什麼是聚醯胺樹脂（尼龍樹脂）？

1．什麼是聚醯胺樹脂（尼龍樹脂）？

聚醯胺樹脂是由重複醯胺鍵形成的主鏈組成的熱塑性聚合物材料（圖1）。聚醯胺材料通常被稱為“尼龍”，這是由杜邦公司推出的商品名稱，該公司在世界上首次成功合成了聚醯胺 66，此後，尼龍已成為一個常見名詞。

聚醯胺最初是作為合成纖維材料開發的，但其出色的物理性能（包括高機械強度、耐熱性和耐化學性）最終使其被用作注塑材料，應用於汽車和工業部件等廣泛應用到家用電器及其他領域。

透過選擇各種類型的單體，包括內醯胺、二胺和二羧酸，可以製備具有多種分子主鏈的聚醯胺。這裡我們將主要關注兩種廣泛用作通用工程塑膠的結晶聚醯胺樹脂：聚醯胺6（PA6或尼龍6）和聚醯胺66（PA66或尼龍66）。

2．聚醯胺（尼龍）的品種及其命名法

如圖2-1所示，聚醯胺的生產流程有兩種：一種以羧酸和胺為原料，另一種以二羧酸和二胺為原料。透過前一種方法生產的聚醯胺稱為n型聚醯胺，而後者則生產m,n型聚醯胺。

例如，聚醯胺6是透過己內醯胺開環聚合合成的n型材料，己內醯胺是由羧酸和胺縮合環化產生的中間化合物。術語「聚醯胺6」源自於每個醯胺鍵之間的碳原子數[圖2-1中羰基和R（亞甲基）基團中的C原子總數]為6（圖2-2） 。

另一方面，聚醯胺66是由己二酸（含m=6個碳原子）和六亞甲基二胺（含n=6個碳原子）縮聚合成的m,n型材料，其羧基之間的脫水反應形成醯胺鍵。酸和胺（圖2-2）。

3．聚醯胺樹脂（尼龍樹脂）的主要特性

（一）優勢

一般來說，聚醯胺具有以下出色的物理性能。

・優異的機械性質
・優異的耐摩擦、耐磨損性能
・優異的耐熱性
・優異的耐有機溶劑性
・對各種物質的親和力高，可與顏料、穩定劑、添加劑、強度增強劑等混合。
・優異的介電擊穿強度

另一方面，由於以下原因，聚醯胺可能難以使用。

・部件的尺寸和物理特性可能會因使用環境的濕度而改變。
・在高溫下長時間暴露於濕氣中會因分子質量降低而導致物理性能下降。

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(2) 醯胺基在構成聚醯胺的分子鏈中所扮演的角色

a. 加強分子間鍵

如圖 3 所示，醯胺基團中與氮 (N) 原子相連的氫 (H) 原子對附近分子鏈中的氧 (O) 原子表現出親和力，從而形成氫鍵。氫鍵用於限制分子鏈的相對位置，限制分子運動以提高強度和耐熱性（圖3）。減少碳原子（亞甲基）的數量（在圖2 中表示為Rm 和Rn，並在圖3 中以黑圈表示）增加醯胺基團的比例，從而增加氫鍵的普遍性，從而傾向於提高機械強度和耐熱性（產生更高的玻璃化轉變點和更高的熔點）。

b.增加韌性

醯胺基對水的高親和力往往會增加聚醯胺相對於其他樹脂的吸水率。當聚醯胺吸水時，由於醯胺基團之間存在水分子，其韌性會增加，但它們也會表現出其他不太理想的變化，包括尺寸變化、玻璃化轉變溫度降低和剛性降低（圖3） 。因此，聚醯胺材料的實際使用需要特別注意吸水導致材料性能變化的可能性。

4．聚醯胺樹脂（尼龍樹脂）的應用

聚醯胺是汽車引擎周圍零件的特別有效的材料選擇（圖 4），聚醯胺卓越的耐熱性和耐油性使零件在高溫環境中保持穩定，同時與汽油、潤滑油和汽油等物質接觸。防凍劑。聚醯胺還是需要高耐熱性的進氣/排氣系統組件以及需要良好電絕緣的組件（例如電氣系統中的連接器）的理想材料。

聚醯胺也用於各種其他類型的產品，包括電器、需要良好耐熱性的烹飪工具、溫度控制裝置和水循環系統。此外，在拉鍊和紮帶等實用零件中使用聚醯胺可以提高可靠性並簡化組裝過程。

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5．關於使用聚醯胺樹脂（尼龍樹脂）的實際考慮

充分利用聚醯胺的獨特性能需要仔細注意許多實際考慮因素。其中最重要的是在成型過程中適當的水分控制以及了解水分對產品性能的影響。

圖 5 顯示了量化長期靜置的成型聚醯胺部件的尺寸變化的實驗結果。在這個實驗中，由聚醯胺製成的板子在溫度和濕度不受控制的測量室中放置了兩年，並定期進行測量。從完全水分耗盡的狀態開始，由於吸水和其他因素，板坯的尺寸在大約前六個月內會增加。此後，由於溫度和濕度的季節性變化，板坯尺寸會週期性變化。

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6．聚醯胺樹脂（尼龍樹脂）的品種及如何區分

如上所述，透過改變圖 3 中標記為 R 的脂質鏈（亞甲基）的長度，可以製造具有不同性能的聚醯胺材料。如第 3-2 節所述，減少亞甲基的數量會增加醯胺基的比例，從而增加氫鍵的存在，亞甲基與醯胺基的比例會影響強度和耐熱性等物理性質。更具體地說，較短的 R 單元可提高強度和剛度以及更高的熔點。相反，較長的 R 單元使分子鏈更容易移動並減少吸水性，因為醯胺基團的存在率降低，而醯胺基團是聚醯胺中吸水的原因。此外，不同類型的聚醯胺由不同的原料製成，其中一些原料可能源自生物質，如下一節所述。圖 6 總結了各種常見聚醯胺品種的關鍵數據。

7.利用生物質資源製造聚醯胺樹脂（尼龍樹脂）

聚醯胺通常由二羧酸和二胺製成，但植物來源的物質也可以經過生物或化學修飾以產生聚醯胺的原料。旭化成已開始生產此類生物質衍生的聚醯胺，例如由六亞甲基二胺和癸二酸合成的聚醯胺 610 以及由氨基十一烷酸製成的聚醯胺 11。癸二酸和氨基十一烷酸由蓖麻油（一種植物油）製成。
旭化成也積極進行針對微生物代謝途徑（以糖為主要成分）的工業用途的研究工作，以產生用於聚醯胺生產的生物衍生前體。

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專欄：極性基團

有機化合物含有共價鍵（圖 7），其中相鄰原子共享電子以產生穩定的分子。當相鄰對中的兩個原子相同時（例如圖 8 左側的 CC 對），它們共享電子的運動集中在兩個原子核之間精確等距的區域。另一方面，在相鄰的不同原子對中，例如圖 8 右側的 CX 對，共享電子感受到來自兩個原子核的不同結合力，因此傾向於靠近兩個原子之一。這被稱為極性基團。

極性基團中的電子感受到的不同結合力產生了富電子區域和貧電子區域，它們彼此接近並試圖在適當的距離處變得穩定。在聚醯胺中，NH對的H區富電子，而C=O鍵的O區缺電子，因此這些區域以固定距離相隔而進入穩定狀態；這增強了分子之間的作用力，有助於提高材料性能。

此外，許多無機化合物含有離子鍵，因此與含有極性基團的塑膠非常相容。這就是聚醯胺具有吸水行為的原因。除了水之外，聚醯胺與玻璃纖維、著色劑、阻燃劑和其他添加劑的親和力允許創建具有各種功能特性的專用化合物。

 

（作者：佐藤功技術室）

旭化成致力於提供成熟的工程塑膠產品系列，並利用我們獨特的技術專長來提升產品性能。請聯絡我們提出任何問題、討論任何疑慮並索取樣品。