Nylon - Nylon

Nejlon Nylon 6,6 Nylon 6,6 egység
Sűrűség 1,15 g/cm 3
Elektromos vezetőképesség (σ) 10 −12  S /m
Hővezető 0,25  W /(m · K )
Olvadáspont 463–624 K
190–350 ° C
374–663 ° F

A Nylon egy általános megnevezés egy szintetikus polimercsaládra, amely poliamidokból áll ( ismétlődő egységek , amidkötésekkel összekapcsolva). Nylon egy selyem -szerű hőre lágyuló , általában készült ásványolaj , amely lehet olvadék-feldolgozott rostok, filmek , vagy alakzatok. A nylon polimerek sokféle adalékanyaggal keverhetők, hogy sokféle tulajdonságváltozást érjenek el. A nylon polimerek jelentős kereskedelmi alkalmazásokat találtak szövetekben és szálakban (ruházat, padló és gumi megerősítés), formákban (öntött alkatrészek autókhoz, elektromos berendezésekhez stb.) És fóliákba (főleg élelmiszercsomagolásokhoz).

A Nylon volt az első kereskedelmi sikerű szintetikus hőre lágyuló polimer. A DuPont 1927 -ben kezdte meg kutatási projektjét. Az első nejlonpéldát ( nylon 66 ) 1935. február 28 -án szintetizálta diaminok felhasználásával Wallace Hume Carothers, a DuPont kutatóintézetében, a DuPont Kísérleti Állomáson . Carothers munkájára válaszul Paul Schlack, az IG Farben munkatársa 1938. január 29 -én kifejlesztett egy nylon 6 -ot , egy másik molekulát, amely a kaprolaktámon alapul .

Nylon használta először a kereskedelemben egy nylon- sörtés fogkefe 1938, majd több híres női harisnya vagy „nylon”, melyekkel az 1939. évi New York-i Világkiállításon és az első kereskedelmi forgalomban 1940-ben, majd ők lett egy pillanat alatt a kereskedelmi siker 64 millió pár eladott a piacon első évük során. A második világháború alatt szinte az összes nejlongyártást a hadsereg felé irányították, hogy ejtőernyőket és ejtőernyős zsinórt használhassanak . A nejlon és más műanyagok háborús használata jelentősen megnövelte az új anyagok piacát.

Történelem

DuPont és a Nylon feltalálása

Az Éleuthère Irénée du Pont által alapított DuPont először lőport, később cellulóz alapú festékeket gyártott. Az első világháborút követően a DuPont szintetikus ammóniát és más vegyi anyagokat gyártott . A DuPont elkezdett kísérletezni cellulóz alapú szálak kifejlesztésével, végül a szintetikus szál műselymet állította elő . A DuPont műselyemmel kapcsolatos tapasztalatai fontos előfutárai voltak a nejlon fejlesztésének és forgalmazásának.

A DuPont nejlon találmánya tizenegy éves időszakot ölelt fel, kezdve az 1927-es polimerek kutatási programjától 1938-ig, röviddel az 1939-es New York-i világkiállítás megnyitása előtt . A projekt a Charles Stine által 1927 -ben javasolt DuPont új szervezeti felépítéséből nőtt ki , amelyben a vegyipari osztály több kis kutatócsoportból állna, amelyek a kémia "úttörő kutatására" összpontosítanának, és "gyakorlati alkalmazásokhoz vezetnének". Wallace Hume Carothers Harvard -oktatót bérelték fel a polimer kutatócsoport irányítására. Kezdetben a tiszta kutatásra koncentrálhatott, építve és tesztelve Hermann Staudinger német vegyész elméleteit . Nagyon sikeres volt, hiszen az általa végzett kutatások nagymértékben javították a polimerek ismereteit és hozzájárultak a tudományhoz.

1930 tavaszán Carothers és csapata már két új polimert szintetizált. Az egyik a neoprén volt , egy szintetikus gumi, amelyet nagymértékben használtak a második világháború alatt. A másik fehér, rugalmas, de erős paszta volt, amely később nejlon lesz. Ezek után a felfedezések után a Carothers csapata arra törekedett, hogy az általános polimerizációt vizsgáló, tisztább kutatási megközelítésről a gyakorlatiasabban összpontosított célra terelje át „egy olyan vegyi kombinációt, amely alkalmas ipari alkalmazásokra”.

Csak 1935 elején gyártották végre a "6-6 polimer" nevű polimert. Carothers' munkatársa, Washington Egyetem öregdiák Julian W. Hill használt volna hideghúzásra módszer, hogy készítsen egy poliészter 1930-ban ez a hideg rajz módszert használták később a Carothers 1935-ben teljesen kifejlődni nylon. Az első nejlonpéldát (nylon 6,6) 1935. február 28 -án állították elő a DuPont kutatóintézetében, a DuPont Kísérleti Állomáson. A kívánt rugalmasság és szilárdság minden tulajdonságával rendelkezett. Ehhez azonban komplex gyártási folyamatra is szükség volt, amely a jövőben az ipari termelés alapjává válik. A DuPont 1938 szeptemberében szabadalmat szerzett a polimerre, és gyorsan elnyerte a szál monopóliumát. Carothers 16 hónappal a nylon bejelentése előtt halt meg, ezért soha nem láthatta sikerét.

A nejlon előállításához a DuPont három osztálya: a Vegyészeti Kutatási Minisztérium, az Ammónia Minisztérium és a Rayon Tanszék között szükség volt osztályok közötti együttműködésre. A nejlon egyes kulcsfontosságú összetevőit nagynyomású kémiával kellett előállítani , amely az ammónia osztály fő szakterülete. Nylont az „ammónia -osztály áldozatának” tartották, amely pénzügyi nehézségekkel küzdött. A nylon reagensek hamarosan az Ammonia osztály értékesítésének felét tették ki, és segítettek kilépni a nagy gazdasági világválság időszakából, mivel munkahelyeket és bevételeket teremtettek a DuPontban.

A DuPont nylon projektje megmutatta a vegyipar fontosságát az iparban, segített munkahelyeket teremteni és előmozdította a vegyipari technikák fejlődését. Valójában olyan vegyi üzemet fejlesztett ki, amely 1800 munkahelyet biztosított, és az akkori legújabb technológiákat alkalmazta, amelyeket ma is a vegyipari üzemek modelljeként használnak. A kémikusok és mérnökök gyors megszerzésének képessége óriási hozzájárulás volt a DuPont nejlon projektjének sikeréhez. Az első nejlongyár a delaware -i Seaford -ban volt, és 1939. december 15 -én kezdte meg a kereskedelmi termelést. 1995. október 26 -án a Seaford -i üzemet az American Chemical Society Nemzeti Történelmi Vegyipari Mérföldkővé nyilvánította .

Korai marketing stratégiák

A nylon népszerűségének fontos része a DuPont marketingstratégiájából fakad. A DuPont népszerűsítette a szálat a kereslet növelése előtt, mielőtt a termék elérhető lett volna az általános piacon. Nylon kereskedelmi bejelentés történt október 27-én, 1938-ban, az utolsó ülésén a Herald Tribune " s évente»Fórum Aktuális problémák«, a helyszínen a közelgő New York-i Világkiállításon. A közönség lelkesen fogadta az "első mesterséges szerves textilszálat", amely "szénből, vízből és levegőből" származott, és "olyan erősnek bizonyult, mint az acél, olyan finom, mint a pókháló". osztályú nőket, és a legtöbb újság címlapjára került. Nylon részeként vezették be a „The world of tomorrow” a 1939. évi New York-i Világkiállításon, és szerepelt a DuPont „Wonder World of Chemistry” a Golden Gate Nemzetközi Kiállítás , San Francisco-ban 1939-ben tényleges nylon harisnyát nem szállítottak a kijelölt üzletek a nemzeti piacon 1940. május 15 -ig. Korábban azonban korlátozott számban engedték forgalomba Delaware -ben. A nylonharisnya első nyilvános értékesítése 1939. október 24 -én történt a delaware -i Wilmingtonban. 4000 pár harisnya volt kapható, mindegyiket három órán belül értékesítették.

A kampány további bónusza az volt, hogy a Japánból származó selyembehozatal csökkentését jelentette, ez az érv sok óvatos ügyfelet megnyert. Nylont még Roosevelt elnök kabinetje is megemlítette , amely öt nappal az anyag hivatalos bejelentése után foglalkozott "hatalmas és érdekes gazdasági lehetőségeivel".

A nylon iránti korai izgalom azonban problémákat is okozott. Ésszerűtlen elvárásokat táplált, miszerint a nejlon jobb lesz, mint a selyem, egy olyan csodás szövet, mint az acél, amely örökké tart és soha nem fut. A DuPont felismerve az olyan állítások veszélyét, mint az "Új harisnya erős, mint acél" és a "Nincs több futás", csökkentette az eredeti bejelentés feltételeit, különösen azokat, amelyek szerint a nejlon rendelkezik az acél szilárdságával.

Továbbá, a DuPont vezetői, akik a nejlont forradalmian új, mesterséges anyagként forgalmazták, először nem vették észre, hogy egyes fogyasztók nyugtalanságot és bizalmatlanságot, sőt félelmet éreznek a szintetikus szövetekkel szemben. Egy különösen káros hír, amely a DuPont 1938 -as új polimer szabadalmára támaszkodik, azt sugallta, hogy a nylon előállításának egyik módja a kadaverin (pentametilén -diamin), a holttestekből kinyert vegyi anyag használata lehet . Bár a tudósok azt állították, hogy a kadaverint szén melegítésével is kivonják, a nyilvánosság gyakran nem volt hajlandó hallgatni. Egy nő szembefordult a DuPont egyik vezető tudósaival, és nem volt hajlandó elfogadni, hogy a pletyka nem igaz.

A DuPont megváltoztatta kampánystratégiáját, hangsúlyozva, hogy a nylon "szénből, levegőből és vízből" készült, és a nylon személyes és esztétikai aspektusaira kezdett összpontosítani, nem pedig belső tulajdonságaira. A nylon így háziasodott, és a figyelem a szál anyagi és fogyasztói aspektusára terelődött olyan szlogenekkel, mint "Ha nylon, akkor szebb, és ó! Milyen gyorsan szárad!".

Nylon szövet gyártása

A nylon harisnyát 1954 -ben Malmőben , Svédországban vizsgálják

A nylon 1940 -es országos megjelenése után a termelést növelték. 1940 -ben 1300 tonna anyagot állítottak elő. A piacon első évük során 64 millió pár nejlonharisnyát adtak el. 1941 -ben egy második üzemet nyitottak a Virginia állambeli Martinsville -ben a szövet sikere miatt.

Közeli fénykép a harisnyában használt kötött nejlonszövetről

Míg a nylont az emberek tartós és elpusztíthatatlan anyagaként hozták forgalomba, a selyemharisnya árának majdnem kétszeresét adták el (4,27 dollár font nylonért, szemben 2,79 dollár font selyemmel). A nejlonharisnya értékesítése részben a női divat változásának köszönhetően erős volt. Ahogy Lauren Olds kifejti: "1939 -re a [szegélyek] térdig hátráltak, és úgy zárták az évtizedet, ahogy elkezdődött". A rövidebb szoknyákhoz harisnya iránti igény is társult, amely teljesebb fedést kínál, anélkül, hogy harisnyatartót használna.

1942. február 11 -től azonban a nejlongyártást a fogyasztói anyagról a katonaság által használt anyagra irányították át. A DuPont nejlonharisnya és egyéb fehérnemű gyártása leállt, és a legtöbb gyártott nejlonból ejtőernyőket és sátrakat készítettek a második világháborúhoz . Bár a háború előtt már készített nylon harisnyát meg lehetett vásárolni, általában a feketepiacon 20 dollárért adták el.

Miután a háború véget ért, nagy várakozással várták a nejlon visszatérését. Bár a DuPont 360 millió harisnya éves előállítását tervezte, késések voltak a fogyasztói, nem pedig a háborús időszakra való áttérésben. 1946 -ban a nylon harisnya iránti keresletet nem lehetett kielégíteni, ami a nylon zavargásokhoz vezetett . Egy esetben becslések szerint 40 000 ember állt fel Pittsburgh -ben, hogy 13 000 pár nylont vásároljon. Időközben a nők felvágták a háborúból maradt nejlon sátrakat és ejtőernyőket, hogy blúzokat és esküvői ruhákat készítsenek. A háború vége és 1952 között a harisnyák és fehérneműk gyártása a világ nejlonjának 80% -át használta fel. A DuPont a polgári igények kielégítésére összpontosított, és folyamatosan bővítette termelését.

Nejlon keverékek bevezetése

Ahogy a tiszta nylon harisnyát szélesebb piacon értékesítették, a problémák nyilvánvalóvá váltak. A nylon harisnyát törékenynek találták abban az értelemben, hogy a cérna gyakran hajlamos hosszirányban kibontakozni, „futásokat” okozva. Az emberek arról is beszámoltak, hogy a tiszta nylon textíliák kényelmetlenek lehetnek a nylon nedvszívó képessége miatt. A nedvesség a szövetben a bőr közelében maradt forró vagy nedves körülmények között, ahelyett, hogy „gonosz” lenne. A nylonszövet viszkető is lehet, és hajlamos tapadni és néha szikrázni a súrlódás által felhalmozott statikus elektromos töltés következtében. Ezenkívül bizonyos körülmények között a harisnyák lebomlanak, és a nylon eredeti levegő-, szén- és vízkomponenseivé válhatnak. A tudósok ezt a légszennyezés következtében magyarázták, 1952 -ben a londoni szmognak, valamint New Yorkban és Los Angelesben a rossz levegőminőségnek tulajdonították.

A tiszta nejlonszövetekkel kapcsolatos problémák megoldása az volt, hogy a nejlont összekeverik más meglévő szálakkal vagy polimerekkel, mint például pamut , poliészter és spandex . Ez vezetett a kevert szövetek széles skálájának kifejlesztéséhez. Az új nejlonkeverékek megőrizték a nejlon kívánatos tulajdonságait (rugalmasság, tartósság, festhetőség), és alacsonyan és megfizethetően tartották a ruhák árait. 1950-től a New York Quartermaster Procurement Agency (NYQMPA), amely textíliákat fejlesztett és tesztelt a hadsereg és a haditengerészet számára, elkötelezte magát gyapjú-nylon keverék kifejlesztése mellett. Nem csak ők vezették be a természetes és a szintetikus szálak keverékeit. Az America's Textile Reporter 1951 -et a "szálak keverésének évének" nevezte. A szövetkeverékek olyan keverékeket tartalmaztak, mint a "Bunara" (gyapjú-nyúl-nejlon) és a "Casmet" (gyapjú-nylon-szőrme). Nagy -Britanniában 1951 novemberében a Royal Society for the Encourage of Arts, Manufacturing and Commerce 198. ülésszakának megnyitó beszéde a textíliák keverésére összpontosított.

A DuPont Szövetfejlesztési Osztálya ügyesen megcélozta a francia divattervezőket, és szövetmintákkal látta el őket. 1955 -ben olyan tervezők, mint Coco Chanel , Jean Patou és Christian Dior , DuPont szálakból készült ruhákat mutattak be, Horst P. Horst divatfotóst pedig felbérelték a DuPont szövetek használatának dokumentálására. Az American Fabrics a keverékeket úgy ítélte meg, hogy "kreatív lehetőségeket és új ötleteket kínálnak a divathoz, amelyről eddig álmodni sem mertünk".

A név eredete

A DuPont kiterjedt folyamaton ment keresztül, hogy új termékeket elnevezéseket készítsen. 1940-ben John W. Eckelberry DuPont megállapította, hogy a betűk „fenil” volt önkényes, és az „on” másolt az utótag más szálakkal, mint például a gyapot és a műselyem . A DuPont egy későbbi publikációja ( Context , 7. kötet, 2. sz., 1978) elmagyarázta, hogy a nevet eredetileg "No-Run" -nak ("futás", azaz "kibontás") szánták, de módosították annak elkerülése érdekében. indokolatlan állítás. Mivel a termékek nem voltak igazán futásbiztosak, a magánhangzókat felcserélték a "nuron" előállítására, amelyet "nilon" -ra "változtattak, hogy kevésbé legyen idegtónusú". A kiejtés egyértelműsége érdekében az "i" -et "y" -ra változtattuk.

Egy állandó városi legenda létezik, miszerint a név a "New York" és a "London" névből származik; londoni szervezet azonban soha nem vett részt a nejlon kutatásában és gyártásában.

Hosszú távú népszerűség

A hetvenes évek olajhiánya ellenére a nejlon textíliák fogyasztása az 1960 -as és 1980 -as évek között évente 7,5% -kal tovább nőtt. A szintetikus szálak össztermelése azonban 1965 -ben a világ textiltermelésének 63% -áról, az 1970 -es évek elején a világ textiltermelésének 45% -ára csökkent. Az "új" technológiák vonzereje elkopott, és a nejlonszövet "kiment a divatból az 1970 -es években". Emellett a fogyasztók aggódtak a környezeti költségek miatt a termelési ciklus során: az alapanyagok (olaj) beszerzése, az energiafelhasználás a gyártás során, a szál létrehozása során keletkező hulladék és a biológiailag nem lebomló anyagok esetleges hulladékkezelése. A szintetikus szálak az 1950 -es és 1960 -as évek óta nem uralják a piacot. 2020 -ra a becslések szerint a nejlon világméretű termelése 8,9 millió tonna. Mivel az egyik legnagyobb mérnöki polimercsalád, a nejlongyanták és -vegyületek globális keresletét nagyjából 20,5 milliárd dollárra értékelték 2013 -ban. A piac várhatóan eléri a 30 milliárd dollárt 2020 -ra az éves átlagos 5,5%-os növekedés nyomán.

Bár a tiszta nejlonnak sok hibája van, és ma már ritkán használják, származékai nagyban befolyásolták és hozzájárultak a társadalomhoz. A műanyagok előállításával és a polimerizációval kapcsolatos tudományos felfedezésektől a gazdasági hatásokig a depresszió és a női divat változása idején a nejlon forradalmi termék volt. A Holdzászló Gyűlés , az első zászló, amelyet a Holdra ültettek egy szimbolikus ünnepi gesztussal, nejlonból készült. Maga a zászló 5,50 dollárba került, de rendelkeznie kellett egy speciálisan tervezett zászlórúddal, vízszintes sávval, hogy úgy tűnjön, hogy "repül". Az egyik történész a nylont a "vágy tárgyaként" írja le, összehasonlítva a találmányt a Coca-Colával a 20. századi fogyasztók szemében.

Kémia

Külső videó
videó ikonra "Making Nylon" , Bob Burk, CHEM 1000, Carleton University, Ottawa, Kanada
videó ikonra "Nylon 6,6 készítése"
videó ikonra "Nylon gyártás" , Royal Society of Chemistry
videó ikonra "Nylon and Rayon Manufacture 1949" , Encyclopedia Britannica Films

A nejlonok kondenzációs polimerek vagy kopolimerek , amelyek az amint és a karbonsavat egyenlő részeket tartalmazó difunkciós monomerek reagáltatásával jönnek létre , így amidek képződnek az egyes monomerek mindkét végén a polipeptid biopolimerekhez hasonló eljárásban . A legtöbb nejlon egy dikarbonsav és egy diamin (pl. PA66) vagy egy laktám vagy aminosav (pl. PA6) reakciójával készül. Az első esetben az "ismétlődő egység" minden monomerből egy-egy, tehát a láncban váltakoznak, hasonlóan a poliészterek és poliuretánok úgynevezett ABAB szerkezetéhez . Mivel ebben a kopolimerben minden monomer mindkét végén ugyanazt a reaktív csoportot tartalmazza, az amidkötés iránya minden monomer között megfordul, ellentétben a természetes poliamid fehérjékkel , amelyek általános irányultsággal rendelkeznek: C terminális  → N terminális . A második esetben (úgynevezett AA) az ismétlődő egység az egyetlen monomernek felel meg.

Elnevezéstan

A szokásos használatban a "PA" ( poliamid ) vagy a "Nylon" elnevezést felcserélve használják, és jelentésükben egyenértékűek.

A nylon polimerekhez használt nómenklatúrát az első egyszerű alifás nejlonok szintézise során dolgozták ki, és számokkal írja le az egyes monomer egységek szénszámait, beleértve a karbonsav (ok) széntartalmát is. A ciklikus és aromás monomerek későbbi használata betűk vagy betűkészletek használatát igényelte. Egy szám után „PA” vagy „Nylon” azt jelzi, homopolimer , amely monadikus alapján, vagy egy aminosav (mínusz H 2 O), mint monomer:

PA 6 vagy Nylon 6: [NH− (CH 2 ) 5 -CO] n ε-kaprolaktámból készült.

Két szám vagy betűkészlet jelzi a két monomerből: egy diaminból és egy dikarbonsavból képződött diadikus homopolimert. Az első szám a diaminban lévő szénatomok számát jelzi. A két számot vesszővel kell elválasztani az egyértelműség kedvéért, de a vesszőt gyakran kihagyják.

PA vagy nejlon 6,10 (vagy 610): [NH- (CH 2 ) 6 -NH-CO- (CH 2 ) 8 -CO] n készült hexametilén és szebacinsav ;

Kopolimerek esetében a komonomereket vagy komonomerpárokat perjelek választják el egymástól:

PA 6/66: [NH− (CH 2 ) 6 -NH -CO− (CH 2 ) 4 -CO] n - [NH− (CH 2 ) 5 -CO] m kaprolaktámból, hexametilén -diaminból és adipinsavból;
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 hexametilén -diaminból, adipinsavból és sebacinsavból készül.

A poliftalamid (rövidítve PPA) kifejezést akkor használjuk, ha a polimerlánc ismétlődő egységének karbonsavrészének 60% -a vagy több mólja tereftálsav (TPA) és izoftálsav (IPA) kombinációjából áll .

A nejlon típusai

Nylon 66

Wallace Carothers a DuPontnál szabadalmaztatta a nylon 66 -ot amidok felhasználásával. Azoknál a nejlonoknál, amelyekben diamin és dikarbonsav reagál, nehéz pontosan meghatározni az arányokat, és az eltérések a kívánt 10 000 dalton ( u ) -nál kisebb molekulatömegű láncvégződéshez vezethetnek . Ennek a problémának a kiküszöbölésére kristályos , szilárd "nylon -só " alakítható szobahőmérsékleten , a sav és a bázis pontos 1: 1 arányának alkalmazásával , hogy semlegesítsék egymást. A sót kristályosítva tisztítjuk és a kívánt pontos sztöchiometriát kapjuk. 285 ° C -ra (545 ° F) melegítve a só vízzel reagálva nylon polimert képez.

Nylon 6

A szintézisút alkalmazásával laktámok (gyűrűs amidok) által kifejlesztett Paul Schlack a IG Farben , ami a nylon 6, vagy poli-kaprolaktám - által alkotott egy gyűrűnyitásos polimerizációval . A peptidkötés a kaprolaktámban megszakad, és mindkét oldalon a szabadon lévő aktív csoportok két új kötésbe épülnek be, amikor a monomer a polimer gerincének részévé válik.

A nejlon 6 olvadáspontja 220 ° C (428 ° F) alacsonyabb, mint a nylon 66 olvadáspontja (265 ° C) .

Nylon 510

A pentametilén -diaminból és a szebacinsavból készült Nylon 510 -et bevezették a Carothers szabadalomba a nylon 66 -hoz, és kiváló tulajdonságokkal rendelkezik, de drágább. Ennek a névadási rendnek megfelelően a "nylon 6,12" vagy "PA 612" egy 6C diamin és 12C diacid kopolimerje. Hasonlóan a PA 510 PA 611 esetében; PA 1012, stb. Más nejlonok közé tartoznak a kopolimerizált dikarbonsav/diamin termékek, amelyek nem a fent felsorolt ​​monomereken alapulnak. Például néhány teljesen aromás nejlon (" aramidok " néven ismert ) olyan savak hozzáadásával polimerizálódik, mint a tereftálsav (→ Kevlar , Twaron ) vagy az izoftálsav (→ Nomex ), amelyeket általában poliészterekkel társítanak. Vannak PA 66/6 kopolimerek; PA 66/6/12 kopolimerek; és mások. Általában a lineáris polimerek a leghasznosabbak, de lehetséges a nylonba ágak bevezetése a dikarbonsavak három vagy több aminocsoportot tartalmazó poliaminokkal történő kondenzációjával .

Az általános reakció a következő:

Kondenzációs polimerizáció diacid diamine.svg

Két molekula vizet kapnak ki, és a nylon képződik. Tulajdonságait a monomerek R és R 'csoportjai határozzák meg. A 6,6 -os nejlonban R = 4C és R '= 6C -alkán , de az egyiknek a két karboxil -szénatomot is tartalmaznia kell a diacidban, hogy megkapja a láncnak adományozott számot. A Kevlarban R és R 'egyaránt benzolgyűrűk .

Az ipari szintézist általában a savak, aminok vagy laktámok melegítésével végzik, hogy eltávolítsák a vizet, de a laboratóriumban a savtartalmú kloridok reagáltathatók diaminokkal. Például a határfelületi polimerizáció (" nylonkötél trükk ") népszerű demonstrációja a 66 -os nylon szintézise adipoil -kloridból és hexametilén -diaminból.

Nylon 1,6

A nylonokat dinitrilekből is szintetizálhatjuk savas katalízissel. Például, ez a módszer alkalmazható előállítására nylon 1,6 származó adiponitril , formaldehidet és vizet. Ezenkívül ezzel a módszerrel nylonokat is szintetizálhatnak diolokból és dinitrilekből.

Monomerek

A nylon monomereket különféle módszerekkel állítják elő, a legtöbb esetben nyersolajból, de néha biomasszából kiindulva. Az alábbiakban a jelenleg gyártásban lévőket ismertetjük.

Aminosavak és laktámok

Diacidok

Diaminok

Különféle diamin komponensek használhatók, amelyek különböző forrásokból származnak. A legtöbb petrolkémiai anyag , de bioalapú anyagokat is fejlesztenek.

  • Tetrametilén -diamin ( putrescine ): Nyersolaj → propilénakrilnitrilszukcinonitril → tetrametilén -diamin
  • Hexametilén -diamin (HMD): Nyersolaj → butadién → adiponitril → hexametilén -diamin
  • 1,9-diaminononán: Nyersolaj → butadién → 7-okten-1-al → 1,9-nonanedial → 1,9-diaminononane
  • 2-metil-pentametilén-diamin: a HMD-termelés mellékterméke
  • Trimetil -hexametilén -diamin (TMD): Nyersolaj → propilén → acetonizoforon → TMD
  • m-xililén-diamin (MXD): Nyersolaj → m-xilol → izoftálsav → izoftalonitril → m-xililén-diamin
  • 1,5-pentándiamin ( kadaverin ) (PMD): keményítő (pl. Manióka ) → glükózlizin → PMD.

Polimerek

A szintetizálható diaminok, kénsavak és aminosavak nagy száma miatt számos nylon polimert állítottak elő kísérletileg, és különböző mértékben jellemezték őket. Egy kisebb számot felnagyítottak és kereskedelmi forgalomba hoztak, ezeket az alábbiakban részletezzük.

Homopolimerek

Egy monomerből származó homopolimer nylonok

Monomer Polimer
Kaprolaktám 6
11-aminoundekánsav 11
ω-aminolaurinsav 12

Példák ezekre a kereskedelmi forgalomban kapható vagy kapható polimerekre

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

Homopolimer poliamidok, amelyek diaminok és diacidok (vagy savsav -származékok) párjából származnak. Az alábbi táblázatban olyan polimereket mutatunk be, amelyeket vagy kereskedelmi forgalomban homopolimerként vagy kopolimer részeként kínálnak vagy kínáltak.

Kereskedelmi homopolimer poliamidok
1,4-diaminobután 1,5-diaminopentán MPMD HMD MXD Nonanediamine Dekándiamin Dodecanediamine Bisz (para-amino-ciklohexil) -metán Trimetil -hexametilén -diamin
Adipinsav 46 D6 66 MXD6
Sebacinsav 410 510 610 1010
Dodekánsav 612 1212 PACM12
Tereftálsav 4T DT 6T 9T 10T 12T TMDT
Izoftálsav DI 6I

Példák ezekre a kereskedelmi forgalomban kapható vagy kapható polimerekre

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

Kopolimerek

Könnyen készíthetők keverékek a monomerekből vagy monomer -készletekből, amelyeket nylonok előállítására használnak kopolimerek előállításához. Ez csökkenti a kristályosságot, és így csökkentheti az olvadáspontot.

Az alábbiakban felsorolunk néhány kereskedelmi forgalomban kapható vagy kapható kopolimert:

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

Keverékek

A legtöbb nylon polimer elegyedik egymással, lehetővé téve számos keverék előállítását. A két polimer transzamidálással reagálhat egymással, és véletlenszerű kopolimereket képezhet.

Kristályosságuk szerint a poliamidok lehetnek:

  • félig kristályos :
    • nagy kristályosság: PA46 és PA66;
    • alacsony kristályosság: m-xililén-diaminból és adipinsavból készült PAMXD6;
  • amorf : PA6I hexametilén -diaminból és izoftálsavból.

E besorolás szerint például a PA66 egy alifás félkristályos homopoliamid.

Hidrolízis és lebomlás

Minden nylon hajlamos a hidrolízisre , különösen erős savak hatására , ami a fenti szintetikus reakció lényegében fordított reakciója. Az így megtámadott nejlon termékek molekulatömege leesik, és az érintett területeken gyorsan repedések keletkeznek. A nejlonok alsó tagjai (például a 6 -os nejlon) jobban érintettek, mint a magasabb elemek, például a 12 -es nejlon. Ez azt jelenti, hogy a nejlon alkatrészek nem használhatók például kénsavval érintkezve, például az ólom -sav akkumulátorokban használt elektrolit .

Formázáskor a nejlont meg kell szárítani, hogy megakadályozzák a hidrolízist az öntőgép csövében, mivel a magas hőmérsékletű víz is ronthatja a polimert. A reakció a következő típusú:

Amid hidrolízis.svg

Környezeti hatás, égetés és újrahasznosítás

Berners-Lee a szőnyegek gyártásakor a nylon átlagos üvegházhatású gázlábnyomát 5,43 kg CO 2 ekvivalens kilogrammonként számítja ki , ha Európában gyártják. Ez majdnem ugyanolyan szén -dioxid -kibocsátást eredményez, mint a gyapjú , de nagyobb tartóssággal és ezáltal alacsonyabb teljes szén -dioxid -kibocsátással.

A PlasticsEurope által közzétett adatok azt mutatják, hogy a nylon 66 esetében az üvegházhatású gázok lábnyoma 6,4 kg CO 2 ekvivalens/kg, és az energiafogyasztás 138 kJ/kg. A nejlon környezeti hatásainak mérlegelésekor fontos figyelembe venni a felhasználási szakaszt. Különösen akkor, ha az autók könnyűek, jelentős megtakarítás érhető el az üzemanyag -fogyasztásban és a CO 2 -kibocsátásban.

Különböző nejlonok tűzben lebomlanak, és veszélyes füstöt, valamint mérgező füstöket vagy hamut képeznek, amelyek jellemzően hidrogén -cianidot tartalmaznak . A nejlonok elégetése az előállításukhoz felhasznált nagy energia visszanyerése érdekében általában költséges, ezért a legtöbb nejlon lassan elbomlik, és eléri a szeméttelepet. A kidobott nejlonszövet 30–40 évet vesz igénybe. A kidobott halászfelszerelésekben, például halászhálókban használt nejlon hozzájárul az óceánban keletkező törmelékekhez. A nylon robusztus polimer, és jól használható az újrahasznosításhoz. A nejlongyanta nagy részét közvetlenül a fröccsöntő gép zárt hurkában újrahasznosítják, a csiga és a futóművek őrlésével, és az öntőgép által felhasznált szűz granulátumokkal való összekeverésével.

A nylon újrafeldolgozási folyamat költségei és nehézségei miatt kevés cég használja fel, míg a legtöbben inkább olcsóbb, újonnan készített műanyagokat használnak termékeikhez. Az amerikai ruházati vállalat, a Patagonia újrahasznosított nejlont tartalmazó termékekkel rendelkezik, és a 2010-es évek közepén befektetett a Bureo-ba, amely a nylon újrafeldolgozása a használt halászhálókból a napszemüvegben és gördeszkában. Az olasz Aquafil cég szintén bemutatta, hogy az óceánban elveszett halászhálókat ruházati cikkekké hasznosítja. A Vanden Recycling újrahasznosítja a nejlont és más poliamidokat (PA), és az Egyesült Királyságban, Ausztráliában, Hongkongban, az Egyesült Arab Emírségekben, Törökországban és Finnországban működik.

A nylon a legnépszerűbb szál típus a lakossági szőnyegiparban. Az amerikai EPA becslései szerint 2018-ban a szőnyegszálak 9,2% -át, a hátlapot és a párnázást újrahasznosították, 17,8% -át hulladék-energiával működő létesítményekben égették el , 73% -át pedig a hulladéklerakókba dobták . A világ legnagyobb szőnyeg- és szőnyeggyártó vállalatai közül néhány a „bölcsőtől a bölcsőig”-a nem szűz anyagok, köztük a történelmileg nem újrahasznosított anyagok újrafelhasználását-hirdeti az iparág útjaként.

Tömeges tulajdonságok

Fölött a olvadáspontokhoz , T m , hőre lágyuló műanyagok , mint a nylon vannak amorf szilárd anyagok vagy viszkózus folyadékok , amelyekben a láncok közelítő random tekercsek . Az alábbiakban a T m , amorf régiók váltakozással a régiókat, amelyek lamelláris kristályok . Az amorf régiók rugalmasságot, a kristályos régiók pedig erőt és merevséget biztosítanak. A sík- amid (-CO-NH-) csoportok nagyon polárisak , ezért a nejlon több hidrogénkötést képez a szomszédos szálak között. Mivel a nylon gerinc annyira szabályos és szimmetrikus, különösen, ha az összes amidkötés transz -konfigurációban van , a nejlonok gyakran magas kristályosságúak és kiváló szálakat készítenek. A kristályosság mennyisége a képződés részleteitől, valamint a nejlon típusától függ.

Hidrogénkötés nylon 6,6 -ban (mályva színben).

A Nylon 66 -on több párhuzamos szál is elhelyezkedhet a szomszédos peptidkötésekkel, pontosan 6 és 4 szén közötti koordinált elválasztásokon, jelentős hosszúságon keresztül, így a karbonil -oxigén- és amid -hidrogének sorba tudnak állni, hogy ismételten, megszakítás nélkül láncközi hidrogénkötéseket hozzanak létre (lásd a szemközti ábrát) ). A Nylon 510 5 és 8 szénatomból álló összehangolt futásokat tartalmazhat. Így a párhuzamos (de nem antiparallel) szálakat is részt vehetnek meghosszabbítható, töretlen, multi-lánc β-redőzött lap , egy erős és kemény szupermolekuláris szerkezete hasonló talált természetes selyem fibroin , és a β-keratint a toll . (A fehérjéknek csak egy aminosav α-szén elválasztó szekvenciális -CO-NH- csoportja van.) A 6-os nylon zavartalan H-kötésű lapokat képez , vegyes irányúak, de a β-lap ráncosodása némileg eltérő. Az egyes alkán- szénhidrogén-láncok háromdimenziós elrendezése az egyes kötésű szénatomok 109,47 ° -os tetraéderes kötése körüli forgástól függ .

Amikor extrudáljuk szálakká pórusokon keresztül egy olyan iparágban fonófej , az egyes polimer láncok általában align miatt viszkózus áramlás . Ha ezt követően hideg húzásnak vetik alá , a szálak tovább igazodnak, növelve kristályosságukat, és az anyag további szakítószilárdságot szerez . A gyakorlatban a nejlonszálakat leggyakrabban nagy sebességgel fűtött tekercsekkel húzzák.

Blokk nylon általában kevésbé kristályos, kivéve a felület közeiében miatt nyíró feszültségek kialakulása folyamán. A nylon tiszta és színtelen , vagy tejszerű, de könnyen festhető . A többszálas nylon zsinór és kötél csúszós, és hajlamos a feloldódásra. A végeket meg lehet olvasztani és összeolvasztani egy hőforrással, például lánggal vagy elektródával , hogy ezt megakadályozzák.

A nylon higroszkópos, és a környezeti páratartalom függvényében elnyeli vagy felszívja a nedvességet. A nedvességtartalom változásai számos hatással vannak a polimerre. Először is, a méretek megváltoznak, de ami még ennél is fontosabb, a nedvesség lágyítóként működik, csökkentve az üveg átmeneti hőmérsékletét ( T g ), és következésképpen a rugalmassági modulust a T g alatti hőmérsékleten

Száradva a poliamid jó elektromos szigetelő. A poliamid azonban higroszkópos . A víz felszívódása megváltoztatja az anyag egyes tulajdonságait, például elektromos ellenállását . A nylon kevésbé nedvszívó, mint a gyapjú vagy a pamut.

Jellemzők

A nylon 6,6 jellemző tulajdonságai a következők:

  • A redők és gyűrődések magasabb hőmérsékleten is hőre köthetők
  • Kompaktabb molekuláris szerkezet
  • Jobb időjárási tulajdonságok; jobb napfényállóság
  • Lágyabb "kéz"
  • Magas olvadáspont (256 ° C, 492,8 ° F)
  • Kiváló színtartóság
  • Kiváló kopásállóság

Másrészt a nylon 6 könnyen festhető, könnyebben elhalványul; nagyobb ütésállósággal, gyorsabb nedvszívódással, nagyobb rugalmassággal és rugalmas visszanyeréssel rendelkezik.

  • A csillogás variációja: a nejlon nagyon fényes, félig fényes vagy fénytelen.
  • Tartósság: nagy szilárdságú szálait biztonsági övekhez, gumiabroncskötélhez, ballisztikus ruhához és más célokra használják.
  • Nagy nyúlás
  • Kiváló kopásállóság
  • Rendkívül rugalmas (a nejlon szövetek hőre keményednek)
  • Megnyitotta az utat a könnyen tisztítható ruházat számára
  • Nagy ellenállás a rovarokkal, gombákkal, állatokkal, valamint a penészgomba, a penész, a rothadás és sok vegyszer ellen
  • Szőnyegekben és nejlonharisnyákban használják
  • Égés helyett olvad
  • Sok katonai alkalmazásban használják
  • fajlagos szilárdság
  • Átlátszó infravörös fény (−12 dB)

Tűzveszélyesség

A nylon ruházat kevésbé gyúlékony, mint a pamut és a műselyem, de a nejlonszálak megolvadhatnak és a bőrhöz tapadhatnak.

A nejlon felhasználása

A nylont 1938-ban használták először kereskedelmi célokra egy nejlon sörtéjű fogkefében , majd híresebben női harisnyában vagy " nejlonban ", amelyet az 1939-es New York-i világkiállításon mutattak be, és 1940-ben adtak el először kereskedelmi forgalomban. Használata drámaian megnőtt a második világháború alatt, amikor a szövetek iránti igény drámaian megnőtt.

Nylon szálak

Ezeket az elhasználódott nejlonharisnyákat újra feldolgozzák, és ejtőernyőket készítenek a hadsereg szórólapjai számára c. 1942
Emma Domb, Tudománytörténeti Intézet kék nylon szövetből készült golyós ruhája

Bill Pittendreigh , DuPont és más személyek és vállalatok szorgalmasan dolgoztak a második világháború első hónapjaiban, hogy megtalálják a módját, hogy az ázsiai selymet és a kendert ejtőernyőben nylonra cseréljék . Abroncsok , sátrak , kötelek , poncsók és egyéb katonai kellékek gyártására is használták . Ezt még egy kiváló minőségű papír gyártására is használták az amerikai valutára . A háború elején a felhasznált és gyártott szálak több mint 80% -át a gyapot tette ki , a többi pedig szinte a gyapjúszálakat . 1945 augusztusáig a gyártott szálak 25%-os piaci részesedést szereztek, a pamut rovására. A háború után a selyem és a nylon hiánya miatt a nylon ejtőernyős anyagokat néha ruhák készítésére használták fel.

A nylon 6 és 66 szálakat szőnyeggyártásban használják.

A nylon egyfajta szál, amelyet a gumiabroncsban használnak . Herman E. Schroeder úttörő szerepet játszott a nylon gumiabroncsokban történő alkalmazásában.

Formák és gyanták

A nylon gyantákat széles körben használják az autóiparban, különösen a motortérben.

A fröccsöntött nejlont hajfésűkben és mechanikus alkatrészekben, például gépcsavarokban , fogaskerekekben , tömítésekben és más, korábban fémbe öntött, alacsony és közepes igénybevételű alkatrészekben használják. A mérnöki minőségű nylon feldolgozása extrudálással , öntéssel és fröccsöntéssel történik . A 6,6 típusú nylon 101 a nejlon leggyakoribb kereskedelmi minősége, a 6 nylon pedig a formázott nejlon leggyakoribb kereskedelmi minősége. A szerszámokhoz, például porlasztókhoz használható nylon üveggel töltött változatokban kapható, amelyek növelik a szerkezeti és ütésállóságot és merevséget, és molibdén -diszulfiddal töltött változatok, amelyek növelik a kenést . A nylon használható mátrixanyagként kompozit anyagokban , megerősítő szálakkal, például üveggel vagy szénszállal; egy ilyen kompozit nagyobb sűrűségű, mint a tiszta nejlon. Az ilyen hőre lágyuló kompozitokat (25-30% üvegszál) gyakran használják a motor melletti autóalkatrészekben, például a szívócsonkokban, ahol az ilyen anyagok jó hőállósága lehetővé teszi őket a fémekkel szemben.

A nylonból készült a Remington Nylon 66 puska. A modern Glock pisztoly váza nylon kompozitból készült.

Élelmiszer csomagolás

A nylon gyantákat élelmiszer -csomagoló filmek alkotórészeként használják, ahol oxigéngátra van szükség. A nejlon alapú terpolimerek egy részét minden nap csomagolásban használják. A nejlont húscsomagoláshoz és kolbászhüvelyhez használták . A nejlon magas hőállósága miatt használható sütőtáskákhoz.

Szálak

A nejlonszálakat elsősorban kefékben, különösen fogkefékben és fűzővágókban használják . Monofilként is használják a horgászzsinórban . A 610 és 612 nylon a leggyakrabban használt szálak polimerei.

Különféle tulajdonságai miatt az adalékanyaggyártásban is nagyon hasznos anyag ; kifejezetten izzószálként a fogyasztói és professzionális minőségű olvasztott lerakódást modellező 3D nyomtatókban.

Más formák

Extrudált profilok

A nylon gyantákat rúdokba, csövekbe és lemezekbe extrudálhatjuk.

Porfestés

Nylon porokat használnak fémek bevonására. A nejlon 11 és a nejlon 12 a legszélesebb körben használt.

Hangszer húrok

A negyvenes évek közepén Andrés Segovia klasszikus gitáros megemlítette, hogy az Egyesült Államokban hiányoznak a jó gitárhúrok, különösen kedvenc Pirastro catgut húrai, számos külföldi diplomatának egy partin, köztük Lindeman tábornoknak, a brit nagykövetségnek. Egy hónappal később a tábornok ajándékozott Segoviának néhány nejlon húrt, amelyeket a DuPont család egyes tagjain keresztül szerzett. Segovia megállapította, hogy bár a húrok előállított tiszta hangzás, volt egy halvány fémes hangszín remélte lehetne küszöbölni.

A nylon húrokat először Olga Coelho próbálta ki a színpadon New Yorkban 1944 januárjában.

1946 -ban a Segovia -t és a vonósgyártót, Albert Augustine -t közös barátjuk, Vladimir Bobri, a Guitar Review szerkesztője mutatta be. Segovia érdeklődése és Augustine korábbi kísérletei alapján úgy döntöttek, hogy folytatják a nejlon húrok fejlesztését. Az ötlettel szkeptikus DuPont beleegyezett abba, hogy eljuttatja a nejlonhoz, ha Augustine igyekszik kifejleszteni és előállítani a valódi húrokat. Három év fejlesztés után Augustine bemutatott egy nejlon első húrt, amelynek minősége lenyűgözte a gitárosokat, köztük a Segovia -t, a DuPont mellett.

A seb húrok azonban problémásabbak voltak. Végül azonban, miután különböző típusú fémekkel kísérletezett, valamint simító és polírozó technikákat végzett, Augustine képes volt kiváló minőségű nejlon sebszálakat is előállítani.

Lásd még

Megjegyzések

Hivatkozások

További irodalom

Külső linkek