naylon - Nylon

Naylon naylon 6,6 Naylon 6,6 birim
Yoğunluk 1.15 g / cc 3.
Elektriksel iletkenlik (σ) 10 −12  S /m
Termal iletkenlik 0,25  W /(m· K )
Erime noktası 463–624 K
190–350 ° C
374–663 ° F

Naylon , poliamidlerden ( amid bağları ile bağlanan tekrarlayan birimler) oluşan bir sentetik polimer ailesi için genel bir isimdir . Naylon , genellikle petrolden yapılan ve eritilerek elyaf, film veya şekillere dönüştürülebilen ipek benzeri bir termoplastiktir . Naylon polimerler, birçok farklı özellik varyasyonu elde etmek için çok çeşitli katkı maddeleri ile karıştırılabilir. Naylon polimerler, kumaş ve elyaflarda (giyim, döşeme ve kauçuk takviye), şekillerde (arabalar için kalıplanmış parçalar, elektrikli ekipman vb.) ve filmlerde (çoğunlukla gıda ambalajları için) önemli ticari uygulamalar bulmuştur .

Naylon, ticari olarak başarılı ilk sentetik termoplastik polimerdi. DuPont araştırma projesine 1927'de başladı. Naylon ilk örneği ( naylon 66 ), 28 Şubat 1935'te Wallace Hume Carothers tarafından DuPont'un DuPont Deney İstasyonundaki araştırma tesisinde diaminler kullanılarak sentezlendi . Carothers'ın çalışmasına yanıt olarak , IG Farben'deki Paul Schlack , 29 Ocak 1938'de kaprolaktam bazlı farklı bir molekül olan naylon 6'yı geliştirdi .

Naylon ilk olarak 1938'de naylon kıllı bir diş fırçasında ticari olarak kullanıldı , ardından 1939 New York Dünya Fuarı'nda gösterilen ve ilk olarak 1940'ta ticari olarak satılan kadın çorapları veya "naylonlar"da daha ünlü oldu ve bunun üzerine 64 ile anında ticari bir başarı elde etti. Piyasadaki ilk yıllarında milyon çift satıldı. Dünya Savaşı sırasında, neredeyse tüm naylon üretimi, paraşüt ve paraşüt kordonunda kullanılmak üzere orduya yönlendirildi . Naylon ve diğer plastiklerin savaş zamanı kullanımları , yeni malzemeler için pazarı büyük ölçüde artırdı.

Tarih

DuPont ve Naylon'un icadı

Éleuthère Irénée du Pont tarafından kurulan DuPont, önce barut ve daha sonra selüloz bazlı boyalar üretti. Birinci Dünya Savaşı'nın ardından DuPont, sentetik amonyak ve diğer kimyasalları üretti . DuPont, selüloz bazlı elyafların geliştirilmesiyle ilgili deneylere başladı ve sonunda sentetik elyaf suni ipek üretti . DuPont'un suni ipekle ilgili deneyimi, naylonun geliştirilmesi ve pazarlanmasında önemli bir öncüydü.

DuPont'un naylon icadı, 1927'de polimerler üzerine ilk araştırma programından, 1939 New York Dünya Fuarı'nın açılışından kısa bir süre önce, 1938'de duyurulmasına kadar uzanan on bir yıllık bir dönemi kapsıyordu . Proje, DuPont'ta 1927'de Charles Stine tarafından önerilen ve kimya bölümünün kimyada "öncü araştırmalara" odaklanacak ve "pratik uygulamalara yol açacak" birkaç küçük araştırma ekibinden oluşacağı yeni bir organizasyon yapısından doğdu . Harvard eğitmeni Wallace Hume Carothers, polimer araştırma grubunu yönetmek için işe alındı. Başlangıçta, Alman kimyager Hermann Staudinger'in teorilerini temel alarak ve test ederek saf araştırmaya odaklanmasına izin verildi . Çok başarılıydı, üstlendiği araştırmalar polimerlerin bilgisini büyük ölçüde geliştirdi ve bilime katkıda bulundu.

1930 baharında, Carothers ve ekibi iki yeni polimer sentezlemişti. Biri, İkinci Dünya Savaşı sırasında büyük ölçüde kullanılan sentetik bir kauçuk olan neoprendi . Diğeri ise daha sonra naylona dönüşecek beyaz elastik ama güçlü bir macundu. Bu keşiflerden sonra, Carothers'ın ekibi, araştırmasını genel polimerizasyonu araştıran daha saf bir araştırma yaklaşımından "kendini endüstriyel uygulamalara uygun hale getirecek tek bir kimyasal kombinasyon" bulmaya yönelik daha pratik odaklı bir hedefe kaydırmaya zorladı.

1935'in başına kadar "polimer 6-6" adı verilen bir polimer nihayet üretilemedi. Carothers' arkadaşı, Washington Üniversitesi mezunu Julian W. Tepesi bir kullanmıştı soğuk çekme bir üretme yöntemi polyester 1930 yılında daha sonra tamamen naylon geliştirmek için 1935 yılında Carothers'in tarafından kullanılan yöntemi çizim Bu soğuk. İlk naylon örneği (naylon 6,6) 28 Şubat 1935'te DuPont'un DuPont Deney İstasyonundaki araştırma tesisinde üretildi. İstenilen tüm esneklik ve mukavemet özelliklerine sahipti. Bununla birlikte, gelecekte endüstriyel üretimin temeli olacak karmaşık bir üretim sürecini de gerektiriyordu. DuPont, Eylül 1938'de polimer için bir patent aldı ve hızla fiber tekelini elde etti. Carothers, naylonun duyurulmasından 16 ay önce öldü, bu nedenle başarısını asla göremedi.

Naylon üretimi, DuPont'taki üç departman arasında departmanlar arası işbirliğini gerektiriyordu: Kimyasal Araştırma Departmanı, Amonyak Departmanı ve Rayon Departmanı. Naylondaki bazı temel bileşenlerin , Amonyak Departmanının ana uzmanlık alanı olan yüksek basınç kimyası kullanılarak üretilmesi gerekiyordu . Naylon, mali zorluklar içinde olan “Amonyak Departmanı için bir nimet” olarak kabul edildi. Naylon reaktanları kısa sürede Amonyak departmanının satışlarının yarısını oluşturdu ve DuPont'ta istihdam ve gelir yaratarak Büyük Buhran döneminden çıkmalarına yardımcı oldu .

DuPont'un naylon projesi, kimya mühendisliğinin endüstrideki önemini gösterdi, istihdam yaratılmasına yardımcı oldu ve kimya mühendisliği tekniklerinin ilerlemesini ilerletti. Hatta 1800 kişiye istihdam sağlayan ve günümüzde hala kimya tesisleri için model olarak kullanılan dönemin en son teknolojilerini kullanan bir kimya tesisi geliştirdi. Çok sayıda kimyager ve mühendisi hızla edinme yeteneği, DuPont'un naylon projesinin başarısına büyük katkı sağladı. İlk naylon fabrikası, 15 Aralık 1939'da ticari üretime başlayan Seaford, Delaware'de bulunuyordu. 26 Ekim 1995'te Seaford fabrikası, Amerikan Kimya Derneği tarafından Ulusal Tarihi Kimyasal Dönüm Noktası olarak belirlendi .

Erken pazarlama stratejileri

Naylon popülaritesinin önemli bir kısmı DuPont'un pazarlama stratejisinden kaynaklanmaktadır. DuPont, ürün genel pazara sunulmadan önce talebi artırmak için elyafı tanıttı. Naylon'un ticari duyurusu, 27 Ekim 1938'de, yaklaşan New York City dünya fuarının sitesinde Herald Tribune'ün yıllık "Güncel Sorunlar Forumu " nun son oturumunda gerçekleşti . "Kömür, su ve hava"dan elde edilen ve "çelik kadar güçlü, örümcek ağı kadar ince" olacağı vaad edilen "ilk insan yapımı organik tekstil elyafı", çoğu orta halli olmak üzere izleyiciler tarafından coşkuyla karşılandı. sınıf kadınları ve çoğu gazetenin manşetlerine çıktı. Naylon, 1939 New York Dünya Fuarı'nda "Yarının dünyası"nın bir parçası olarak tanıtıldı ve 1939'da San Francisco'daki Golden Gate Uluslararası Fuarı'nda DuPont'un "Wonder World of Chemistry"de sergilendi . Gerçek naylon çoraplar seçilen ülkelere gönderilmedi. 15 Mayıs 1940'a kadar ulusal pazarda mağazalar vardı. Ancak bundan önce Delaware'de sınırlı sayıda satışa sunuldu. Naylon çorapların ilk halka açık satışı 24 Ekim 1939'da Wilmington, Delaware'de gerçekleşti. 4.000 çift çorap mevcuttu ve hepsi üç saat içinde satıldı.

Kampanyaya eklenen bir diğer avantaj, Japonya'dan ipek ithalatının azaltılması anlamına gelmesiydi ki bu, birçok ihtiyatlı müşteriyi kazanan bir argümandı. Naylon, malzemenin resmi olarak açıklanmasından beş gün sonra "geniş ve ilginç ekonomik olanaklarını" ele alan Başkan Roosevelt'in kabinesi tarafından bile dile getirildi .

Bununla birlikte, naylon üzerindeki erken heyecan da sorunlara neden oldu. Naylon ipekten daha iyi olacağına dair mantıksız beklentileri körükledi, çelik kadar güçlü, sonsuza kadar sürecek ve asla akmayacak mucize bir kumaş. "Yeni Çorap Çelik Kadar Güçlü Kaldı" ve "Artık Çalıştırmak Yok" gibi iddiaların tehlikesini fark eden DuPont, özellikle naylonun çeliğin gücüne sahip olacağını belirtenler başta olmak üzere orijinal duyurunun şartlarını azalttı.

Ayrıca, naylonu devrim niteliğindeki insan yapımı bir malzeme olarak pazarlayan DuPont yöneticileri, ilk başta bazı tüketicilerin sentetik kumaşlara karşı bir tedirginlik ve güvensizlik, hatta korku hissettiklerini fark etmediler. DuPont'un yeni polimer için 1938'de aldığı patente dayanan özellikle zarar verici bir haber, naylon üretmenin bir yönteminin, cesetlerden ekstrakte edilen bir kimyasal olan kadaverin (pentametilendiamin) kullanmak olabileceğini öne sürdü . Bilim adamları, kadavranın da kömürün ısıtılmasıyla elde edildiğini iddia etseler de, halk genellikle dinlemeyi reddetti. Bir kadın, DuPont'un önde gelen bilim adamlarından biriyle yüzleşti ve söylentinin doğru olmadığını kabul etmeyi reddetti.

DuPont, naylonun "kömür, hava ve sudan" yapıldığını vurgulayarak kampanya stratejisini değiştirdi ve naylonun kendine has özelliklerinden ziyade kişisel ve estetik yönlerine odaklanmaya başladı. Naylon böylece evcilleştirildi ve dikkatler, "Naylon ise daha güzel ve ah! Ne kadar hızlı kurur!" gibi sloganlarla elyafın malzeme ve tüketici yönüne çevrildi.

naylon kumaş üretimi

1954'te İsveç'in Malmö kentinde naylon çoraplar denetleniyor

Naylon'un 1940'ta ülke çapında piyasaya sürülmesinden sonra üretim arttı. 1940 yılında 1300 ton kumaş üretildi. Piyasadaki ilk yılında 64 milyon çift naylon çorap satıldı. 1941'de, kumaşın başarısı nedeniyle Martinsville, Virginia'da ikinci bir fabrika açıldı .

Çoraplarda kullanılan örme naylon kumaşın yakın çekim fotoğrafı
Taramalı elektron mikroskobu kullanılarak görüntülenen naylon lifler

Naylon, insanların dayanıklı ve yok edilemez malzemesi olarak pazarlanırken, ipek çorapların neredeyse iki katı fiyatına satıldı (libre naylon başına 4,27 dolar ve ipek kilosu 2,79 dolar). Naylon çorap satışları, kısmen kadın modasındaki değişiklikler nedeniyle güçlüydü. Lauren Olds'un açıkladığı gibi: "1939'da [etek çizgileri] dizine kadar indi ve on yılı başladığı gibi kapattı". Daha kısa eteklere, onları tutmak için jartiyer kullanmadan daha dolgun bir koruma sunan çorap talebi eşlik etti.

Ancak, 11 Şubat 1942'den itibaren naylon üretimi, tüketim malzemesi olmaktan çıkıp ordu tarafından kullanılan bir malzemeye yönlendirildi. DuPont'un naylon çorap ve diğer iç çamaşırı üretimi durdu ve üretilen naylonların çoğu II . Dünya Savaşı için paraşüt ve çadır yapımında kullanıldı . Savaştan önce yapılmış naylon çoraplar satın alınabilmesine rağmen, genellikle karaborsada 20 dolara kadar satıldı.

Savaş bittiğinde naylonun dönüşü büyük bir heyecanla bekleniyordu. DuPont'un yıllık 360 milyon çift çorap üretimi öngörmesine rağmen, savaş zamanı üretimi yerine tüketiciye geri dönüşte gecikmeler yaşandı. 1946 yılında naylon çoraplara olan talebin karşılanamaması Naylon ayaklanmalarına yol açmıştır . Bir durumda, tahmini 40.000 kişi Pittsburgh'da 13.000 çift naylon çorap almak için sıraya girdi. Bu arada kadınlar, bluz ve gelinlik yapmak için savaştan kalan naylon çadırları ve paraşütleri keserdi. Savaşın sonu ile 1952 arasında, çorap ve iç çamaşırı üretiminde dünyadaki naylonun %80'i kullanıldı. DuPont, sivil talebi karşılamaya odaklandı ve üretimini sürekli olarak genişletti.

Naylon karışımlarının tanıtımı

Saf naylon çoraplar daha geniş bir pazarda satıldığından sorunlar ortaya çıktı. Naylon çorapların, ipliğin genellikle uzunlamasına çözülme eğiliminde olması ve 'çıkışlar' yaratması anlamında kırılgan olduğu bulundu. İnsanlar ayrıca naylonun emiciliği olmadığı için saf naylon tekstillerin rahatsız olabileceğini bildirdi. Nem, "kötü" olmak yerine, sıcak veya nemli koşullar altında kumaşın içinde cildin yakınında kaldı. Naylon kumaş da kaşınabilir ve sürtünmeyle oluşan statik elektrik yükünün bir sonucu olarak yapışmaya ve bazen kıvılcım çıkarmaya meyilli olabilir. Ayrıca, bazı koşullar altında çoraplar, naylonun orijinal bileşenleri olan hava, kömür ve su haline dönüşerek ayrışabilir. Bilim adamları bunu hava kirliliğinin bir sonucu olarak açıkladılar ve bunu 1952'deki Londra sisine ve New York ve Los Angeles'taki kötü hava kalitesine bağladılar.

Saf naylon kumaşla ilgili sorunlara bulunan çözüm, naylonu pamuk , polyester ve spandeks gibi diğer mevcut lifler veya polimerlerle harmanlamaktı . Bu, çok çeşitli karışımlı kumaşların geliştirilmesine yol açtı. Yeni naylon karışımları, naylonun istenen özelliklerini (esneklik, dayanıklılık, boyanabilirlik) korudu ve giysi fiyatlarını düşük ve uygun fiyatlı tuttu. 1950 itibariyle, ordu ve donanma için tekstiller geliştiren ve test eden New York Quartermaster Tedarik Ajansı (NYQMPA), bir yün-naylon karışımı geliştirmeyi taahhüt etmişti. Hem doğal hem de sentetik liflerin karışımlarını sunan sadece onlar değildi. America's Textile Reporter , 1951'i "liflerin harmanlandığı yıl" olarak adlandırdı. Kumaş karışımları, "Bunara" (yün-tavşan-naylon) ve "Casmet" (yün-naylon-kürk) gibi karışımları içeriyordu. Kasım 1951'de İngiltere'de, Kraliyet Sanat, İmalat ve Ticareti Teşvik Derneği'nin 198. oturumunun açılış konuşması, tekstillerin harmanlanmasına odaklandı.

DuPont'un Kumaş Geliştirme Departmanı akıllıca Fransız moda tasarımcılarını hedef alarak onlara kumaş örnekleri sağladı. 1955'te Coco Chanel , Jean Patou ve Christian Dior gibi tasarımcılar DuPont elyaflarıyla oluşturulan önlükleri gösterdiler ve moda fotoğrafçısı Horst P. Horst , DuPont kumaş kullanımlarını belgelemek için işe alındı. American Fabrics , karışımları "modalar için şimdiye kadar hayal bile edilemeyen yaratıcı olanaklar ve yeni fikirler" sağlamakla ödüllendirdi.

Adın kökeni

DuPont, yeni ürünü için isimler oluşturmak için kapsamlı bir süreçten geçti. 1940'ta DuPont'tan John W. Eckelberry, "nyl" harflerinin keyfi olduğunu ve "on"un pamuk ve suni ipek gibi diğer liflerin son eklerinden kopyalandığını belirtti . DuPont tarafından daha sonraki bir yayın ( Context , cilt 7, no. 2, 1978), adın başlangıçta "No-Run" ("koşmak", "çözülmek" anlamına gelen) olarak tasarlandığını, ancak böyle bir açıklama yapmaktan kaçınmak için değiştirildiğini açıkladı. haksız iddia. Ürünler gerçekten sızdırmaz olmadığı için, sesli harfler "nuron" üretmek için değiştirildi, bu da "sinir toniği gibi daha az ses çıkarmak için" "nilon" olarak değiştirildi. Telaffuzda netlik için "i", "y" olarak değiştirildi.

İsmin "New York" ve "Londra" kelimelerinden türetildiğine dair kalıcı bir şehir efsanesi vardır; ancak, Londra'daki hiçbir kuruluş naylon araştırma ve üretimine dahil olmadı.

Daha uzun vadeli popülerlik

1970'lerdeki petrol kıtlığına rağmen, 1960'lar ve 1980'ler arasında naylon tekstil tüketimi yılda %7,5 oranında artmaya devam etti. Bununla birlikte, genel sentetik elyaf üretimi 1965'te dünya tekstil üretiminin %63'ünden 1970'lerin başında dünya tekstil üretiminin %45'ine düştü. "Yeni" teknolojilerin çekiciliği azaldı ve naylon kumaş "1970'lerde modası geçiyordu". Ayrıca tüketiciler, üretim döngüsü boyunca çevresel maliyetler konusunda endişe duymaya başladı: hammaddelerin (petrolün) elde edilmesi, üretim sırasında enerji kullanımı, elyafın oluşturulması sırasında üretilen atıklar ve biyolojik olarak parçalanamayan malzemelerin nihai olarak atılması. Sentetik elyaflar 1950'ler ve 1960'lardan beri piyasaya hakim değil. 2020 itibariyle dünya çapındaki naylon üretiminin 8,9 milyon ton olduğu tahmin edilmektedir. En büyük mühendislik polimer ailelerinden biri olarak, naylon reçineleri ve bileşiklerinin küresel talebi 2013 yılında kabaca 20,5 milyar ABD Doları değerindeydi. Pazarın, yıllık ortalama %5,5'lik bir büyümenin ardından 2020 yılına kadar 30 milyar ABD Dolarına ulaşması bekleniyor.

Saf naylonun birçok kusuru olmasına ve artık nadiren kullanılmasına rağmen, türevleri toplumu büyük ölçüde etkilemiş ve katkıda bulunmuştur. Plastik üretimi ve polimerizasyonla ilgili bilimsel keşiflerden, depresyon ve kadın modasının değişmesi sırasındaki ekonomik etkiye kadar, naylon devrim niteliğinde bir üründü. Sembolik bir kutlama jesti olarak aya dikilen ilk bayrak olan Ay Bayrağı Meclisi naylondan yapılmıştır. Bayrağın kendisi 5,50 dolara mal oldu, ancak "uçuyor" görünmesi için yatay çubuklu özel olarak tasarlanmış bir bayrak direğine sahip olması gerekiyordu. Bir tarihçi naylonu "arzu nesnesi" olarak tanımlıyor ve icadı 20. yüzyıl tüketicilerinin gözünde Coca-Cola ile karşılaştırıyor.

Kimya

Harici video
video simgesi "Naylon Yapımı" , Bob Burk, CHEM 1000, Carleton Üniversitesi, Ottawa, Kanada
video simgesi "Naylon 6,6 Yapımı"
video simgesi "Naylon üretim" , Royal Society of Chemistry
video simgesi "Naylon ve Rayon İmalatı 1949" , Britannica Ansiklopedisi Filmleri

Naylon olan kondansasyon polimerleri veya kopolimerleri eşit parçalar halinde içeren iki işlevli monomerlerin reaksiyona sokulması suretiyle oluşturulabilir, amin ve karboksilik asit bu yüzden, amidler için bir süreç benzer her monomerin her iki ucunda oluşturulmaktadır polipeptid biyopolimerlerden . Çoğu naylon, bir dikarboksilik asidin bir diamin (örn. PA66) veya bir laktam veya amino asidin kendisiyle (örn. PA6) reaksiyonundan yapılır . İlk durumda, "tekrarlayan birim", poliesterlerin ve poliüretanların ABAB yapısı olarak adlandırılan yapıya benzer şekilde zincirde dönüşümlü olacak şekilde her monomerden birinden oluşur . Bu kopolimerdeki her monomer her iki uçta da aynı reaktif gruba sahip olduğundan, genel yönlülüğü olan doğal poliamid proteinlerinin aksine , amid bağının yönü her monomer arasında tersine döner : C terminal  → N terminal . İkinci durumda (AA olarak adlandırılır), tekrar eden birim tek monomere karşılık gelir.

isimlendirme

Yaygın kullanımda, "PA" ( poliamid ) ön eki veya "Naylon" adı birbirinin yerine kullanılır ve anlam olarak eşdeğerdir.

Naylon polimerler için kullanılan terminoloji, ilk basit alifatik naylonların sentezi sırasında geliştirilmiştir ve karboksilik asit(ler)in karbon(lar)ı da dahil olmak üzere her monomer birimindeki karbon sayısını tanımlamak için sayılar kullanır. Döngüsel ve aromatik monomerlerin müteakip kullanımı, harflerin veya harf setlerinin kullanılmasını gerektirdi. Bir numara "PA" ya da "Naylon" sonra gösterir homopolimer olduğu monadik ya da bir temel amino asit (eksi H 2 O) monomer olarak:

PA 6 veya Naylon 6: ε-kaprolaktamdan yapılmış [NH−(CH 2 ) 5 −CO] n .

İki sayı veya harf grubu, iki monomerden oluşan bir ikili homopolimeri gösterir : bir diamin ve bir dikarboksilik asit. İlk sayı, diamindeki karbon sayısını gösterir. Açıklık sağlamak için iki sayı virgülle ayrılmalıdır, ancak virgül genellikle kullanılmaz.

PA veya naylon 6,10 (ya da 610): [NH- (CH 2 ) 6 -NH-CO- (CH 2 ) 8 -CO] , n yapılmış heksametilendiamin ve sebasik asit ;

Kopolimerler için komonomerler veya komonomer çiftleri eğik çizgilerle ayrılır:

PA 6/66: [NH−(CH 2 ) 6 −NH−CO−(CH 2 ) 4 −CO] n −[NH−(CH 2 ) 5 −CO] m kaprolaktam, heksametilendiamin ve adipik asitten yapılmıştır;
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 heksametilendiamin, adipik asit ve sebasik asitten yapılmıştır.

Terimi, poliftalamid polimer zincirinde tekrar ünitesinin bir karboksilik asit bölümünün% 60 ya da daha fazla mol bir kombinasyonundan oluştuğunda, (PPA olarak kısaltılacaktır) kullanılan tereftalik asit (TPA) ve izoftalik asit (IPA).

naylon türleri

naylon 66

DuPont'taki Wallace Carothers, amidlerin kullanıldığı naylon 66'nın patentini aldı . Bir diamin ve bir dikarboksilik asidin reaksiyonunu içeren naylonlar söz konusu olduğunda, oranların tam olarak doğru olmasını sağlamak zordur ve sapmalar, istenen 10.000 daltondan ( u ) daha düşük moleküler ağırlıklarda zincir sonlanmasına neden olabilir . Bu sorunun üstesinden gelmek için , asit ve bazın birbirini nötralize etmesi için tam 1:1 oranında oda sıcaklığında kristalli , katı bir "naylon tuzu " oluşturulabilir . Tuz, onu saflaştırmak ve istenen kesin stokiyometriyi elde etmek için kristalleştirilir. 285 °C'ye (545 °F) ısıtılan tuz, su üretimi ile naylon polimer oluşturmak üzere reaksiyona girer.

naylon 6

Laktamları (siklik amidler) kullanan sentetik yol , IG Farben'de Paul Schlack tarafından geliştirildi ve naylon 6'ya veya bir halka açma polimerizasyonu ile oluşturulan polikaprolaktama yol açtı . Kaprolaktam içindeki peptit bağı , monomer polimer omurgasının bir parçası haline geldikçe, her iki taraftaki açıkta kalan aktif grupların iki yeni bağa dahil edilmesiyle kırılır .

Naylon 6'nın 428 °F (220 °C) erime noktası, naylon 66'nın 509 °F (265 °C) erime noktasından daha düşüktür .

naylon 510

Pentametilen diamin ve sebasik asitten yapılan Naylon 510, Carothers'ın naylon 66 patentine dahil edilmiştir ve üstün özelliklere sahiptir, ancak yapılması daha pahalıdır. Bu adlandırma kuralına uygun olarak, "naylon 6,12" veya "PA 612", 6C diamin ve 12C diasitten oluşan bir kopolimerdir. Benzer şekilde PA 510 PA 611 için; PA 1012, vb Diğer naylonlar dikarboksilik asit / diamin ürünlerinin kopolimerize içerir olup , yukarıda belirtilen monomerlerin dayalı. Örneğin, bazı tamamen aromatik naylonlar (" aramidler " olarak bilinir ), daha yaygın olarak polyesterlerle ilişkilendirilen tereftalik asit (→ Kevlar , Twaron ) veya izoftalik asit (→ Nomex ) gibi diasitlerin eklenmesiyle polimerize edilir . PA 66/6'nın kopolimerleri vardır; PA 66/6/12 kopolimerleri; ve diğerleri. Genel olarak lineer polimerler en kullanışlı olanlardır, ancak dikarboksilik asitlerin üç veya daha fazla amino grubuna sahip poliaminlerle yoğunlaştırılmasıyla naylona dallar dahil etmek mümkündür .

Genel tepki:

Yoğunlaşma polimerizasyonu diasit diamine.svg

İki molekül su açığa çıkar ve naylon oluşur. Özellikleri monomerlerdeki R ve R' grupları tarafından belirlenir. Naylon 6,6'da R = 4C ve R' = 6C alkanlar , ancak zincire bağışladığı sayıyı elde etmek için diasite iki karboksil karbonu da dahil etmek gerekir. Kevlar'da hem R hem de R' benzen halkalarıdır.

Endüstriyel sentez genellikle suyu uzaklaştırmak için asitleri, aminleri veya laktamları ısıtarak yapılır, ancak laboratuvarda diasit klorürler diaminlerle reaksiyona sokulabilir. Örneğin, arayüzey polimerizasyonunun popüler bir gösterimi (" naylon ip hilesi "), naylon 66'nın adipoil klorür ve heksametilen diaminden sentezidir .

naylon 1,6

Naylonlar, asit katalizi kullanılarak dinitrillerden de sentezlenebilir. Örneğin, bu yöntem, hazırlanması için geçerli olan naylon 1,6 den adiponitril , formaldehit ve su. Ek olarak, bu yöntem kullanılarak diollerden ve dinitrillerden naylonlar da sentezlenebilir .

monomerler

Naylon monomerler, çoğu durumda ham petrolden, bazen de biyokütleden başlayarak çeşitli yollarla üretilir. Mevcut üretimde olanlar aşağıda açıklanmıştır.

Amino asitler ve laktamlar

diasitler

diaminler

Çeşitli kaynaklardan türetilen çeşitli diamin bileşenleri kullanılabilir. Çoğu petrokimyadır , ancak biyo-bazlı malzemeler de geliştirilmektedir.

  • Tetrametilen diamin ( putresin ): Ham petrol → propilenakrilonitrilsüksinonitril → tetrametilen diamin
  • Heksametilen diamin (HMD): Ham petrol → bütadien → adiponitril → heksametilen diamin
  • 1,9-diaminononan: Ham petrol → bütadien → 7-okten-1-al → 1,9-nonanedial → 1,9-diaminononan
  • 2-metil pentametilen diamin: HMD üretiminin bir yan ürünü
  • Trimetil Heksametilen diamin (TMD): Ham petrol → propilen → asetonizoforon → TMD
  • m- ksilen diamin (MXD): Ham petrol → m-ksilen → izoftalik asit → izoftalonitril → m-ksililen diamin
  • 1,5-pentandiamin ( kadaverin ) (PMD): nişasta (örn. manyok ) → glikozlizin → PMD.

polimerler

Sentezlenebilen çok sayıda diamin, diasit ve aminoasit nedeniyle, birçok naylon polimer deneysel olarak yapılmış ve değişen derecelerde karakterize edilmiştir. Daha küçük bir sayı büyütülmüş ve ticari olarak sunulmuştur ve bunlar aşağıda detaylandırılmıştır.

homopolimerler

Bir monomerden türetilen homopolimer naylonlar

monomer Polimer
kaprolaktam 6
11-aminoundekanoik asit 11
ω-aminolaurik asit 12

Ticari olarak mevcut olan veya mevcut olan bu polimerlerin örnekleri

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

Diamin ve diasit (veya diasit türevleri) çiftlerinden türetilen homopolimer poliamidler. Aşağıdaki tabloda, homopolimerler veya bir kopolimerin bir parçası olarak ticari olarak sunulan veya sunulan polimerler gösterilmektedir.

Ticari homopolimer poliamidler
1,4-diaminobütan 1,5-diaminopentan MPMD HMD MXD nonanediamin dekandiamin dodekandiamin Bis(para-aminosikloheksil)metan trimetilheksametilendiamin
adipik asit 46 D6 66 MXD6
sebasik asit 410 510 610 1010
dodekandioik asit 612 1212 PACM12
Tereftalik asit 4T DT 6T 9T 10T 12T TMDT
izoftalik asit DI 6I

Ticari olarak mevcut olan veya mevcut olan bu polimerlerin örnekleri

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

kopolimerler

Kopolimerler elde etmek için naylon yapmak için kullanılan monomerlerin veya monomer setlerinin karışımlarını yapmak kolaydır. Bu, kristalliği düşürür ve bu nedenle erime noktasını düşürebilir.

Piyasada bulunan veya piyasada bulunan bazı kopolimerler aşağıda listelenmiştir:

  • 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

karışımlar

Çoğu naylon polimer birbiriyle karışabilir ve bir dizi harmanın yapılmasına izin verir. İki polimer, rastgele kopolimerler oluşturmak üzere transamidasyon yoluyla birbirleriyle reaksiyona girebilir.

Kristalliklerine göre poliamidler şunlar olabilir:

  • yarı kristal :
    • yüksek kristallik: PA46 ve PA66;
    • düşük kristallik: m-ksillendiamin ve adipik asitten yapılan PAMXD6;
  • amorf : heksametilendiamin ve izoftalik asitten yapılmış PA6I.

Bu sınıflandırmaya göre, örneğin PA66, bir alifatik yarı kristal homopoliamiddir.

Hidroliz ve bozunma

Tüm naylonlar , özellikle güçlü asitler tarafından hidrolize karşı hassastır , bu reaksiyon esasen yukarıda gösterilen sentetik reaksiyonun tersidir. Moleküler ağırlık naylon ürünler böylece damla saldırıya ve çatlaklar etkilenen bölgelerde hızlı bir şekilde meydana getirir. Naylonların alt elemanları (naylon 6 gibi) naylon 12 gibi yüksek üyelerden daha fazla etkilenir. Bu, naylon parçaların örneğin kurşun-asit pillerde kullanılan elektrolit gibi sülfürik asit ile temas halinde kullanılamayacağı anlamına gelir .

Kalıplama sırasında, yüksek sıcaklıklardaki su da polimeri bozabileceğinden, kalıplama makinesi namlusunda hidrolizi önlemek için naylon kurutulmalıdır. Reaksiyon şu tiptedir:

Amid hidroliz.svg

Çevresel etki, yakma ve geri dönüşüm

Berners Lee ortalama hesaplar sera gazı ayak izi 5.43 kg CO de imalat halı naylon 2 eşdeğer, kg başına Avrupa'da üretildiğinde. Bu hemen hemen aynı verir karbon ayak olarak yün , ancak daha fazla dayanıklılık ve bu nedenle daha düşük bir toplam karbon kaplayan.

PlasticsEurope tarafından yayınlanan veri naylon 66 için işaret sera gazı ayak izi 6.4 kg CO 2 kg eşdeğeri ve 138 kJ / kg enerji tüketimi. Naylon'un çevresel etkisi düşünüldüğünde, kullanım aşamasını dikkate almak önemlidir. Özellikle otomobil yakıt tüketiminde hafif, önemli tasarruflar ve CO zaman 2 emisyonu sağlanmıştır.

Çeşitli naylonlar yangında parçalanır ve tipik olarak hidrojen siyanür içeren tehlikeli dumanlar ve zehirli dumanlar veya küller oluşturur . Naylonları oluşturmak için kullanılan yüksek enerjiyi geri kazanmak için yakmak genellikle pahalıdır, bu nedenle çoğu naylon çöplüklere ulaşır ve yavaş yavaş bozulur. Atılan naylon kumaşın ayrışması 30-40 yıl sürer. Balık ağları gibi atılan olta takımlarında kullanılan naylon, okyanustaki döküntülere katkıda bulunur. Naylon sağlam bir polimerdir ve geri dönüşüme uygundur. Naylon reçinenin çoğu, enjeksiyon kalıplama makinesinde doğrudan kapalı bir döngüde, ladinleri ve yollukları öğüterek ve bunları kalıplama makinesi tarafından tüketilen işlenmemiş granüllerle karıştırarak geri dönüştürülür.

Naylon geri dönüşüm sürecinin masrafı ve zorlukları nedeniyle, çok az şirket bunu kullanır, çoğu ise ürünleri için daha ucuz, yeni yapılmış plastikleri kullanmayı tercih eder. ABD'li giyim şirketi Patagonia , geri dönüştürülmüş naylon içeren ürünlere sahiptir ve 2010'ların ortalarında, kullanılmış balık ağlarından güneş gözlüğü ve kaykaylarda kullanmak üzere naylonu geri dönüştüren bir şirket olan Bureo'ya yatırım yaptı. İtalyan şirketi Aquafil ayrıca okyanusta kaybolan balık ağlarının giysiye dönüştürülmesini de kanıtladı. Vanden Recycling, naylon ve diğer poliamidleri (PA) geri dönüştürür ve İngiltere, Avustralya, Hong Kong, BAE, Türkiye ve Finlandiya'da faaliyet göstermektedir.

Naylon, günümüzde konut halı endüstrisinde en popüler elyaf türüdür. ABD Çevre Koruma Ajansı , 2018 yılında halı elyafının, altlıklarının ve dolgu malzemelerinin %9,2'sinin geri dönüştürüldüğünü, %17,8'inin atıktan enerji üretim tesislerinde yakıldığını ve %73'ünün çöplüklere atıldığını tahmin ediyor . Dünyanın en büyük halı ve kilim şirketlerinden bazıları, endüstrinin ileriye giden yolu olarak “beşikten beşiğe” - tarihsel olarak geri dönüştürülmemiş olanlar da dahil olmak üzere bakire olmayan malzemelerin yeniden kullanımını - teşvik ediyor.

Toplu özlellikler

Bunların üstünde erime sıcaklıkları , T m , termoplastik naylon gibi amorf katılar veya yapışkan sıvılar olan zincirleri yaklaşık olarak rastgele bobinler . Aşağıda , T m , amorf bölgelerde bölgeler ile alternatif katmanlı kristaller . Amorf bölgeler elastikiyete katkıda bulunur ve kristal bölgeler, mukavemet ve sertliğe katkıda bulunur. Düzlemsel amid (-CO-NH-) grupların çok olan polar bir naylon formları birden çok, hidrojen bağları bitişik şeritlerin arasında. Naylon omurgası çok düzenli ve simetrik olduğundan, özellikle tüm amid bağları trans konfigürasyondaysa , naylonlar genellikle yüksek kristalliğe sahiptir ve mükemmel lifler oluşturur. Kristallik miktarı, oluşumun ayrıntılarına ve ayrıca naylon türüne bağlıdır.

Naylon 6,6'da hidrojen bağı (leylak rengi).

Naylon 66, önemli uzunluklar için tam olarak 6 ve 4 karbonun koordineli ayrımlarında komşu peptit bağlarıyla hizalanmış çok sayıda paralel ipliğe sahip olabilir, böylece karbonil oksijenler ve amid hidrojenleri , kesintisiz olarak zincirler arası hidrojen bağları oluşturmak üzere sıraya girebilir (yandaki şekle bakın). ). Naylon 510, koordineli 5 ve 8 karbonlu serilere sahip olabilir. Bu nedenle paralel (ancak anti-paralel) şeritler uzatılmış kırılmamış, çoklu zincir katılabilir β-plili tabakanın , doğal olarak bulunan benzer bir kuvvetli ve sert Süpermoleküler yapı ipek fibroin ve β-keratinlerden içinde tüy . (Proteinler, sıralı -CO-NH- gruplarını ayıran yalnızca bir amino asit α-karbona sahiptir.) Naylon 6, karışık yönlere sahip kesintisiz H-bağlı tabakalar oluşturacaktır, ancak β-yaprak buruşması biraz farklıdır. Her bir alkan hidrokarbon zincirinin üç boyutlu yerleşimi , tek bağlı karbon atomlarının 109.47° tetrahedral bağları etrafındaki dönüşlere bağlıdır .

Bir endüstri düzesinde gözenekler yoluyla liflere ekstrüde edildiğinde , tek tek polimer zincirleri viskoz akış nedeniyle hizalanma eğilimindedir . Daha sonra soğuk çekme işlemine tabi tutulursa, lifler daha da hizalanarak kristalliklerini arttırır ve malzeme ek gerilme mukavemeti kazanır . Uygulamada, naylon lifler çoğunlukla yüksek hızlarda ısıtılmış rulolar kullanılarak çekilir.

Blok naylon, oluşum sırasındaki kesme gerilmeleri nedeniyle yüzeylerin yakınları dışında daha az kristal olma eğilimindedir . Naylon berrak ve renksizdir veya sütlüdür, ancak kolayca boyanır . Çok telli naylon kordon ve ip kaygandır ve çözülme eğilimindedir. Bunu önlemek için uçlar alev veya elektrot gibi bir ısı kaynağı ile eritilip eritilebilir .

Naylonlar higroskopiktir ve ortam nemine bağlı olarak nemi emer veya geri çeker. Nem içeriğindeki değişikliklerin polimer üzerinde çeşitli etkileri vardır. İlk olarak, boyutları değişecektir, ama daha önemlisi nem düşürücü, bir plastikleştirici olarak işlev görür cam geçiş sıcaklığına ( T g altındaki sıcaklıklarda) ve bunun sonucu olarak bir esneklik modülüne , T g

Poliamid kuruduğunda iyi bir elektrik yalıtkanıdır. Bununla birlikte, poliamid higroskopiktir . Suyun emilmesi, malzemenin elektrik direnci gibi bazı özelliklerini değiştirecektir . Naylon, yün veya pamuktan daha az emicidir.

özellikleri

Naylon 6,6'nın karakteristik özellikleri şunları içerir:

  • Pileler ve kırışıklıklar daha yüksek sıcaklıklarda ısıyla ayarlanabilir
  • Daha kompakt moleküler yapı
  • Daha iyi ayrışma özellikleri; daha iyi güneş ışığı direnci
  • Daha yumuşak "El"
  • Yüksek erime noktası (256 °C, 492.8 °F)
  • Üstün renk haslığı
  • Mükemmel aşınma direnci

Öte yandan, naylon 6'nın boyanması kolaydır, daha çabuk solur; daha yüksek darbe direncine, daha hızlı nem emmeye, daha fazla elastikiyete ve elastik geri kazanıma sahiptir.

  • Parlaklığın varyasyonu: naylon çok parlak, yarı parlak veya mat olma özelliğine sahiptir.
  • Dayanıklılık: yüksek mukavemetli lifleri emniyet kemerleri, lastik kordları, balistik kumaş ve diğer kullanımlar için kullanılır.
  • Yüksek uzama
  • Mükemmel aşınma direnci
  • Son derece esnek (naylon kumaşlar ısıyla sabitlenir)
  • Bakımı kolay giysilere giden yolu açtı
  • Böceklere, mantarlara, hayvanlara ve ayrıca küf, küf, çürüme ve birçok kimyasala karşı yüksek direnç
  • Halı ve naylon çoraplarda kullanılır
  • Yanmak yerine erir
  • Birçok askeri uygulamada kullanılır
  • İyi özgül güç
  • Kızılötesi ışığa şeffaf (-12 dB)

yanıcılık

Naylon giysiler, pamuk ve suni ipekten daha az yanıcı olma eğilimindedir, ancak naylon lifler eriyip cilde yapışabilir.

naylonun kullanım alanları

Naylon öncelikle nylon- ticari kullanıldı kıllı diş fırçası 1938 yılında, daha ünlü kadın takip çorap ya da " naylon çorap gösterildi" 1939 New York Dünya Fuarı , İkinci Dünya Savaşı sırasında önemli ölçüde artmıştır kullanmak ve ilk 1940. Its piyasadan temin kumaşlara olan ihtiyaç önemli ölçüde arttığında.

naylon lifler

Bu yıpranmış naylon çoraplar yeniden işlenecek ve ordu el ilanları için paraşüt haline getirilecek c. 1942
Mavi Naylon kumaş balo elbisesi, Emma Domb, Bilim Tarihi Enstitüsü

Bill Pittendreigh , DuPont ve diğer bireyler ve şirketler, II. Dünya Savaşı'nın ilk birkaç ayında Asya ipeğini ve keneviri paraşütlerde naylonla değiştirmenin bir yolunu bulmak için gayretle çalıştılar . Ayrıca lastik , çadır , ip , panço ve diğer askeri malzeme yapımında da kullanılıyordu . ABD para birimi için yüksek kaliteli bir kağıdın üretiminde bile kullanıldı . Savaşın başlangıcında pamuk , kullanılan ve üretilen tüm liflerin %80'inden fazlasını oluşturuyordu ve geri kalanın neredeyse tamamını yün lifleri oluşturuyordu. Ağustos 1945'e kadar, üretilen lifler pamuğun pahasına %25'lik bir pazar payına sahipti. Savaştan sonra, hem ipek hem de naylon kıtlığı nedeniyle, naylon paraşüt malzemesi bazen elbise yapmak için yeniden kullanıldı.

Halı imalatında naylon 6 ve 66 elyaflar kullanılmaktadır .

Naylon, lastik kordunda kullanılan bir tür elyaftır . Herman E. Schroeder , lastiklerde naylon uygulamasına öncülük etti.

Kalıplar ve reçineler

Naylon reçineler otomobil endüstrisinde özellikle motor bölmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Kalıplanmış naylon, saç taraklarında ve makine vidaları , dişliler , contalar gibi mekanik parçalarda ve daha önce metale dökülen diğer düşük ila orta gerilimli bileşenlerde kullanılır. Mühendislik dereceli naylon, ekstrüzyon , döküm ve enjeksiyon kalıplama ile işlenir . Tip 6,6 Naylon 101, naylonun en yaygın ticari sınıfıdır ve Naylon 6, kalıplanmış naylonun en yaygın ticari sınıfıdır. Spudger gibi aletlerde kullanım için naylon, yapısal ve darbe dayanımını ve sertliği artıran cam dolgulu varyantlarda ve kayganlığı artıran molibden disülfit dolgulu varyantlarda mevcuttur . Naylon, kompozit malzemelerde matris malzemesi olarak cam veya karbon lifi gibi takviye lifleri ile kullanılabilir; böyle bir kompozit, saf naylondan daha yüksek bir yoğunluğa sahiptir. Bu tür termoplastik kompozitler (%25 ila %30 cam elyafı), bu tür malzemelerin iyi ısı direncinin onları metallere karşı uygun rakipler haline getirdiği emme manifoldları gibi motorun yanındaki otomobil bileşenlerinde sıklıkla kullanılır.

Naylon, Remington Naylon 66 tüfeğinin stoğunu yapmak için kullanıldı . Modern Glock tabancanın çerçevesi naylon bir kompozitten yapılmıştır.

Yemek paketleme

Naylon reçineler, oksijen bariyerinin gerekli olduğu gıda ambalaj filmlerinin bir bileşeni olarak kullanılır. Naylon bazlı terpolimerlerin bazıları her gün ambalajlarda kullanılmaktadır. Naylon, et ambalajlarında ve sosis kılıflarında kullanılmıştır. Naylon yüksek sıcaklık dayanımı sayesinde fırın poşetleri için kullanışlıdır.

filamentler

Naylon filamentler öncelikle fırçalarda, özellikle diş fırçalarında ve tel düzelticilerde kullanılır . Onlar da monofillere olarak kullanılan misina . Naylon 610 ve 612, filamentler için en çok kullanılan polimerlerdir.

Çeşitli özellikleri, aynı zamanda, eklemeli imalatta bir malzeme olarak çok kullanışlı olmasını sağlar ; özellikle tüketici ve profesyonel sınıf kaynaşmış biriktirme modelleme 3D yazıcılarda bir filament olarak .

Diğer formlar

Ekstrüde profiller

Naylon reçineler çubuklar, tüpler ve tabakalar halinde ekstrüde edilebilir.

Toz kaplama

Naylon tozlar metalleri tozla kaplamak için kullanılır. Naylon 11 ve naylon 12 en yaygın kullanılanlardır.

Enstrüman telleri

1940'ların ortalarında, klasik gitarist Andrés Segovia , bir partide İngiliz Büyükelçiliği'nden General Lindeman da dahil olmak üzere bir dizi yabancı diplomata , Amerika Birleşik Devletleri'ndeki iyi gitar tellerinin, özellikle de en sevdiği Pirastro katgüt tellerinin sıkıntısından bahsetti . Bir ay sonra General, Segovia'ya DuPont ailesinin bazı üyeleri aracılığıyla elde ettiği bazı naylon ipleri sundu. Segovia, tellerin net bir ses çıkarmasına rağmen, ortadan kaldırılabileceğini umduğu hafif bir metalik tınıya sahip olduklarını keşfetti .

Naylon teller ilk kez Ocak 1944'te New York'ta Olga Coelho tarafından sahnede denendi.

1946'da Segovia ve tel yapımcısı Albert Augustine , Guitar Review editörü olan ortak arkadaşları Vladimir Bobri tarafından tanıtıldı. Segovia'nın ilgisine ve Augustine'in geçmiş deneylerine dayanarak, naylon tellerin gelişimini sürdürmeye karar verdiler. Bu fikre şüpheyle yaklaşan DuPont, Augustine gerçek telleri geliştirmeye ve üretmeye çalışırsa naylonu tedarik etmeyi kabul etti. Üç yıllık geliştirmeden sonra Augustine, DuPont'a ek olarak, kalitesi Segovia da dahil olmak üzere gitaristleri etkileyen bir naylon ilk tel gösterdi.

Ancak yara ipleri daha sorunluydu. Ancak sonunda, çeşitli metal türleri ve düzleştirme ve cilalama teknikleriyle deneyler yaptıktan sonra, Augustine ayrıca yüksek kaliteli naylon sargılı teller üretmeyi başardı.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar