近红外光谱在聚合物行业的应用：质量控制和产品筛查的理想工具——第4部分

聚酰胺（尼龙）简介

聚酰胺，通常被称为尼龙，先由在杜邦化学公司工作的美国有机化学家华莱士·休姆·卡罗瑟斯（Wallace Hume Carothers）合成。1935年，他开发出了PA66/尼龙66。

华莱士·卡罗瑟斯（1896–1937），聚酰胺的创造者。

华莱士·卡罗瑟斯（1896–1937），聚酰胺的创造者。

几年后的1938年，在法本公司工作的德国化学家Paul Schlack开发出了 PA6/尼龙6，这是一种基于有机化合物己内酰胺的不同分子。这两种类型的聚酰胺都非常适合于多种应用。PA6或PA66的使用取决于所需的技术要求以及经济限制。

目前广泛使用的两种聚酰胺是PA66和PA6，它们常被制造成用于纺织行业的纤维或吹制成用于包装行业的薄膜，还用于众多行业的零件生产。

性能尤其优异的聚酰胺是PPA（聚邻苯二甲酰胺或高性能聚酰胺）和PA46，通常被用作金属材料的替代品，或用于暴露在非常不好的条件下的特殊应用，例如汽车结构件或安全帽。

聚酰胺6（PA6/尼龙6）和聚酰胺66（PA66/尼龙66）的区别

聚酰胺6（PA6）也称为尼龙6或聚己内酰胺，是聚酰胺族中常用的化合物之一。PA6是通过己内酰胺的开环聚合反应合成的。

图 1. 己内酰胺的分子结构。

图 2. 聚酰胺6的分子结构。

图 3. 聚酰胺66的分子结构。

聚酰胺66（PA66）也称为尼龙66，是常用于工程的热塑性塑料之一，主要用作各种应用的金属替代品。尼龙66是通过六亚甲基二胺和己二酸（两种单体各含有六个碳原子）的缩聚反应合成的。

PA6和PA66仅在一些细微的方面略有差别。虽然两者的性价比都很高，但尼龙6通常比尼龙66便宜30%左右。表1对两种聚合物的不同因素进行了比较。

**表1. PA6和PA66的比较**
参数	PA6	PA66
机械加工性能——低工具磨损和表面光洁度	良好	更好
成型收缩率	较低	较高
水分吸收率	较高	较低
抗拉强度	6.2 × 104 kPa (良好）	8.2 × 104 kPa (更好）
晶体熔点	225 °C	265 °C
密度	1.15 g/mL	1.2 g/mL
典型成型收缩率	1.2 %	1.5 %

PA66和PA6的关键性质

如前所述，聚酰胺66（PA66）和聚酰胺6（PA6）因其不凡的性能和相对较低的成本而被用于许多不同的应用中。下面列出了它们的一些重要性质：

高温下的高强度和刚性
·即使在低温下，也具有良好的冲击强度
良好的磨损性
对燃料和油类具有出色的耐受性
良好的抗疲劳性
流动性非常好，易于加工
PA6的粘度非常低，因此具有非常好的表面状况和比PA66更好的加工性能
良好的电绝缘性质
高吸水性会限制其应用和使用
尺寸稳定性低（吸水导致尺寸变化）ange)

近红外光谱作为评估聚酰胺质量的工具

30多年来，近红外光谱（NIRS）已成为聚酰胺行业中公认的快速可靠的质量控制方法。尽管如此，许多生产商仍未考虑在其QA或QC实验室中使用近红外光谱。这背后的原因可能是：应用经验有限或对使用新方法的普遍犹豫。

使用近红外光谱进行QA或QC有很多优点，其中的一大优点是：近红外光谱只需30秒即可同时测定多个参数，而且无需样品前处理。近红外光谱使用的无损性光与物质的相互作用，会受到样品物理和化学性质的影响，使其成为测定这两种性质的合适方法。

在本文的剩余部分，先简要阐述了聚酰胺的应用，然后是根据《ASTM E1655-17近红外光谱使用指南》开发的聚酰胺整体解决方案。

您是否错过了本系列的前三部分？可在此找到。

近红外光谱在聚合物行业的应用：质量控制和产品筛查的理想工具——第1部分

近红外光谱在聚合物行业的应用：质量控制和产品筛查的理想工具——第2部分

近红外光谱在聚合物行业的应用：质量控制和产品筛查的理想工具——第3部分

有关近红外光谱作为辅助技术的更多详细信息，请阅读我们之前关于该主题的博文。

使用近红外光谱进行的聚酰胺相关应用和参数

聚酰胺的生产需要定期检查某些重要的质量参数，典型参数有：相对粘度、端胺基、端羧基以及水分含量。由于样品的溶解度有限以及需要使用多种不同的分析方法，聚酰胺的官能团和粘度分析通常是一个漫长且具有挑战性的过程。此外，己内酰胺是聚酰胺生产的重要前体，具有很强的吸湿性和水溶性，因此使用可靠的分析技术来测定水含量至关重要，否则成品的质量可能会受到影响。

本文后面的表2中列出了使用近红外光谱分析聚酰胺质量参数的相关应用。

在聚酰胺的生产过程中，近红外光谱可以应用在哪些环节？

图4显示了塑料生产、塑料配混、成型加工到塑料制品的各个生产环节。在纯聚合物（如，聚酰胺）的生产过程中，需要对其纯度进行确认，即可使用近红外光谱仪；在将纯聚合物配混成用于进一步加工的中间产品时，近红外光谱也是一种非常有用的技术。

图 4. 聚酰胺生产链示意图。

塑料生产商可以轻松使用近红外光谱

瑞士万通在聚酰胺分析方面拥有丰富的专业知识，并为此提供了整体解决方案：DS2500近红外聚合物分析仪。该仪器是一种用于测定不同聚酰胺中的多个质量参数的即用型解决方案。

图 5. 使用瑞士万通DS2500近红外聚合物分析仪进行聚酰胺分析的整体解决方案。

应用案例：

DS2500近红外聚合物分析仪针对聚酰胺行业的预校准模型

使用传统实验室技术测定表2中所列参数是一个漫长且具有挑战性的过程，因为测定这些参数需要多种不同的分析技术，不仅需要大量的时间分析样品（因溶解度有限使得情况进一步复杂化），还需要花费时间进行仪器管理和维护。

**表2. 实验室方法vs.近红外光谱测定聚酰胺样品中多个质量参数**
参数	实验室方法	获得结果的时间	相关近红外光谱应用报告	近红外光谱仪的优势
相对粘度	粘度计	90分钟样品前处理 + 1分钟粘度计	AN-NIR-077 AN-NIR-060 AN-NIR-005	四个参数可在一分钟内同时测得；无需样品前处理；无需任何化学试剂。
端羧基	滴定	90分钟样品前处理 + 20分钟滴定
端羧基	滴定	90分钟样品前处理 + 20分钟滴定
水分含量	卡尔费休滴定（卡氏加热炉）	2分钟样品前处理 + 15分钟KF滴定（卡氏加热炉）