Nylon - Nylon

Nailon Nylon 6,6 Nylon 6,6 unitate
Densitate 1,15 g / cm 3
Conductivitate electrică (σ) 10 −12  S / m
Conductivitate termică 0,25  W / (m · K )
Punct de topire 463–624 K
190–350 ° C
374–663 ° F

Nylonul este o denumire generică pentru o familie de polimeri sintetici compuși din poliamide ( unități repetitive legate prin legături amidice ). Nylonul este un material termoplastic asemănător mătăsii , realizat în general din petrol , care poate fi prelucrat prin topire în fibre, filme sau forme. Polimerii de nailon pot fi amestecați cu o mare varietate de aditivi pentru a realiza multe variații de proprietate diferite. Polimerii de nylon au găsit aplicații comerciale semnificative în țesături și fibre (îmbrăcăminte, podele și armare din cauciuc), în forme (piese turnate pentru mașini, echipamente electrice etc.) și în filme (în special pentru ambalarea alimentelor).

Nylonul a fost primul polimer sintetic termoplastic de succes comercial . DuPont și-a început proiectul de cercetare în 1927. Primul exemplu de nylon, ( nylonul 66 ), a fost sintetizat folosind diamine pe 28 februarie 1935 de Wallace Hume Carothers la unitatea de cercetare a DuPont la Stația Experimentală DuPont . Ca răspuns la activitatea lui Carothers , la 29 ianuarie 1938 , Paul Schlack de la IG Farben a dezvoltat nylon 6 , o moleculă diferită bazată pe caprolactamă .

Nylonul a fost folosit pentru prima dată în comerț într-o periuță de dinți cu nylon în 1938, urmat mai cunoscut în ciorapii pentru femei sau în „nailon”, care au fost prezentați la Târgul Mondial din New York din 1939 și vândut pentru prima dată comercial în 1940, după care au devenit un succes comercial instantaneu cu 64 milioane de perechi vândute în primul an pe piață. În timpul celui de-al doilea război mondial, aproape toată producția de nailon a fost redirecționată către armată pentru a fi folosită în parașute și șnur de parașută . Folosirea în timpul războiului a nailonului și a altor materiale plastice a crescut foarte mult piața noilor materiale.

Istorie

DuPont și invenția Nylonului

DuPont, fondată de Éleuthère Irénée du Pont , a produs mai întâi praf de pușcă și mai târziu vopsele pe bază de celuloză. După primul război mondial , DuPont a produs amoniac sintetic și alte substanțe chimice. DuPont a început să experimenteze dezvoltarea fibrelor pe bază de celuloză, producând în cele din urmă raionul din fibre sintetice . Experiența DuPont cu raionul a fost un important precursor al dezvoltării și comercializării acestuia din nylon.

Invenția de nylon a DuPont s-a întins pe o perioadă de unsprezece ani, variind de la programul inițial de cercetare în polimeri din 1927 până la anunțarea sa din 1938, cu puțin înainte de deschiderea Târgului Mondial din New York din 1939 . Proiectul a crescut dintr-o nouă structură organizațională la DuPont, sugerată de Charles Stine în 1927, în care departamentul chimic ar fi compus din mai multe echipe mici de cercetare care s-ar concentra pe „cercetarea de pionierat” în chimie și ar „duce la aplicații practice”. Instructorul de la Harvard, Wallace Hume Carothers, a fost angajat să conducă grupul de cercetare a polimerilor. Inițial i s-a permis să se concentreze pe cercetarea pură, construind și testând teoriile chimistului german Hermann Staudinger . A avut mare succes, deoarece cercetările pe care le-a întreprins au îmbunătățit foarte mult cunoștințele despre polimeri și au contribuit la știință.

În primăvara anului 1930, Carothers și echipa sa sintetizaseră deja doi noi polimeri. Unul a fost neoprenul , un cauciuc sintetic foarte utilizat în timpul celui de-al doilea război mondial. Cealaltă era o pastă elastică albă, dar puternică, care va deveni ulterior nailon. După aceste descoperiri, echipa lui Carothers a fost făcută să-și schimbe cercetarea de la o abordare de cercetare mai pură care investighează polimerizarea generală la un obiectiv mai practic axat pe găsirea „unei combinații chimice care să se împrumute aplicațiilor industriale”.

Abia la începutul anului 1935 a fost produs în cele din urmă un polimer numit „polimer 6-6”. Colegul lui Carothers, absolventul Universității Washington , Julian W. Hill, a folosit o metodă de desen la rece pentru a produce poliester în 1930. Această metodă de desen la rece a fost folosită ulterior de Carothers în 1935 pentru a dezvolta pe deplin nylonul. Primul exemplu de nylon (nylon 6,6) a fost produs la 28 februarie 1935, la unitatea de cercetare DuPont de la Stația Experimentală DuPont. Avea toate proprietățile dorite de elasticitate și rezistență. Cu toate acestea, a necesitat și un proces de fabricație complex care să devină baza producției industriale în viitor. DuPont a obținut un brevet pentru polimer în septembrie 1938 și a obținut rapid un monopol al fibrei. Carothers a murit cu 16 luni înainte de anunțarea nylonului, prin urmare el nu a putut niciodată să-și vadă succesul.

Producția de nailon a necesitat o colaborare interdepartamentală între trei departamente de la DuPont: Departamentul de Cercetări Chimice, Departamentul de Amoniac și Departamentul de Rayon. Unele dintre ingredientele cheie ale nailonului trebuiau produse folosind chimia de înaltă presiune , principala zonă de expertiză a Departamentului de amoniac. Nylonul a fost considerat o „dăruire a zeului la Departamentul de amoniac”, care se confruntase cu dificultăți financiare. Reactanții din nylon au constituit în curând jumătate din vânzările departamentului Amoniac și i-au ajutat să iasă din perioada Marii Depresiuni prin crearea de locuri de muncă și venituri la DuPont.

Proiectul nylon al DuPont a demonstrat importanța ingineriei chimice în industrie, a contribuit la crearea de locuri de muncă și a promovat avansarea tehnicilor de inginerie chimică. De fapt, a dezvoltat o uzină chimică care a oferit 1800 de locuri de muncă și a folosit cele mai noi tehnologii ale vremii, care sunt folosite și astăzi ca model pentru uzinele chimice. Abilitatea de a dobândi rapid un număr mare de chimiști și ingineri a fost o contribuție imensă la succesul proiectului de nylon al DuPont. Prima fabrică de nailon a fost situată la Seaford, Delaware, începând cu producția comercială la 15 decembrie 1939. La 26 octombrie 1995, fabrica Seaford a fost desemnată reper istoric chimic național de către American Chemical Society .

Strategii timpurii de marketing

O parte importantă a popularității nailonului provine din strategia de marketing a DuPont. DuPont a promovat fibra pentru a crește cererea înainte ca produsul să fie disponibil pe piața generală. Anunțul comercial din nailon a avut loc pe 27 octombrie 1938, la sesiunea finală a Herald Tribune ' s anual «Forumul pe probleme actuale», pe site - ul echitabil apropie New York lume. „Prima fibră textilă organică artificială” care a fost derivată din „cărbune, apă și aer” și a promis că va fi „la fel de puternică ca oțelul, la fel de fină ca pânza de păianjen” a fost primită cu entuziasm de public, mulți dintre ei femeile din clasă și au făcut titlurile majorității ziarelor. Nylonul a fost introdus ca parte a „Lumii de mâine” la Târgul Mondial din New York din 1939 și a fost prezentat la „Lumea minunată a chimiei” de la DuPont, la Expoziția Internațională Golden Gate din San Francisco, în 1939. Ciorapii de nylon efectivi nu au fost expediați către anumite magazinele de pe piața națională până la 15 mai 1940. Cu toate acestea, un număr limitat a fost lansat spre vânzare în Delaware înainte. Prima vânzare publică de ciorapi de nylon a avut loc la 24 octombrie 1939, în Wilmington, Delaware. Au fost disponibile 4.000 de perechi de ciorapi, toate fiind vândute în decurs de trei ore.

Un alt bonus adăugat campaniei a fost că a însemnat reducerea importurilor de mătase din Japonia, un argument care i-a cucerit pe mulți clienți precauti. Nylonul a fost menționat chiar de cabinetul președintelui Roosevelt , care a abordat „posibilitățile sale economice vaste și interesante” la cinci zile după ce materialul a fost anunțat oficial.

Cu toate acestea, entuziasmul timpuriu asupra nylonului a cauzat și probleme. A alimentat așteptări nerezonabile că nylonul ar fi mai bun decât mătasea, o țesătură miraculoasă la fel de puternică ca oțelul, care va dura pentru totdeauna și nu va rula niciodată. Dându-și seama de pericolul unor afirmații precum „Noua ciorapi care se menține ca oțelul” și „Nu mai există rulări”, DuPont a redus termenii anunțului inițial, în special cei care afirmă că nylonul ar avea puterea oțelului.

De asemenea, directorii de la DuPont care comercializează nylonul ca material revoluționar creat de om nu au realizat la început că unii consumatori au experimentat un sentiment de neliniște și neîncredere, chiar și frică, față de țesăturile sintetice. O știre deosebit de dăunătoare, bazată pe brevetul DuPont din 1938 pentru noul polimer, a sugerat că o metodă de producere a nailonului ar putea fi utilizarea cadavrinei (pentametilendiamina), o substanță chimică extrasă din cadavre. Deși oamenii de știință au afirmat că cadaverina a fost extrasă și prin încălzirea cărbunelui, publicul a refuzat adesea să asculte. O femeie s-a confruntat cu unul dintre oamenii de știință de la DuPont și a refuzat să accepte că zvonul nu era adevărat.

DuPont și-a schimbat strategia de campanie, subliniind că nylonul era fabricat din „cărbune, aer și apă” și a început să se concentreze mai degrabă pe aspectele personale și estetice ale nylonului, decât pe calitățile sale intrinseci. Nylonul a fost astfel domesticit, iar atenția s-a mutat asupra aspectului material și de consum al fibrei cu sloganuri precum „Dacă este nylon, este mai frumos și oh! Ce repede se usucă!”.

Productia de tesatura din nailon

Ciorapii din nailon au fost inspecționați în Malmö , Suedia , în 1954

După lansarea la nivel național a nailonului în 1940, producția a crescut. 1300 de tone de țesătură au fost produse în 1940. În primul lor an pe piață, au fost vândute 64 de milioane de perechi de ciorapi de nailon. În 1941, o a doua fabrică a fost deschisă în Martinsville, Virginia, datorită succesului țesăturii.

Fotografie de aproape a țesăturii de nailon tricotate folosită la ciorapi
Fibrele de nailon vizualizate folosind microscopia electronică de scanare

În timp ce nailonul a fost comercializat ca material durabil și indestructibil al oamenilor, acesta a fost vândut la aproape dublu prețul ciorapilor de mătase (4,27 dolari pe lira de nailon față de 2,79 dolari pe lira de mătase). Vânzările de ciorapi de nailon au fost puternice, în parte, din cauza schimbărilor în moda femeilor. Așa cum explică Lauren Olds: „până în 1939 [tivurile] se ridicaseră până la genunchi, închizând deceniul chiar la început”. Fustele mai scurte au fost însoțite de o cerere de ciorapi care oferea o acoperire mai completă, fără a folosi jartiere pentru a le ține sus.

Cu toate acestea, începând cu 11 februarie 1942, producția de nailon a fost redirecționată de la a fi un material de consum către unul folosit de militari. Producția DuPont de ciorapi de nylon și alte lenjerie s-a oprit, iar cea mai mare parte din nailon fabricat a fost folosit pentru a face parașute și corturi pentru al doilea război mondial . Deși ciorapii de nylon deja fabricați înainte de război puteau fi achiziționați, în general erau vândute pe piața neagră cu până la 20 de dolari.

Odată ce războiul s-a încheiat, întoarcerea nailonului a fost așteptată cu mare anticipare. Deși DuPont a proiectat o producție anuală de 360 ​​de milioane de perechi de ciorapi, au existat întârzieri în conversia înapoi la consumator, mai degrabă decât la producția de război. În 1946, cererea de ciorapi de nylon nu a putut fi satisfăcută, ceea ce a dus la revoltele din Nylon . Într-un caz, aproximativ 40.000 de oameni s-au aliniat la Pittsburgh pentru a cumpăra 13.000 de perechi de nailon. Între timp, femeile tăiau corturi și parașute din nailon rămase din război pentru a face bluze și rochii de mireasă. Între sfârșitul războiului și 1952, producția de ciorapi și lenjerie a folosit 80% din nailon din lume. DuPont s-a concentrat pe alimentarea cu cererea civilă și și-a extins continuu producția.

Introducerea amestecurilor de nylon

Pe măsură ce ciorapii din nailon pur au fost vânduți pe o piață mai largă, problemele au devenit evidente. Ciorapii din nailon s-au dovedit a fi fragili, în sensul că firul a avut adesea tendința să se desfacă pe lungime, creând „alergări”. Oamenii au raportat, de asemenea, că materialele textile din nylon pur ar putea fi inconfortabile din cauza lipsei de absorbție a nailonului. Umezeala a rămas în interiorul țesăturii lângă piele în condiții de căldură sau umezeală în loc să fie „răutăcioasă”. Țesătura de nailon ar putea fi, de asemenea, mâncărime și ar putea avea tendința să se agațe și, uneori, să scânteie ca urmare a încărcării electrice statice acumulate de frecare. De asemenea, în anumite condiții, ciorapii s-ar putea descompune transformându-se înapoi în componentele originale ale nailonului din aer, cărbune și apă. Oamenii de știință au explicat acest lucru ca urmare a poluării aerului, atribuindu-l smogului din Londra în 1952, precum și calității slabe a aerului din New York și Los Angeles.

Soluția găsită la problemele cu țesătura de nylon pur a fost amestecarea nylonului cu alte fibre sau polimeri existenți, cum ar fi bumbacul , poliesterul și spandexul . Acest lucru a dus la dezvoltarea unei game largi de țesături amestecate. Noile amestecuri de nailon au păstrat proprietățile dorite ale nailonului (elasticitate, durabilitate, capacitatea de a fi vopsite) și au menținut prețurile hainelor scăzute și accesibile. Începând cu 1950, Agenția pentru Achiziții de Intervenție din New York (NYQMPA), care a dezvoltat și testat textile pentru armată și marină, s-a angajat să dezvolte un amestec de lână-nylon. Nu au fost singurii care au introdus amestecuri de fibre naturale și sintetice. America's Textile Reporter se referea la 1951 drept „Anul amestecului fibrelor”. Amestecurile de țesături includ amestecuri precum „Bunara” (lână-iepure-nailon) și „Casmet” (lână-nylon-blană). În Marea Britanie, în noiembrie 1951, discursul inaugural al celei de-a 198-a sesiuni a Societății Regale pentru Încurajarea Artelor, Fabricărilor și Comerțului s-a axat pe amestecarea textilelor.

Departamentul de dezvoltare a țesăturilor DuPont a direcționat în mod inteligent designerii de modă francezi, oferindu-le probe de țesături. În 1955, designeri precum Coco Chanel , Jean Patou și Christian Dior au prezentat rochii create cu fibre DuPont, iar fotograful de modă Horst P. Horst a fost angajat să documenteze utilizarea lor a țesăturilor DuPont. American Fabrics a creditat amestecurile cu oferirea „posibilităților creative și a ideilor noi pentru modă, despre care nu se visase până acum”.

Originea numelui

DuPont a trecut printr-un proces extins pentru a genera nume pentru noul său produs. În 1940, John W. Eckelberry de la DuPont a declarat că literele „nyl” erau arbitrare, iar „on” a fost copiat din sufixele altor fibre precum bumbacul și raionul . O publicație ulterioară a lui DuPont ( Context , vol. 7, nr. 2, 1978) a explicat că numele a fost inițial destinat să fie „No-Run” („alergare” însemnând „dezlegare”), dar a fost modificată pentru a evita realizarea unui astfel de revendicare nejustificată. Deoarece produsele nu erau cu adevărat rezistente la funcționare, vocalele au fost schimbate pentru a produce „nuron”, care a fost schimbat în „nilon” „pentru a face să pară mai puțin ca un tonic nervos”. Pentru claritate în pronunție, „i” a fost schimbat în „y”.

Există o legendă urbană persistentă că numele este derivat din „New York” și „Londra”; cu toate acestea, nicio organizație din Londra nu a fost implicată vreodată în cercetarea și producția de nylon.

Popularitate pe termen mai lung

În ciuda deficitului de petrol din anii 1970, consumul de textile din nylon a continuat să crească cu 7,5% pe an între anii 1960 și 1980. Cu toate acestea, producția globală de fibre sintetice a scăzut de la 63% din producția mondială de textile în 1965, la 45% din producția mondială de textile la începutul anilor 1970. Apelul tehnologiilor „noi” s-a epuizat, iar țesătura din nailon „a fost demodată în anii ’70”. De asemenea, consumatorii au devenit îngrijorați de costurile de mediu pe tot parcursul ciclului de producție: obținerea materiilor prime (ulei), utilizarea energiei în timpul producției, deșeurile produse la crearea fibrei și eventuala eliminare a deșeurilor de materiale care nu erau biodegradabile. Fibrele sintetice nu au dominat piața din anii 1950 și 1960. Începând cu 2020, producția mondială de nailon este estimată la 8,9 milioane de tone. Fiind una dintre cele mai mari familii de polimeri de inginerie, cererea globală de rășini și compuși de nylon a fost evaluată la aproximativ 20,5 miliarde USD în 2013. Se așteaptă ca piața să ajungă la 30 miliarde USD până în 2020, urmând o creștere medie anuală de 5,5%.

Deși nailonul pur are multe defecte și este folosit rar, derivatele sale au influențat foarte mult și au contribuit la societate. De la descoperirile științifice legate de producția de materiale plastice și polimerizare, până la impactul economic în timpul depresiei și schimbarea modei pentru femei, nailonul a fost un produs revoluționar. Pavilion Adunarea lunar , primul steag plantat pe Luna într - un gest simbolic de celebrare, a fost făcută din nailon. Steagul în sine a costat 5,50 USD, dar trebuia să aibă un stâlp special conceput cu o bară orizontală, astfel încât să pară că „zboară”. Un istoric descrie nylonul ca „un obiect al dorinței”, comparând invenția cu Coca-Cola în ochii consumatorilor din secolul XX.

Chimie

Videoclip extern
pictograma video „Making Nylon” , Bob Burk, CHEM 1000, Universitatea Carleton, Ottawa, Canada
pictograma video "Fabricarea Nylonului 6,6"
pictograma video „Producția de nailon” , Societatea Regală de Chimie
pictograma video „Nylon and Rayon Manufacture 1949” , Encyclopedia Britannica Films

Nylonii sunt polimeri de condensare sau copolimeri , formați prin reacția monomerilor difuncționali care conțin părți egale de amină și acid carboxilic , astfel încât amidele se formează la ambele capete ale fiecărui monomer într-un proces analog biopolimerilor polipeptidici . Majoritatea nailonilor sunt obținuți din reacția unui acid dicarboxilic cu o diamină (de exemplu, PA66) sau un lactam sau aminoacid cu el însuși (de exemplu, PA6). În primul caz, „unitatea de repetare” constă dintr-unul din fiecare monomer, astfel încât să se alterneze în lanț, similar cu așa-numita structură ABAB a poliesterilor și poliuretanilor . Deoarece fiecare monomer din acest copolimer are aceeași grupă reactivă la ambele capete, direcția legăturii amidice se inversează între fiecare monomer, spre deosebire de proteinele naturale din poliamidă , care au direcționalitate generală: C terminal  → N terminal . În al doilea caz (așa-numitul AA), unitatea de repetare corespunde monomerului unic.

Nomenclatură

În utilizarea obișnuită, prefixul "PA" ( poliamidă ) sau numele "Nylon" sunt utilizate în mod interschimbabil și sunt echivalente în sens.

Nomenclatura utilizată pentru polimerii de nylon a fost concepută în timpul sintezei primelor nylonuri alifatice simple și folosește cifre pentru a descrie numărul de atomi de carbon din fiecare unitate monomerică, inclusiv carbonul (carbonii) acidului (acizilor) carboxilic. Utilizarea ulterioară a monomerilor ciclici și aromatici a necesitat utilizarea literelor sau a seturilor de litere. Un număr după „PA“ sau „Nylon“ indică un homopolimer care este monadic sau bazat pe un aminoacid (minus H 2 O) ca monomer:

PA 6 sau Nylon 6: [NH- (CH 2 ) 5 - CO] n realizate din ε-caprolactamă.

Două numere sau seturi de litere indică un homopolimer diadic format din doi monomeri: unul diamină și unul acid dicarboxilic. Primul număr indică numărul de carboni din diamină. Cele două numere ar trebui separate prin virgulă pentru claritate, dar virgula este adesea omisă.

PA sau Nylon 6,10 (sau 610): [NH- (CH 2 ) 6 - NH-CO- (CH 2 ) 8 - CO] n realizate din hexametilendiamină și acidul sebacic ;

Pentru copolimeri, comonomerii sau perechile de comonomeri sunt separați prin linii oblice:

PA 6/66: [NH− (CH 2 ) 6 −NH − CO− (CH 2 ) 4 −CO] n - [NH− (CH 2 ) 5 −CO] m fabricat din caprolactamă, hexametilendiamină și acid adipic;
PA 66/610: [NH− (CH 2 ) 6 −NH − CO− (CH 2 ) 4 −CO] n - [NH− (CH 2 ) 6 −NH − CO− (CH 2 ) 8 −CO] m fabricat din hexametilendiamină, acid adipic și acid sebacic.

Termenul de polftalamidă (prescurtat ca PPA) este utilizat atunci când 60% sau mai mulți moli din porțiunea de acid carboxilic a unității repetitive din lanțul polimeric este compusă dintr-o combinație de acid tereftalic (TPA) și acid izoftalic (IPA).

Tipuri de nailon

Nylon 66

Wallace Carothers de la DuPont a brevetat nylonul 66 folosind amide. În cazul nailonilor care implică reacția unei diamine și a unui acid dicarboxilic, este dificil să obțineți proporțiile exact corecte, iar abaterile pot duce la terminarea lanțului la greutăți moleculare mai mici decât 10.000 daltoni ( u ) de dorit . Pentru a depăși această problemă, un cristalin , solid „nylon sare “ poate fi format la temperatura camerei , folosind un exact 1: 1 raport al acidului și bază pentru a neutraliza reciproc. Sarea este cristalizată pentru a o purifica și a obține stoichiometria precisă dorită. Încălzită la 285 ° C (545 ° F), sarea reacționează pentru a forma polimer de nylon cu producerea de apă.

Nylon 6

Calea sintetică folosind lactame (amide ciclice) a fost dezvoltată de Paul Schlack la IG Farben , ducând la nylon 6 sau policaprolactamă - formată printr-o polimerizare cu deschidere inelară . Legătura peptidică din caprolactamă este ruptă, grupurile active expuse de fiecare parte fiind încorporate în două legături noi pe măsură ce monomerul devine parte a coloanei vertebrale a polimerului.

428 ° F (220 ° C) , punctul de topire de nylon 6 este mai mică decât 509 ° F (265 ° C) , punctul de topire de nailon 66 .

Nylon 510

Nylonul 510, fabricat din pentametilen diamină și acid sebacic, a fost inclus în brevetul Carothers pentru nylon 66 și are proprietăți superioare, dar este mai scump de fabricat . În conformitate cu această convenție de denumire, "nailon 6,12" sau "PA 612" este un copolimer al unei diamine 6C și al unui diacid 12C. Similar pentru PA 510 PA 611; PA 1012, etc. Alte nailoni includ produse dicarboxilice / diamine copolimerizate care nu se bazează pe monomerii enumerați mai sus. De exemplu, unele nylonuri complet aromatice (cunoscute sub numele de " aramide ") sunt polimerizate cu adăugarea de diacide precum acidul tereftalic (→ Kevlar , Twaron ) sau acidul izoftalic (→ Nomex ), mai frecvent asociat cu poliesterii. Există copolimeri ai PA 66/6; copolimeri ai PA 66/6/12; si altii. În general, polimerii liniari sunt cei mai utili, dar este posibil să se introducă ramuri în nailon prin condensarea acizilor dicarboxilici cu poliamine având trei sau mai multe grupe amino .

Reacția generală este:

Polimerizare prin condensare diacid diamină.svg

Se degajă două molecule de apă și se formează nylonul. Proprietățile sale sunt determinate de grupele R și R 'din monomeri. În nylonul 6,6, R = 4C și R '= 6C alcani , dar trebuie inclus și cei doi carboni carboxilici în diacid pentru a obține numărul pe care îl donează lanțului. În Kevlar, atât R cât și R 'sunt inele de benzen .

Sinteza industrială se face de obicei prin încălzirea acizilor, aminelor sau lactamelor pentru a elimina apa, dar în laborator, clorurile diacide pot reacționa cu diaminele. De exemplu, o demonstrație populară a polimerizării interfaciale („ trucul frânghiei de nylon ”) este sinteza nailonului 66 din clorură de adipoil și hexametilen diamină.

Nylon 1,6

Nylonii pot fi, de asemenea, sintetizați din dinitrili utilizând cataliza acidă. De exemplu, această metodă este aplicabilă pentru prepararea nailonului 1,6 din adiponitril , formaldehidă și apă. În plus, nailonii pot fi sintetizați din dioli și dinitrili folosind și această metodă.

Monomeri

Monomerii din nailon sunt fabricați pe o varietate de căi, începând în majoritatea cazurilor din țiței, dar uneori din biomasă. Cele din producția actuală sunt descrise mai jos.

Aminoacizi și lactame

Diacide

Diamines

Pot fi utilizate diferite componente diaminice, care sunt derivate dintr-o varietate de surse. Majoritatea sunt produse petrochimice , dar sunt dezvoltate și materiale bio-bazate .

  • Tetrametilen diamină ( putrescină ): țiței → propilenăacrilonitrilsuccinonitril → tetrametilen diamină
  • Hexametilen diamină (HMD): țiței → butadienă → adiponitril → hexametilen diamină
  • 1,9-diaminononan: țiței → butadienă → 7-octen-1-al → 1,9-nonanedial → 1,9-diaminononan
  • 2-metil pentametilen diamină: un produs secundar al producției HMD
  • Trimetil hexametilen diamină (TMD): țiței → propilenă → acetonăizoforonă → TMD
  • m-xililen diamină (MXD): țiței → m-xilen → acid izoftalic → izoftalonitril → m-xililen diamină
  • 1,5-pentanediamină ( cadaverină ) (PMD): amidon (de exemplu, manioc ) → glucozălizină → PMD.

Polimeri

Datorită numărului mare de diamine, diacide și aminoacizi care pot fi sintetizați, mulți polimeri de nylon au fost realizați experimental și caracterizați în grade diferite. Un număr mai mic a fost extins și oferit comercial, iar acestea sunt detaliate mai jos.

Homopolimeri

Nylon-uri homopolimerice derivate dintr-un monomer

Monomer Polimer
Caprolactam 6
Acidul 11-aminoundecanoic 11
acidul ω-aminolauric 12

Exemple de acești polimeri care sunt sau erau disponibili comercial

  • PA6 Lanxess Durethan B
  • PA11 Arkema Rilsan
  • PA12 Evonik Vestamid L

Poliamide homopolimerice derivate din perechi de diamine și diacide (sau derivați diacide). În tabelul de mai jos sunt prezenți polimeri care sunt sau au fost oferiți comercial fie ca homopolimeri, fie ca parte a unui copolimer.

Poliamide homopolimerice comerciale
1,4-diaminobutan 1,5-diaminopentan MPMD HMD MXD Nonanediamina Decanediamina Dodecanediamina Bis (para-aminociclohexil) metan Trimetilhexametilendiamina
Acid adipic 46 D6 66 MXD6
Acidul sebacic 410 510 610 1010
Acid dodecanedioic 612 1212 PACM12
Acid tereftalic 4T DT 6T 9T 10T 12T TMDT
Acid izoftalic DI 6I

Exemple de acești polimeri care sunt sau erau disponibili comercial

  • PA46 DSM Stanyl
  • PA410 DSM Ecopaxx
  • PA4T DSM Four Tii
  • PA66 DuPont Zytel

Copolimeri

Este ușor să faceți amestecuri de monomeri sau seturi de monomeri utilizați pentru a face nailon pentru a obține copolimeri. Aceasta scade cristalinitatea și, prin urmare, poate reduce punctul de topire.

Unii copolimeri care au fost sau sunt disponibili comercial sunt enumerați mai jos:

  • PA6 / 66 DuPont Zytel
  • PA6 / 6T BASF Ultramid T (copolimer 6 / 6T)
  • PA6I / 6T DuPont Selar PA
  • PA66 / 6T DuPont Zytel HTN
  • PA12 / MACMI EMS Grilamid TR

Amestecuri

Majoritatea polimerilor de nailon sunt amestecabili între ei permițând realizarea unei game de amestecuri. Cei doi polimeri pot reacționa între ei prin transamidare pentru a forma copolimeri aleatori.

În funcție de cristalinitatea lor, poliamidele pot fi:

  • semi - cristalin :
    • cristalinitate ridicată: PA46 și PA66;
    • cristalinitate scăzută: PAMXD6 fabricat din m-xililendiamină și acid adipic;
  • amorf : PA6I fabricat din hexametilendiamină și acid izoftalic.

Conform acestei clasificări, PA66, de exemplu, este o homopoliamidă alifatică semi-cristalină.

Hidroliza și degradarea

Toate nailonele sunt susceptibile de hidroliză , în special de acizi puternici , o reacție în esență inversă a reacției sintetice prezentată mai sus. Greutatea moleculară a produselor din nylon , astfel atacat picături și fisuri formează rapid la zonele afectate. Membrele inferioare ale nailonilor (cum ar fi nailonul 6) sunt afectate mai mult decât elementele superioare, cum ar fi nailonul 12. Aceasta înseamnă că părțile din nailon nu pot fi utilizate în contact cu acidul sulfuric, de exemplu, cum ar fi electrolitul utilizat în bateriile cu plumb-acid .

Atunci când este turnat, nailonul trebuie uscat pentru a preveni hidroliza în butoiul mașinii de turnat, deoarece apa la temperaturi ridicate poate, de asemenea, să degradeze polimerul. Reacția este de tipul:

Hidroliza amidelor.svg

Impactul asupra mediului, incinerarea și reciclarea

Berners-Lee calculează amprenta medie a gazelor cu efect de seră a nailonului la fabricarea covoarelor la 5,43 kg CO 2 echivalent pe kg, atunci când este produsă în Europa. Acest lucru îi conferă aproape aceeași amprentă de carbon ca lână , dar cu o durabilitate mai mare și, prin urmare, o amprentă generală de carbon mai mică.

Datele publicate de PlasticsEurope indică pentru nylon 66 o amprentă de gaze cu efect de seră de 6,4 kg CO 2 echivalent pe kg și un consum de energie de 138 kJ / kg. Când se ia în considerare impactul asupra mediului al nailonului, este important să se ia în considerare faza de utilizare. În special atunci când mașinile sunt ușoare, se realizează economii semnificative în consumul de combustibil și emisiile de CO 2 .

Diferite nylonuri se descompun în foc și formează fum periculos și fumuri toxice sau cenușă, conținând de obicei cianură de hidrogen . Incinerarea nailonilor pentru a recupera energia mare utilizată pentru a le crea este de obicei costisitoare, astfel încât majoritatea nailonilor ajung la haldele de gunoi, putrezindu-se încet. Tesatura de nylon aruncată durează 30-40 de ani pentru a se descompune. Nylonul folosit în uneltele de pescuit aruncate, cum ar fi plasele de pescuit, contribuie la resturile din ocean. Nylonul este un polimer robust și se pretează bine reciclării. O mulțime de rășină de nailon este reciclată direct într-o buclă închisă la mașina de turnat prin injecție, prin măcinarea deșeurilor și a canalelor și amestecarea acestora cu granulele virgine consumate de mașina de turnat.

Datorită cheltuielilor și dificultăților procesului de reciclare a nailonului, puține companii îl utilizează, în timp ce majoritatea preferă să folosească în schimb materiale plastice noi și mai ieftine pentru produsele lor. Compania americană de îmbrăcăminte Patagonia are produse care conțin nailon reciclat, iar la mijlocul anilor 2010 a investit în Bureo, o companie care reciclează nailonul din plasele de pescuit uzate pentru a fi utilizate în ochelari de soare și skateboard-uri. Compania italiană Aquafil a demonstrat, de asemenea, reciclarea plaselor de pescuit pierdute în ocean în îmbrăcăminte. Vanden Recycling reciclează nylonul și alte poliamide (PA) și operează în Marea Britanie, Australia, Hong Kong, Emiratele Arabe Unite, Turcia și Finlanda.

Nylonul este cel mai popular tip de fibre din industria covoarelor rezidențiale de astăzi. APE din SUA estimează că 9,2% din fibra de covor, suportul și căptușeala au fost reciclate în 2018, 17,8% au fost incinerate în instalații de colectare a deșeurilor în energie și 73% au fost aruncate în depozitele de deșeuri . Unele dintre cele mai mari companii din lume de covoare și covoare promovează „leagăn la leagăn” - reutilizarea materialelor nevirgin, inclusiv a celor care nu au fost reciclate istoric - ca cale de urmat a industriei.

Proprietăți în vrac

Deasupra lor la temperaturi de topire , T m , termoplaste , cum ar fi nylon sunt solide amorfe sau vâscoase fluide în care lanțurile aproximative spiralele aleatoare . Sub T m , regiunile amorfe alterna cu regiuni care sunt lamelare cristale . Regiunile amorfe contribuie la elasticitate, iar regiunile cristaline contribuie la rezistență și rigiditate. Cele plane amidă (-CO-NH-) , grupurile sunt foarte polare , deci forme nailon multiple legături de hidrogen între benzile adiacente. Deoarece coloana vertebrală din nailon este atât de regulată și simetrică, mai ales dacă toate legăturile amidice sunt în configurația trans , nailonii au adesea o cristalinitate ridicată și fac fibre excelente. Cantitatea de cristalinitate depinde de detaliile de formare, precum și de tipul de nailon.

Legarea hidrogenului în nailon 6,6 (în mov).

Nylonul 66 poate avea mai multe fire paralele aliniate cu legăturile lor peptidice învecinate la separări coordonate de exact 6 și 4 atomi de carbon pentru lungimi considerabile, astfel încât oxigenii carbonilici și hidrogenii amidici se pot alinia pentru a forma legături de hidrogen intercatenare în mod repetat, fără întrerupere (a se vedea figura opusă ). Nylon 510 poate avea piste coordonate de 5 și 8 atomi de carbon. Astfel, firele paralele (dar nu antiparalele) pot participa la foi prelungite, neîntrerupte, cu mai multe lanțuri β-plisate , o structură supermoleculară puternică și dură similară cu cea găsită în fibroina de mătase naturală și β-cheratinele din pene . (Proteinele au doar un aminoacid α-carbon care separă grupări secvențiale -CO-NH-.) Nylonul 6 va forma plăci neîntrerupte legate cu H cu direcționalități mixte, dar ridarea plăcilor β este oarecum diferită. Dispunerea tridimensională a fiecărui alcan lanț hidrocarbonat depinde de rotatii despre 109.47 ° tetraedrice legăturile de atomi de carbon legați individual.

Când sunt extrudate în fibre prin porii dintr-o filă industrială , lanțurile polimerice individuale tind să se alinieze din cauza fluxului vâscos . Dacă sunt supuse tragerii la rece ulterior, fibrele se aliniază în continuare, crescându-le cristalinitatea, iar materialul capătă rezistență suplimentară la tracțiune . În practică, fibrele de nailon sunt deseori extrase folosind role încălzite la viteze mari.

Nylonul bloc tinde să fie mai puțin cristalin, cu excepția apropierii suprafețelor din cauza tensiunilor de forfecare în timpul formării. Nylonul este limpede și incolor , sau lăptos, dar este ușor de vopsit . Cablul și frânghia din nailon multistrand este alunecos și tinde să se desfacă. Capetele pot fi topite și topite cu o sursă de căldură, cum ar fi o flacără sau un electrod pentru a preveni acest lucru.

Nylonii sunt higroscopici și vor absorbi sau desorbi umezeala în funcție de umiditatea ambientală. Variațiile conținutului de umiditate au mai multe efecte asupra polimerului. În primul rând, dimensiunile se vor schimba, dar, mai important, umiditatea acționează ca plastifiant, scăzând temperatura de tranziție a sticlei ( T g ) și, în consecință, modulul elastic la temperaturi sub T g

Când este uscat, poliamida este un bun izolator electric. Cu toate acestea, poliamida este higroscopică . Absorbția apei va schimba unele dintre proprietățile materialului, cum ar fi rezistența sa electrică . Nylonul este mai puțin absorbant decât lâna sau bumbacul.

Caracteristici

Caracteristicile caracteristice nailonului 6,6 includ:

  • Pliurile și cutele pot fi setate la căldură la temperaturi mai ridicate
  • Structură moleculară mai compactă
  • Proprietăți mai bune pentru intemperii; rezistență mai bună la lumina soarelui
  • "Mână" mai moale
  • Punct de topire ridicat (256 ° C, 492,8 ° F)
  • Rezistență la culoare superioară
  • Rezistență excelentă la abraziune

Pe de altă parte, nailonul 6 este ușor de vopsit, se estompează mai ușor; are o rezistență mai mare la impact, o absorbție mai rapidă a umezelii, elasticitate mai mare și recuperare elastică.

  • Variația strălucirii: nailonul are capacitatea de a fi foarte strălucitor, semi-strălucitor sau plictisitor.
  • Durabilitate: fibrele sale de înaltă tenacitate sunt utilizate pentru centuri de siguranță, cabluri de anvelope, pânză balistică și alte utilizări.
  • Alungire mare
  • Rezistență excelentă la abraziune
  • Foarte rezistent (țesăturile din nailon sunt setate termic)
  • A deschis calea pentru îmbrăcăminte ușor de întreținut
  • Rezistență ridicată la insecte, ciuperci, animale, precum și la mucegaiuri, mucegai, putregai și multe substanțe chimice
  • Se folosește în covoare și ciorapi de nailon
  • Se topește în loc să ardă
  • Folosit în multe aplicații militare
  • Putere specifică bună
  • Lumină transparentă până la infraroșu (-12 dB)

Inflamabilitate

Îmbrăcămintea din nailon tinde să fie mai puțin inflamabilă decât bumbacul și raionul, dar fibrele de nailon se pot topi și se pot lipi de piele.

Utilizări de nailon

Nylonul a fost folosit pentru prima dată în comerț într-o periuță de dinți cu nylon în 1938, urmat mai cunoscut în ciorapii pentru femei sau „ nylon ”, care au fost prezentați la Târgul Mondial din New York din 1939 și vândut pentru prima dată în comerț în 1940. Utilizarea acestuia a crescut dramatic în timpul celui de-al doilea război mondial, când nevoia de țesături a crescut dramatic.

Fibre de nailon

Aceste ciorapi uzati din nailon vor fi reprocesati si transformati in parașute pentru fluturașii armatei c. 1942
Rochie de minge din stofă albastră din nailon de Emma Domb, Science History Institute

Bill Pittendreigh , DuPont și alte persoane și corporații au lucrat cu sârguință în primele câteva luni ale celui de-al doilea război mondial pentru a găsi o modalitate de a înlocui mătasea asiatică și cânepa cu nailon în parașute. De asemenea, a fost folosit pentru a fabrica anvelope , corturi , frânghii , poncho și alte bunuri militare . A fost chiar folosit la producerea unei hârtii de înaltă calitate pentru moneda SUA . La începutul războiului, bumbacul reprezenta peste 80% din toate fibrele utilizate și fabricate, iar fibrele de lână reprezentau aproape toate resturile. Până în august 1945, fibrele prelucrate preluaseră o cotă de piață de 25%, în detrimentul bumbacului. După război, din cauza penuriei atât de mătase, cât și de nailon, materialul din parașută din nailon a fost uneori refăcut pentru a face rochii.

Fibrele de nailon 6 și 66 sunt utilizate la fabricarea covoarelor .

Nylonul este un fel de fibre utilizate în cordonul anvelopelor . Herman E. Schroeder a fost pionierul aplicării nailonului în anvelope.

Matrite si rasini

Rășinile din nailon sunt utilizate pe scară largă în industria auto, în special în compartimentul motorului.

Nylonul turnat este utilizat în piepteni și părți mecanice, cum ar fi șuruburi , roți dințate , garnituri și alte componente cu tensiune mică până la medie turnate anterior în metal. Nylonul de inginerie este prelucrat prin extrudare , turnare și turnare prin injecție . Nylonul de tip 6,6 101 este cel mai comun grad comercial al nailonului, iar Nylon 6 este cel mai comun grad comercial al nailonului turnat. Pentru utilizare în unelte precum spudgers , nylonul este disponibil în variante umplute cu sticlă care măresc rezistența și rigiditatea structurală și la impact, precum și variante umplute cu disulfură de molibden care măresc lubrifianța . Nylonul poate fi folosit ca material matrice în materialele compozite , cu fibre de armare precum sticla sau fibra de carbon; un astfel de compozit are o densitate mai mare decât nylonul pur. Astfel de compozite termoplastice (25% până la 30% fibră de sticlă) sunt frecvent utilizate în componentele auto de lângă motor, cum ar fi colectoarele de admisie, unde rezistența bună la căldură a acestor materiale le face concurenți fezabili față de metale.

Nylonul a fost folosit pentru a face stocul puștii Remington Nylon 66 . Cadrul pistolului modern Glock este realizat dintr-un compozit din nailon.

Ambalarea produselor alimentare

Rășinile de nailon sunt utilizate ca o componentă a filmelor de ambalare a produselor alimentare în care este necesară o barieră de oxigen. Unii dintre terpolimerii pe bază de nailon sunt folosiți în fiecare zi în ambalaje. Nylonul a fost folosit pentru ambalarea cărnii și învelișurile de cârnați . Rezistența la temperatură ridicată a nailonului îl face util pentru pungi de cuptor.

Filamente

Filamentele din nailon sunt utilizate în principal în perii, în special în periuțele de dinți și tunsele cu șiruri . Ele sunt, de asemenea, utilizate ca monofilamente în linia de pescuit . Nylon 610 și 612 sunt cei mai utilizați polimeri pentru filamente.

Diferitele sale proprietăți îl fac, de asemenea, foarte util ca material în fabricarea aditivă ; în special ca filament în imprimantele 3D de modelare a depunerilor fuzionate de calitate profesională și profesională .

Alte forme

Profiluri extrudate

Rășinile din nailon pot fi extrudate în tije, tuburi și foi.

Acoperire cu pulbere

Pulberile de nailon sunt folosite pentru pulverizarea metalelor. Nylonul 11 și nylonul 12 sunt cele mai utilizate.

Corzi de instrumente

La mijlocul anilor 1940, chitaristul clasic Andrés Segovia a menționat lipsa de siruri de caractere bune chitara din Statele Unite, în special preferate Pirastro lui catgut siruri de caractere, la un număr de diplomați străini la o petrecere, inclusiv Lindeman General al Ambasadei Marii Britanii. O lună mai târziu, generalul i-a prezentat Segoviei niște corzi de nailon pe care le obținuse prin intermediul unor membri ai familiei DuPont. Segovia a descoperit că, deși corzile produceau un sunet clar, aveau un timbru metalic slab, pe care spera să îl poată elimina.

Corzile de nailon au fost încercate pentru prima dată pe scenă de Olga Coelho la New York în ianuarie 1944.

În 1946, Segovia și producătorul de coarde Albert Augustine au fost prezentați de prietenul lor comun Vladimir Bobri, editor al Guitar Review. Pe baza interesului Segoviei și a experimentelor din trecut ale lui Augustin, au decis să continue dezvoltarea șirurilor de nylon. DuPont, sceptic cu privire la idee, a fost de acord să furnizeze nylonul dacă Augustin va încerca să dezvolte și să producă corzile propriu-zise. După trei ani de dezvoltare, Augustine a demonstrat o primă coardă din nailon a cărei calitate a impresionat chitaristii, inclusiv Segovia, pe lângă DuPont.

Cu toate acestea, corzile rănite au fost mai problematice. În cele din urmă, cu toate acestea, după ce a experimentat diferite tipuri de metale și tehnici de netezire și lustruire, Augustine a reușit, de asemenea, să producă corzi de nylon de înaltă calitate.

Vezi si

Note

Referințe

Lecturi suplimentare

linkuri externe