材料前沿丨长碳链聚酰胺制备、改性及应用关键技术

自20 世纪初，高分子概念被提出以来，高分子材料的发展已逾一个世纪，越来越多地走进人们的生活，成为材料科学中最具代表性和发展前途的一类材料。我国是高分子材料生产和消费大国，每年在这些领域获得的授权专利数量已经居于世界第一，相关材料应用的研究与开发也如火如荼。高分子材料已成为现代工业和高新技术产业的重要基石，并与信息科学、生命科学和环境科学等前瞻领域深度交叉与融合，在推动国民经济建设、促进人类文明进步等方面发挥着重要的作用。

国家“十三五”规划显示，高分子材料已纳入到国家战略性新兴产业领域。高性能高分子材料是现代科技发展的关键材料，对国家支柱产业的发展、国家安全的保障起着重要作用，其基础科学研究和应用技术发展受到世界各国政府、学术界、工业界的高度重视，已成为国际高分子科学发展的前沿及热点。为此，在科学出版社的倡议下，以蹇锡高院士为总主编的编委会组织活跃在科研第一线的近三十位优秀科学家撰写“高性能高分子材料丛书”。

《长碳链聚酰胺制备、改性及应用关键技术》作为“高性能高分子材料丛书”之一，其内容主要包括长碳链聚酰胺材料的合成制备、加工改性及应用关键技术等。长碳链聚酰胺除具有一般聚酰胺的若干通性外，还具有相对密度小、吸水率低、尺寸稳定性好、耐化学药品性能优良、电性能良好、耐腐蚀、耐磨损、质地坚韧、抗疲劳和耐低温性能突出等特点，广泛应用于汽车、通讯、机械、电子电器、轻纺等领域，是聚酰胺材料的重点发展方向。近年来，随着国家对长碳链聚酰胺材料产业的重视支持，我国具有自主知识产权的长碳链聚酰胺材料从制备、加工到应用等都得到了长足的发展，这既源于其原材料长碳链二元酸的技术创新(如微生物发酵法制备二元酸)，又与聚合工艺的进步密不可分，也得益于长碳链聚酰胺结构-性能关系、加工成型技术以及应用评价研究的不断深入。

《长碳链聚酰胺制备、改性及应用关键技术》共分8章，涵盖长碳链聚酰胺聚合单体、脂肪族长碳链聚酰胺、芳香族长碳链聚酰胺、长碳链聚酰胺弹性体、长碳链聚酰胺结构-性能关系以及加工改性等多个方面，主要内容源自作者所在课题组研究生的学位论文，部分素材来源于国内外公开发表的期刊论文和学术著作等，以及作者在这一领域多年的研究积累。

《长碳链聚酰胺制备、改性及应用关键技术》

章节简介

第一章 绪论

本章介绍了长碳链聚酰胺开发历史和现状，我国生物发酵法来源的长碳链聚酰胺，以及长碳链聚酰胺分类情况。

第二章 长碳链聚酰胺的原料及其制备方法

本章主要介绍了AB型、AABB型及其他长碳链聚酰胺的原料及其制备方法与工艺。

第三章 脂肪族长碳链聚酰胺的制备方法

本章主要介绍了AB型、AABB型及其他脂肪族长碳链聚酰胺的制备方法及工艺。

第四章 长碳链聚酰胺的结构与性能

本章主要介绍了长碳链聚酰胺的链结构、结晶结构、晶型转化、结晶与熔融及其在外场下的结构与性能转变等研究及进展。

第五章 长碳链聚酰胺的改性

本章主要介绍了长碳链聚酰胺的增强、增韧、阻燃、阻隔、导电等方面研究进展，介绍了不同高分子对长碳链聚酰胺的共混改性、合金化机理，以及在改性过程中使用的助剂种类与特点简介。

第六章 长碳链聚酰胺基嵌段共聚物及热塑性弹性体

本章主要介绍了AB型和AABB型长碳链聚酰胺基嵌段共聚物及其热塑性弹性体的研究进展，包括发展历程、应用领域、结构与性能关系，及其在外场下的结构与性能演变规律。

第七章 新型长碳链聚酰胺

本章主要介绍了半芳香族长碳链聚酰胺、长碳链透明聚酰胺及其他新型长碳链聚酰胺等研究开发进展等。

第八章 长碳链聚酰胺加工成型技术

本章主要介绍了长碳链聚酰胺材料的加工特性及不同的加工工艺与材料应用领域的关联。

图1 长碳链聚酰胺的分子链特征

图2 长碳链聚酰胺材料应用领域广阔

图3 基于生物发酵单体来源的国产长碳链聚酰胺材料

图4 长碳链聚酰胺材料拉伸外场下的微观结构与性能演变

图5 脂肪族长碳链聚酰胺的酰胺交换机理

图6 长碳链聚酰胺嵌段共聚物的真实应力与λ²–1/λ 曲线以及在拉伸过程中的二维WAXD 图案演化

图7 长碳链聚酰胺嵌段共聚物制备的弹性纤维及其形貌

作者简介

王笃金

中国科学院化学研究所研究员，博士生导师。1995年于北京大学获得博士学位，1995~1997年在中国科学院化学研究所从事博士后研究，2000~2001年、2004年在德国马普高分子所做访问学者，2009年获得国家杰出青年科学基金支持。从事高分子材料凝聚态结构、加工成型、服役行为等基本科学问题研究和大品种高分子材料(聚烯烃、聚酰胺等)高性能化的关键技术开发，致力于从化学结构、链构象水平理解高分子材料结晶、取向以及加工过程中的结构转变。发表学术论文300余篇，获授权中国发明专利、欧洲专利和美国专利40余项。曾获北京市科学技术奖一等奖2项（2001，2009）、中国分析测试协会科学技术奖一等奖2项（2001，2006）。当选为RSC Fellow，ACS Fellow。

董侠

中国科学院化学研究所研究员，博士生导师。2001年于东华大学获得博士学位，2001~2003年在中国科学院化学研究所从事博士后研究，2009~2010年在美国阿克伦大学做访问学者。从事长碳链聚酰胺、聚烯烃等高分子材料的聚合关键技术、结构与性能、材料加工及改性的应用基础研究与工业化转化，率先开展了我国具有自主知识产权的长碳链聚酰胺基弹性体材料的研究与工程化开发。发表学术论文150余篇，获授权中国发明专利39项。曾获上海市科技进步奖一等奖1项（2017）、中国化学会高分子科学创新论文奖1项（2017）、中国科学院科技促进发展奖科技贡献二等奖1项（2014）、北京市科学技术奖一等奖1项（2009）。

《长碳链聚酰胺制备、改性及应用关键技术》为“十三五”国家重点出版物出版规划项目“高性能高分子材料丛书”的第一本，敬请广大读者关注后续系列专著。

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目录
第1章绪论 1
1.1 背景 1
1.2 长碳链聚酰胺简介 1
1.2.1 长碳链聚酰胺开发历史和现状 1
1.2.2 微生物发酵来源单体的长碳链聚酰胺 2
1.2.3 长碳链聚酰胺种类 4
参考文献 5
第2章长碳链聚酰胺的原料及其制备方法 6
2.1 AB型长碳链聚酰胺原料的制备 6
2.1.1 PA11原料及制备方法 6
2.1.2 PA12原料及制备方法 11
2.1.3 PA13原料及制备方法 16
2.1.4 其他AB型长碳链聚酰胺 18
2.2 AABB型长碳链聚酰胺原料的制备 18
2.2.1 十二碳二元酸（胺）的制备 20
2.2.2 十三碳二元酸（胺）的制备 23
2.2.3 癸二酸（胺）的制备 25
2.2.4 其他长碳链二元酸的制备 26
2.3 其他（长碳链）聚酰胺原料的制备 27
2.3.1 碳链较短的二元酸（胺）的制备 27
2.3.2 透明长碳链聚酰胺原料制备 32
2.3.3 耐高温长碳链聚酰胺原料制备 36
参考文献 42
第3章脂肪族长碳链聚酰胺酌制备方法 46
3.1 AB型长碳链聚酰胺 46
3.1.1 PAII的制备方法与工艺 46
3.1.2 PA12的制备方法与工艺 49
3.2 AABB型长碳链聚酰胺 55
3.2.1 PA610的制备方法与工艺 55
3.2.2 PA612的制备方法与工艺 57
3.2.3 PA1010的制备方法与工艺 58
3.2.4 PAI1012的制备方法与工艺 59
3.2.5 PA1013的制备方法与工艺 60
3.2.6 PA1014的制备方法与工艺 62
3.2.7 PAIIII的制备方法与工艺 62
3.2.8 PA1212的制备方法与工艺 63
3.2.9 PA1311的制备方法与工艺 64
3.2.10 PA1414的制备方法 66
参考文献 67
第4章长碳链聚酰胺的结构与性能 69
4.1 聚酰胺的链结构 69
4.2 聚酰胺的晶体结构 70
4.3 聚酰胺的晶型转变现象 73
4.3.1 聚酰胺的Brill转变 73
4.3.2 Brill转变的研究手段 74
4.3.3 影响Brill转变温度的因素和调控方法 76
4.4 聚酰胺的结晶与熔融 79
4.4.1 聚酰胺的结晶 79
4.4.2 聚酰胺多重熔融现象 81
4.5 长碳链聚酰胺的宏观性能 82
4.6 不同种类长碳链聚酰胺的特性 83
4.7 长碳链聚酰胺在外场下的微觋结构演变与宏观性能的关系 87
4.7.1 长碳链聚酰胺在拉伸外场下的微观结构演变 87
4.7.2 长碳链聚酰胺合金在拉伸外场下的微观结构演变 99
4.7.3 长碳链聚酰胺在温度场下的微观结构演变 119
4.7.4 复杂流场下流动诱导的PA1012的结晶和取向 123
参考文献 141
第5章长碳链聚酰胺的改性 149
5.1 增强长碳链聚酰胺 149
5.1.1 纳米复合材料 149
5.1.2 纤维增强长碳链聚酰胺 157
5.2 增韧长碳链聚酰胺 158
5.2.1 橡胶 158
5.2.2 热塑性弹性体 158
5.2.3 聚烯烃 159
5.3 导电长碳链聚酰胺 159
5.3.1 导电高分子复合 159
5.3.2 导电填料复合 164
5.4 阻燃长碳链聚酰胺 165
5.5 阻隔长碳链聚酰胺 167
5.6 长碳链聚酰胺共混物 169
5.6.1 长碳链聚酰胺/聚酰胺合金 169
5.6.2 长碳链聚酰胺/其他工程塑料 181
5.7 长碳链聚酰胺用加工助剂 182
5.7.1 稳定剂 182
5.7.2 成核剂 185
5.7.3 润滑剂 185
参考文献 186
第6章长碳链聚酰胺基嵌段共聚物及热塑性弹性体 191
6.1 长碳链聚酰胺基嵌段共聚物及热塑性弹性体简介 191
6.2 长碳链聚酰胺基嵌段共聚物及其热塑性弹性体的发展历程与研究进展 193
6.2.1 国外发展历程与研究进展 193
6.2.2 国内研究现状 195
6.3 长碳链聚酰胺基嵌段共聚物及其热塑性弹性体的应用 195
6.4 AB型长碳链聚酰胺基嵌段共聚物及其热塑性弹性体进展 196
6.4.1 AB型长碳链聚酰胺基嵌段共聚物及其热塑性弹性体的合咸 196
6.4.2 软硬段分子量对机械力学性能的影响 199
6.4.3 聚集态结构及其在外场下的演化 200
6.4.4 其他研究 204
6.4.5 PA12基嵌段共聚物本征型抗静电助剂 205
6.4.6 PAII基嵌段共聚物的结构与性能 206
6.5 AABB型长碳链聚酰胺基嵌段共聚物及其热塑性弹性体的研究进展 207
6.5.1 PA1012基嵌段共聚物的结构与性能 207
6.5.2 PAIOIO基嵌段共聚物的结构与性能 226
6.5.3 PA1212基嵌段共聚物的结构与性能 227
参考文献 228
第7章新型长碳链聚酰胺 235
7.1 半芳香族长碳链聚酰胺 235
7.1.1 耐热型聚酰胺概述 235
7.1.2 半芳香族长碳链耐热型聚酰胺的制备原理与技术 246
7.2 长碳链透明聚酰胺 257
7.2.1 长碳链透明聚酰胺的分类 258
7.2.2 长碳链透明聚酰胺的合成 264
7.2.3 长碳链透明聚酰胺的加工工艺 272
7.2.4 长碳链透明聚酰胺的结构与性能 278
7.2.5 长碳链透明聚酰胺的应用 283
7.3 其他新型长碳链聚酰胺 285
7.3.1 主链含氮杂环长碳链聚芳酰胺 285
7.3.2 主链含噻吩结构的长碳链聚酰胺 287
7.3.3 主链含萘环结构的长碳链聚酰胺 288
7.3.4 主链含氧化膦结构的长碳链聚酰胺 291
7.3.5 新型生物基长碳链聚酰胺 293
7.3.6 星型长碳链聚酰胺 296
参考文献 301
第8章长碳链聚酰胺加工成型技术 307
8.1 长碳链聚酰胺加工特性 307
8.1.1 长碳链聚酰胺吸水性对加工的影响 307
8.1.2 长碳链聚酰胺的熔融流动性 308
8.1.3 长碳链聚酰胺的成型收缩性 310
8.2 长碳链聚酰胺如工成型方法 311
8.2.1 注塑成型 311
8.2.2 微型注塑成型 3 14
8.2.3 长碳链聚酰胺挤出成型 314
8.2.4 长碳链聚酰胺吹膜成型 316
8.2.5 长碳链聚酰胺熔融纺丝 320
参考文献 327
关键词索引

本文摘编自董侠、王笃金著《长碳链聚酰胺制备、改性及应用关键技术》，内容有删节。

长碳链聚酰胺制备、改性及应用关键技术

“十三五”国家重点出版物出版规划项目

高性能高分子材料丛书

董侠王笃金著

责任编辑：翁靖一

北京：科学出版社 2019.01

ISBN 9787030568304

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《长碳链聚酰胺制备、改性及应用关键技术》为“高性能高分子材料丛书”之一。全书主要围绕酰胺基团亚甲基链段大于 10 的聚酰胺材料的聚合关键技术、改性技术以及应用关键技术展开，首先介绍长碳链聚酰胺的历史及概述，然后分章节分别介绍长碳链聚酰胺的原料及其制备方法、脂肪族长碳链聚酰胺的制备方法、长碳链聚酰胺的结构与性能、长碳链聚酰胺的改性、长碳链聚酰胺基嵌段共聚物及热塑性弹性体、新型长碳链聚酰胺(半芳香族长碳链聚酰胺、长碳链透明聚酰胺及其他新型长碳链聚酰胺)，最后一章介绍长碳链聚酰胺加工成型技术。