Polyamide

Polyamid
Dichte	1150 kg/m3
Elektrische Leitfähigkeit (σしぐま)	10-12 (m · Ohm)-1
Wärmedurchgangskoeffizient	0,25 W/(m · K)
Zug-E-Modul	2300 N/mm2
Glasübergangstemperatur	60..75 °C

Polyamide (Kurzzeichen PA) sind thermoplastische Kunststoffe. Sie bestehen aus organischen Makromolekülen (Polymere), deren Monomer-Einheiten durch Polykondensation zwischen einer Carboxylgruppe und einer Aminogruppe verknüpft werden. Die dabei entstehende Bindung nennt man Peptidbindung. Sie ist hydrolytisch wieder spaltbar.

Polyamide wurden im Jahr 1937 erstmals synthetisiert.

Chemische Konstitution

Es gibt drei Familien der Polyamide. Erstens können sie aus X-Aminosäuren oder deren Lactamen hergestellt und durch das Kurzzeichen PA Z gekennzeichnet werden. Die Polymere dieser Typen haben die Form $[NH-(CH)_{x}-CO]_{n}$.
Beispiele sind das Polycaprolactam (PA 6), Poly-11-aminoundecanamid (PA 11) und das Polylaurinlactam (PA 12). Die Zahl Z gibt hierbei die Position der CO-Gruppe in der Kohlenstoffkette an, es gilt folglich x=Z-1, also ist beim PA 6 x=5.

Die zweite Gruppe sind die aliphatischen Polyamide (PA Z₁ Z₂) aus unverzweigten Diaminen und Dicarbonsäuren. Deren Polymere haben die Form $[NH-(CH)_{x}-NCHO-(CH)_{y}-CO]_{n}$.
Beispiele hierfür sind das Polytetramethylenadipinamid (PA 4.6), das Polyhexamethylenadipinamid (PA 6.6) und das Polyhexamethylensebacinamid (PA 6.10). Es gilt x=Z₁ und y=Z₂-2.

Die dritte Gruppe sind die aromatischen Polyamide, die auch Polyarylamide oder Aramide (z. B. Kevlar) genannt werden. Ihre Monomere sind komplexer aufgebaut und enthalten als gemeinsames Merkmal einen Benzolring. Beispiele sind das PA 6I und das PA 6T.

In der Technik werden auch Copolymere aus diesen Gruppen gebildet und verwendet, z. B. PA6/6T.

Handelsnamen

Polyamidfasern

• Nylon (duPont de Nemours)
• Perlon® (IG Farbenindustrie)
• Dederon (Warenzeichenverband für Kunststofferzeugnisse der DDR e.V. Rudolstadt)
• Grilon® (Markenzeichen des Schweizer Polyamid-Produzenten EMS-CHEMIE

Weitere Handelsnamen waren oder sind: Dralon; Polycaprolactam; Caprolan® (Honeywell); Kapron; Silon; Dederon; Danamid; Nivion; Enka®; Hydrofil (Honeywell); Dorlon (später Bayer-Perlon) (Bayer); Lamigamid (Schwartz); Anjamid (J&A Plastics)

Bekannte synthetische Vertreter der Polyamide sind unter den Namen Nylon (PA66), Perlon (PA6) und Kevlar im Handel. In der DDR war dieser Kunststoff als Dederon bekannt. Auch Proteine gehören chemisch zu den Polyamiden, auch wenn diese Benennung nicht üblich ist.

Perlon, Nylon und Dederon sind Warenzeichen für chemisch verwandte Kunstfaserprodukte. Perlon (PA 6) (auch: Nylon 6) wird durch Polymerisation von Caprolactam hergestellt. Es ist dem aus Adipinsäure hergestellten Nylon (PA 6.6) sehr ähnlich, nimmt jedoch leichter Farbstoffe auf und hat einen niedrigeren Schmelzpunkt.

Nylon

Der Name Nylon wurde von der E. I. duPont de Nemours für Fasern aus Polyamid 66 mit dem Ziel geprägt, ihn als Synonym für „Strümpfe“ zu etablieren. Er wurde jedoch aus firmenpolitischen Gründen nicht als Warenzeichen geschützt. Später wurde er vor allem im angelsächsischen Sprachraum als Gattungsname für lineare aliphatische Polyamide verwendet. Es wurde am 28. Februar 1935 von Dr. Wallace Hume Carothers bei E. I. du Pont de Nemours in Wilmington (Delaware, USA) patentiert. Es war damit die erste synthetische Faser, die vollständig aus anorganischen Stoffen (Kohlenstoff, Wasser, Luft) hergestellt wurde. Nylon wurde zuerst für Zahnbürsten und nicht für Nylonstrümpfe verwendet. Es wird seit 1938 verkauft.

Darstellung eines Nylon-6,6-Fadens

Etymologie
Entgegen landläufiger Meinung stammt der Name „Nylon“ nicht von „NY“ (New York) und „Lon“ (London), den ersten Orten, an denen Nylon produziert wurde. 1940 sagte John W. Eckelberry (DuPont), „nyl“ wäre eine wahllose Silbe, und „on“ wäre eine geläufige Endung für Fasern (z. B. „Cotton“). Später (Context, vol. 7, no. 2, 1978) erklärte DuPont, der Name sollte ursprünglich „No-Run“ (eine Anspielung auf „keine Laufmaschen“?) lauten, wurde dann aber aus Furcht vor gerichtlichen Auseinandersetzungen wegen falscher Behauptungen geändert. Darüber hinaus existiert als Erklärung für den Namen Nylon auch die These, der Erfinder des Materials, Wallace Carothers, hätte über den Erfolg der Faser mit dem Ausruf „Now You Lousy Old Nipponese“ (oder „Now You Look Old Nippon“) triumphiert - in Schadenfreude, endlich selbst eine Faser als Konkurrenz zur japanischen Naturseide entwickelt zu haben. Den Namen Nylon erhielt die Faser jedoch erst nach Carothers' Tod, so dass dies wohl eine Legende ist, die wahrscheinlich während des 2. Weltkriegs entstand, da es gerade zu dieser Zeit für die Alliierten besonders wichtig war einen Seidenersatz zur Herstellung von Fallschirmen zu haben.

Perlon

Perlon ist das Warenzeichen einer 1938 von Dr. P. Schlack für die IG-Farbenindustrie AG in Berlin, Deutschland, entwickelte Kunststofffaser. Sie bestand aus Polyamid 6 und wurde als deutsche Alternative zu Nylon (Polyamid 6.6) schnell zum „kriegswichtigen Stoff“ erklärt. Während des Zweiten Weltkriegs wurde Perlon zur Herstellung von Fallschirmen, Borsten zur Reinigung von Waffen und in Flugzeugreifen verwendet. Es wurde ab 1939 unter der Bezeichnung Perlon L vermarktet. Erst 1943 begann die zivile Nutzung für Damenstrümpfe.

Dederon

Dederon (bzw. DEDERON) war ein Verbandszeichen des Warenzeichenverbandes für Kunststofferzeugnisse der DDR e.V. Rudolstadt, das als Handelsname für Erzeugnisse aus bzw. mit Polyamidfaserstoffen verwendet wurde.

Dederon ist ein nach dem Vorbild Perlon geprägtes Kunstwort, das sich aus DDR und "on" zusammensetzt.

Besondere Bekanntheit erlangte Dederon durch die berühmten Kittelschürzen und Einkaufsbeutel.

Kompaktes Polyamid

Handelsnamen für nichtfasrige Polyamide sind Miramid, Durethan (Bayer) und Ultramid (BASF). Diese Materialien können wiederum mit Fasern, meist Glasfasern, verstärkt werden

Eigenschaften

Polyamide sind teilkristallin. Synthetische Polyamide haben eine hohe Festigkeit, Steifigkeit und sehr gute chemische Beständigkeit. Außerdem haben sie einen hohen Verschleißwiderstand und gute Gleiteigenschaften. Dies macht sie für die Implantattechnologie interessant. Durch Faserverbunde mit Glas- oder Kohlefasern lassen sich die mechanischen Eigenschaften gut anpassen und z. B. Hydrolyseerscheinungen verringern. Auch die sonst relativ hohe Wasseraufnahme von bis zu drei Massenprozent kann so gesenkt werden.

Aus Polyamid erzeugte Fasern sind stark, zäh, elastisch und hochglänzend (daher wohl auch der Name).

• Allgemeine Formel: (C6H11NO)n,
• Kurzzeichen: PA nach DIN 60 001 Teil 4 (Polyamid),
• CAS-Nr.: 25038-54-4,
• Schmelzpunkt: 215 °C (PA-6),
• Dichte (luftfeucht): 1.140 kg/m³ (PA-6 und PA-66),
• Wasseraufnahmefähigkeit: nur 3,5-4,5 % (vgl. Schafwolle: 14-15 %).

Zu beachten ist auch, dass Polyamid im absolut trockenen Zustand nach der Verarbeitung (Spritzgießen, Extrudieren) relativ wenig schlagzäh ist und die von Polyamid bekannte hohe Schlagzähigkeit erst nach Wasseraufnahme erwirbt. Es sind Additive auf Polyolefin-Basis entwickelt worden, um auch im trockenen Zustand hohe Schlagzähigkeit zu gewährleisten. Dieser Effekt ist auch dafür verantwortlich, dass Nylonstrümpfe zumeist im fabrikneuen Zustand am leichtesten Laufmaschen bekommen, wenn sie jedoch die erste Wäsche überstanden haben, viel haltbarer sind.

Erkennung

Polyamid lässt sich auf einfache Weise mit wenigen Hilfsmitteln identifizieren. Am einfachsten ist die Brennprobe. Ein kleiner Abschnitt des zu untersuchenden Kunststoffteils wird entzündet. PA brennt mit gelblicher, etwas unruhiger Flamme, wobei das verbrennende Material etwas schäumt und braunschwarze Ränder bildet. Bläst man die Flamme aus, riecht der Rauch leicht hornartig. PA lässt sich mit Ameisensäure anlösen und damit auch kleben.

Verwendung

Heute findet Polyamid überwiegend zur Herstellung von Faserwerkstoffen Verwendung:

• Nylonstrümpfe
• Unterkleidern (Damen)
• Büstenhaltern
• Turnhosen
• Angelschnur
• Schlingen und Seile in Kletterausrüstung
• Mähfaden für Rasentrimmer
• Sprungtücher für Trampoline
• Spanndrähte
• Tennissaiten
• technische Gewebe (Papierherstellung)
• Teppichböden

Außerdem findet es Verwendung zur Herstellung von unzerbrechlichen Haushaltsgegenständen und technischen Teilen, die sehr abriebfest sein müssen (Gleitlager):

• Dübel
• Kabelbinder
• Klebesockel
• Zahnbürsten-Borsten
• Küchenutensilien (Kellen, Löffel usw.)
• Maschinenteile (Zahnräder, Lager und Laufrollen)
• Gehäuse, Isolationsteile im Bereich Elektrotechnik
• Nylon-Membranen für Southern Blots (Molekularbiologie)

Aufgrund seiner Beständigkeit gegen Schmier- und Kraftstoffe bei Temperaturen bis über 150 °C wird es auch im Fahrzeugbau eingesetzt:

• Kraftstoffleitungen
• Ansaugsysteme
• Motorabdeckungen

Färben von Polyamidfasern

PA6 und PA6.6 sind die mit Abstand am häufigsten vorkommenen PA-Typen für Textilien. Die Feinheiten der verwendeten Fasern sind dabei sehr unterschiedlich, z.B. werden für Teppichware gröbere Fasern verwendet und für Sportbekleidung feinere. Hierfür sind in den letzten Jahren ab ca. 1996) auch Microfasern mit nochmals reduziertem Titer auf den Markt gekommen. Die Fasern kommen entweder als spinndüsengefärbtes Material oder als rohweisses Fasermaterial vor. Das rohweisse Fasermaterial kannn dann, je nach Wunsch, in den verschiedenen Aufmachungsstufen (Flocke, Garn, Stück) eingefärbt werden. Zur Verwendung kommen Säure- bzw. Metallkomplexfarbstoffe. Auch läßt sich Polyamid mit Dispersions- und Direktfarbstoffen färben, die erzielten Echtheiten sind aber in der Regel deutlich schlechter.

Siehe auch

• Faserverbund
• Leichtbauweise

Weblinks

• Die Nylon-Geschichte (engl.)
• Deutsches Strumpfmuseum – anschaulicher Artikel über die technische Herstellung, mit zahlreichen Bildern.
• Industrievereinigung Chemiefaser – einige Informationen über die Eigenschaften sowie die Geschichte von Perlon.
• Herstellung allgemein (mit Formeln): http://dc2.uni-bielefeld.de/dc2/wsu-teok/kap_0512.htm (Suchbegriff Nylon)
• Herstellung aus nachwachsenden Rohstoffen: http://dc2.uni-bielefeld.de/dc2/wsu-teok/kap_06.htm (Suchbegriff Nylon)