Nylon - Nylon

Nylon Nylon 6,6 Nylon 6,6 enhed
Massefylde 1,15 g / cm 3
Elektrisk ledningsevne (σ) 10 −12  S /m
Varmeledningsevne 0,25  W /(m · K )
Smeltepunkt 463–624 K
190–350 ° C
374–663 ° F

Nylon er en generisk betegnelse for en familie af syntetiske polymerer sammensat af polyamider ( gentagende enheder forbundet med amidforbindelser ). Nylon er en silke -lignende termoplastisk , generelt lavet af råolie , der kan være smelteforarbejdede til fibre, folier , eller former. Nylonpolymerer kan blandes med en lang række additiver for at opnå mange forskellige egenskabsvariationer. Nylonpolymerer har fundet betydelige kommercielle anvendelser inden for stof og fibre (beklædning, gulve og gummiforstærkning), i former (støbte dele til biler, elektrisk udstyr osv.) Og i film (for det meste til fødevareemballage).

Nylon var den første kommercielt succesrige syntetiske termoplastiske polymer. DuPont begyndte sit forskningsprojekt i 1927. Det første eksempel på nylon, ( nylon 66 ), blev syntetiseret ved hjælp af diamanter den 28. februar 1935 af Wallace Hume Carothers på DuPonts forskningsanlæg på DuPont Experimental Station . Som svar på Carothers 'arbejde udviklede Paul Schlack ved IG Farben nylon 6 , et andet molekyle baseret på caprolactam , den 29. januar 1938.

Nylon blev først brugt kommercielt i en nylonbørstet tandbørste i 1938, fulgt mere berømt i kvinders strømper eller "nyloner", som blev vist på New York World Fair i 1939 og først blev solgt kommercielt i 1940, hvorefter de blev en øjeblikkelig kommerciel succes med 64 millioner par solgt i løbet af deres første år på markedet. Under Anden Verdenskrig blev næsten al nylonproduktion omdirigeret til militæret til brug i faldskærme og faldskærmssnor . Krigstidens brug af nylon og anden plast øgede markedet for de nye materialer i høj grad.

Historie

DuPont og opfindelsen af ​​nylon

DuPont, grundlagt af Éleuthère Irénée du Pont , producerede først krudt og senere cellulosebaseret maling. Efter WWI producerede DuPont syntetisk ammoniak og andre kemikalier. DuPont begyndte at eksperimentere med udviklingen af ​​cellulosebaserede fibre og til sidst producerede syntetisk fiber rayon . DuPonts erfaring med rayon var en vigtig forløber for dets udvikling og markedsføring af nylon.

DuPonts opfindelse af nylon strakte sig over en periode på elleve år, lige fra det første forskningsprogram inden for polymerer i 1927 til dets offentliggørelse i 1938, kort før åbningen af verdensmessen i New York i 1939 . Projektet voksede fra en ny organisationsstruktur på DuPont, foreslået af Charles Stine i 1927, hvor den kemiske afdeling ville blive sammensat af flere små forskerhold, der ville fokusere på "banebrydende forskning" inden for kemi og ville "føre til praktiske anvendelser". Harvard -instruktør Wallace Hume Carothers blev ansat til at lede polymerforskningsgruppen. I første omgang fik han lov til at fokusere på ren forskning, bygge på og teste teorierne fra den tyske kemiker Hermann Staudinger . Han var meget succesrig, da han foretog forskning i høj grad forbedrede kendskabet til polymerer og bidrog til videnskab.

I foråret 1930 havde Carothers og hans team allerede syntetiseret to nye polymerer. Den ene var neopren , en syntetisk gummi, der blev meget brugt under Anden Verdenskrig. Den anden var en hvid elastisk, men stærk pasta, der senere skulle blive til nylon. Efter disse opdagelser blev Carothers 'team tvunget til at flytte sin forskning fra en mere ren forskningstilgang, der undersøgte generel polymerisation, til et mere praktisk fokuseret mål om at finde "en kemisk kombination, der egner sig til industrielle applikationer".

Det var først i begyndelsen af ​​1935, at der endelig blev fremstillet en polymer kaldet "polymer 6-6". Carothers 'kollega, Washington University alumnus Julian W. Hill havde brugt en koldtegningsmetode til fremstilling af en polyester i 1930. Denne kolde tegningsmetode blev senere brugt af Carothers i 1935 til fuldt udviklet nylon. Det første eksempel på nylon (nylon 6,6) blev produceret den 28. februar 1935 på DuPonts forskningsanlæg på DuPont Experimental Station. Det havde alle de ønskede egenskaber ved elasticitet og styrke. Det krævede imidlertid også en kompleks fremstillingsproces, der ville blive grundlaget for industriel produktion i fremtiden. DuPont opnåede patent på polymeren i september 1938 og opnåede hurtigt et monopol på fiberen. Carothers døde 16 måneder før annonceringen af ​​nylon, derfor kunne han aldrig se sin succes.

Produktionen af ​​nylon krævede tværdepartementalt samarbejde mellem tre afdelinger på DuPont: Institut for Kemisk Forskning, Ammoniakafdelingen og Institut for Rayon. Nogle af de vigtigste ingredienser i nylon skulle fremstilles ved hjælp af højtrykskemi , Ammoniakafdelingens vigtigste ekspertområde. Nylon blev betragtet som en "gave til Ammoniakafdelingen", som havde været i økonomiske vanskeligheder. Reaktanterne af nylon udgjorde snart halvdelen af ​​ammoniakafdelingens salg og hjalp dem med at komme ud af perioden med den store depression ved at skabe job og indtægter hos DuPont.

DuPonts nylonprojekt demonstrerede betydningen af kemiteknik i industrien, hjalp med at skabe arbejdspladser og fremmede udviklingen af ​​kemitekniske teknikker. Faktisk udviklede det et kemisk anlæg, der gav 1800 arbejdspladser og brugte datidens nyeste teknologier, som stadig bruges som model for kemiske anlæg i dag. Evnen til hurtigt at erhverve et stort antal kemikere og ingeniører var et stort bidrag til succesen med DuPonts nylonprojekt. Det første nylonfabrik var placeret i Seaford, Delaware, og begyndte kommerciel produktion den 15. december 1939. Den 26. oktober 1995 blev Seaford -anlægget udpeget som National Historic Chemical Landmark af American Chemical Society .

Tidlige marketingstrategier

En vigtig del af nylons popularitet stammer fra DuPonts marketingstrategi. DuPont promoverede fiberen for at øge efterspørgslen, før produktet var tilgængeligt for det generelle marked. Nylon kommercielle annoncering indtraf den 27. oktober, 1938 på det afsluttende møde i Herald Tribune ' s årlige 'Forum om aktuelle problemer', på stedet af den forestående New York verdens fair. Den "første menneskeskabte organiske tekstilfiber", der stammer fra "kul, vand og luft" og lovede at være "så stærk som stål, så fin som edderkoppespind", blev modtaget entusiastisk af publikum, mange af dem mellem- klassekvinder, og nåede overskrifterne på de fleste aviser. Nylon blev introduceret som en del af "Morgendagens verden" på New York World Fair i 1939 og blev præsenteret på DuPont's "Wonder World of Chemistry" på Golden Gate International Exposition i San Francisco i 1939. Faktiske nylonstrømper blev ikke sendt til udvalgte butikker på det nationale marked indtil den 15. maj 1940. Imidlertid blev et begrænset antal frigivet til salg i Delaware før det. Det første offentlige salg af nylonstrømper fandt sted den 24. oktober 1939 i Wilmington, Delaware. 4.000 par strømper var tilgængelige, som alle blev solgt inden for tre timer.

En anden ekstra bonus til kampagnen var, at det betød at reducere silkeimporten fra Japan, et argument, der vandt over mange forsigtige kunder. Nylon blev endda nævnt af præsident Roosevelts kabinet, der behandlede dets "store og interessante økonomiske muligheder" fem dage efter, at materialet formelt blev offentliggjort.

Den tidlige spænding over nylon forårsagede imidlertid også problemer. Det gav anledning til urimelige forventninger om, at nylon ville være bedre end silke, et mirakelstof så stærkt som stål, der ville vare evigt og aldrig køre. I erkendelse af faren for påstande som "New Strømpebukser, der holdes stærkt som stål" og "No More Runs", nedskalerede DuPont betingelserne i den oprindelige meddelelse, især dem, der angav, at nylon ville besidde stålets styrke.

Også DuPonts ledere, der markedsførte nylon som et revolutionerende menneskeskabt materiale, indså først ikke, at nogle forbrugere oplevede en følelse af uro og mistillid, endda frygt, over for syntetiske stoffer. En særlig skadelig nyhedshistorie, der tog udgangspunkt i DuPonts patent fra 1938 på den nye polymer, antydede, at en metode til fremstilling af nylon kan være at bruge cadaverin (pentamethylendiamin), et kemikalie ekstraheret fra lig. Selvom forskere hævdede, at kadaverin også blev ekstraheret ved opvarmning af kul, nægtede offentligheden ofte at lytte. En kvinde konfronterede en af ​​hovedforskerne på DuPont og nægtede at acceptere, at rygtet ikke var sandt.

DuPont ændrede sin kampagnestrategi og understregede, at nylon var fremstillet af "kul, luft og vand", og begyndte at fokusere på de personlige og æstetiske aspekter af nylon, snarere end dets iboende kvaliteter. Nylon blev således tæmmet, og opmærksomheden flyttede til materialets og forbrugeraspektet af fiberen med slogans som "Hvis det er nylon, er det smukkere, og åh! Hvor hurtigt det tørrer!".

Fremstilling af nylonstof

Nylonstrømper inspiceres i Malmø , Sverige , i 1954

Efter nylons landsdækkende udgivelse i 1940 blev produktionen øget. 1300 tons af stoffet blev produceret i løbet af 1940. I løbet af deres første år på markedet blev der solgt 64 millioner par nylonstrømper. I 1941 blev et andet anlæg åbnet i Martinsville, Virginia på grund af stoffets succes.

Nærbillede af det strikkede nylonstof, der bruges i strømper
Nylonfibre visualiseret ved hjælp af scanningselektronmikroskopi

Mens nylon blev markedsført som den holdbare og uforgængelige materiale af de mennesker, blev det solgt til næsten det dobbelte af prisen på silke strømper ($ 4,27 per pund af nylon versus $ 2,79 pr pund silke). Salget af nylonstrømper var delvist stærkt på grund af ændringer i kvinders mode. Som Lauren Olds forklarer: "i 1939 [hemlines] var dukket tilbage til knæet og lukkede årtiet, ligesom det startede". De kortere nederdele blev ledsaget af et krav om strømper, der tilbød fyldigere dækning uden brug af strømpebånd til at holde dem oppe.

Imidlertid blev nylonproduktionen fra den 11. februar 1942 omdirigeret fra at være et forbrugsmateriale til et, der blev brugt af militæret. DuPonts produktion af nylonstrømper og andet lingeri stoppede, og de fleste fremstillede nylon blev brugt til at lave faldskærme og telte til 2. verdenskrig . Selvom nylonstrømper allerede var lavet før krigen kunne købes, blev de generelt solgt på det sorte marked for så meget som $ 20.

Da krigen var slut, ventede nylons tilbagevenden med stor forventning. Selvom DuPont forventede en årlig produktion af 360 millioner par strømper, var der forsinkelser i at konvertere tilbage til forbruger snarere end krigstidsproduktion. I 1946 kunne efterspørgslen efter nylonstrømper ikke dækkes, hvilket førte til Nylon -optøjerne . I et tilfælde stod anslået 40.000 mennesker i kø i Pittsburgh for at købe 13.000 par nyloner. I mellemtiden skærede kvinder nylon telte og faldskærme tilbage fra krigen for at lave bluser og brudekjoler. Mellem krigens slutning og 1952 brugte produktion af strømper og lingeri 80% af verdens nylon. DuPont satte fokus på at imødekomme den civile efterspørgsel og udvidede løbende sin produktion.

Introduktion af nylonblandinger

Da ren nylonstrømper blev solgt på et bredere marked, blev problemer tydelige. Nylonstrømper viste sig at være skrøbelige, i den forstand at tråden ofte havde en tendens til at løsne sig på langs, hvilket skabte 'løb'. Folk rapporterede også, at rene nylontekstiler kunne være ubehagelige på grund af nylons manglende sugeevne. Fugt opholdt sig inde i stoffet nær huden under varme eller fugtige forhold i stedet for at være "ond" væk. Nylonstof kan også klø og have tendens til at klamre sig og undertiden gnistre som følge af statisk elektrisk ladning opbygget af friktion. Under visse betingelser kan strømper også nedbrydes og vende tilbage til nylons originale komponenter af luft, kul og vand. Forskere forklarede dette som følge af luftforurening og tilskriver det smog i London i 1952 samt dårlig luftkvalitet i New York og Los Angeles.

Løsningen fundet på problemer med rent nylonstof var at blande nylon med andre eksisterende fibre eller polymerer såsom bomuld , polyester og spandex . Dette førte til udviklingen af ​​en lang række blandede stoffer. De nye nylonblandinger bevarede de ønskelige egenskaber ved nylon (elasticitet, holdbarhed, evne til at blive farvet) og holdt tøjpriserne lave og overkommelige. Fra 1950 havde New York Quartermaster Procurement Agency (NYQMPA), der udviklede og testede tekstiler til hæren og flåden, forpligtet sig til at udvikle en uld-nylonblanding. De var ikke de eneste, der introducerede blandinger af både naturlige og syntetiske fibre. Amerikas Textile Reporter omtalte 1951 som "året for blanding af fibrene". Stofblandinger inkluderede blandinger som "Bunara" (uld-kanin-nylon) og "Casmet" (uld-nylon-pels). I Storbritannien i november 1951 fokuserede åbningstalen for 198. session i Royal Society for Encouragement of Arts, Manufactures and Commerce på blanding af tekstiler.

DuPont's stofudviklingsafdeling målrettede smart franske modedesignere og forsynede dem med stofprøver. I 1955 viste designere som Coco Chanel , Jean Patou og Christian Dior kjoler skabt med DuPont -fibre, og modefotograf Horst P. Horst blev ansat for at dokumentere deres brug af DuPont -stoffer. American Fabrics krediterede blandinger med at levere "kreative muligheder og nye ideer til mode, som man hidtil havde drømt om."

Navnets oprindelse

DuPont gennemgik en omfattende proces med at generere navne til sit nye produkt. I 1940 udtalte John W. Eckelberry fra DuPont, at bogstaverne "nyl" var vilkårlige, og "tændt" blev kopieret fra endelser af andre fibre, såsom bomuld og rayon . En senere udgivelse af DuPont ( Context , bind 7, nr. 2, 1978) forklarede, at navnet oprindeligt var beregnet til at være "No-Run" ("run", der betyder "unravel"), men blev ændret for at undgå at lave en sådan uberettiget krav. Da produkterne ikke rigtig var køresikre, blev vokalerne byttet til at producere "nuron", som blev ændret til "nilon" "for at få det til at lyde mindre som en nerve tonic". For klarhed i udtalen blev "i" ændret til "y".

Der findes en vedholdende bylegende om , at navnet stammer fra "New York" og "London"; dog var ingen organisation i London nogensinde involveret i forskning og produktion af nylon.

Popularitet på længere sigt

På trods af oliemangel i 1970'erne fortsatte forbruget af nylontekstiler med at vokse med 7,5% om året mellem 1960'erne og 1980'erne. Den samlede produktion af syntetiske fibre faldt imidlertid fra 63% af verdens tekstilproduktion i 1965 til 45% af verdens tekstilproduktion i begyndelsen af ​​1970'erne. Appellen til "nye" teknologier slog af, og nylonstof "gik af mode i 1970'erne". Forbrugerne blev også bekymrede over miljøomkostningerne i hele produktionscyklussen: fremskaffelse af råmaterialerne (olie), energiforbrug under produktionen, affald produceret under fremstilling af fiberen og eventuel bortskaffelse af materialer, der ikke var biologisk nedbrydelige. Syntetiske fibre har ikke domineret markedet siden 1950'erne og 1960'erne. Fra 2020 anslås den verdensomspændende produktion af nylon til 8,9 millioner tons. Som en af ​​de største ingeniørpolymerfamilier blev den globale efterspørgsel efter nylonharpikser og forbindelser vurderet til cirka 20,5 milliarder dollars i 2013. Markedet forventes at nå 30 milliarder dollars inden 2020 ved at følge en gennemsnitlig årlig vækst på 5,5%.

Selvom ren nylon har mange fejl og nu sjældent bruges, har dens derivater i høj grad påvirket og bidraget til samfundet. Fra videnskabelige opdagelser vedrørende produktion af plast og polymerisering, til økonomisk indvirkning under depressionen og ændringen af ​​kvinders mode, var nylon et revolutionerende produkt. Den Lunar Flag Assembly , den første flag plantet på månen i en symbolsk gestus af fest, var lavet af nylon. Selve flaget kostede $ 5,50, men skulle have en specialdesignet flagstang med en vandret stang, så det ser ud til at "flyve". En historiker beskriver nylon som "et objekt for begær" og sammenligner opfindelsen med Coca-Cola i forbrugerne fra det 20. århundrede.

Kemi

Ekstern video
videoikon "Making Nylon" , Bob Burk, CHEM 1000, Carleton University, Ottawa, Canada
videoikon "Fremstilling af nylon 6,6"
videoikon "Nylonproduktion" , Royal Society of Chemistry
videoikon "Nylon og Rayon Manufacture 1949" , Encyclopedia Britannica Films

Nyloner er kondensationspolymerer eller copolymerer , der dannes ved omsætning af difunktionelle monomerer indeholdende lige dele amin og carboxylsyre , således at amider er dannet ved begge ender af hver monomer i en proces analog med polypeptid- biopolymerer . De fleste nyloner fremstilles ved omsætning af en dicarboxylsyre med en diamin (f.eks. PA66) eller en lactam eller aminosyre med sig selv (f.eks. PA6). I det første tilfælde består "gentagelsesenheden" af en af ​​hver monomer, så de veksler i kæden, svarende til den såkaldte ABAB-struktur af polyestere og polyurethaner . Eftersom hver monomer i denne copolymer har den samme reaktive gruppe på begge ender, retningen af amidbinding tilbageslag mellem hver monomer i modsætning til fysiske polyamid proteiner , som har samlet retningsvirkning: C terminal  → N-terminalen . I det andet tilfælde (såkaldt AA) svarer den gentagne enhed til den enkelte monomer.

Nomenklatur

I almindelig brug bruges præfikset "PA" ( polyamid ) eller navnet "Nylon" i flæng og er ensbetydende med betydning.

Nomenklaturen, der blev brugt til nylonpolymerer, blev udtænkt under syntesen af ​​de første enkle alifatiske nyloner og bruger tal til at beskrive antallet af carbonatomer i hver monomerenhed, herunder carbon (er) i carboxylsyre (r). Efterfølgende brug af cykliske og aromatiske monomerer krævede brug af bogstaver eller sæt bogstaver. Et nummer efter "PA" eller "Nylon" angiver en homopolymer , som er monadisk eller baseret på en aminosyre (minus H 2 O) som monomer:

PA 6 eller nylon 6: [NH- (CH 2 ) 5 -CO] n fremstillet af ε-caprolactam.

To tal eller sæt bogstaver angiver en dyadisk homopolymer dannet af to monomerer: en diamin og en dicarboxylsyre. Det første tal angiver antallet af carbonatomer i diaminen. De to tal skal adskilles med et komma for at gøre det tydeligt, men kommaet udelades ofte.

PA eller Nylon 6,10 (eller 610): [NH- (CH 2 ) 6 −NH − CO− (CH 2 ) 8 −CO] n fremstillet af hexamethylendiamin og sebacinsyre ;

For copolymerer adskilles comonomerer eller par af comonomerer med skråstreger:

PA 6/66: [NH- (CH 2 ) 6 −NH − CO− (CH 2 ) 4 −CO] n - [NH− (CH 2 ) 5 −CO] m fremstillet af caprolactam, hexamethylendiamin og adipinsyre;
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 fremstillet af hexamethylendiamin, adipinsyre og sebacinsyre.

Udtrykket polyphthalamid (forkortet til PPA) bruges, når 60% eller flere mol af carboxylsyredelen af ​​den gentagne enhed i polymerkæden består af en kombination af tereftalsyre (TPA) og isophthalsyre (IPA).

Typer af nylon

Nylon 66

Wallace Carothers på DuPont patenterede nylon 66 ved hjælp af amider. I tilfælde af nyloner, der involverer reaktion af en diamin og en dicarboxylsyre, er det svært at få proportionerne nøjagtigt korrekte, og afvigelser kan føre til kædeafslutning ved molekylvægte mindre end en ønskelig 10.000 dalton ( u ). For at overvinde dette problem, et krystallinsk , fast stof "nylon salt kan" dannes ved stuetemperatur , ved anvendelse af en nøjagtig 1: 1 -forhold af syre og base, for at neutralisere hinanden. Saltet krystalliseres for at rense det og opnå den ønskede præcise støkiometri. Opvarmet til 285 ° C (545 ° F), reagerer saltet for at danne nylonpolymer med produktion af vand.

Nylon 6

Den syntetiske rute ved hjælp af lactamer (cykliske amider) blev udviklet af Paul Schlack ved IG Farben , hvilket førte til nylon 6 eller polycaprolactam -dannet ved en ringåbnende polymerisation . Peptidbindingen i caprolactam brydes, idet de udsatte aktive grupper på hver side inkorporeres i to nye bindinger, efterhånden som monomeren bliver en del af polymerskelettet.

Smeltepunktet på 428 ° F (220 ° C) for nylon 6 er lavere end smeltepunktet for nylon 66 ved 509 ° F (265 ° C) .

Nylon 510

Nylon 510, fremstillet af pentamethylendiamin og sebacinsyre, blev inkluderet i Carothers patent på nylon 66 og har overlegne egenskaber, men er dyrere at lave. I overensstemmelse med denne navngivningskonvention er "nylon 6,12" eller "PA 612" en copolymer af en 6C -diamin og en 12C -syre. Tilsvarende for PA 510 PA 611; PA 1012 osv. Andre nyloner indbefatter copolymeriserede dicarboxylsyre/diaminprodukter, der ikke er baseret på de ovenfor anførte monomerer. For eksempel polymeriseres nogle fuldt aromatiske nyloner (kendt som " aramider ") med tilsætning af disyrer som terephthalsyre (→ Kevlar , Twaron ) eller isophthalsyre (→ Nomex ), mere almindeligt forbundet med polyestere. Der er copolymerer af PA 66/6; copolymerer af PA 66/6/12; og andre. Generelt er lineære polymerer de mest nyttige, men det er muligt at indføre grene i nylon ved kondensation af dicarboxylsyrer med polyaminer med tre eller flere aminogrupper .

Den generelle reaktion er:

Kondenspolymerisation diacid diamine.svg

To molekyler vand afgives, og nylon dannes. Dens egenskaber bestemmes af R- og R' -grupperne i monomererne. I nylon 6,6, R = 4C og R'= 6C alkaner , men man skal også omfatte de to carboxylgrupper carbonatomer i disyren at få nummeret det donerer til kæden. I Kevlar er både R og R ' benzenringe .

Industriel syntese udføres sædvanligvis ved opvarmning af syrer, aminer eller lactamer for at fjerne vand, men i laboratoriet kan disyrechlorider omsættes med diaminer. For eksempel en populær demonstration af grænsefladepolymerisation (den " nylonreb trick ") er syntesen af nylon 66 fra adipoylchlorid og hexamethylendiamin.

Nylon 1,6

Nyloner kan også syntetiseres fra dinitriler ved hjælp af syrekatalyse. Denne metode kan f.eks. Anvendes til fremstilling af nylon 1,6 fra adiponitril , formaldehyd og vand. Derudover kan nyloner også syntetiseres fra dioler og dinitriler ved hjælp af denne metode.

Monomerer

Nylonmonomerer fremstilles på en række forskellige ruter, der i de fleste tilfælde starter fra råolie, men nogle gange fra biomasse. Dem i den nuværende produktion er beskrevet nedenfor.

Aminosyrer og laktamer

Disyrer

Diaminer

Der kan anvendes forskellige diaminkomponenter, som stammer fra en række forskellige kilder. De fleste er petrokemikalier , men biobaserede materialer udvikles også.

  • Tetramethylendiamin ( putrescin ): Råolie → propylenacrylonitrilsuccinonitril → tetramethylendiamin
  • Hexamethylendiamin (HMD): Råolie → butadien → adiponitril → hexamethylendiamin
  • 1,9-diaminononan: Råolie → butadien → 7-octen-1-al → 1,9-nonanedial → 1,9-diaminononan
  • 2-methylpentamethylendiamin: et biprodukt fra HMD-produktion
  • Trimethylhexamethylendiamin (TMD): Råolie → propylen → acetoneisophoron → TMD
  • m-xylylendiamin (MXD): Råolie → m-xylen → isoftalsyre → isophthalonitril → m-xylylendiamin
  • 1,5-pentandiamin ( cadaverin ) (PMD): stivelse (f.eks. Kassava ) → glucoselysin → PMD.

Polymerer

På grund af det store antal diaminer, disyrer og aminosyrer, der kan syntetiseres, er mange nylonpolymerer blevet fremstillet eksperimentelt og karakteriseret i varierende grad. Et mindre antal er blevet skaleret og tilbudt kommercielt, og disse er detaljeret nedenfor.

Homopolymerer

Homopolymernyloner afledt af en monomer

Monomer Polymer
Caprolactam 6
11-aminoundecansyre 11
ω-aminolaurinsyre 12

Eksempler på disse polymerer, der er eller var kommercielt tilgængelige

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

Homopolymerpolyamider afledt af par af diaminer og disyrer (eller disyrederivater). I nedenstående tabel er vist polymerer, der er eller er blevet tilbudt kommercielt enten som homopolymerer eller som en del af en copolymer.

Kommercielle homopolymerpolyamider
1,4-diaminobutan 1,5-diaminopentan MPMD HMD MXD Nonaniamin Decandiamin Dodecandiamin Bis (para-aminocyclohexyl) methan Trimethylhexamethylendiamin
Adipinsyre 46 D6 66 MXD6
Sebacinsyre 410 510 610 1010
Dodekanedsyre 612 1212 PACM12
Terephthalsyre 4T DT 6T 9T 10T 12T TMDT
Isophthalsyre DI 6I

Eksempler på disse polymerer, der er eller var kommercielt tilgængelige

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

Copolymerer

Det er let at lave blandinger af monomerer eller sæt monomerer, der bruges til at lave nyloner til fremstilling af copolymerer. Dette sænker krystalliniteten og kan derfor sænke smeltepunktet.

Nogle copolymerer, der har været eller er kommercielt tilgængelige, er angivet nedenfor:

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

Blandinger

De fleste nylonpolymerer er blandbare med hinanden, så der kan laves en række blandinger. De to polymerer kan reagere med hinanden ved transamidering for at danne tilfældige copolymerer.

Ifølge deres krystallinitet kan polyamider være:

  • semi- krystallinsk :
    • høj krystallinitet: PA46 og PA66;
    • lav krystallinitet: PAMXD6 fremstillet af m-xylylendiamin og adipinsyre;
  • amorf : PA6I fremstillet af hexamethylendiamin og isophthalsyre.

Ifølge denne klassifikation er PA66 for eksempel et alifatisk halvkrystallinsk homopolyamid.

Hydrolyse og nedbrydning

Alle nyloner er modtagelige for hydrolyse , især ved stærke syrer , en reaktion, der i det væsentlige er omvendt af den ovenfor viste syntetiske reaktion. Den molekylære vægt af nylon produkter således angrebne dråber, og revner dannes hurtigt ved de pågældende zoner. Nedre dele af nylonerne (f.eks. Nylon 6) påvirkes mere end højere dele såsom nylon 12. Det betyder, at nylondele ikke kan bruges i kontakt med svovlsyre , f.eks. Elektrolytten, der bruges i blysyrebatterier .

Ved støbning skal nylon tørres for at forhindre hydrolyse i støbemaskinens tønde, da vand ved høje temperaturer også kan nedbryde polymeren. Reaktionen er af typen:

Amid hydrolyse.svg

Miljøpåvirkning, forbrænding og genbrug

Berners-Lee beregner det gennemsnitlige drivhusgasaftryk af nylon i fremstilling af tæpper til 5,43 kg CO 2 -ækvivalent pr. Kg, når det produceres i Europa. Dette giver det næsten det samme kulstofaftryk som uld , men med større holdbarhed og derfor et lavere samlet kulstofaftryk.

Data udgivet af PlasticsEurope angiver for nylon 66 et drivhusgasaftryk på 6,4 kg CO 2 -ækvivalent pr. Kg og et energiforbrug på 138 kJ/kg. Når man overvejer nylons miljøpåvirkning, er det vigtigt at overveje anvendelsesfasen. Især når biler er lette, opnås betydelige besparelser i brændstofforbrug og CO 2 -emissioner.

Forskellige nyloner nedbrydes i brand og danner farlig røg og giftige dampe eller aske, der typisk indeholder hydrogencyanid . Forbrænding af nyloner for at genvinde den høje energi, der bruges til at skabe dem, er normalt dyr, så de fleste nyloner når skraldespildene og henfalder langsomt. Kasseret nylonstof tager 30-40 år at nedbryde. Nylon, der bruges i kasserede fiskeredskaber, såsom fiskenet, bidrager til affald i havet. Nylon er en robust polymer og egner sig godt til genbrug. Meget nylonharpiks genbruges direkte i en lukket sløjfe ved sprøjtestøbemaskinen ved at male graner og løber og blande dem med de jomfruelige granulater, der forbruges af støbemaskinen.

På grund af omkostningerne og vanskelighederne ved nylongenvindingsprocessen er det få virksomheder, der anvender den, mens de fleste foretrækker at bruge billigere, nyfremstillet plast til deres produkter i stedet. Det amerikanske tøjfirma Patagonia har produkter, der indeholder genanvendt nylon og i midten af ​​2010'erne investeret i Bureo, et firma, der genbruger nylon fra brugte fiskenet til brug i solbriller og skateboards. Det italienske firma Aquafil har også demonstreret genbrug af fiskenet tabt i havet til beklædning. Vanden Recycling genbruger nylon og andre polyamider (PA) og har aktiviteter i Storbritannien, Australien, Hong Kong, UAE, Tyrkiet og Finland.

Nylon er den mest populære fibertype i boligtæppebranchen i dag. Den amerikanske ØPA anslår, at 9,2% af tæppefibre, bagside og polstring blev genanvendt i 2018, 17,8% blev forbrændt i affald-til-energi- faciliteter, og 73% blev kasseret på lossepladser . Nogle af verdens største tæppe- og tæppevirksomheder promoverer “vugge til vugge”-genbrug af ikke-jomfruelige materialer, herunder materialer, der ikke er historisk genanvendt-som branchens vej fremad.

Bulk ejendomme

Over deres smeltetemperaturer , T m , er termoplast som nylon amorfe faststoffer eller viskøse væsker , hvor kæderne tilnærmer sig tilfældige spoler . Under T m , amorfe områder veksler med regioner, der er lamellære krystaller . De amorfe regioner bidrager med elasticitet, og de krystallinske områder bidrager med styrke og stivhed. De plane amid (-CO-NH-) grupper er meget polære , så nylon danner flere hydrogenbindinger mellem tilstødende tråde. Fordi nylon rygrad er så regelmæssig og symmetrisk, især hvis alle amidbindinger i trans -konfiguration , nyloner har ofte høj krystallinitet og gøre gode fibre. Mængden af ​​krystallinitet afhænger af dannelsesdetaljerne samt af typen nylon.

Hydrogenbinding i Nylon 6,6 (i lilla).

Nylon 66 kan have flere parallelle strenge på linie med deres tilstødende peptidbindinger ved koordinerede separationer af præcis 6 og 4 carbonatomer for betydelige længder, så de carbonylforbindelser oxygener og amid hydrogener kan line op til formular interkæde hydrogenbindinger gentagne gange, uden afbrydelse (se figuren modsat ). Nylon 510 kan have koordinerede kørsler på 5 og 8 carbonatomer. Således kan parallelle (men ikke antiparallelle) tråde deltage i forlængede, ubrudte, multi-kædede β-foldede plader , en stærk og sej supermolekylær struktur svarende til den, der findes i naturlig silkefibroin og β-keratinerne i fjer . (Proteiner har kun en aminosyre α-carbon, der adskiller sekventielle -CO-NH-grupper.) Nylon 6 danner uafbrudte H-bundne ark med blandede retningsbestemmelser, men β-arkets rynkning er noget anderledes. Den tredimensionelle disposition af hver alkan kulbrintekæde afhænger af rotationer omkring 109,47 ° tetraedriske bindinger af enkeltbundne carbonatomer.

Når ekstruderes til fibre gennem porer i en industri spindedyse , de individuelle polymerkæder har en tendens til align grund af viskos strømning . Hvis de udsættes for kulde tegning bagefter, fibrene tilpasse yderligere, øge deres krystallinitet, og materialet opnår ekstra trækstyrke . I praksis bliver nylonfibre oftest trukket ved hjælp af opvarmede ruller ved høje hastigheder.

Bloker nylon tendens til at være mindre krystallinsk, undtagen nær overfladerne på grund af forskydning spændinger under dannelse. Nylon er klar og farveløs eller mælkeagtig, men farves let . Multistanderet nylonsnor og reb er glat og har en tendens til at løsne sig. Enderne kan smeltes og smeltes sammen med en varmekilde, såsom en flamme eller elektrode for at forhindre dette.

Nyloner er hygroskopiske og absorberer eller desorberer fugt som en funktion af den omgivende luftfugtighed. Variationer i fugtindhold har flere virkninger på polymeren. For det første vil dimensionerne ændre sig, men endnu vigtigere fugt fungerer som et blødgøringsmiddel, sænke glasovergangstemperaturen ( T g ), og følgelig elasticitetsmodulet ved temperaturer under T g

Når det er tørt, er polyamid en god elektrisk isolator. Imidlertid er polyamid hygroskopisk . Optagelse af vand vil ændre nogle af materialets egenskaber, såsom dets elektriske modstand . Nylon er mindre absorberende end uld eller bomuld.

Egenskaber

De karakteristiske træk ved nylon 6,6 omfatter:

  • Læg og folder kan varmesættes ved højere temperaturer
  • Mere kompakt molekylær struktur
  • Bedre forvitringsegenskaber; bedre sollysbestandighed
  • Blødere "hånd"
  • Højt smeltepunkt (256 ° C, 492,8 ° F)
  • Overlegen farveægthed
  • Fremragende slidstyrke

På den anden side er nylon 6 let at farve, let falmer; den har en højere slagfasthed, en hurtigere fugtabsorbering, større elasticitet og elastisk genopretning.

  • Glansvariation: nylon har evnen til at være meget skinnende, halvglansfuld eller kedelig.
  • Holdbarhed: dens fibre med høj sejhed bruges til sikkerhedsseler, dæksnore, ballistisk klud og andre formål.
  • Høj forlængelse
  • Fremragende slidstyrke
  • Meget modstandsdygtig (nylonstof er varmesættende)
  • Banede vejen for letplejede beklædningsgenstande
  • Høj modstandsdygtighed over for insekter, svampe, dyr, samt skimmelsvampe, meldug, råd og mange kemikalier
  • Anvendes i tæpper og nylonstrømper
  • Smelter i stedet for at brænde
  • Anvendes i mange militære applikationer
  • God specifik styrke
  • Gennemsigtig til infrarødt lys (−12 dB)

Antændelighed

Nylontøj har en tendens til at være mindre brandfarlig end bomuld og rayon, men nylonfibre kan smelte og klæbe til huden.

Anvendelse af nylon

Nylon blev først brugt kommercielt i en nylonbørstet tandbørste i 1938, fulgt mere berømt i kvinders strømper eller " nyloner ", som blev vist på verdensudstillingen i New York i 1939 og først blev solgt kommercielt i 1940. Dens anvendelse steg dramatisk under Anden Verdenskrig, når behovet for stoffer steg dramatisk.

Nylonfibre

Disse slidte nylonstrømper genbehandles og laves til faldskærme til hærflyvere c. 1942
Blå kjole i nylonstof af Emma Domb, Science History Institute

Bill Pittendreigh , DuPont og andre individer og virksomheder arbejdede ihærdigt i løbet af de første måneder af Anden Verdenskrig for at finde en måde at erstatte asiatisk silke og hamp med nylon i faldskærme. Det blev også brugt til at lave dæk , telte , reb , ponchoer og andre militære forsyninger. Det blev endda brugt til fremstilling af et papir af høj kvalitet til amerikansk valuta . I begyndelsen af ​​krigen tegnede bomuld sig for mere end 80% af alle anvendte og fremstillede fibre , og uldfibre stod for næsten alt det andet. I august 1945 havde fremstillede fibre taget en markedsandel på 25%på bekostning af bomuld. Efter krigen, på grund af mangel på både silke og nylon, blev nylon faldskærmsmateriale undertiden genanvendt til at lave kjoler.

Nylon 6 og 66 fibre anvendes til fremstilling af tæpper .

Nylon er en slags fibre, der bruges i dækledning . Herman E. Schroeder var banebrydende for anvendelse af nylon i dæk.

Forme og harpikser

Nylonharpikser bruges meget i bilindustrien, især i motorrummet.

Formstøbt nylon bruges i hårkamme og mekaniske dele såsom maskinskruer , tandhjul , pakninger og andre komponenter med lav til medium belastning, der tidligere er støbt i metal. Engineering nylon forarbejdes ved ekstrudering , støbning og sprøjtestøbning . Type 6,6 Nylon 101 er den mest almindelige kommercielle kvalitet af nylon, og Nylon 6 er den mest almindelige kommercielle kvalitet af støbt nylon. Til brug i værktøjer som spudgers fås nylon i glasfyldte varianter, der øger struktur- og slagstyrke og stivhed, og molybdendisulfidfyldte varianter, der øger smøreevnen . Nylon kan bruges som matrixmateriale i kompositmaterialer med forstærkningsfibre som glas eller kulfiber; en sådan komposit har en højere densitet end ren nylon. Sådanne termoplastiske kompositter (25% til 30% glasfiber) bruges ofte i bilkomponenter ved siden af ​​motoren, såsom indsugningsmanifold, hvor den gode varmebestandighed af sådanne materialer gør dem mulige konkurrenter til metaller.

Nylon blev brugt til at lave bestanden af Remington Nylon 66 -riflen. Rammen til den moderne Glock -pistol er lavet af en nylonkomposit.

Mademballage

Nylonharpikser bruges som en komponent i mademballagefilm, hvor en oxygenbarriere er nødvendig. Nogle af terpolymererne baseret på nylon bruges hver dag i emballage. Nylon har været brugt til kød indpakning og pølse skeder. Den høje temperaturbestandighed af nylon gør den nyttig til ovnposer.

Filamenter

Nylonfilamenter bruges primært i børster, især tandbørster og snorstrimmere . De bruges også som monofilamenter i fiskesnøre . Nylon 610 og 612 er de mest anvendte polymerer til filamenter.

Dens forskellige egenskaber gør det også meget nyttigt som materiale i additiv fremstilling ; specifikt som et glødetråd i forbrugere og professionelle kvalitetssikrede deponeringsmodellerende 3D -printere.

Andre former

Ekstruderede profiler

Nylonharpikser kan ekstruderes i stænger, rør og ark.

Pulverlakering

Nylonpulvere bruges til pulverlakering af metaller. Nylon 11 og nylon 12 er de mest udbredte.

Instrumentstrenge

I midten af ​​1940'erne omtalte den klassiske guitarist Andrés Segovia manglen på gode guitarstrenge i USA, især hans yndlings Pirastro catgut- strenge, til en række udenlandske diplomater ved en fest, herunder general Lindeman fra den britiske ambassade. En måned senere forærede generalen Segovia nogle nylonstrenge, som han havde fået via nogle medlemmer af DuPont -familien. Segovia fandt ud af, at selvom strengene frembragte en klar lyd, havde de en svag metallisk klang, som han håbede kunne elimineres.

Nylonstrenge blev først prøvet på scenen af ​​Olga Coelho i New York i januar 1944.

I 1946 blev Segovia og strygemaskinen Albert Augustine introduceret af deres fælles ven Vladimir Bobri, redaktør af Guitar Review. På grundlag af Segovias interesse og Augustins tidligere eksperimenter besluttede de at fortsætte udviklingen af ​​nylonstrenge. DuPont, der var skeptisk over for ideen, gik med til at levere nylon, hvis Augustin ville forsøge at udvikle og producere de egentlige strenge. Efter tre års udvikling demonstrerede Augustine en nylon første streng, hvis kvalitet imponerede guitarister, herunder Segovia, foruden DuPont.

Sårstrenge var imidlertid mere problematiske. Til sidst, efter at have eksperimenteret med forskellige former for metal og udglatning og poleringsteknikker, var Augustin imidlertid også i stand til at producere højkvalitets nylon sårstrenge.

Se også

Noter

Referencer

Yderligere læsning

eksterne links