Millest on tehtud polüamiidi lõng?

Polüamiidi lõng, moodsa tekstiili ja tööstusliku materjali maastiku nurgakivi, on olnud selle loomisest alates revolutsiooniline avastus. Polüamiidlõngad on oma tugevuse, vastupidavuse ja mitmekülgsuse tõttu laialt tunnustatud rakendused kõiges alates kõrgest jõudlusega spordirõivast kuni raskete tööstuslike köitede ja meditsiiniseadmeteni. Selle omaduste ja potentsiaali täielikuks hindamiseks on oluline mõista selle koostist ja toorainet, mis selle tootmisele lähevad.

Naftakeemia päritolu

Ehitusplokid naftast

Polüamiidõngon peamiselt tuletatud naftakeemiatoodetest. Polüamiidi sünteesis kasutatavate monomeeride põhiallikana on süsivesinike keeruline segu. Nafta rafineerimisprotsess jaguneb pika ahela süsivesinike väiksemateks, paremini hallatavateks komponentideks. Nende hulgas on polüamiidi tootmisel eriti olulised teatud ühendid nagu benseen, tolueen ja ksüleeni.

Näiteks benseen on peamine lähtematerjal. Keemiliste reaktsioonide seeria kaudu saab benseeni muuta tsükloheksaaniks. See muundamine saavutatakse sageli hüdrogeenimisprotsessi abil, kus katalüsaatori juuresolekul lisatakse benseenile vesinikgaasi. Seejärel töödeldakse saadud tsükloheksaani adipiinhappe saamiseks, mis on üks polüamiidi 6,6 olulistest monomeeridest.

Monomeeride tootmine

Adipiinhappe tootmine

Adipiinhapet toodetakse suures mahus tsükloheksaani oksüdeerimise kaudu. Tüüpilises tööstusprotsessis oksükloheksaan oksüdeeritakse kõigepealt õhuga katalüsaatori juuresolekul, tavaliselt koobaltipõhise katalüsaatori juures. Selle oksüdatsioonireaktsiooni tulemuseks on tsükloheksanooli ja tsükloheksanooni moodustumine, mis seejärel oksüdeeritakse veelgi adipiinhappeks. Reaktsiooni saab esitada järgmiselt:

Adipiinhappe tootmine nõuab kõrge saagikuse ja puhtuse saavutamiseks hoolikat kontrolli reaktsioonitingimuste, sealhulgas temperatuuri, rõhku ja reagentide suhet.

Diamiinide tootmine

Polüamiidi 6,6 puhul on teine ​​oluline monomeer heksametüleendiamiin. See diamiin toodetakse tavaliselt adiponitrilist, mida saab sünteesida butadieenist, teisest naftakeemilisest tuletisest. Butadieen reageerib vesiniktsüaniidiga protsessis, mida tuntakse hüdrotsüanatsioonina, moodustades adiponitriili. Seejärel hüdrogeenitakse adiponitriil heksametüleendiamiini saamiseks. Keemilised reaktsioonid on järgmised:

Järgmises tabelis on kokku võetud peamised naftakeemilised - tuletatud monomeerid ja nende tootmisviisid polüamiidi jaoks 6,6:

Monomeer	Alustades naftakeemilist	Põhitootmisetapid
Adipiinhape	Benseen (tsükloheksaani kaudu)	Tsükloheksaani oksüdeerimine tsükloheksanooliks\/tsükloheksanooniks, millele järgneb edasine oksüdeerimine adipiinhappeks
Heksametüleendiamiin	Butadieen (Adiponitrili kaudu)	Butadieeni hüdrotsüanatsioon adiponitriiliga, seejärel adiponitriili hüdrogeenimine

 

 

Polüamiid 6 - erinev monomeeri allikas

Kapralaktam kui monomeer

Polüamiidil 6 on erinev monomeeri allikas võrreldes polüamiidiga 6,6. See on toodetud kaprolaktaamist. Karolaktaami saab sünteesida tsükloheksanoonist, mis, nagu varem mainitud, on vahepealne adipiinhappe tootmisel. Tsükloheksanoon teisendatakse kõigepealt tsükloheksanooni oksiigiks reaktsiooni kaudu hüdroksüülamiiniga. Seejärel läbib tsükloheksanooni oksiimi ümberkorralduse, mida tuntakse Beckmanni ümberkorralduseks, happekatalüsaatori juuresolekul kaprolaktaami moodustamiseks. Keemilised reaktsioonid on järgmised:

Kui kaprolaktaam on saadud, saab selle polümeriseerida polüamiidi moodustamiseks. Polümerisatsiooniprotsess hõlmab laktaamirõnga avamist ja pika ahela polümeeride moodustamist. Seda saab saavutada rõngaga - avamispolümerisatsioonireaktsiooni kaudu, mida tavaliselt teostatakse kõrgendatud temperatuuril katalüsaatori juuresolekul.

Võrdlus polüamiidiga 6,6

Järgmises tabelis võrreldakse polüamiidi 6 ja polüamiidi 6,6 monomeeriallikaid ja mõnda põhiomadust:

Polüamiiditüüp	Monomeeri allikas	Üldomadused
Polüamiid 6	Kaprolaktaam	Hea kulumiskindlus, kõrge elastsus, suhteliselt kiire niiskuse imendumine
Polüamiid 6,6	Adipiinhape ja heksametüleendiamiin	Kõrgem sulamistemperatuur, mõnel juhul parem keemiline vastupidavus, suurepärane tõmbetugevus

 

Lisandid ja nende roll polüamiidi lõnga koostises

Stabilisaatorid

Polüamiidi lõnga stabiilsuse parandamiseks töötlemise ajal ja selle lõpus kasutage rakendusi, lisatakse mitmesuguseid stabilisaatoreid. Polüamiidpolümeeri lagunemise vältimiseks kõrge temperatuuri töötlemise ajal kasutatakse soojusstabilisaatoreid, näiteks teatud metallisoolasid ja antioksüdante. Polüamiidi lõnga kaitsmiseks päikesevalguse kahjulike mõjude eest lisatakse ultraviolettkiirguse (UV) stabilisaatorite. UV -kiirgus võib põhjustada polümeeris ahela käärimist, mis põhjustab mehaaniliste omaduste vähenemist. UV -stabilisaatorite lisamisega suudab lõng välitingimustega kokkupuutel säilitada oma terviklikkuse.

Määrdeained

Polüamiidi lõnga tootmisprotsessis mängivad määrdeained üliolulist rolli. Ketruse ajal peab polümeeri sula voolama sujuvalt läbi vurrettide. Määrded vähendavad polümeeri ja ketrami seinte vahelist hõõrdumist, tagades lõnga ühtlase ja ühtlase ekstrusiooni. Lisaks võivad määrdeained parandada lõnga pinna sujuvust, mis on kasulik edasiseks töötlemisetappiks nagu kudumine või kudumine. Polüamiidi lõnga tootmisel kasutatavad tavalised määrdeained hõlmavad rasvhapete estreid ja vahasid.

Pigmendid ja värvained

Värviliste polüamiidlõngade jaoks on lisatud pigmendid või värvained. Pigmendid on lahutamatud värvused, mis on hajutatud polümeermaatriksis. Need pakuvad suurepärast värvikindlust ja neid kasutatakse sageli rakenduste jaoks, kus on vaja vastupidavust, näiteks välistingimustes tekstiilides. Seevastu värvained lahustuvad polümeeris või lahustis ja võivad tungida kiu struktuuri. Neid kasutatakse tavaliselt tekstiilrakendustes erksate ja ühtlaste värvide tootmiseks. Valik pigmentide ja värvainete vahel sõltub sellistest teguritest nagu soovitud värvi intensiivsus, värvikindluse nõuded ja polüamiidi lõnga töötlemismeetod.

Leegi aeglustujad

Rakendustes, kus tulekahju ohutus on mure, näiteks tööstusriiete ja kodusisustuse korral lisatakse polüamiidi lõnga leegi aeglustujad. Leegi aeglustujad töötavad polümeeri põlemisprotsessi segamisega. Nad võivad toimida mitmel viisil, näiteks moodustades lõnga pinnale kaitsekivi, vabastades mitte tuleohtlikud gaasid, et lahjendada hapnikku põleva materjali ümber või pärssides põlemise ajal esinevaid vabasid radikaalseid reaktsioone. Polüamiidlõngades kasutatud levinud leegi aeglustajad hõlmavad halogeenipõhiseid ühendeid, fosforipõhiseid ühendeid ja metallhüdroksides. Keskkonna- ja terviseprobleemide tõttu, mis on seotud mõne halogeenipõhise leegi aeglustumisega, on aga kasvav suundumus kasutada keskkonnasõbralikumaid alternatiive, näiteks fosfori - lämmastikupõhiseid leegi aeglustusi.

 

Ringlussevõtu ja jätkusuutlikud allikad

Polüamiidi lõnga ringlussevõtt

Üha enam keskendudes jätkusuutlikkusele on polüamiidi lõnga ringlussevõtt saavutanud olulise tähtsuse. Post - tarbija polüamiiditooted, näiteks kasutatud rõivad ja tööstusjäätmed, saab taaskasutada, et saada uusi polüamiidlõnga. Taaskasutamisprotsess hõlmab tavaliselt mehaanilisi ja keemilisi meetodeid. Mehaanilise ringlussevõtu korral hakitatakse, puhastatakse ja sulatatakse polüamiiditooted, moodustades graanuleid, mida saab lõngaks uuesti väljapressida. Keemiline ringlussevõtt seevastu hõlmab polüamiidpolümeeri lagunemist monomeerideks või oligomeerideks selliste protsesside kaudu nagu hüdrolüüs või aminolüüs. Neid monomeerisid saab seejärel puhastada ja kasutada uue polüamiidi sünteesimiseks.

Jätkusuutlikud lähteained

Lisaks ringlussevõtule tehakse jõupingutusi polüamiidi lõnga tootmiseks jätkusuutlike lähteainete väljatöötamiseks. Üks lähenemisviis on biopõhiste monomeeride kasutamine. Näiteks on käimas teadus- ja arendustegevuse jõupingutusi taastuvatest ressurssidest, näiteks biomassist, toota adipiinhapet. Mõned ettevõtted uurivad mikroorganismide kasutamist taimedest saadud suhkrute kääritamiseks adipiinhappeks. Sarnaselt on katse toota diamiini biopõhistest allikatest. Jätkusuutlike lähteainete abil saab polüamiidi lõnga tootmise keskkonnamõju märkimisväärselt vähendada, muutes selle pikas perspektiivis ökosõbralikumaks.

 

Järeldus

Polüamiidlõngad on valmistatud naftakeemiliste monomeeride, lisandite ja mõnel juhul ringlussevõetud materjalide või jätkusuutlike lähteainete kombinatsioonist. Komplekssed sünteesiprotsessid, alates nafta rafineerimisest kuni konkreetsete monomeeride tootmiseni ja erinevate lisandite lisamiseni, põhjustavad mitmekülgset materjali, millel on lai valik omadusi. Polüamiidlõnga koostise mõistmine ei ole tootjate jaoks oluline mitte ainult tootmisprotsesside ja toote jõudluse optimeerimiseks, vaid ka tarbijatele ja tööstusharudele, et teha teadlikke otsuseid selle kasutamise kohta. Kuna tööstus areneb jätkuvalt jätkusuutlikumate tavade poole, mängib uute monomeeride allikate ja ringlussevõtutehnoloogiate väljatöötamine polüamiidi lõnga tootmise tulevikus üha olulisemat rolli.