Seriál o plastech XXXXV.: Polyamidy

V letošním roce uplyne 86 let od zahájení první průmyslové výroby syntetického hedvábí - polyamidových vláken PA 66 u americké firmy DuPont dle patentů Carotherse. V roce 1940 začala vyrábět česká společnost Baťa ve Zlíně dle patentů Wichterleho polyamidová vlákna z kaprolaktamu. Průmyslová výroba byla zahájena v roce 1950 v Silonu Planá nad Lužnicí.

Polyamid je polymer obsahující opakující se amidové (–CO-NH–) vazby. Jedná se o inženýrský termoplast, který se vyrábí polymerací a jako nylon, silon nebo aramid a je na trhu ve formě vláken – PA6, nebo jako inženýrské plasty – PA66 (viz vzorce níže).

Přečtěte si také:

Recyklací koberců k novým plastům

Výrobky z PA vykazují vysokou teplotní, chemickou a elektrickou odolnost. Své využití nacházejí v textilním a dopravním průmyslu, ve spotřebním zboží a v elektroprůmyslu.

Výroba různých typů polyamidů se liší v závislosti na výchozích monomerních jednotkách. Mohou být alifatické, semiaromatické nebo aromatické (viz schéma). Na základě jejich krystalinity mohou být amorfní, semikrystalické nebo krystalické. Zde je hierarchické znázornění různých tříd a podtříd polyamidů:

Alifatické typy nabízejí nejuniverzálnější vlastnosti. Chybí aromatický obsah, což umožňuje maximální flexibilitu, houževnatost a snadné zpracování. Typy mají nižší odolnost vůči teplu a chemikáliím ve srovnání s ostatními dvěma třídami.

Semi-aromatické typy se vyznačují lepšími mechanickými vlastnostmi, střední tepelnou a chemickou odolností. Jejich vlastnosti jsou spojeny se zvýšenou flexibilitou a odolností proti nárazu.

Aromatické polyamidy obsahují ve své molekulární struktuře významné procento aromatických kruhů. To jim dává vysokou tepelnou a chemickou odolnost. Ale také je činí tuhými a relativně křehkými.

Alifatické polyamidy (AP) jsou označeny jedním nebo více čísly souvisejícími s počtem atomů uhlíku obsažených v opakujícím se řetězci. Následuje seznam monomerů používaných při výrobě různých alifatických polyamidů.

Polyamid 6 (PA 6) je také známý jako Nylon 6 nebo polykaprolaktam. Je to jeden z nejpoužívanějších polyamidů na světě, zejména pro výrobu koberců. Teplota tání polyamidu 6 je 223 °C. Polyamid 6-6 nebo Nylon 6-6 patří k nejoblíbenějším inženýrským termoplastům. Používají se hlavně jako náhrada kovů v různých aplikacích. Vyrábějí se polykondenzací hexamethylendiaminu a kyseliny adipové Teplota tání je 255 °C.

PA 6 a PA 6-6 jsou zdaleka nejpoužívanějšími polyamidy na světě se spotřebou kolem 10 milionů tun za rok. V aplikacích se cení vynikající poměru výkon/cena, dominují aplikace ve formě vláken. Před zpracováním vstřikováním, vytlačováním nebo 3D tiskem je nutné řádné sušení granulátu při teplotách 80–110 stupňů Celsia. Mezi jejich příznivé vlastnosti patří:

• Vysoká pevnost a tuhost při vysokých teplotách.
• Dobrá rázová houževnatost i při nízkých teplotách.
• Příznivá tekutost a snadné zpracování.
• Dobrá odolnost proti oděru a opotřebení.
• Vynikající odolnost vůči motorovým palivům a oleji.
• Dobrá odolnost proti namáhání.
• Dobré elektroizolační vlastnosti.
• Snadné aplikace bezhalogenových retardérů hoření.

Unikátní postavení má bio-Polyamid 11, vyráběný z obnovitelných rostlinných surovin – z kyseliny 11-aminoundekanové. Ve vyhledavači lze nalézt seznam 153 těchto typů produktů od různých světových výrobců. Hlavními výrobce polyamidů jsou: Invista, BASF, Lanxess, DuPont, Domo, Ascent Performance Materials, Solvay, Royal DSM, Repol-Ube, Radici, Zig Sheng, Lealea, Huafon, Hargzhou Dokai, Jiangsu Huayang Nylon, Asahi Kasei. Při zpracování polyamidu 6 a 6-6 technikami vstřikování a vytlačování se doporučují následující podmínky:

• Poměr šneku L/D 18–22 pro vstřikování.
• Teplota taveniny mezi 240-270 °C (PA 6) a 270-300 °C (PA 66).
• Teplota formy by měla být v rozmezí 55-80 stupňů Celsia.
• Pro vytlačování se doporučují delší šneky – L/D 20–30.

Na veletrhu Fakuma 2013 představila společnost BASF poprvé vysoce odolnou částicovou pěnu na bázi PA. Využila své dlouholeté zkušenosti z částicové EPS a EPP, když granule z PA se po předpěnění svařují 3D technologií na bateriové držáky pro elektromobily s tepelnou odolností nad 120 stupňů Celsia.

Velkou předností PA produktů je, že po skončení jejich aplikační životnosti je lze snadno mechanicky nebo chemicky recyklovat. Depolymerizace představuje rozklad polymerních řetězců na původní monomery, které lze použít pro nové PA. Například společnost Asahi Kasei provádí chemickou recyklaci PA 66 pomocí mikrovlnné technologie.

Německá společnost Domo bude využívat monomery z odpadních PA, včetně typů plněných skleněnými vlákny, po chemické recyklaci, pro nové typy PA se sníženými emisemi CO2 o 40 %. V závodě o kapacitě 50 tis. tun odpadních PA v Číně zahájí provoz ještě letos. Menší linku s kapacitou 8 tis. tun otevřeli koncem letošního dubna v indickém Navi Mumbai.

Celosvětově se sesbírá z moří tisíce tun odpadních rybářských sítí. Japonská společnost Toyota Tsusho vytříděné sítě chemicky recykluje na monomery pro nové PA. Program plánuje rozšířit o staré oděvy s PA vlákny. Japonské společnosti Toray a Honda provozují chemickou depolymerizaci PA6 z aplikací v automobilech. Využívají technologii s podkritickou vodou při vysokých teplotách a tlacích za vzniku kaprolaktamu.

Každý rok se separuje na světě více než 15 mil. tun použitých kuchyňských olejů, ze kterých lze vyrábět PA12, čímž dojde ke snížení emisí CO2 o 70 %. PA 12 lze aplikovat při výrobě kartáčků na zuby.

Německá společnost Lopp vyvinula s BASF nabíjecí systém pro elektromobily, ve kterém hraje klíčovou roli PA Ultramid. Pro bezdrátovou nabíječku pro elektromobily použily společnosti DuPont a V-Max polyamid Zytel. Výrobky obsahují bezhalogenové retardéry hoření.

Polyamidy mají udržitelný charakter, když mechanické a chemické recyklace po skončení jejich životnosti jsou zvládnutou operací.