Полигексаметилен: свойства и применение¶

Полигексаметилен — высокомолекулярное соединение (полимер) на основе гексаметилена, относящееся к классу полиамидов и полиэтиленов в зависимости от способа синтеза. В узком смысле под полигексаметиленом чаще понимают полиамид-6,6 (нейлон-6,6) — продукт поликонденсации гексаметилендиамина и адипиновой кислоты, а также линейный полиэтилен, получаемый полимеризацией гексена-1. Название образовано от мономера — гексаметилена (гексана), содержащего шесть атомов углерода в основной цепи.

¶Терминология и строение

Строго говоря, «полигексаметилен» — собирательное название для нескольких полимеров, в основе которых лежит шестиуглеродная цепь:

• Полиамид-6,6 (нейлон-6,6) — полимер с регулярным чередованием звеньев гексаметилендиамина и адипиновой кислоты. Именно это соединение чаще всего подразумевают под термином в технической литературе.
• Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) — в некоторых источниках так называют полимер, полученный из гексена-1, хотя корректнее именовать его полигексеном.
• Полигексаметиленгуанидин — катионный полимер с выраженной антимикробной активностью, используемый как дезинфицирующее средство.

Молекулярная масса промышленных марок полиамида-6,6 составляет от 10 000 до 40 000 а.е.м. Макромолекулы имеют линейное строение, что обеспечивает высокую степень кристалличности (до 50–60 %) и, как следствие, прочность и термостойкость.

¶История открытия

Полиамид-6,6 был впервые синтезирован в 1935 году американским химиком Уоллесом Карозерсом в исследовательской лаборатории компании DuPont. В 1938 году началось промышленное производство волокна под торговой маркой «нейлон». Первым коммерческим изделием стали женские чулки, поступившие в продажу в 1940 году. В СССР аналогичное волокно выпускалось под названием «капрон» (полиамид-6) и «найлон» (полиамид-6,6).

¶Синтез

Основной промышленный метод получения полиамида-6,6 — поликонденсация гексаметилендиамина (H₂N–(CH₂)₆–NH₂) с адипиновой кислотой (HOOC–(CH₂)₄–COOH). Реакция протекает при температуре 250–280 °C в атмосфере инертного газа:

n H₂N–(CH₂)₆–NH₂ + n HOOC–(CH₂)₄–COOH → [–NH–(CH₂)₆–NH–CO–(CH₂)₄–CO–]ₙ + 2n H₂O

Для получения высокомолекулярного продукта процесс проводят в две стадии: сначала образуется соль АГ (адипинат гексаметилендиамина), затем её нагревают в автоклаве под давлением. Побочный продукт — вода — непрерывно отводится, что смещает равновесие в сторону образования полимера.

¶Физико-химические свойства

Полигексаметилен (полиамид-6,6) устойчив к действию разбавленных кислот, щелочей, органических растворителей, масел и бензина. Разрушается под действием концентрированных минеральных кислот и фенолов. Обладает хорошими диэлектрическими свойствами, но во влажной среде они снижаются из-за гигроскопичности.

¶Применение

Благодаря сочетанию прочности, эластичности и износостойкости полигексаметилен находит широкое применение:

• Текстильная промышленность — производство волокон для чулочно-носочных изделий, кордных тканей, ковров, канатов.
• Машиностроение — изготовление шестерён, втулок, подшипников скольжения, деталей электроинструмента.
• Электротехника — изоляция проводов, корпуса разъёмов, кабельные оболочки.
• Медицина — шовный материал, элементы хирургических инструментов.
• Бытовая сфера — щётки, крепёж, упаковка, рыболовные лески.

Полигексаметиленгуанидин применяется как антисептик в медицине, ветеринарии, пищевой промышленности и системах водоподготовки.

¶Переработка

Полиамид-6,6 перерабатывается методами литья под давлением, экструзии и формования из расплава. Температура переработки — 280–300 °C. Из-за высокой гигроскопичности гранулы перед переработкой обязательно сушат до влажности не более 0,1 %. Формование волокна осуществляется из расплава через фильеры с последующей вытяжкой, что придаёт волокну ориентацию макромолекул и повышает прочность.

¶Экологические аспекты

Полигексаметилен относится к медленно разлагающимся полимерам. В природной среде срок его разложения достигает нескольких десятков лет. Развиваются методы химического и термического рециклинга: деполимеризация до мономеров, пиролиз, сжигание с рекуперацией энергии. В ряде стран введены ограничения на захоронение полиамидных отходов.

¶Мировое производство

Крупнейшие производители полиамида-6,6 — компании Invista (США), BASF (Германия), Toray (Япония), Solvay (Бельгия). Объём мирового рынка полиамидов оценивается в несколько миллионов тонн в год, значительная часть приходится на волокна. В России производство полиамидных волокон сосредоточено на предприятиях химической и текстильной отраслей.