Katowice, 12.03.2015 r.

Sprawozdanie z zajęć laboratoryjnych

Ćwiczenie 2: Synteza poliuretanów i poliamidów

1. Wstęp teoretyczny:

Poliamidy są to polimery heterołańcuchowe, zawierające w głównym łańcuchu makrocząsteczki
powtarzające się grupy amidowe -NH–C(O)-. Poliamidy mają bardzo silną tendencję do
krystalizacji, dodatkowo wzmacnianą tworzeniem się wiązań wodorowych między atomem tlenu
i azotu z dwóch różnych grup amidowych. Można je otrzymywać m.in. przez polimeryzację
laktamów lub polikondensację dwuamin z kwasami dwukarboksylowymi albo z chlorkami kwasów
dwukarboksylowych. Jedną z metod syntezy poliamidów jest polikondensacja na granicy faz,
w której każda z dwóch faz zawiera inny rozpuszczony monomer. Jest to reakcja monomerów
z wytworzeniem makrocząsteczek o dużym ciężarze, w wyniku kontaktu pomiędzy dwoma
warstwami niemieszających cieczy (reakcja zachodzi tylko na granicy faz). Powstający polimer jest
natychmiast "wyciągany" z układu reakcyjnego tak aby utrzymywać cały czas dużą powierzchnię
styku faz. W wyniku tej polikondensacji otrzymuje się włókna lub bardzo cienkie folie, mogą
również powstawać produkty uboczne o małej masie cząsteczkowej. Zaletą tej metody jest duża
szybkość oraz fakt, że nie trzeba przestrzegać dużej czystości monomerów, poza tym można
uzyskiwać polimery o dużych ciężarach. Wadą jest duże zużycie rozpuszczalników oraz możliwość
powstawania dużej ilości oligomerów cyklicznych.

Poliuretany są to polimery powstające w wyniku polimeryzacji addycyjnej wielofunkcyjnych
izocyjanianów z poliolami. Cechą wyróżniającą poliuretany od innych polimerów jest
występowanie w ich głównych łańcuchach ugrupowań uretanowych −O−C(O)−NH−. Do
otrzymywania poliuretanów można użyć polimeryzacji w masie (blokowej), która może być
prowadzona w stałej, ciekłej lub gazowej fazie monomeru, w obecności inicjatora lub nie. Zaletą tej
metody polimeryzacji jest możliwość otrzymywania bardzo czystych polimerów o dużym ciężarze
cząsteczkowym oraz brak powstawania dużej ilości ścieków, wadą natomiast są poważne trudności
technologiczne związane z odprowadzaniem ciepła reakcji, ponieważ w miarę jej postępu reagująca
mieszanina staje się coraz bardziej lepkim roztworem.

2. Opis doświadczenia i obserwacje:

Otrzymywanie poliamidów:

W zlewce rozpuszczono 1g 1,6 – heksanodiaminy w 25 ml roztworu Na

2

CO

3

, następnie dodano 2

krople fenoloftaleiny, po czym roztwór przybrał intensywnie różową barwę. W drugiej zlewce
przygotowano roztwór zawierający 2,5 ml chlorku sebacylu i 25 ml heksanu (roztwór wykazywał
brązowe zabarwienie). Pierwszy roztwór przeniesiono do krystalizatora, a następnie ostrożnie
dodano drugi roztwór. W wyniku polikondensacji zachodzącej na granicy faz powstała cienka
błonka polimeru, którą sukcesywnie zbierano bagietką. Powstały poliamid przemyto wodą.

Proces przebiegał według reakcji:

n H

2

N-(CH

2

)

6

-NH

2

+ n ClOC-(CH

2

)

8

-COCl →[-HN-(CH

2

)

6

-NH-C(O)-(CH

2

)

8

-C(O)-]

n

+ 2n HCl

Otrzymany poliamid to nylon 6.10. Wykazywał on białe zabarwienie oraz nierozpuszczalność
w wodzie. Wydzielający się podczas reakcji chlorowodór został pochłonięty w fazie wodnej.
Otrzymywanie poliuretanów:

Po zmontowaniu zestawu do ogrzewania z chłodnicą zwrotną, w kolbie okrągłodennej
umieszczono 1,77 ml 1,4-butanodiolu i 1,77 ml diizocyjanianu heksametylu oraz 6 ml
chlorobenzenu. Jednorodną, bezbarwną mieszaninę ogrzewano w temperaturze 98 °C do zmętnienia
roztworu, potem ogrzewanie prowadzono jeszcze przez 30 minut. Po zakończeniu grzania,
mieszaninę reakcyjną ochłodzono i przesączono. Otrzymano biały polimer o zapachu migdałów.

Proces przebiegał zgodnie z reakcją:

n HO-(CH

2

)

4

-OH + n O=C=N-(CH

2

)

6

-N=C=O →

[-O-C(O)-NH-(CH

2

)

6

-NH-C(O)-O-(CH

2

)

4

-O-C(O)-NH-(CH

2

)

6

-]

n

3. Wnioski:

Poliamidy są wytrzymałe mechanicznie, odporne na ścieranie i elastyczne. Ich właściwości zależą
od struktury, przede wszystkim od stosunku liczby ugrupowań amidowych (możliwości tworzenia
wiązań wodorowych między atomem tlenu i azotu z dwóch różnych grup amidowych) do
metylenowych. Wraz ze wzrostem liczby grup amidowych w polimerach wzrasta ich temperatura
topnienia, twardość oraz polarność. Poliamidy rozpuszczają się w rozpuszczalnikach polarnych (np.
w stężonym kwasie siarkowym, aminach), nie rozpuszczają się w wodzie. Są odporne na działanie
olei, paliw, benzenu i rozpuszczalników.
Ze względu na swoje właściwości mogą być stosowane do wytwarzania są folii, włókien
syntetycznych, powłok fluidalnych na metale, kół zębatych, śrub, nakrętek.
Nylon 6.10 (PA610) jest semikrystalicznym poliamidem, powszechnie stosowanym w postaci
włókien do produkcji między innymi szczoteczek do zębów, różnych wyrobów tekstylnych oraz
tworzyw sztucznych. Ze względu na niską absorpcję wilgoci, w porównaniu do pozostałych
poliamidów, zachowuje swoje właściwości w środowisku wodnym (wytrzymałość mechaniczna,
brak zmiany kształtu).

Właściwości fizyczne i chemiczne poliuretanów zależą również od ich składu i ciężaru
cząsteczkowego. Poliuretany są stosowane do wyrobu żywic lanych, miękkich i twardych pianek,
lakierów, klejów, włókien elastycznych typu spandeks (lycra, elastan). Poliuretany są polimerami
łatwiej topliwymi od poliamidów, dzięki czemu łatwiej się je przetwarza, mają oprócz tego
mniejszą odporność mechaniczną.