Номер 3, страница 200 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. Назовите наиболее известные вам полиамидные волокна. Охарактеризуйте свойства и получение этих волокон.

Полиамидные волокна — это синтетические волокна, получаемые из полиамидов, то есть полимеров, содержащих в основной цепи макромолекулы амидные группы $-CO-NH-$. Наиболее известными представителями являются капрон и нейлон, а также ароматические полиамиды (арамиды).

Капрон (Полиамид-6, он же Нейлон-6)

Получение:

Капрон получают методом гидролитической полимеризации ε-капролактама. Процесс протекает в присутствии небольшого количества воды при температуре $240–280o C$ и давлении. Вода инициирует раскрытие цикла капролактама с образованием аминокапроновой кислоты, которая затем вступает в реакцию поликонденсации с другими молекулами капролактама или аминокапроновой кислоты.

Схема реакции: $$ n \cdot \text{C}_6\text{H}_{11}\text{NO} \quad \xrightarrow{t, p, H_2O} \quad [-NH-(CH_2)_5-CO-]_n $$ где $\text{C}_6\text{H}_{11}\text{NO}$ — ε-капролактам.

Полученный полимер в виде расплава продавливают через фильеры (специальные колпачки с мелкими отверстиями), в результате чего образуются тонкие нити. Эти нити затем охлаждаются и подвергаются вытягиванию для придания им необходимой прочности и эластичности.

Свойства:

Капрон обладает высокой прочностью на разрыв, значительной износостойкостью и устойчивостью к истиранию (в 10 раз выше, чем у хлопка). Он эластичен, устойчив к действию многих химических реагентов, особенно щелочей, не гниет и не подвергается воздействию микроорганизмов. Однако у капрона есть и недостатки: он имеет невысокую термостойкость (плавится при $215–225o C$), разрушается под действием концентрированных кислот и теряет до 50% прочности под воздействием ультрафиолетового излучения (солнечного света). Волокно также обладает относительно высокой гигроскопичностью по сравнению с другими синтетическими волокнами, что приводит к изменению его размеров и прочности во влажном состоянии.

Применяется для изготовления кордной ткани для шин, рыболовных сетей, канатов, тросов, тканей для одежды (чулки, колготки), ковров и деталей машин (шестерни, втулки).

Ответ: Капрон (полиамид-6) получают полимеризацией ε-капролактама. Это прочное, износостойкое и эластичное волокно, устойчивое к щелочам, но чувствительное к кислотам, нагреву и ультрафиолету. Используется в производстве текстиля, шинного корда, канатов и деталей машин.

Нейлон-6,6 (в СССР известен как Анид)

Получение:

Нейлон-6,6 является продуктом поликонденсации двух мономеров: гексаметилендиамина и адипиновой кислоты. Цифры 6,6 в названии указывают на то, что оба исходных мономера содержат по 6 атомов углерода. Реакция проводится при нагревании (около $280o C$) и повышенном давлении, при этом в качестве побочного продукта выделяется вода.

Схема реакции: $$ n \cdot H_2N-(CH_2)_6-NH_2 + n \cdot HOOC-(CH_2)_4-COOH \rightarrow [-HN-(CH_2)_6-NH-CO-(CH_2)_4-CO-]_n + 2n \cdot H_2o $$ Дальнейшее формование волокна из расплава полимера аналогично производству капрона.

Свойства:

Свойства нейлона-6,6 очень близки к свойствам капрона. Он также отличается высокой прочностью, упругостью и стойкостью к истиранию. Однако, по сравнению с капроном (нейлоном-6), нейлон-6,6 имеет более высокую температуру плавления ($255–265o C$), большую жесткость и меньшую гигроскопичность. Это делает его более предпочтительным для технических изделий, работающих при повышенных температурах. Как и капрон, он разрушается сильными кислотами и нестабилен к УФ-излучению.

Применяется для изготовления тех же изделий, что и капрон, а также для производства конструкционных пластиков в автомобилестроении, электротехнике и других отраслях.

Ответ: Нейлон-6,6 получают поликонденсацией гексаметилендиамина и адипиновой кислоты. Его свойства схожи со свойствами капрона, но он обладает более высокой термостойкостью. Применяется в текстильной промышленности и для изготовления инженерных пластиков.

Арамидные волокна (Кевлар, Тварон)

Получение:

Арамиды (ароматические полиамиды) получают методом низкотемпературной поликонденсации ароматических диаминов и дихлорангидридов ароматических дикарбоновых кислот в растворе. Например, знаменитое волокно кевлар получают из п-фенилендиамина и терефталоилхлорида. Из-за высокой температуры плавления и плохой растворимости полимера формование волокна проводят из раствора в концентрированной серной кислоте ("мокрый" метод).

Схема реакции получения кевлара: $$ n \cdot ClOC-C_6H_4-COCl + n \cdot H_2N-C_6H_4-NH_2 \rightarrow [-CO-C_6H_4-CO-NH-C_6H_4-NH-]_n + 2n \cdot HCl $$

Свойства:

Арамидные волокна обладают уникальным комплексом свойств. Их главная особенность — исключительно высокая прочность (в 5 раз прочнее стали при равном весе) и высокий модуль упругости. Они обладают высокой термостойкостью: не плавятся, а начинают разлагаться при температурах выше $400–500o C$. Арамиды устойчивы к действию органических растворителей, масел и горючего. К недостаткам можно отнести низкую стойкость к ультрафиолету (требуют защиты от солнца), чувствительность к некоторым агрессивным химическим средам и относительно низкую прочность на сжатие и изгиб.

Благодаря своим свойствам арамиды используются для создания средств индивидуальной бронезащиты (бронежилеты, шлемы), в аэрокосмической промышленности, для армирования композитных материалов, автомобильных шин, а также для изготовления высокопрочных тросов и термостойкой спецодежды.

Ответ: Арамидные волокна (например, кевлар) — это ароматические полиамиды, получаемые поликонденсацией ароматических мономеров. Они характеризуются сверхвысокой прочностью и термостойкостью. Используются для производства бронежилетов, композитных материалов и термозащитной одежды.