โพลีเอไมด์เรซิน (เรซินไนลอน) คืออะไร?

1. โพลีเอไมด์เรซิน (เรซินไนลอน) คืออะไร?

โพลีเอไมด์เรซินเป็นวัสดุเทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์ที่ประกอบด้วยสายโซ่ปฐมภูมิที่เกิดจากพันธะเอไมด์ซ้ำๆ (รูปที่ 1) วัสดุโพลีอะไมด์มักรู้จักกันในชื่อไนลอน ซึ่งเป็นชื่อทางการค้าที่ Dupont เป็นผู้ดำเนินการสังเคราะห์โพลีเอไมด์ 66 ที่ประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรกของโลก และต่อมาได้กลายเป็นคำนามทั่วไป

เดิมทีโพลีเอไมด์ได้รับการพัฒนาให้เป็นวัสดุสำหรับเส้นใยสังเคราะห์ แต่คุณสมบัติทางกายภาพที่โดดเด่น รวมถึงความแข็งแรงเชิงกลสูง ทนความร้อน และทนต่อสารเคมี ในที่สุดก็ได้นำไปสู่การนำไปใช้เป็นวัสดุฉีดขึ้นรูปสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่ชิ้นส่วนยานยนต์และอุตสาหกรรม ไปจนถึงเครื่องใช้ในครัวเรือนและอื่น ๆ

โดยการเลือกโมโนเมอร์ประเภทต่างๆ รวมถึงแลคแทม ไดเอมีน และกรดไดคาร์บอกซิลิก ทำให้โพลีเอไมด์สามารถสร้างขึ้นจากแกนหลักโมเลกุลที่หลากหลาย ในที่นี้เราจะเน้นไปที่เรซินโพลีเอไมด์แบบผลึกสองชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นพลาสติกวิศวกรรมเอนกประสงค์: โพลีเอไมด์ 6 (PA6 หรือไนลอน 6) และโพลีเอไมด์ 66 (PA66 หรือไนลอน 66)

2. พันธุ์โพลีเอไมด์ (ไนลอน) และระบบการตั้งชื่อ

ดังแสดงในรูปที่ 2-1 มีกระบวนการผลิตโพลีเอไมด์สองประเภท: ประเภทแรกใช้วัตถุดิบเป็นกรดคาร์บอกซิลิกและเอมีน และอีกประเภทหนึ่งใช้กรดไดคาร์บอกซิลิกและไดเอมีน โพลีเอไมด์ที่เกิดจากวิธีการเดิมเรียกว่าโพลีเอไมด์ชนิด n ในขณะที่โพลีเอไมด์ชนิดหลังให้โพลีเอไมด์ชนิด m

ตัวอย่างเช่น โพลีเอไมด์ 6 เป็นวัสดุชนิด n ที่สังเคราะห์ผ่านปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบเปิดวงแหวนของคาโปรแลคตัม ซึ่งเป็นสารประกอบระดับกลางที่เกิดจากการควบแน่นของกรดคาร์บอกซิลิกและเอมีน คำว่า "โพลีเอไมด์ 6" มาจากข้อเท็จจริงที่ว่าจำนวนอะตอมของคาร์บอนระหว่างพันธะเอไมด์แต่ละพันธะ [จำนวนอะตอม C ทั้งหมดในกลุ่มคาร์บอนิลและ R (เมทิลีน) ในรูปที่ 2-1] เท่ากับ 6 (รูปที่ 2-2) .

ในทางกลับกัน โพลีเอไมด์ 66 เป็นวัสดุประเภท m,n ที่สังเคราะห์โดยการควบแน่นของพอลิเมอไรเซชันของกรดอะดิปิก (ที่มีคาร์บอน m=6 อะตอม) และเฮกซาเมทิลีนไดเอมีน (ที่มีคาร์บอน n=6 อะตอม) โดยมีพันธะเอไมด์ที่เกิดจากปฏิกิริยาการคายน้ำระหว่างคาร์บอกซิลิก กรดและเอมีน (ภาพที่ 2-2)

3.คุณสมบัติที่สำคัญของโพลีเอไมด์เรซิน (เรซินไนลอน)

(1) ข้อดี

โดยทั่วไป โพลีเอไมด์มีคุณสมบัติทางกายภาพที่โดดเด่นดังต่อไปนี้

・คุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม
・ทนทานต่อการเสียดสีและการเสียดสีได้ดีเยี่ยม
・ทนความร้อนได้ดีเยี่ยม
・ทนทานต่อตัวทำละลายอินทรีย์ได้ดีเยี่ยม
・ความสัมพันธ์สูงกับสารต่างๆ ทำให้สามารถผสมกับสารต่างๆ เช่น เม็ดสี สารเพิ่มความคงตัว สารเติมแต่ง และสารเสริมความแข็งแรง
・ความแข็งแรงในการสลายตัวของอิเล็กทริกดีเยี่ยม

ในทางกลับกัน โพลีเอไมด์อาจใช้งานได้ยากด้วยเหตุผลดังต่อไปนี้

・ขนาดและคุณสมบัติทางกายภาพของส่วนประกอบอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความชื้นของสภาพแวดล้อมการใช้งาน
・การสัมผัสกับความชื้นที่อุณหภูมิสูงเป็นเวลานานอาจทำให้คุณสมบัติทางกายภาพลดลงเนื่องจากมวลโมเลกุลลดลง

→ คลิกที่นี่เพื่อดูภาพรวมและคุณสมบัติหลักของเรซินโพลีเอไมด์ LEONA™ ของ Asahi Kasei

 

(2) บทบาทของกลุ่มเอไมด์ในสายโซ่โมเลกุลที่ประกอบด้วยโพลีเอไมด์

ก. พันธะระหว่างโมเลกุลแข็งแกร่งขึ้น

ดังที่แสดงในรูปที่ 3 อะตอมไฮโดรเจน (H) ที่เกาะกับอะตอมไนโตรเจน (N) ในกลุ่มเอไมด์แสดงความสัมพันธ์กับอะตอมของออกซิเจน (O) ในสายโซ่โมเลกุลใกล้เคียง ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของพันธะไฮโดรเจน พันธะไฮโดรเจนทำหน้าที่จำกัดตำแหน่งสัมพัทธ์ของสายโซ่โมเลกุล จำกัดการเคลื่อนที่ของโมเลกุลเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและทนความร้อน (รูปที่ 3) การลดจำนวนอะตอมของคาร์บอน (หมู่เมทิลีน) ซึ่งแสดง Rm และ Rn ในรูปที่ 2 และระบุด้วยวงกลมสีเข้มในรูปที่ 3 จะเพิ่มสัดส่วนของกลุ่มเอไมด์ และทำให้พันธะไฮโดรเจนแพร่หลายมากขึ้น จึงมีแนวโน้มที่จะเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลและความต้านทานความร้อน (ให้จุดเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วสูงขึ้นและมีจุดหลอมเหลวสูงขึ้น)

ข. มีความเหนียวเพิ่มขึ้น

ความสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มเอไมด์กับน้ำในระดับสูงมีแนวโน้มที่จะเพิ่มการดูดซึมน้ำของโพลีเอไมด์เมื่อเทียบกับเรซินอื่นๆ เมื่อโพลีเอไมด์ดูดซับน้ำ ความเหนียวจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากการมีอยู่ของโมเลกุลของน้ำระหว่างกลุ่มเอไมด์ แต่ยังแสดงการเปลี่ยนแปลงอื่นๆ ที่ไม่พึงประสงค์น้อยกว่า รวมถึงการแปรผันของมิติ อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วลดลง และความแข็งแกร่งลดลง (รูปที่ 3) ดังนั้น การใช้วัสดุโพลีเอไมด์ในทางปฏิบัติจึงต้องให้ความสนใจอย่างระมัดระวังต่อความเป็นไปได้ที่คุณสมบัติและคุณสมบัติของวัสดุจะแปรผันจากการดูดซึมน้ำ

4.การใช้งานโพลีเอไมด์เรซิน (เรซินไนลอน)

โพลีเอไมด์เป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับส่วนประกอบรอบๆ เครื่องยนต์ของยานยนต์ (รูปที่ 4) ซึ่งการทนความร้อนและความต้านทานน้ำมันที่เหนือกว่าของโพลีเอไมด์ช่วยให้ส่วนประกอบคงความเสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงในขณะที่สัมผัสกับสารต่างๆ เช่น น้ำมันเบนซิน น้ำมันหล่อลื่น และ สารป้องกันการแข็งตัว โพลีเอไมด์ยังเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับส่วนประกอบของระบบไอดี/ไอเสียซึ่งต้องการความต้านทานความร้อนสูง และสำหรับส่วนประกอบที่ต้องการฉนวนไฟฟ้าที่ดี เช่น ขั้วต่อในระบบไฟฟ้า

นอกจากนี้ โพลีเอไมด์ยังใช้สำหรับผลิตภัณฑ์ประเภทอื่นๆ มากมาย รวมถึงเครื่องใช้ไฟฟ้า อุปกรณ์ทำอาหารที่ต้องการทนความร้อนได้ดี อุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิ และระบบหมุนเวียนของน้ำ นอกจากนี้ การใช้โพลีเอไมด์สำหรับส่วนประกอบสาธารณูปโภค เช่น ซิปและสายรัดเคเบิล สามารถปรับปรุงความน่าเชื่อถือและปรับปรุงกระบวนการประกอบได้

→ คลิกที่นี่เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้งานเรซินโพลีเอไมด์ LEONA™ ของ Asahi Kasei

5.ข้อควรพิจารณาในทางปฏิบัติเกี่ยวกับการใช้เรซินโพลีเอไมด์ (เรซินไนลอน)

การใช้ประโยชน์อย่างเต็มที่จากคุณสมบัติเฉพาะตัวของโพลีเอไมด์จำเป็นต้องให้ความใส่ใจอย่างรอบคอบกับข้อพิจารณาในทางปฏิบัติหลายประการ สิ่งสำคัญที่สุดประการหนึ่งคือการควบคุมความชื้นอย่างเหมาะสมในระหว่างกระบวนการสร้างและการตระหนักถึงผลกระทบของความชื้นที่มีต่อประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์

รูปที่ 5 แสดงผลการทดลองหาปริมาณความแปรผันของมิติในส่วนประกอบโพลีเอไมด์ที่ขึ้นรูปแล้วและคงอยู่นิ่งเป็นระยะเวลานาน ในการทดลองนี้ แผ่นคอนกรีตที่เกิดจากโพลีเอไมด์ถูกเก็บไว้เป็นเวลาสองปีในห้องตรวจวัด โดยที่อุณหภูมิและความชื้นไม่สามารถควบคุมได้ และทำการตรวจวัดตามช่วงเวลาสม่ำเสมอ เริ่มต้นจากสภาวะที่ไม่มีความชื้นจนหมด ขนาดของแผ่นคอนกรีตจะเพิ่มขึ้นในช่วงหกเดือนแรกโดยประมาณ เนื่องจากการดูดซึมน้ำและปัจจัยอื่นๆ หลังจากนั้น ขนาดของแผ่นพื้นจะแตกต่างกันไปเป็นระยะเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความชื้นตามฤดูกาล

→ คลิกที่นี่เพื่อดูคู่มือทางเทคนิคสำหรับเรซินโพลีเอไมด์ LEONA™ ของ Asahi Kasei

6.ความหลากหลายของโพลีเอไมด์เรซิน (เรซินไนลอน) และความแตกต่าง

ตามที่ระบุไว้ข้างต้น ด้วยการเปลี่ยนแปลงความยาวของสายโซ่ไขมัน (กลุ่มเมทิลีน) ที่มีป้ายกำกับ R ในรูปที่ 3 จึงเป็นไปได้ที่จะสร้างวัสดุโพลีเอไมด์ที่มีคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน ตามที่อธิบายไว้ในส่วนที่ 3-2 การลดจำนวนหมู่เมทิลีนจะเพิ่มสัดส่วนของกลุ่มเอไมด์ และทำให้พันธะไฮโดรเจนแพร่หลายขึ้น โดยอัตราส่วนของหมู่เมทิลีนต่อหมู่เอไมด์มีอิทธิพลต่อคุณสมบัติทางกายภาพ เช่น ความแข็งแรงและความต้านทานความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หน่วย R ที่สั้นกว่าจะให้ความแข็งแกร่งและความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น และมีจุดหลอมเหลวที่สูงขึ้น ในทางตรงกันข้าม หน่วย R ที่ยาวกว่าจะทำให้สายโซ่โมเลกุลเคลื่อนที่ได้ง่ายขึ้น และลดการดูดซึมน้ำ เนื่องจากความชุกของกลุ่มเอไมด์ลดลง ซึ่งมีหน้าที่ในการดูดซึมน้ำในโพลีเอไมด์ นอกจากนี้ โพลีเอไมด์ประเภทต่างๆ ยังผลิตจากวัตถุดิบที่แตกต่างกัน ซึ่งบางส่วนอาจได้มาจากชีวมวล ดังที่ระบุไว้ในส่วนต่อไปนี้ รูปที่ 6 สรุปข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับโพลีเอไมด์พันธุ์ต่างๆ ทั่วไป

7.การใช้ทรัพยากรชีวมวลเพื่อผลิตเรซินโพลีเอไมด์ (เรซินไนลอน)

โดยทั่วไปโพลีเอไมด์จะทำจากกรดไดคาร์บอกซิลิกและไดเอมีน แต่สารที่ได้จากพืชอาจถูกดัดแปลงทางชีวภาพหรือทางเคมีเพื่อให้ได้วัตถุดิบสำหรับโพลีเอไมด์ การผลิตโพลีเอไมด์ที่ได้มาจากชีวมวลดังกล่าวกำลังดำเนินการอยู่ที่ Asahi Kasei โดยมีตัวอย่างต่างๆ เช่น โพลีเอไมด์ 610 สังเคราะห์จากเฮกซาเมทิลีนไดเอมีนและกรดเซบาซิก และโพลิเอไมด์ 11 ที่ทำจากกรดอะมิโนนเดคาโนอิก กรดเซบาซิกและกรดอะมิโนนเดคาโนอิกทำจากน้ำมันละหุ่งซึ่งเป็นน้ำมันพืชชนิดหนึ่ง
นอกจากนี้ Asahi Kasei ยังดำเนินความพยายามในการวิจัยโดยมุ่งเป้าไปที่การใช้ทางอุตสาหกรรมของเส้นทางการเผาผลาญในจุลินทรีย์ โดยมีน้ำตาลเป็นส่วนประกอบหลัก เพื่อให้ได้สารตั้งต้นที่ได้มาจากทางชีวภาพสำหรับการผลิตโพลีเอไมด์

→ คลิกที่นี่เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับความพยายามของ Asahi Kasei ในการเร่งการผลิตเชิงพาณิชย์ของโพลิเอไมด์ 66 ที่ได้มาจากชีวมวล

คอลัมน์: กลุ่มขั้วโลก

สารประกอบอินทรีย์ประกอบด้วยพันธะโควาเลนต์ (รูปที่ 7) ซึ่งอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงจะใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเพื่อให้ได้โมเลกุลที่เสถียร เมื่ออะตอมทั้งสองในคู่ข้างเคียงเหมือนกัน เช่น คู่ CC ทางด้านซ้ายในรูปที่ 8 การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันของพวกมันจะกระจุกตัวอยู่ในบริเวณที่มีระยะห่างเท่ากันอย่างแม่นยำระหว่างนิวเคลียสทั้งสอง ในทางกลับกัน ในคู่ที่อยู่ใกล้เคียงซึ่งมีอะตอมต่างกัน เช่น คู่ CX ทางด้านขวาในรูปที่ 8 อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันจะรู้สึกถึงแรงยึดเหนี่ยวที่แตกต่างจากนิวเคลียสทั้งสอง และด้วยเหตุนี้จึงมีแนวโน้มที่จะจำกัดตำแหน่งใกล้กับอะตอมหนึ่งในสองอะตอมมากขึ้น สิ่งนี้เรียกว่ากลุ่มขั้วโลก

แรงยึดเหนี่ยวที่แตกต่างกันที่อิเล็กตรอนสัมผัสได้ในกลุ่มขั้วทำให้เกิดบริเวณที่อุดมด้วยอิเล็กตรอนและขาดแคลนอิเล็กตรอน ซึ่งเข้าหากันและพยายามทำให้เสถียรในระยะที่เหมาะสม ในโพลีเอไมด์ บริเวณ H ของคู่ NH นั้นมีอิเล็กตรอนอยู่มาก ในขณะที่บริเวณ O ของพันธะ C=O นั้นไม่มีอิเล็กตรอน ดังนั้นบริเวณเหล่านี้จึงเข้าสู่สถานะเสถียรโดยแยกจากกันด้วยระยะห่างคงที่ สิ่งนี้จะช่วยเพิ่มแรงระหว่างโมเลกุลและช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุ

นอกจากนี้ สารประกอบอนินทรีย์จำนวนมากยังมีพันธะไอออนิก ดังนั้นจึงค่อนข้างเข้ากันได้กับพลาสติกที่มีหมู่ขั้ว นี่คือสาเหตุของพฤติกรรมการดูดซับน้ำของโพลีเอไมด์ นอกเหนือจากน้ำแล้ว ความสัมพันธ์ของโพลีเอไมด์กับเส้นใยแก้ว สารแต่งสี สารหน่วงการติดไฟ และสารเติมแต่งอื่นๆ ช่วยให้สามารถสร้างสารประกอบพิเศษที่มีคุณสมบัติเชิงหน้าที่ที่หลากหลายได้

 

(เขียนโดย Isao Sato สำนักงานเทคนิค Isao Sato)

Asahi Kasei ทุ่มเทในการจัดหากลุ่มผลิตภัณฑ์พลาสติกวิศวกรรมเกรดเต็มรูปแบบ และใช้ประโยชน์จากความเชี่ยวชาญทางเทคโนโลยีอันเป็นเอกลักษณ์ของเราเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ โปรด ติดต่อเรา เพื่อถามคำถาม หารือเกี่ยวกับข้อกังวล และขอตัวอย่าง