Hast Du schon einmal die Worte Nylon, Perlon® oder Dederon gelesen? Hierbei handelt es sich um Fasern aus Polyamiden. Hier erfährst Du alles zu den Eigenschaften und Nachteilen sowie der Verwendung, Herstellung und Strukturformel von Polyamid.
Polyamid einfach erklärt
Ein Polyamid ist ein lineares Polymer mit sich wiederholenden Amidgruppen entlang der Hauptkette.
Der Begriff Polyamid wird in der Regel für alle synthetischen, technisch verwendbaren thermoplastischen Kunststoffe mit Amidgruppen verwendet. Somit grenzen sich die Polyamide von Proteinen ab, die ebenfalls lineare Polymere mit wiederholenden Amidgruppen entlang der Hauptkette sind.
Abb. 1: Proteinogene Aminosäure mit farbig markierter Aminogruppe (türkis) und Carbonsäuregruppe (blau).
Ein weiterer Unterschied besteht ebenfalls darin, dass in Proteinen proteinogene Aminosäuren (α-(S)-Aminosäuren) verbaut sind, bei denen die Aminogruppe und die Carbonsäuregruppe am gleichen Kohlenstoffatom geknüpft sind (Abbildung 1). Bei Polyamiden gibt es hierbei keine Beschränkungen, sodass beliebige Aminosäuren oder andere Monomere verbaut sein können.
Die wichtigsten Polyamide stammen in der Regel von primären Aminen ab. Bei primären Aminen handelt es sich um Amine, die, wie Du unten sehen kannst, neben der organischen Kette zwei Wasserstoffatome besitzen. Im Gegensatz dazu haben sekundäre Amine zwei organische Reste und nur ein Wasserstoffatom.
Polyamid Strukturformel
Die Strukturformeln der Polyamide sind abhängig von den Monomeren, aus denen sie aufgebaut sind. Dabei wird zwischen Polyamiden aus Lactamen oder Aminosäuren und solchen aus Diaminen und Dicarbonsäuren unterschieden. In Abbildung 2 und 3 kannst Du den Unterschied sehen.
 Abb 2: Wiederholungseinheit eines Polyamids aus Lactamen oder Aminosäuren. |  Abb. 3: Wiederholungseinheit eines Polyamids aus Diaminen und Dicarbonsäuren. |
Polyamid Monomere
Oben siehst Du bereits die Strukturformel für ein Polyamid aus Lactamen beziehungsweise Aminosäuren. Bestimmt willst Du nun wissen, wie die Ausgangsstoffe dazu aussehen. Lactame sind cyclische Kohlenwasserstoffe mit einer Amidgruppe im Ring. Aminosäuren sind organische Stoffe, die mindestens eine Aminogruppe sowie eine Carbonsäuregruppe haben. In Abbildung 4 siehst Du zwei Beispiele für Aminosäuren und Lactame.
Abb. 4: Monomere für die Polyamid Herstellung. Links ω-Aminocapronsäure, rechts ε-Caprolactam.
Außerdem können Polyamid, wie Du in Abbildung 3 sehen kannst, aus Diaminen und Dicarbonsäuren bestehen. Diamine sind organische Stoffe mit zwei Aminogruppen und Dicarbonsäuren bestehen aus zwei Carbonsäuregruppen.
Kategorisierung eines Polyamids
Es gibt mehrere Möglichkeiten zur Kategorisierung von Polyamiden. Aber im Allgemeinen kannst Du Polyamide nach der Aromatizität und der Anzahl der unterschiedlichen verbauten Monomere klassifizieren.
Aromaten sind cyclische Kohlenwasserstoffe, die über miteinander konjugierte Doppelbindungen verfügen. Die π-Elektronen dieser Doppelbindungen sind delokalisiert, das heißt, sie wechseln ihren Ort über mehrere Bindungen hinweg. Benzol ist das klassische Beispiel für einen solchen Aromaten.
Wenn alle Monomere aliphatisch (nichtaromatisch) sind, handelt es sich um ein aliphatisches Polyamid. Sind hingegen ein paar der Monomere aromatisch, handelt es sich um ein teilaromatisches Polyamid. Bei ausschließlich aromatischen Monomeren kannst Du auch von einem aromatischen Polyamid oder einem Polyaramid sprechen.
Lässt sich ein Polyamid über eine einzelne Wiederholungseinheit beschreiben, handelt es sich um einen Homopolyamid. Sind stattdessen viele unterschiedliche Monomere beteiligt, so lässt sich das Polyamid nicht über eine Wiederholungseinheit darstellen, da nicht klar ist, in welcher Reihenfolge die Monomere gebunden sind. In diesem Fall sprichst Du von einem Copolyamid.
Polyamid Eigenschaften
Bei einem Polyamid handelt es sich in der Regel um einen synthetischen, technisch verwendbaren thermoplastischen Kunststoff.
Thermoplaste sind Kunststoffe, die sich ab einer gewissen Temperatur verformen oder sogar verflüssigen lassen. Sie bestehen aus größtenteils linearen, nicht miteinander verknüpften Polymerketten.
Die Polyamid Eigenschaften kommen von den Wasserstoffbrücken, die durch die Amidgruppen entstehen. Aufgrund der starken Fähigkeit der Polyamide Wasserstoffbrücken auszubilden, können sie besonders gut Wasser aufnehmen und wieder abgeben. Dabei gilt: Je mehr Amidgruppen im Vergleich zur Länge der Kohlenstoffkette des Polyamids vorkommen, desto besser ist diese Fähigkeit ausgeprägt.
Außerdem verbrennen Polyamide mit blauer Flamme mit gelblichem Rand, wobei sie leicht schäumen und braun werden. Das hilft unter anderem dabei, ein Polyamid zu erkennen und von anderen Stoffen oder Fasern wie Polyester zu unterscheiden.
Polyamid Verwendung
Polyamide haben viele Vorteile, weshalb Stoffe mit Fasern aus Nylon, Perlon oder Dederon bereits viele Anwendungen fanden und auch heute, viele Jahre nach ihrer Erfindung, noch sehr beliebt sind. Synthesefasern für Textilien machen den größten Anteil der Polyamidproduktion aus und werden unter anderem verwendet für
- Bekleidung,
- Angelschnüre,
- Mähfäden für Rasentrimmer,
- Saiten für Streich- und Zupfinstrumente,
- Seile,
- Fallschirme und
- Segel.
Aber auch für weitere Einsatzgebiete fernab der Textilindustrie werden Polyamide verwendet. Überall, wo ein abriebfestes technisches Teil benötigt wird, könnten Polyamide verwendet werden. So werden zum Beispiel Dübel, Schrauben, Kabelbinder und Zahnbürstenborsten aus diesem Material gefertigt.
Polyamid Vorteile
Hier findest Du eine übersichtliche Aufzählung der wichtigsten Vorteile der Polyamide:
- Polyamide haben eine gute chemische Beständigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln.
- Polyamide lassen sich gut verarbeiten.
- Polyamide haben eine gute Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit, weswegen sie oft als Konstruktionswerkstoffe verwendet werden.
- Kompakte Polyamide – also jene, die nicht aus Fasern wie Nylon, Perlon oder Dederon bestehen – haben einen hohen Verschleißwiderstand und gute Gleiteigenschaften.
Polyamid Nachteile
Polyamide haben natürlich nicht nur viele Vorteile, sondern auch ein paar Nachteile:
- Polyamide haben eine schlechte chemische Beständigkeit gegenüber Säuren und Basen.
- Polyamide sind sehr temperaturempfindlich und dürfen daher nicht über 30 °C gewaschen werden.
- Stoffe mit Fasern aus Polyamiden führen bei manchen Menschen zu Hautreizungen und -irritationen.
- Die meisten Polyamide werden auf Erdölbasis produziert und haben daher auch Auswirkungen auf unser Klima.
Polyamid Herstellung
Polyamide werden grunsätzlich auf zwei Arten aus den oben beschriebenen Monomeren hergestellt. Zum einen besteht die Möglichkeit, eine Polykondensation mit Diaminen und Dicarbonsäuren oder Aminosäuren durchzuführen. Wird ein Polyamid aus Diaminen und Dicarbonsäuren hergestellt, ist es besonders wichtig, dass diese in einem gleichen Verhältnis verwendet werden, damit der Polymerisierungsgrad möglichst hoch ausfällt. Die zweite Möglichkeit ist die ringöffnende Polymerisation bei Lactamen.
Die Polykondensationsreaktion ist eine einfache Kondensationsreaktion, bei der sich die Aminogruppe und die Carbonsäuregruppe verbinden, Wasser frei wird und eine Amidgruppe entsteht. Hierbei wird die OH-Gruppe der Carbonsäuregruppe gemeinsam mit einem Wasserstoffatom von dem Amin abgespalten.
Polyamid Kurzzeichen
Oftmals werden für Polyamide Kurzzeichen verwendet, damit Du schnell und leicht erkennen kannst, um welches Polyamid es sich handelt. Hierbei wird die Abkürzung PA für das Polyamid verwendet.
Auf PA folgt in der Regel ein Zahlencode, der angibt, wie viele Kohlenstoffatome zwischen den beiden Amidgruppen liegen. Bei aromatischen Bestandteilen findest Du statt den Zahlen Buchstaben. Welcher Zahlencode der PA-Bezeichnung folgt, ist abhängig davon, welche Wiederholungseinheiten eingebaut sind. Die unterschiedlichen Polyamidtypen werden nach der Abfolge der funktionellen Gruppen unterschieden.
Polyamid des Typs AS
Bei dem AS-Typ handelt es sich um ein Polyamid aus einer Aminosäure oder einem Lactam. AS bedeutet also, dass sich die Aminogruppe und die Carbonsäuregruppe im Polyamid immer abwechseln. Bei diesen Polyamiden wird dem PA ein Z hinten angestellt. Das Z steht hier für die Anzahl an Kohlenstoffatomen, die zwischen den einzelnen Amidgruppen liegen.
Wenn Du also ein Polyamid aus ω-Aminocapronsäure oder ε-Caprolactam herstellst (den Stoffen aus Abbildung 4) erhältst Du ein Polymer des AS-Typs mit dem Kurzzeichen PA 6.
Bei PA 6 handelt es sich übrigens um Perlon®, der deutschen Alternative zu Nylon.
Polyamid des Typs AASS
Stellst Du hingegen ein Polyamid aus einem Diamin und einer Dicarbonsäure her, handelt es sich um den AASS-Typ. AASS bedeutet, dass eines der Monomere zwei Aminogruppen und das andere zwei Carbonsäuregruppen besitzt. Dadurch, dass möglicherweise zwei verschiedene Monomere mit unterschiedlicher Kohlenstoffzahl verwendet werden könnten, werden Kurzzeichen nach Schema dem PA Z1.Z2 genutzt. Z1 steht hierbei für die Anzahl an Kohlenstoffatomen bei dem Diamin und Z2 für die Anzahl an Kohlenstoffatomen bei der Dicarbonsäure.
Wenn Du ein vergleichbares Polyamid zum AS-Typ aus einem Diamin und einer Dicarbonsäure mit jeweils sechs Kohlenstoffatomen herstellst, erhältst Du ein Polyamid der Bezeichnung PA 6.6. Hierbei handelt es sich um Nylon.
Manchmal werden die Zahlen auch direkt aneinander geschrieben oder mit einem Schrägstrich getrennt (PA Z1Z2 oder PA Z1/Z2).
Polyamid – Das Wichtigste
- Polyamid Strukturformel: Ein Polyamid ist ein lineares Polymer mit sich wiederholenden Amidgruppen entlang der Hauptkette.
- Polyamid Eigenschaften:
- Gute chemische Beständigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln
- Gute Verarbeitbarkeit, Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit
- Hoher Verschleißwiderstand und gute Gleiteigenschaften bei kompakten Polyamiden
- Polyamid Nachteile:
- Schlechte chemische Beständigkeit gegenüber Säuren und Basen
- Temperaturempfindlichkeit
- Führen manchmal zu Hautreizungen und -irritationen
- Auswirkungen auf das Klima
- Polyamide Verwendung: Polyamid kommen vor allem als Fasermaterial in der Textilindustrie zum Einsatz.
Nachweise
- H. Domininghaus et al. (2012). Kunststoffe. Eigenschaften und Anwendungen, 8. Auflage. Springer-Verlag, Heidelberg.
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