii.
Testarea umidității și a culorii
Chipsurile finite sunt testate pentru conținutul de umiditate reziduală și culoarea vizuală, deoarece îngălbenirea semnalează de obicei degradarea termică din cauza temperaturii excesive de reacție sau a timpului de rezidență prelungit în reactor.
Unde este folosit Nylonul 66 finit
Odată pregătit și procesat în așchii sau fibre, nailonul 66 servește o gamă largă de industrii datorită echilibrului său de rezistență, rezistență la căldură și procesabilitate.
- Piese auto, cum ar fi capacele motorului, rezervoarele radiatorului și conectorii
- Fibre textile pentru covoare, ciorapi și țesături tehnice
- Cablu industrial pentru anvelope si benzi transportoare
- Conectori electrici și componente izolatoare
- Articole sportive, inclusiv fir de pescuit și corzi de rachetă
- Fermoare și alte articole de îmbrăcăminte
Reciclarea și reutilizarea nailonului preparat 66
Deoarece nailonul 66 se formează printr-o reacție de condensare reversibilă, acesta poate fi descompus înapoi în monomerii săi originali în condiții de hidroliză controlată, un proces pe care unii producători îl folosesc pentru reciclarea chimică a deșeurilor de producție și a deșeurilor de fibre post-consum.
Reciclarea mecanică, care pur și simplu retopește deșeurile curate de nailon 66 în pelete noi, fără a rupe legăturile chimice, este, de asemenea, comună pentru deșeurile din fabrică și resturile industriale curate, deși topirea repetată reduce treptat greutatea moleculară și performanța mecanică în comparație cu rășina virgină.
Probleme frecvente care apar în timpul pregătirii Nylon 66
- Așchii cu vâscozitate scăzută de obicei indică eliminarea incompletă a apei în timpul policondensării sau un raport dezechilibrat de monomeri.
- Decolorare galbenă de obicei rezultă din temperatura de reacție excesivă sau timp prelungit de rezidență care provoacă degradare termică.
- Particule de gel în topitură deseori se urmărește la impuritățile monomerice sau la supraîncălzirea localizată în reactor.
- Umiditate inconsecventă a așchiilor poate duce la hidroliză și la o scădere imprevizibilă a vâscozității în timpul filării sau turnării topiturii din aval.
Evoluții în curs de pregătire pentru Nylon 66
Producătorii continuă să perfecționeze echipamentele de polimerizare continuă pentru a scurta timpul de reacție, menținând în același timp greutatea moleculară constantă, iar unii explorează căi pe bază de bio către hexametilendiamină și acid adipic derivat din materii prime regenerabile, mai degrabă decât din surse petrochimice. Acești monomeri pe bază biologică urmează aceeași chimie fundamentală de condensare odată purificați, ceea ce înseamnă că etapele de preparare a miezului descrise mai sus rămân în mare parte neschimbate, chiar dacă sursa de materie primă de pornire se schimbă.
Întrebări frecvente despre pregătirea nailonului
Ce două substanțe chimice sunt combinate pentru a pregăti nailonul 66?
Nylonul 66 este preparat prin combinarea hexametilendiaminei și a acidului adipic, care reacționează prin polimerizarea prin condensare pentru a forma lanțuri lungi de poliamidă în timp ce eliberează apă ca produs secundar.
De ce se numește nailon 66 în loc de doar nailon?
Numărul 66 se referă la numărul de carbon din fiecare monomer, șase atomi de carbon în hexametilendiamină și șase atomi de carbon în acidul adipic, deosebindu-l de nailon 6, nailon 610 și alte variante de poliamidă preparate din diferiți monomeri.
Ce temperatură este necesară pentru a pregăti nailonul 66?
Policondensarea industrială a nailonului 66 are loc de obicei între 250 și 285 de grade Celsius, temperatura exactă depinzând de greutatea moleculară dorită și de echipamentul utilizat.
Este cu adevărat eliberată apă în timpul preparării nailonului 66?
Da, de fiecare dată când o grupare amină reacţionează cu o grupare de acid carboxilic pentru a forma o legătură amidă, se eliberează o moleculă de apă, motiv pentru care această reacţie este clasificată ca polimerizare prin condensare.
Nylonul 66 poate fi preparat într-un cadru de laborator?
O versiune simplificată poate fi demonstrată într-un laborator folosind clorură de adipoil și hexametilendiamină la temperatura camerei, producând o frânghie de nailon prin polimerizare interfacială, deși nailonul industrial 66 folosește acid adipic și temperaturi mai ridicate pentru o eficiență și scară mai mari.
Ce determină rezistența finală a nailonului 66 preparat?
Lungimea lanțului, controlată de cât de complet este îndepărtată apa în timpul policondensării, este factorul principal care determină rezistența finală la tracțiune și tenacitatea rășinii nailon 66.
Cât durează procesul de pregătire a nailonului 66?
De la formarea sării de nailon până la așchiul finit, secvența completă de reacție durează de obicei trei până la cinci ore într-o linie industrială continuă, deși momentul exact depinde de dimensiunea lotului, designul reactorului și vâscozitatea țintă.
Prepararea nailonului 66 necesită un catalizator?
Reacția de condensare a bazei are loc fără catalizator la temperaturi ridicate, deși unii producători folosesc cantități mici de stabilizatori pe bază de fosfor pentru a limita degradarea oxidativă și formarea culorii în timpul ciclului lung de încălzire.
Mob: +86-15867822829
Tel: +86-0574-62538663
Fax: +86-0574-62530664
E-mail: 
Urmați-ne
Acasă
