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PA 12 - Polyamid 12

chem-Formel-PA12-1568e6cd6883adPolyamid 12

andere Bezeichnungen:  Poly-Laurylactam, Nylon-12

Kurzzeichen:  PA12

CAS-Nr.: 24937-16-4

 

Wichtige Handelsnamen und Markeneigner

RILSAMID® - Arkema Group

VESTAMID® - Evonik Industries

VESTOSINT® -  Evonik Industries

 

Geschichtliches

Polyamid 12 ist eine Entwicklung der Chemischen Werke Hüls AG (Marl) in Zusammenarbeit mit den Emser Werken in Domat (CH), die im Jahre 1963 unter dem Namen VESTAMID® der Öffentlichkeit vorgestellt und 1966 in die Produktion überführt wurde. 1998 sind die Chemischen Werke Hüls AG in dem Evonik Industries-Konzern aufgegangen, der damit auch Markeneigner wurde. Dieser Marke wurde von Evonik später die Marke VESTOSINT für eine besondere Pulverqualität hinzugefügt.

Mit erheblichen Anteilen ist auch die französische Arkema-Group, die 2004 aus der Fusion von Elf Aquitaine und Total/Fina hervorging, mit PA 12 am Markt, zunächst mit dem Markennamen RILSAN®. Im Jahre 2011 erfolgte zwecks einer besseren Unterscheidung zu Polyamid 11, das ebenfalls unter dieser Marke gehandelt wurde, die Umbenennung in RILSAMID®.

 

Allgemeine Beschreibung

Polyamid 12 (PA 12) ist ein thermoplastischer, teilkristalliner und linear aufgebauter Kunststoff. Er ist zugleich der leichteste aller Polyamid-Kunststoffe. Die Dichte des kompakten Materials liegt nur wenig über 1.   

PA 12 ist ein Homopolymer, das nur aus einer Monomerkomponente besteht. Solchen Polymeren liegen aliphatische ω-Aminosäuren zugrunde oder ihre Lactame, die durch Wasserabspaltung sich bildenden intramolekularen Säureamide.

Die eindeutige Unterscheidung der Vielzahl aller möglichen Polyamide erfolgt durch eine technische Nomenklatur. Sie gibt im Verbund mit dem Kürzel PA für Polyamid (DIN EN ISO 1043-1) die Zahl der Kohlenstoffatome der jeweils zugrunde liegenden ω-Aminosäure an.

Der Kunststoff Polyamid 12, dem die ω-Amino-Laurylsäure H2N-[CH2]11-COOH mit insgesamt 12 Kohlenstoffatomen im Molekül zugrunde liegt, ist mit PA 12 eindeutig ausgewiesen.

 

Verarbeitung

Die Verarbeitung erfolgt hauptsächlich durch Blasformen, Extrusion sowie Spritz- und Lactamgießen. Letzteres, auch als sog. Monomer Casting bekannt, ist nur bei Polyamiden möglich, die von ε-Lactamen ausgehen. Voraussetzung ist ein höherer Schmelzpunkt des Polymeren gegenüber dem Monomeren.

Die Polymerisation des monomeren ε-Lactams erfolgt dabei in Gegenwart eines zugesetzten Katalysators in beheizten Formen. Das Verfahren wird vorzugsweise für größere Fertigungsstücke eingesetzt. 

 

Verwendung

PA 12 wird für Präzisions-Schläuche und -Rohre eingesetzt, insbesondere für druck- und schlagfeste Kraftstoffleitungen im Automobil- und Flugzeugbau. Darüber hinaus wird PA12 für Präzisions-Spritzgussteile und für hochwertige Sinterüberzüge verwendet.

 

Chemische Eigenschaften

Grundbaustein aller Polyamide ist die sog. Peptidbindung:

chem-Formel-PA12-2-Peptidbindung568e6cd6f053e

Sie bildet sich bei der Reaktion einer Aminogruppe mit einer Carboxylgrppe unter Wasseraustritt (Kondensationsreaktion)

chem-Formel-PA12-3-Aminogruppe-Carboxylgruppe568e6cd75b389

Die Peptidbindung ist auch Grundbaustein aller natürlichen Eiweißkörper. Eiweiße werden deshalb auch als Peptide bezeichnet. Aminosäuren mit endständigen Aminogruppen H2N-(CH2)x-COOH, ω-Aminosäuren, oder deren Lactame reagieren miteinander unter Ausbildung der Peptidbindung, zu Homopolymeren.

Ausgangsstoff für Polyamid 12 (PA 12) ist ε-Amino-Lauryllactam, dem die ω-Amino-Laurylsäure H2N-[CH2]11-COOH zugrunde liegt.

Die großtechnische Synthese hierfür geht von 1,3-Butadien CH2═CH–CH–CH2 aus, das durch Kracken von Kohlenwasserstoffen, meist aus der Erdölproduktion, gewonnen und katalytisch zu 1,5,9-Cyclododecatrien trimersiert wird. Die nachfolgende katalytische Hydrierung des ringförmigen Kohlenwasserstoffs führt zu Cyclododecan, das zu Cyclododecanon oxidiert und mit Hydroxylamin zu dem entsprechenden Keton-Oxim (Ketoxim) umgesetzt wird. Durch die sog. Beckmann-Umlagerung, die in Gegenwart von Schwefelsäure abläuft, lagert sich das Ketoxim zu ε-Amino-Lauryllactam um, das in Gegenwart von Wasser polymerisiert wird.

Chemisch entspricht die Peptidbindung einer Säureamidstruktur, die generell hydrolytisch spaltbar ist. Daher ist PA 12 gegenüber starken Säuren und Laugen nicht stabil. Hingegen ist es gegenüber den meisten Lösungsmitteln völlig beständig.

PA 12 ist, wie alle Polyamide, brennbar, unterhält aber nicht selbst die Verbrennung. Es brennt mit gelblich geränderter Flamme, dabei schäumt das brennende Material auf und tropft. Die nach verbranntem Horn riechenden Verbrennungsgase enthalten hauptsächlich Ammoniak sowie verschiedene Amine. Daher können PA 12 - Reststoffe und -abfälle durch Verbrennen zwar entsorgt werden, der Rückgewinnung des wertvollen Materials durch Recycling ist aber unbedingt der Vorzug einzuräumen, das heute weitgehend industriell erfolgt. Voraussetzung ist Sortenreinheit des aufzuarbeitenden Materials. Das in Rest- und Abfallstoffen enthaltene Polyamid wird durch drucklose, hydrolytische Spaltung mittels Säuren oder Laugen depolymerisiert, das Monomere aus dem Reaktionssumpf extrahiert und so gereinigt wieder in den Polymerisationsprozess eingeführt. Vor allem von DuPont und Toyota ist in jüngster Zeit das industrielle Recycling von Polyamiden technisch vorangebracht worden. 

 

Handelsformen

Wegen der aufwendigen Synthese und des damit verbundenen hohen Preises ist PA-12 kein Massenkunststoff. Es wird als Granulat, Flocken und Pulver für die Weiterverarbeitung gehandelt, als Fasermaterial hat PA 12 keine größere Bedeutung.

 

Technische Daten  
allgemeine Eigenschaften  
Dichte 1,01 g / cm3  (ISO 1183)
Farbe opak, einfärbbar
Wasseraufnahme  
+23 °C, 50 % rel. Luftfeuchte 0,6 % (ISO 62)
Sättigung 1,4 % (ISO 62)
Sauerstoffindex (LOI) 22,5 % (ISO 4589-1/2)
Brandklasse V-0
   
thermische Eigenschaften  
Wärmeleitfähigkeit 0,23 W / K · m (DIN 52 612)
spez. Wärmekapazität  2,1 J / g · K (IEC 1006)
Schmelztemperatur +178 °C (ISO 11 253) 
Zersetzungstemperatur > +300 °C
Wärmeformstabilität  
(0,45 MPa)   +140 °C (ISO 75 HDT/B)
(1,8  MPa) +50 °C (ISO 75 HDT/A)
lin. Wärmeausdehungskoeffizient 10-4 / K (DIN 53752)
max. Einsatztemperatur  
ständig  +110 °C
kurzzeitig +150 °C
min. Einsatztemperatur -50 °C
   
elektrische Eigenschaften  
Dielektrizitätskonstante (100 Hz) 3,0 (IEC 60 250)
Dielektrizitätskonstante (1 MHz) 3,1 - 3,6 (IEC 60 250)
dielektrischer Verlustfaktor (100 Hz) 6,3 · 10-2  (IEC 60 250)
dielektrischer Verlustfaktor (1 MHz) 3-4 · 10-2  (IEC 60 250)
Durchschlagfestigkeit (1mm)  30 - 33 kV /mm (IEC 60 243-1)
spezifischer Durchgangswiderstand 1012 Ω · m (IEC 60 093)
Oberflächenwiderstand 1014 Ω (IEC 60093)
Kriechstromfestigkeit CTI   600 (IEC 60112)
   
mechanische Eigenschaften  
Shore-Härte D 72 (ISO 868)
Streckspannung 40 MPa (ISO  527)
Reißdehnung 240 % (DIN 53455)
Zug-Elastizitätsmodul 1,2 GPa (ISO 527)
CARPY-Kerbschlagzhigkeit (23°C)  6,0 kJ / m2 (ISO 179/1eA)
Gleitreibungskoeffizient
(p=0,05N/mm2; v= 0,6 m/s) gegen Stahl, gehärtet und geschliffen
0,32 - 0,38
Gleitreibungsverschleiß
(p=0,05N/mm2; v= 0,6 m/s) gegen Stahl, gehärtet und geschliffen
0,8 μm / km
   
chemische Beständigkeit  
Schmierstoffe, Benzin   beständig
aliphatische Kohlenwasserstoffe beständig
Fette und Öle beständig
Alkohole, Ketone beständig
cyclische Kohlenwasserstoffe beständig
aromatische Kohlenwasserstoffe   beständig
halogenierte Lösungsmittel  beständig
organische Säuren unbeständig
Mineralsäuren  unbeständig
Alkalilaugen  unbeständig
Heißdampf  beständig
UV- und Röntgenstrahlung beständig

 

Weiterführende Literatur

(1)  N.N., Wirtschaftsnachrichten, Chem.-Ing. Technik, 36, 1345 [1964] und 38, 393 [1966]

(2)  H. Klare, Geschichte der Chemiefaserforschung, Akademie-Verlag, Berlin (O) [1985]

(3) A. W. Birley, B. Haworth, T. Batchelor, Physics of Plastics, Carl Hanser Verlag, München [1992], ISBN 3-446-16274-7

(4)  L. Bottenbruch, R. Binsack, (Hrsg.), Polyamide, Kunststoffhandbuch Bd. 3/4, Technische Plaste, Carl Hanser Verlag, München [1998], ISBN 3-446-16486-3

(5) J. A. Brydson, Plastic Materials, 7th. Ed., Butterworth-Heinemann Ltd. Oxford [1999], ISBN 0-7506-4132-0

(6) H.-G. Elias, Makromoleküle, 6. Aufl., Verlag Whiley VCH Weinheim [2002], ISBN/EAN 978- 3-527-29959-9

(7) O. Schwarz, F. W. Ebeling (Hrsg.), Kunststoffkunde: Aufbau, Eigenschaften, Verarbeitung, Anwendung der Thermoplaste, Durolaste und Elastomere, 9. Aufl., Vogel Verlag, München [2007], ISBN 3-834-33105-8