Typen, bekannte Produkte und Marktanwendungen von transparentem Nylon

Transparentes Nylonwird aufgrund seiner hervorragenden Transparenz, hervorragenden Zähigkeit, hohen thermischen Stabilität und guten Lösungsmittelbeständigkeit häufig in Haushaltswaren, elektronischen Geräten, optischen Präzisionsinstrumenten, Sportgeräten, im Gesundheitswesen und in der Automobilindustrie verwendet. Jüngste Studien haben ergeben, dass einige Nylonmaterialien sowohl transparent als auch ferroelektrisch sind, was sie zu einem wichtigen Bestandteil flexibler elektronischer Produkte macht und voraussichtlich in tragbaren Geräten verwendet werden.

1.Aliphatisches transparentes Nylon

Aliphatisches transparentes Nylon ist ein transparentes Material, das durch Polykondensation von aliphatischer zweibasischer Säure und aliphatischem Diamin, Ringöffnungspolymerisation von Lactam oder Polykondensation von Aminofettsäure gewonnen wird. Das polymerisierte Monomer kann ein lineares Monomer oder ein Monomer sein, das einen alicyclischen Ring enthält. Die Einführung eines alicyclischen Rings kann die Regelmäßigkeit des Polyamidkettensegments stark verringern, die Kristallisationsfähigkeit schwächen und die Transparenz erhöhen.

Repräsentative Polymere sind PACM12, PACP-9/6, PA6/66, BMACM14, PA6/12, PA11/12 usw.

2. Halbaromatisches transparentes Nylon

Halbaromatisches transparentes Nylon wird im Allgemeinen durch Copolymerisation von aliphatischer zweibasischer Säure und aromatischem Diamin oder aliphatischem Diamin und aromatischer zweibasischer Säure hergestellt. Durch die Einführung aromatischer Ringe in die Molekülkette werden die Hitzebeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften erheblich verbessert, während die Wasserabsorptionsrate verringert wird. Tatsächlich ist halbaromatisches transparentes Nylon die beliebteste Art von transparentem Nylon auf dem Markt.

Repräsentative Polymere sind PA6T/6I, PA10I/10T, PA6-3-T, MXD6 usw.

3. Aromatisches transparentes Nylon

Vollaromatisches transparentes Nylon wird aus aromatischen zweibasigen Säuren und aromatischen Diaminen hergestellt. Der Anteil an starren aromatischen Ringen in seiner Hauptkette ist hoch, das Polymer hat eine gute Kristallinität und seine Hitzebeständigkeit und Lösungsmittelbeständigkeit sind auch die besten aller Polyamide.

Das repräsentative Polymer wird mit 2-Amino-6-(4-Aminophenyl)-6-Methylheptan und Diphenylisophthalat als Monomere synthetisiert. Allerdings ist seine Schmelztemperatur hoch und die Anforderungen an die Formausrüstung sind extrem streng, sodass diese Art von vollaromatischem transparentem Polyamid nicht industriell hergestellt werden konnte.

4. Komplexe Struktur transparentes Nylon

Die Monomerstruktur dieses Nylonmaterials ist komplex und seine Quellen sind begrenzt, daher handelt es sich hauptsächlich um ein Produkt der Laborforschung. Die Forschung konzentriert sich auf die Verbesserung der Anpassungsfähigkeit dieses Materialtyps an spezielle Umgebungen durch Einführung spezieller Heteroatome oder Heterozyklen wie Trifluormethylphenoxy, tert-Butylcyclohexyl, Xanthen und Sulfongruppen in die Hauptkette.

Das weltweit erste transparente Nylon wurde Ende der 1950er Jahre von Dynamit Nobel erfolgreich entwickelt und unter dem Handelsnamen Trogamid T vermarktet. Seine erfolgreiche Entwicklung weckte bei Herstellern auf der ganzen Welt die Begeisterung für die Entwicklung transparenter Nylonmaterialien.

Zu den weltweit bekanntesten Herstellern von transparentem Nylon zählen derzeit vor allem EMS, LANXESS, UBE, DuPont, Evonik, Arkema, BASF, Toboyo, Philips usw. Die wichtigsten derzeit auf dem Markt erhältlichen transparenten Nylonmaterialien sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Emmans ist ein führender professioneller Hersteller und Lieferant von Hochleistungspolyamiden. Die Serien Grilamid TR und Grilon C umfassen eine Vielzahl transparenter Nylons.

Die Grilamid TR-Serie umfasst hauptsächlich teilkristallines Nylon 12 und starre Gruppen, die eine hohe chemische Beständigkeit, Spannungsrissbeständigkeit und hervorragende Transparenz aufweisen. Die repräsentativeren Produkte dieser Serie sind GrilamidTR30 (PA6I/X), GrilamidTR55 (PA12/MACMI), GrilamidTR90 (PAMACM12) und GrilamidTRXE4010 (PAMACM10/1010).

Bildquelle: Emmans

Die Grilon C-Serie besteht hauptsächlich aus PA6/12-Copolymeren, die eine schwache Kristallinität und schlechte thermische und mechanische Eigenschaften aufweisen. Zu den repräsentativen Produkten zählen GrilonCF6S, GrilonCF7, GrilonCR8 usw.

1988 erwarb Evonik Nobel und übernahm die Produktion von TROGAMID®T. Das Polyamid ist langlebig und hochtransparent und weist aufgrund des aromatischen Rings im Molekül eine gute Hitzebeständigkeit auf. Sein Nachteil ist die geringe Durchlässigkeit des gefärbten Harzes, weshalb die Produktion des Produkts 2020 eingestellt wurde.

1995 entwickelte Evonik eine neue Produktlinie namens TROGA-MID®CX unter Verwendung von 4,4′-Diaminodicyclohexylmethan (PACM) und Dodecandisäure als Monomere für die Polykondensationsreaktion. Dieses transparente Polyamid hat eine ausgezeichnete Lichtdurchlässigkeit (92 %), ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Spannungsrissbeständigkeit, sehr hohe Zähigkeit und Verschleißfestigkeit bei niedrigen Temperaturen. Nach mehr als 20 Jahren Entwicklung ist dieses Produkt zu einem Mainstream-Produkt auf dem Markt geworden.

Im Jahr 2021 entwickelte Evonik eine neue Generation einer Produktlinie auf Basis biobasierter Monomere, TROGAMID® myCX eCO. Im Vergleich zu Produkten vergleichbarer Qualität, die aus konventionellen fossilen Rohstoffen hergestellt werden, reduziert diese Produktionslinie den CO2-Fußabdruck um 50 % und ist umweltfreundlich.

Bildquelle: Evonik

DuPonthat erfolgreich transparente technische Harze auf Basis von Nylon 66 entwickelt. Nach mehr als 50 Jahren der Verbesserung und Verfeinerung hat das Unternehmen Produktlinien wie Selar® und Zytel® entwickelt. Unter ihnen ist Selar® PA3426 ein nichtkristallines Nylonpolyamidharz mit hoher Transparenz und Barriereeigenschaften, wodurch es in starren Verbundverpackungen eine „glasähnliche“ Rolle spielt.

Und durch Hinzufügen von PACM zur Molekülkette entstand Zytel® 330NC010. Im Vergleich zu PA3426 verringert sich seine Kristallisationsfähigkeit, die Glasübergangstemperatur erhöht sich um 5 Grad und die Barrierefähigkeit gegenüber Gasen, Wasserlösungsmitteln und Ölprodukten wird weiter verbessert.

Arkemaist der erste Hersteller, der hochleistungsfähiges, biobasiertes transparentes Polyamid anbietet. Seine transparente Nylon-Produktlinie ist die Rilsan® Clear-Serie, einschließlich G170, G830, G850 usw. Seine Hauptmerkmale sind geringes Gewicht und Transparenz. Unter ihnen hat G850 eine Dichte von nur 1,01 g/cm3 und wird normalerweise im Spritzgussverfahren verarbeitet.

Abbildung: Anwendung von transparentem Nylon in Strukturteilen für elektronische Zigaretten

Erwähnenswert ist, dass die Rohstoffe der transparenten Nylonprodukte von Arkema hauptsächlich biobasierte Rohstoffe sind. 62 % der Rohstoffe in G820 sind biobasiert, was umweltfreundlich ist.

Lanxess hat eine Reihe transparenter technischer Thermoplaste auf Basis von Polyamid 6 und Polyamid 66 entwickelt. Darunter konzentriert sich die Durethan® T-Reihe auf den Markt für hohe Transparenz und umfasst zwei Produktlinien, T40 und T40ZS. Ihre Molekülkette enthält eine starre Benzolringstruktur, die hervorragende mechanische Eigenschaften und Transparenz aufweist. Toyobo Co., Ltd. hat auch ein Produkt mit ähnlicher Struktur namens T714-E.

Ube konzentriert sich auf die Entwicklung von Nylon 6/66 und Nylon 12. Die UBENYLON50-Serie wird hauptsächlich für hochtransparente Nylon 6/66-Copolymere entwickelt; die UBESTAXPA-Serie ist ein neuer Typ von Polyamid-Elastomer, der mit dem Ziel entwickelt wurde, die Biegeermüdungseigenschaften bei gleichzeitiger Beibehaltung der Transparenz zu verbessern.

PACP-9/6 von Philips ist ein transparentes Polyamid, das durch Co-Kondensation von PACP, Azelainsäure und Adipinsäure gewonnen wird. Es hat eine ausgezeichnete Lichtdurchlässigkeit (92 %), eine sehr geringe Wasseraufnahme (1 %) und die typische Steifigkeit von technischen Kunststoffen (Biegemodul 2185 Pa) und kann auf herkömmlichen Geräten extrudiert und geblasen werden.

BASF bietet in der transparenten Nylonindustrie hauptsächlich zwei Produktlinien an: Ultramid® Vision und Ultramid® FBalance. Die Vision-Serie verwendet Nylon 6 als Rohstoff, das sich durch einen niedrigen Preis, eine einfache Verarbeitung und eine gute Farbwirkung auszeichnet und sich damit deutlich von anderen Polyamidmaterialien unterscheidet. Die Ultramid® FBalance-Serie ist mit langkettigen Amideinheiten dotiert und konzentriert sich auf mechanische Eigenschaften und eine gute Haftung an PU-Folie.

1. Haushaltsgegenstände

Im Jahr 2020 schlug Emmans das Konzept der „transparenten Küche“ auf Grundlage seines Produkts Grilamid TRHT170 vor. Zuvor hatte transparentes Nylon bereits alle Bereiche des häuslichen Lebens durchdrungen. Aufgrund seiner Transparenz, Hitzebeständigkeit und Formbeständigkeit wird es häufig in Wasserhähnen, Wasserfiltern, Durchflussmessern und verschiedenen Haushaltsbehältern verwendet. Und aufgrund der hervorragenden Färbbarkeit von transparentem Nylon wurde sein Anwendungsbereich im Haushaltsbereich noch weiter erweitert.

Darüber hinaus wird transparentes Nylon aufgrund seiner sterilen und langlebigen Eigenschaften auch häufig im Bereich weicher und harter Verpackungen wie Babyflaschen und Kosmetika verwendet. Große Unternehmen haben entsprechende Produkte auf den Markt gebracht, um den unterschiedlichen Marktanforderungen gerecht zu werden.

2. Optisches Feld

Im Mai 2021 gab Safilo Eyewear bekannt, dass es bei der Herstellung hochwertiger Sonnenbrillengläser das neueste Polyamidmaterial von Evonik, TROGAMID®myCXeCO, verwenden werde, um die Produktleistung und Umweltfreundlichkeit zu verbessern.

Zuvor wurden Polyamidmaterialien häufig bei der Herstellung von Brillen und deren Komponenten verwendet. Als ideales transparentes Material kann die TROGAMID®CX-Serie die zahlreichen aktuellen Marktanforderungen an moderne Rahmen- und Linsenmaterialien erfüllen: leicht, bruchfest, kratzfest, chemikalienbeständig und spannungsrissbeständig. Außerdem verursacht es nicht leicht Allergien und ist UV-beständig, was den Anwendungsbereich erheblich erweitert. Derzeit wird TROG-AMID®CX7323 häufig auf dem Markt für hochwertige Brillen verwendet.

Darüber hinaus wird Rilsan® Clear G850 von Arkema aufgrund seiner extrem geringen Dichte auch häufig in Brillengestellen verwendet.

3. Elektronische Geräte

Derzeit werden transparente Nylonmaterialien aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer hohen Temperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit in verschiedenen Schalter- und Relaisgehäusen verwendet und spielen eine wichtige Rolle bei der Verpackung mikroelektronischer Produkte. Durch die Kombination der ferroelektrischen Eigenschaften von Nylonmaterialien mit ihrer Transparenz haben Forscher neue Polyamidmaterialien wie Morsecode-Detektoren, Materialien zur Abschirmung elektromagnetischer Interferenzen und Filmkondensatoren entwickelt.

4.Sportartikel

Die hervorragende Biege- und Abriebfestigkeit von transparentem Nylon kann den Leistungsanforderungen von Sportlern bei intensiven Wettkämpfen gerecht werden. Bei den englischen Fußballschuhen der deutschen Fußballweltmeisterschaft 2006 wurden transparente Nylonprodukte der UBESTAXPA-Serie von Ube von Ube verwendet. Seine Transparenz hat einen großen Einfluss auf das Design der Schuhe, und das Material kann fest mit Polyurethan verbunden werden, was die Gestaltungsfreiheit des Produkts erhöht.

Das 1980 auf den Markt gekommene Pebax®-Material (Arkema) hat den modernen Sport stark beeinflusst. Seine Struktur besteht aus starren Nyloneinheiten und flexiblen Polyestereinheiten. Aufgrund seiner herausragenden Leistung wird das Pebax®-Material in den Produkten großer Sportartikelhersteller verwendet.

Darüber hinaus wird transparentes Nylon auch häufig für Tauchcomputer, Kameraverpackungen, Sportuhrgehäuse und in anderen Bereichen verwendet.

5. Gesundheitswesen

Aufgrund der COVID-19-Pandemie steigt die weltweite Nachfrage nach medizinischer Schutzausrüstung. Transparentes Nylon erfüllt die Anforderungen des Gesundheitsmarktes aufgrund seines geringen Gewichts, seiner Wasser- und Sauerstoffbeständigkeit sowie seiner guten mechanischen Eigenschaften.

Das Produkt Rilsan Clear G-170 MED von Arkema weist eine hohe Transparenz (91 %), eine geringe Dichte (1,05 g/cm3), Flexibilität und Haltbarkeit auf, ist leicht zu handhaben und zu montieren und erfüllt die Anforderungen an den Patientenkomfort. Es wird häufig in Atemmasken, Hörgeräten und medizinischen Schläuchen verwendet. Darüber hinaus werden Nylonmaterialien häufig in anderen medizinischen Geräten wie PM2,5-Schutzfenstern und künstlichem Muskelgewebe verwendet.

6. Automobilindustrie

Nylon eignet sich aufgrund seiner hohen Lichtübertragungsgeschwindigkeit und seiner Fähigkeit, wiederholter Einwirkung korrosiver Medien wie Sonnenschutzmitteln, Reinigungs- und Desinfektionsmitteln ohne Schaden standzuhalten, gut für die Automobilindustrie.

Die Ultramid® Vision-Reihe von BASF kann zur Hinterleuchtung von Bauteilen wie Schaltern oder Bedienanzeigen eingesetzt werden. Ultramid® Vision B3KDLT eignet sich besonders für lichtbeständige Abdeckungen. Darüber hinaus wird das transparente Nylon häufig in Benzinfiltern, Öl-/Wasserabscheidern, Fernbedienungssystemen und Rückspiegeln eingesetzt.

Seit seiner Einführung hat transparentes Nylon eine enorme Entwicklung durchgemacht. Aufgrund seiner hervorragenden Transparenz, hohen thermischen Stabilität, guten Korrosionsbeständigkeit und hervorragenden mechanischen Eigenschaften wird transparentes Nylon häufig in Haushaltswaren, Präzisionsoptik, elektronischen Geräten, Sportartikeln, im Gesundheitswesen und in der Automobilindustrie in einer breiten Produktpalette eingesetzt.

Mit dem Aufkommen tragbarer Geräte und elektronischer Textilien verlangen die Menschen zunehmend nach leichten, transparenten und kostengünstigen biegsamen Materialien. Einige Nylonmaterialien gelten als potenzielle Basismaterialien für die nächste Generation flexibler transparenter elektronischer Geräte. Durch die Integration von einwandigen Kohlenstoffnanoröhren, Graphen, Polymethylmethacrylat, Acetatfasern und anderen Materialien mit Nylon haben Forscher eine Vielzahl hochtransparenter neuer elektronischer Textilien hergestellt.

Darüber hinaus bewegt sich die transparente Nylonindustrie in Richtung grüner Chemie, indem sie erdölbasierte Rohstoffe durch biobasierte ersetzt. Evonik, BASF, Ube, Biond und andere große transparente Nylonhersteller weltweit haben die biobasierte Nylonindustrie ins Leben gerufen. In Zukunft wird voraussichtlich vollständig biobasiertes Nylon Realität werden und tiefgreifende Auswirkungen auf das Leben der Menschen haben. (Das folgende Bild stammt vom Biond-Stand)