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当谈到尼龙时,不要做数学

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发表于 2022-9-2 16:51:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 中国注塑网 于 2022-9-2 16:53 编辑

大多数人对他们的正规化学教育没有美好的回忆。除了偶尔关于在实验室中制作起泡沫、起泡或爆炸的东西的故事外,上化学课只会引发与结构和反应机制无休止的战斗的负面记忆。有机化学尤其如此,有机化学是高分子化学的基础。因此,塑料行业中关于我们材料实际情况的工作知识充其量只是有些模糊,这也许不足为奇。
这在我本周与一位实验室同事的谈话中再次向我证明了这一点。他为客户分析了尼龙 6/6 材料并发现了尼龙 6 的存在。这并不罕见。尼龙 6 可以接枝到尼龙 6/6 分子的主链上,以生产一种共聚物,该共聚物可在较低温度下加工,并且更容易在高增强等级的模制零件中实现富含树脂的饰面。
]更常见的是,供应商只是简单地混合这两种聚合物类型,以创造介于两种基础树脂之间的性能平衡。在共聚物的情况下,不容易判断尼龙6的存在。该材料的单一熔点仅介于尼龙 6 和尼龙 6/6 之间。在共混物中,更容易分辨出某些东西发生了变化,因为当通过差示扫描量热法 (DSC) 测试材料时,两种聚合物的熔点将作为单独的事件出现。但是当我同事的客户被告知他们认为是纯尼龙 6/6 的化合物中存在尼龙 6 时,有人告诉他们这是因为材料降解了,尼龙 6 是在尼龙 6/6 降解时形成的。
这与真实的故事相去甚远,以至于有机化学相当于告诉某人地球是平的。这种信念可能来自对尼龙一词后数字含义的误解。
对于外行来说,一种叫做尼龙 6/6(或 66)的材料在降解时会失去一个 6 变成尼龙 6,这似乎是合理的。这不是真的。尼龙 6 和尼龙 6/6 尽管其物理和化学性质相似,但它们是不同的聚合物,其制造方式非常不同。
尼龙 6/6 和所有其他具有两个数字命名法的尼龙聚合物,例如尼龙 6/12 或尼龙 4/6,是通过两种不同的化学物质反应形成前体而生产的。然后将该材料聚合形成最终材料。尼龙一词后面的数字表示存在于每种原始反应物中的碳原子数。尼龙 6/6 最初是一种称为 1,6-己二胺(或六亚甲基二胺)的二胺和一种称为己二酸(或己二酸)的二酸。
二胺包含六个碳,二酸包含六个碳,正如两个名称中的“hexa-”根所暗示的那样,因此当聚合物形成时,聚合物链的每个重复单元中有两个不同的链段,长度为六个碳.
其中一种碳是赋予尼龙独特性能的关键化学基团的一部分。这个基团被称为酰胺基团(在世界上大多数情况下,尼龙被称为聚酰胺),它负责尼龙表现出的相对较高的熔点、强度和对水分的亲和力。该组在图 1 中突出显示,并在图 2 中更详细地显示。第一个数字是指二胺,第二个数字是指二酸。因此,在尼龙 4/6 中使用了与制造尼龙 6/6 相同的二元酸,但二胺仅包含四个碳。这减少了酰胺基团之间的间距,从而使材料比尼龙 6/6 更坚固、更硬且熔点更高。
在尼龙 6/12 的情况下,二胺保持不变,但使用的二酸含有 12 个碳。这增加了酰胺基团之间的间距,导致机械性能和熔点降低。但由于酰胺基团负责这些聚合物对水分的亲和力,因此尼龙 6/12 更能抵抗水分增加以及尼龙 4/6 和尼龙 6/6 所经历的尺寸和机械性能的相关变化。
尼龙 6 和其他名称中仅包含一个数字的尼龙聚合物以完全不同的方式制造。在这些情况下,使用具有环状结构并包含产生酰胺官能团所需的两个化学基团的单一化学品。图 3 显示了用于生产尼龙 6 的化学反应。该单体在形式上称为氨基己酸,但在其环状形式中称为己内酰胺。当环打开时,化学物质可以与自身反应生成尼龙 6 聚合物。请注意,此重复单元还包含六个碳,其中五个仅与氢相连,而第六个是酰胺基团的一部分。
[size=1.1]尽管尼龙 6 中的酰胺基团之间的平均间距与尼龙 6/6 中的相同,但尼龙 6/6 的熔点大约高出 40oC,并且由于分子中的细节,尼龙 6 比尼龙 6 稍强和更硬。超出本文范围的间距。但归根结底,尼龙 6 和尼龙 6/6 是完全不同的材料,采用完全不同的路线制成。虽然它们可以组合以产生广泛的特性,但它们不能相互转换。当尼龙 6/6 降解时,它会产生最终类似于生产它的化学品的副产品,而不是尼龙 6。
现在每个人都在谈论尼龙 12。世界市场的短缺是由一家生产称为环十二碳三烯 (CDT) 的化学品的工厂发生爆炸引起的。通过一系列化学反应,12 碳环结构的 CDT 变成了一种称为月桂内酰胺的化学物质,这是一种 12 碳环,具有与己内酰胺中所含相同的酰胺官能团。
但是在制造尼龙 12 时,酰胺基团的距离是尼龙 6 中的两倍。这导致材料的熔点比尼龙 6 低 50-60°C。但更重要的是,这种材料更多灵活,因此可以制成软管、管材甚至球囊导管。按照上面提到的同样的错误逻辑,假设尼龙6/6降解时会形成尼龙6,我们应该能够通过简单地降解一些尼龙6/12来解决尼龙12的短缺问题。更好的是,通过简单的数学计算,很明显尼龙 6/6 可以转化为尼龙 12。很容易,对吧?
明显不是。4 月中旬在底特律举行的讨论尼龙 12 短缺的汽车行业峰会没有召开,因为这很简单。虽然汽车在媒体上获得了大部分关注,但当有限的供应被发放时,将是医疗设备供应商排在第一位。如果其他尼龙确实成功地替代了尼龙 12(尼龙 11 是最有意义的,但也供不应求),那将是由于熟练的化学操作以及关于设计、加工甚至后果的艰难决定的结合使用添加剂来优化性能。化学很少像看起来那么简单。聚合物化学将复杂性提高了一个档次。尼龙化学不仅仅是做数学。




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发表于 2022-9-2 17:16:42 | 显示全部楼层
谢谢楼主,共同发展

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发表于 2022-9-2 17:17:32 | 显示全部楼层
路过,支持一下啦
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发表于 2022-9-2 17:26:39 | 显示全部楼层
看帖回帖是美德!
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发表于 2022-9-2 17:39:10 | 显示全部楼层
没看完~~~~~~ 先顶,好同志
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发表于 2022-9-2 17:42:39 | 显示全部楼层
路过,学习下
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发表于 2022-9-2 17:52:06 | 显示全部楼层
帮帮顶顶!!

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