Nylon 4, v Evropě spíše známý pod názvem polyamid 4 (PA4), je jedním z méně známých polymerů z rodiny polyamidů. Lze ho připravit aniontovou polymerací 2-pyrrolidonu. Vykazuje zajímavé vlastnosti jako je sorpce vody podobná bavlně (6-9 %) a dále je biologicky rozložitelný působením bakterií vyskytujících se v půdě, aktivovaném kalu nebo kompostu. Syntéza Aniontová polymerace 2-pyrrolidonu probíhá pětikrokovým mechanismem:

reakce báze s 2-pyrrolidonem za vzniku aniontově aktivovaného monomeru-aniontu 2-pyrrolidonubezrámu|320x320pixelů reakce vzniklého aniontu s 2-pyrrolidonem za tvorby N-acylovaného laktamubezrámu|365x365pixelů vznik N-(ω-aminoacyl)laktamu neutralizací aminového aniontu 2-pyrrolidonem; zároveň dochází k regeneraci 2-pyrrolidonového aniontu, tj. reaktantu druhé reakcebezrámu|520x520pixelů propagační reakce spočívající v opakovaném nukleofilním ataku karbonylové skupiny N-acylovaného laktamu pyrrolidonovým aniontembezrámu|420x420pixelů neutralizace amidového aniontu a regenerace laktamového aniontubezrámu|634x634bod Řídícím dějem syntézy je reakce popsaná v druhém kroku, tedy vznik N-acylovaného laktamu, ke kterému dochází nejpomaleji.

K polymerizaci polyamidu 4 se v roli iniciátorů využívají alkalické soli pyrrolidonu vytvářené jeho reakcí s hydroxidem sodným nebo draselným, terc-butoxid draselný nebo komplexní hydridy.Reinšteinová, L. Nanovlákenné vrstvy z polyamidu 4. Bakalářská práce, VŠCHT Praha, 2023.

Aniontové polymerace pyrrolidonu se vyznačuje nízkou stropní teplotou polymerace, která je 70 °C. Z toho důvodu se polymerace pyrrolidonu provádí při teplotách 40–50 °C.

Zpracování Vzhledem k nestabilitě PA4 v okolí teploty tání je zpracovatelnost PA4 omezená. Jedním z možných způsobů jak zlepšit zpracovatelské vlastnosti je modifikace koncových skupin, které u PA4 při vyšších teplotách depolymerizují. Vhodnými substituenty se ukázaly karboxylová skupina, aminoskupina a alkyly. Po provedení úspěšné modifikace bude pravděpodobně možné PA4 zpracovávat jako ostatní polyamidy například vstřikováním či litím. Na trhu polymerů zatím výrobky z PA4 nejsou dostupné.

Teplotní nestabilita PA4 činila překážky při studiu nanovlákenných vrstev, které se běžně získávají zvlákňováním z taveniny. Nemodifikovaný PA4 byl zvlákněn díky objevu technologie zvlákňování z roztoku polymeru. Tato technologie je v Česku známá pod názvem Nanospider a byla vynalezena na Technické univerzitě v Liberci.

Použití PA4 zatím nepatří mezi běžně komerčně dostupné polymery. Nicméně se v poslední době rozmáhá laboratorní výzkum soustředící se na PA4. Pozornost upoutal možností jeho přípravy z biomasy a jeho potenciální biodegradabilitou. Díky degradaci v tělním prostředí je PA4 perspektivním materiálem pro biomedicinální aplikace. Dále je PA4 svou strukturou i vlastnostmi velmi podobný polyamidu 6 a mohl by být tedy do budoucna v aplikacích jeho ekologičtější náhradou.

Degradace PA4 není snadno hydrolyzovatelný a to ani ve formě nanovlákenných vrstev, které jsou k degradaci náchylnější. Napříč tomu in vivo testování na krysách ukázalo, že vzorky PA4 ve formě nanovlákenných vrstev degradují a to dokonce rychleji než kyselina polymléčná, která je běžně používaná v medicinálních aplikacích. PA4 by tedy mohl být vhodnou alternativou s lepšími mechanickými vlastnostmi. PA4 dále degraduje pomocí bakterií obsažených v mořské vodě a aktivovaném kalu.

Biodegradaci PA4 lze potlačit zavedením mastných kyselin do řetězců polymeru, nejlépe kyseliny stearové (C18). Mastné kyseliny zhoršují smáčivost polymeru čímž je omezena jeho hydrolýza.

Zdroje

Reference

Kategorie:Polyamidy Kategorie:Plasty