當(dāng)談到尼龍時(shí)，不要做數(shù)學(xué)

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大多數(shù)人對(duì)他們的正規(guī)化學(xué)教育沒有美好的回憶。除了偶爾關(guān)于在實(shí)驗(yàn)室中制作起泡沫、起泡或爆炸的東西的故事外，上化學(xué)課只會(huì)引發(fā)與結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)制無休止的戰(zhàn)斗的負(fù)面記憶。有機(jī)化學(xué)尤其如此，有機(jī)化學(xué)是高分子化學(xué)的基礎(chǔ)。因此，塑料行業(yè)中關(guān)于我們材料實(shí)際情況的工作知識(shí)充其量只是有些模糊，這也許不足為奇。

這在我本周與一位實(shí)驗(yàn)室同事的談話中再次向我證明了這一點(diǎn)。他為客戶分析了尼龍 6/6 材料并發(fā)現(xiàn)了尼龍 6 的存在。這并不罕見。尼龍 6 可以接枝到尼龍 6/6 分子的主鏈上，以生產(chǎn)一種共聚物，該共聚物可在較低溫度下加工，并且更容易在高增強(qiáng)等級(jí)的模制零件中實(shí)現(xiàn)富含樹脂的飾面。

]更常見的是，供應(yīng)商只是簡單地混合這兩種聚合物類型，以創(chuàng)造介于兩種基礎(chǔ)樹脂之間的性能平衡。在共聚物的情況下，不容易判斷尼龍6的存在。該材料的單一熔點(diǎn)僅介于尼龍 6 和尼龍 6/6 之間。在共混物中，更容易分辨出某些東西發(fā)生了變化，因?yàn)楫?dāng)通過差示掃描量熱法 (DSC) 測試材料時(shí)，兩種聚合物的熔點(diǎn)將作為單獨(dú)的事件出現(xiàn)。但是當(dāng)我同事的客戶被告知他們認(rèn)為是純尼龍 6/6 的化合物中存在尼龍 6 時(shí)，有人告訴他們這是因?yàn)椴牧辖到饬?，尼?6 是在尼龍 6/6 降解時(shí)形成的。

這與真實(shí)的故事相去甚遠(yuǎn)，以至于有機(jī)化學(xué)相當(dāng)于告訴某人地球是平的。這種信念可能來自對(duì)尼龍一詞后數(shù)字含義的誤解。

對(duì)于外行來說，一種叫做尼龍 6/6（或 66）的材料在降解時(shí)會(huì)失去一個(gè) 6 變成尼龍 6，這似乎是合理的。這不是真的。尼龍 6 和尼龍 6/6 盡管其物理和化學(xué)性質(zhì)相似，但它們是不同的聚合物，其制造方式非常不同。

尼龍 6/6 和所有其他具有兩個(gè)數(shù)字命名法的尼龍聚合物，例如尼龍 6/12 或尼龍 4/6，是通過兩種不同的化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)形成前體而生產(chǎn)的。然后將該材料聚合形成最終材料。尼龍一詞后面的數(shù)字表示存在于每種原始反應(yīng)物中的碳原子數(shù)。尼龍 6/6 最初是一種稱為 1,6-己二胺（或六亞甲基二胺）的二胺和一種稱為己二酸（或己二酸）的二酸。

二胺包含六個(gè)碳，二酸包含六個(gè)碳，正如兩個(gè)名稱中的“hexa-”根所暗示的那樣，因此當(dāng)聚合物形成時(shí)，聚合物鏈的每個(gè)重復(fù)單元中有兩個(gè)不同的鏈段，長度為六個(gè)碳.

其中一種碳是賦予尼龍獨(dú)特性能的關(guān)鍵化學(xué)基團(tuán)的一部分。這個(gè)基團(tuán)被稱為酰胺基團(tuán)（在世界上大多數(shù)情況下，尼龍被稱為聚酰胺），它負(fù)責(zé)尼龍表現(xiàn)出的相對(duì)較高的熔點(diǎn)、強(qiáng)度和對(duì)水分的親和力。該組在圖 1 中突出顯示，并在圖 2 中更詳細(xì)地顯示。第一個(gè)數(shù)字是指二胺，第二個(gè)數(shù)字是指二酸。因此，在尼龍 4/6 中使用了與制造尼龍 6/6 相同的二元酸，但二胺僅包含四個(gè)碳。這減少了酰胺基團(tuán)之間的間距，從而使材料比尼龍 6/6 更堅(jiān)固、更硬且熔點(diǎn)更高。

在尼龍 6/12 的情況下，二胺保持不變，但使用的二酸含有 12 個(gè)碳。這增加了酰胺基團(tuán)之間的間距，導(dǎo)致機(jī)械性能和熔點(diǎn)降低。但由于酰胺基團(tuán)負(fù)責(zé)這些聚合物對(duì)水分的親和力，因此尼龍 6/12 更能抵抗水分增加以及尼龍 4/6 和尼龍 6/6 所經(jīng)歷的尺寸和機(jī)械性能的相關(guān)變化。

尼龍 6 和其他名稱中僅包含一個(gè)數(shù)字的尼龍聚合物以完全不同的方式制造。在這些情況下，使用具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)并包含產(chǎn)生酰胺官能團(tuán)所需的兩個(gè)化學(xué)基團(tuán)的單一化學(xué)品。圖 3 顯示了用于生產(chǎn)尼龍 6 的化學(xué)反應(yīng)。該單體在形式上稱為氨基己酸，但在其環(huán)狀形式中稱為己內(nèi)酰胺。當(dāng)環(huán)打開時(shí)，化學(xué)物質(zhì)可以與自身反應(yīng)生成尼龍 6 聚合物。請注意，此重復(fù)單元還包含六個(gè)碳，其中五個(gè)僅與氫相連，而第六個(gè)是酰胺基團(tuán)的一部分。

[size=1.1]盡管尼龍 6 中的酰胺基團(tuán)之間的平均間距與尼龍 6/6 中的相同，但尼龍 6/6 的熔點(diǎn)大約高出 40oC，并且由于分子中的細(xì)節(jié)，尼龍 6 比尼龍 6 稍強(qiáng)和更硬。超出本文范圍的間距。但歸根結(jié)底，尼龍 6 和尼龍 6/6 是完全不同的材料，采用完全不同的路線制成。雖然它們可以組合以產(chǎn)生廣泛的特性，但它們不能相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)尼龍 6/6 降解時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生最終類似于生產(chǎn)它的化學(xué)品的副產(chǎn)品，而不是尼龍 6。

現(xiàn)在每個(gè)人都在談?wù)撃猃?12。世界市場的短缺是由一家生產(chǎn)稱為環(huán)十二碳三烯 (CDT) 的化學(xué)品的工廠發(fā)生爆炸引起的。通過一系列化學(xué)反應(yīng)，12 碳環(huán)結(jié)構(gòu)的 CDT 變成了一種稱為月桂內(nèi)酰胺的化學(xué)物質(zhì)，這是一種 12 碳環(huán)，具有與己內(nèi)酰胺中所含相同的酰胺官能團(tuán)。

但是在制造尼龍 12 時(shí)，酰胺基團(tuán)的距離是尼龍 6 中的兩倍。這導(dǎo)致材料的熔點(diǎn)比尼龍 6 低 50-60°C。但更重要的是，這種材料更多靈活，因此可以制成軟管、管材甚至球囊導(dǎo)管。按照上面提到的同樣的錯(cuò)誤邏輯，假設(shè)尼龍6/6降解時(shí)會(huì)形成尼龍6，我們應(yīng)該能夠通過簡單地降解一些尼龍6/12來解決尼龍12的短缺問題。更好的是，通過簡單的數(shù)學(xué)計(jì)算，很明顯尼龍 6/6 可以轉(zhuǎn)化為尼龍 12。很容易，對(duì)吧？

明顯不是。4 月中旬在底特律舉行的討論尼龍 12 短缺的汽車行業(yè)峰會(huì)沒有召開，因?yàn)檫@很簡單。雖然汽車在媒體上獲得了大部分關(guān)注，但當(dāng)有限的供應(yīng)被發(fā)放時(shí)，將是醫(yī)療設(shè)備供應(yīng)商排在第一位。如果其他尼龍確實(shí)成功地替代了尼龍 12（尼龍 11 是最有意義的，但也供不應(yīng)求），那將是由于熟練的化學(xué)操作以及關(guān)于設(shè)計(jì)、加工甚至后果的艱難決定的結(jié)合使用添加劑來優(yōu)化性能。化學(xué)很少像看起來那么簡單。聚合物化學(xué)將復(fù)雜性提高了一個(gè)檔次。尼龍化學(xué)不僅僅是做數(shù)學(xué)。

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