Hlavné priemyselné polyméry

polyamidy

Polyamid je polymér, ktorý obsahuje opakujúce sa amidové skupiny (R = CO = NH = R ') ako neoddeliteľné súčasti hlavného polymérneho reťazca. Syntetické polyamidy sa vyrábajú kondenzačnou reakciou medzi monomérmi, pri ktorej dochádza k väzbe molekúl prostredníctvom tvorby amidových skupín. Môžu byť vyrobené interakcií diamínu (zmes obsahujúca dva amino [NH ₂] skupiny - napr. hexametyléndiamín) a dikarboxylová kyselina (obsahujúca dve karboxylové skupiny [CO = OH] - napríklad kyselina adipová), alebo sa môžu tvoriť samokondenzáciou aminokyseliny alebo derivátu aminokyseliny. Najdôležitejšie amidové polyméry sú nylony, extrémne univerzálna trieda materiálu, ktorý je nevyhnutným vláknom a plastom. V tejto časti sú tiež opísané aramidy, „aromatické polyamidy“, ktoré obsahujú benzénové kruhy v častiach karboxylovej kyseliny.

nylon

V októbri 1938 spoločnosť DuPont oznámila vynález prvého úplne syntetického vlákna, ktoré sa kedy vyrobilo. Vzhľadom na obchodné meno Nylon (ktorý sa teraz stal generickým pojmom), materiál bol v skutočnosti polyhexametylénadipamid, známy tiež ako nylon 6,6 pre prítomnosť šiestich atómov uhlíka v každom z jeho dvoch monomérov. Komerčná výroba nového vlákna sa začala v roku 1939 v závode DuPont v Seaforde v USA, ktorý bol v roku 1995 americkou chemickou spoločnosťou označený za historický medzník. Čoskoro po uvedení vlákna DuPont na trh sa v Európe vyrobil nylon 6 (polykaprolaktám) založený na polymerizácii kaprolaktámu. Nylon 6 a nylon 6,6 majú takmer rovnakú štruktúru a podobné vlastnosti a stále sú najdôležitejšími polyamidovými vláknami na svete. Ich opakujúce sa jednotky majú nasledujúcu štruktúru:

Nylon 6,6 bol prvýkrát syntetizovaný v DuPont v roku 1935 Wallace Hume Carothers kondenzačnou reakciou kyseliny adipovej a 1,6-hexametyléndiamínu:

Ako vyvinuli Carothers, Julian Hill a spolupracovníci, výrobný proces zahŕňal použitie molekulárneho destilátu, ktorý umožnil polymerizáciu pokračovať takmer takmer do konca odstránením vody produkovanej pri kondenzačnej reakcii. Nylon prišiel na scénu práve včas, aby nahradil hodváb (prírodný polyamid), ktorého východoázijské zdroje boli prerušené cisárskym Japonskom. Dámske pančuchy vyrobené z nových vlákien boli vystavené na medzinárodnej výstave Golden Gate v San Franciscu a na svetovom veľtrhu v New Yorku v roku 1939. Budúci rok išli do predaja v celých Spojených štátoch a dotýkali sa nylonovej mánie, ktorá prežila zneužitie vlákno na vojenské účely počas druhej svetovej vojny a pokračovalo po vojne s takou intenzitou, že nylon prakticky založil priemysel syntetických vlákien. Vysoká pevnosť, elasticita, odolnosť proti oderu, odolnosť proti plesniam, lesk, schopnosť farbenia a schopnosť udržať tvar sú ideálne pre nespočetné aplikácie v odevoch, bytovom textile, automobiloch a strojoch. Ďalej extrudované a lisované plastové diely vyrobené z nylonu vykazovali vysoké teploty topenia, tuhosť, húževnatosť, pevnosť a chemickú inertnosť; našli okamžité použitie ako ozubené kolesá, olejové tesnenia, ložiská a obalové fólie odolné voči teplote.

Nylon je stále veľmi dôležitým vláknom a jeho trh od zavedenia výrazne vzrástol. Určitý podiel na trhu však prinesie vláknam polyetyléntereftalátu (pozri časť o polyesteroch), ktoré sú lacnejšie na výrobu a vykazujú mnoho vynikajúcich vlastností. V odevnom a bytovom textilnom priemysle je nylon dôležitým vláknom, najmä v pančuchovom priemysle, spodnom prádle, strečových tkaninách a športových odevoch, mäkkej batožine, čalúnení nábytku a kobercoch. (Na koberce sa nylonové vlákno vyrába vo vláknach s veľkým priemerom.) Priemyselné použitie nylonového vlákna zahŕňa automobilové a nákladné pneumatiky, laná, bezpečnostné pásy, padáky, substráty pre poťahované textílie, ako sú umelé kože, požiarne a záhradné hadice, netkané textílie pre kobercové podložky a odevy na jedno použitie pre zdravotníctvo. Ako plasty si nylony stále nachádzajú uplatnenie ako technické plasty - napríklad v ložiskách, kladkách, ozubených kolesách, zipsoch a lopatkách ventilátora pre automobily.

Na rozdiel od umelého hodvábu a acetátu sú nylonové vlákna zvlákňované z taveniny - proces opísaný v syntetickom vlákne vyrobenom z tohto výrobku. Medzi ďalšie polyamidy komerčného významu patria nylony 4,6; 6,10; 6,12; a 12,12 - každý pripravený z diamínov a dikarboxylových kyselín; nylon 11, pripravený polymerizáciou krok rastu z aminokyseliny H ₂ N (CH ₂) ₁₀ COOH; a nylon 12 vyrobený polymerizáciou cyklického amidu s otvorením kruhu.

aramid

Po úspechu nylonov boli aramidy (aromatické nylony) pripravené kondenzáciou diamínu a kyseliny tereftalovej, karboxylovej kyseliny, ktorá vo svojich molekulách obsahuje hexagonálny benzénový kruh. Tesné balenie reťazcov aromatických polymérov vytvorilo silné, tuhé, tuhé vlákno s vysokou teplotou topenia pre radiálne pneumatiky, tkaniny odolné voči teplu alebo ohňu, nepriestrelný odev a kompozitné materiály vystužené vláknami. DuPont začal vyrábať Nomex (jeho ochranná známka pre poly-meta-fenylénizoftalamid) v roku 1961 a Kevlar (obchodný názov pre poly-para-fenyléntereftalamid) v roku 1971. Tieto dve zlúčeniny sa vyznačujú štruktúrou svojich polymérnych reťazcov, obsahujúcich Kevlar. para-orientované fenylové kruhy a Nomex obsahujúce meta-orientované kruhy:

Nomex a podobné aramidy, ktoré predávajú iné spoločnosti, sa zvyčajne odstrekujú za sucha z roztoku, v ktorom je polymér pripravený. Polymér používaný pre Kevlar a príbuzné zlúčeniny, na druhej strane, je spriadaný za mokra z horúceho roztoku koncentrovanej kyseliny sírovej s vysokým obsahom pevných látok. Vďaka tyčovitej štruktúre para-orientovaných aramidov sa získa roztok „kvapalne kryštalický“, ktorý preorientuje molekuly ešte pred tým, ako sú odstredené, čo vedie k zvlákňovaným vláknam s ultravysokou pevnosťou a ultravysokou tuhosťou. Kevlar, ktorý je päťkrát silnejší ako oceľ a ktorý je najlepšie známy pre jeho použitie v nepriestrelných vestách, bol vyvinutý spoločnosťou DuPont Stephanie Kwolek, Herbert Blades a Paul W. Morgan. V roku 1978 Kwolek tiež vyrobil z aramidov prvé polymérne tekuté kryštály.

Aramidy sa nevyrábajú vo veľkom objeme ako komoditné vlákna, ako napríklad nylon a polyester, ale z dôvodu ich vysokej jednotkovej ceny predstavujú veľký podnik. Konečné použitie aramidov v domácnosti je málo (vlákna typu Nomex sa vyrábajú v poťahoch na žehliace dosky), ale priemyselné využitie sa zvyšuje (najmä v prípade aramidov triedy Kevlar), keďže sa dizajnéri produktov učia, ako využívať vlastnosti, ktoré ponúka tieto neobvyklé materiály.

Okrem vyššie uvedených nepriestrelných vest sú Kevlar a jeho konkurenti zamestnávaní v pásoch pre radiálne pneumatiky, káble, vystužené kompozity pre palubné dosky lietadiel a lodné trupy, ohňovzdorné odevy (najmä v zmesiach s Nomexom), športové vybavenie, ako je golfový klub hriadele a ľahké bicykle a ako náhrada za azbest v spojkách a brzdách. Vlákna typu Nomex sa vyrábajú do filtračných vakov na horúce komíny; odevy pre lisy, ktoré nanášajú tkaniny na permanentné lisovanie; sušiace pásy pre výrobcov papiera; izolačný papier a pletivo pre elektrické motory; ohňovzdorný ochranný odev pre hasičov, vojenských pilotov a vodičov automobilov; a klinové remene a hadice.