Z čoho je vyrobená polyamidová priadza?

Polyamid Yarn, základný kameň modernej textilnej a priemyselnej materiálovej krajiny, je od svojho vzniku revolučným objavom. Polyamidová priadza, ktorá sa všeobecne uznáva pre svoju silu, trvanlivosť a všestrannosť, našla aplikácie vo všetkom, od vysoko výkonného športového oblečenia po ťažké priemyselné laná a zdravotnícke pomôcky. Aby sa plne ocenili jeho vlastnosti a potenciál, je nevyhnutné porozumieť jeho zloženiu a surovinám, ktoré sa dostanú do jeho výroby.

Petrochemický pôvod

Stavebné bloky z ropy

Polyamidová priadzaje predovšetkým odvodený od petrochemikálií. Petroleum, komplexná zmes uhľovodíkov, slúži ako základný zdroj pre monoméry používané pri syntéze polyamidov. Proces rafinácie ropy rozdeľuje uhľovodíky s dlhým reťazcom na menšie, zvládnuteľnejšie komponenty. Medzi nimi sú niektoré zlúčeniny, ako je benzén, toluén a xylén, osobitne význam pre produkciu polyamidov.

Napríklad benzén je kľúčovým východiskovým materiálom. Prostredníctvom série chemických reakcií sa benzén môže transformovať na cyklohexán. Táto konverzia sa často dosahuje prostredníctvom procesu hydrogenácie, kde sa k benzénu pridáva k benzénu v prítomnosti katalyzátora. Výsledný cyklohexán sa potom ďalej spracuje, aby sa získala kyselina adipová, jeden z rozhodujúcich monomérov pre polyamid 6,6.

Výroba monomérov

Produkcia kyseliny adipovej

Kyselina adipová sa vyrába vo veľkom meradle oxidáciou cyklohexánu. V typickom priemyselnom procese je cyklohexán najskôr oxidovaný vzduchom v prítomnosti katalyzátora, zvyčajne kobaltu založeného na katalyzátore. Táto oxidačná reakcia vedie k tvorbe cyklohexanolu a cyklohexanónu, ktoré sa potom ďalej oxidujú na kyselinu adipovú. Reakcia môže byť reprezentovaná takto:

Produkcia kyseliny adipovej vyžaduje starostlivú kontrolu reakčných podmienok vrátane teploty, tlaku a pomeru reaktantov, aby sa dosiahla vysoké výťažky a čistota.

Výroba diamínov

V prípade polyamidu 6,6 je ďalším esenciálnym monomérom hexametyléndiamín. Tento diamín sa zvyčajne vyrába z adiponitrilu, ktorý je možné syntetizovať z butadiénu, ďalšieho petrochemického derivátu. Butadién reaguje s kyanidom vodíka v procese známeho ako hydrocyanácia za vzniku adiponitrilu. Adiponitril sa potom hydrogenuje, aby sa vytvoril hexametyléndiamín. Chemické reakcie sú nasledujúce:

Nasledujúca tabuľka sumarizuje kľúčové petrochemické monoméry a ich výrobné trasy pre polyamid 6,6:

Monomér	Začínajúci petrochemický	Kľúčové výrobné kroky
Kyselina adipová	Benzén (cez cyklohexán)	Oxidácia cyklohexánu na cyklohexanol/cyklohexanón, po ktorom nasleduje ďalšia oxidácia na kyselinu adipovú
Hexametyléndiamín	Butadine (cez adiponitril)	Hydrocyanácia butadiénu na adiponitril, potom hydrogenáciu adiponitrilu

 

 

Polyamid 6 - iný zdroj monoméru

Kaprolaktám ako monomér

Polyamid 6 má iný zdroj monomérov v porovnaní s polyamidom 6,6. Vyrába sa z kaprolaktamu. Kaprolaktám sa môže syntetizovať z cyklohexanónu, ktorý, ako už bolo uvedené, je medziproduktom pri produkcii kyseliny adipovej. Cyklohexanón sa najprv prevedie na oxme cyklohexanón reakciou s hydroxylamínom. Cyklohexanónový oxim potom prechádza preusporiadateľnou reakciou, známou ako Beckmann preškolenie, v prítomnosti kyslého katalyzátora za vzniku kaprolaktamu. Chemické reakcie sú nasledujúce:

Po získaní kaprolaktamu sa môže polymerizovať za vzniku polyamidu 6. Polymerizačný proces zahŕňa otvorenie laktámového kruhu a tvorba polymérov s dlhým reťazcom. To sa dá dosiahnuť pomocou polymerizačnej reakcie otvárania krúžku, ktorá sa zvyčajne uskutočňuje pri zvýšených teplotách v prítomnosti katalyzátora.

Porovnanie s polyamidom 6,6

Nasledujúca tabuľka porovnáva zdroje monomérov a niektoré základné vlastnosti polyamidu 6 a polyamidu 6,6:

Polyamidový typ	Zdroj monomérov	Všeobecné vlastnosti
Polyamid 6	Caprolactam	Dobrá odolnosť voči opotrebovaniu, vysoká elasticita, relatívne rýchla absorpcia vlhkosti
Polyamid 6,6	Kyselina adipová a hexametyléndiamín	Vyšší bod topenia, lepšia chemická odolnosť v niektorých prípadoch, vynikajúca pevnosť v ťahu

 

Prísady a ich úloha v zložení priadze z polyamidov

Stabilizátory

Aby sa zlepšila stabilita polyamidovej priadze počas spracovania a na jej koncovom použití, pridávajú sa rôzne stabilizátory. Tepelné stabilizátory, ako sú určité kovové soli a antioxidanty, sa používajú na zabránenie degradácii polyamidového polyméru počas spracovania vysokej teploty, ako je napríklad točenie. Stabilizátory ultrafialových (UV) sa pridávajú na ochranu polyamidovej priadze pred škodlivými účinkami slnečného svetla. UV žiarenie môže spôsobiť štiepenie reťazca v polyméri, čo vedie k zníženiu mechanických vlastností. Priadaním UV stabilizátorov si priadza môže udržať svoju integritu, keď je vystavená vonkajším podmienkam.

Maziva

Lubrikanty hrajú rozhodujúcu úlohu vo výrobnom procese polyamidovej priadze. Počas spriadania musí polymérna tavenina plynulo prúdiť cez spinnerety. Lubrikanty znižujú trenie medzi polymérom a stenami spinneretu, čím sa zabezpečuje konzistentné a rovnomerné vytláčanie priadze. Okrem toho môžu mazivá zlepšiť hladkosť povrchu priadze, čo je prospešné pre ďalšie postupy spracovania, ako je tkanie alebo pletenie. Bežné lubrikanty používané pri produkcii polyamidovej priadze zahŕňajú estery mastných kyselín a vosky.

Pigmenty a farbivá

Pre farebnú polyamidovú priadzu sa pridávajú pigmenty alebo farbivá. Pigmenty sú nerozpustné farbivá, ktoré sú dispergované v polymérnej matrici. Poskytujú vynikajúcu farebnosť a často sa používajú na aplikácie, kde je potrebná vysoká farba trvanlivosti, napríklad v vonkajších textíliách. Na druhej strane farbivá sú rozpustné v polyméri alebo v rozpúšťadle a môžu preniknúť do štruktúry vlákien. Bežne sa používajú na výrobu živých a jednotných farieb v textilných aplikáciách. Výber medzi pigmentmi a farbivami závisí od faktorov, ako je požadovaná intenzita farieb, požiadavky na farebnosť a metódu spracovania polyamidovej priadze.

Spomaľovače horenia

V aplikáciách, kde je požiarna bezpečnosť problémom, napríklad v priemyselnom pracovnom oblečení a nábytku domov, sa do polyamidovej priadze pridávajú spomaľovače horenia. Spomaľovače horenia pracujú zasahovaním do procesu spaľovania polyméru. Môžu pôsobiť niekoľkými spôsobmi, napríklad vytvorenie ochrannej vrstvy char na povrchu priadze, uvoľňujú ne horľavé plyny na riedenie kyslíka okolo horiaceho materiálu alebo inhibíciu voľných radikálových reakcií, ktoré sa vyskytujú počas spaľovania. Bežné spomaľovače horenia používané v polyamidovej priadze zahŕňajú halogénové zlúčeniny, zlúčeniny na báze fosforu a kovové hydroxidy. Avšak kvôli environmentálnym a zdravotným problémom spojeným s niektorými spomaľovačmi horenia založených na halogéne existuje rastúci trend k používaniu alternatív šetrných k životnému prostrediu, ako je spomaľovače horenia na báze fosforu - dusíka.

 

Recyklácia a udržateľné zdroje

Recyklácia polyamidová priadza

S rastúcim zameraním na udržateľnosť si recyklácia polyamidovej priadze získala významný význam. Post - spotrebiteľské polyamidové výrobky, ako napríklad používaný odev a priemyselný odpad, sa môžu recyklovať na výrobu novej polyamidovej priadze. Proces recyklácie zvyčajne zahŕňa mechanické a chemické metódy. Pri mechanickej recyklácii sú polyamidové výrobky strúhané, vyčistené a roztavené tak, aby tvorili pelety, ktoré sa dajú znovu extrudovať na priadzu. Na druhej strane chemická recyklácia zahŕňa rozdelenie polyamidového polyméru do jeho monomérov alebo oligomérov prostredníctvom procesov, ako je hydrolýza alebo aminolýza. Tieto monoméry sa potom môžu vyčistiť a použiť na syntézu nového polyamidu.

Udržateľné suroviny

Okrem recyklácie sa vyvíja úsilie o rozvoj udržateľných surovín na výrobu polyamidových priadze. Jedným z prístupov je použitie bio -založených monomérov. Napríklad prebiehajú úsilie o výskum a vývoj o výrobu kyseliny adipovej z obnoviteľných zdrojov, ako je biomasa. Niektoré spoločnosti skúmajú používanie mikroorganizmov na fermentové cukry odvodené z rastlín na kyselinu adipovú. Podobne existujú pokusy o výrobu diamínov z bio -založených zdrojov. Použitím trvalo udržateľných surovín sa dá výrazne znížiť vplyv výroby polyamidovej priadze na životné prostredie na výrobu polyamidových priadzí, čo z dlhodobého hľadiska robí ekologickejšiu voľbu.

 

Záver

Polyamidová priadza je vyrobená z kombinácie petrochemických monomérov, prísad a v niektorých prípadoch recyklovaných materiálov alebo udržateľných surovín. Komplexné procesy syntézy, počnúc rafináciou ropy po produkciu špecifických monomérov a pridanie rôznych prísad, vedú k všestrannému materiálu so širokou škálou vlastností. Pochopenie zloženia polyamidovej priadze je nielen rozhodujúce pre výrobcov, aby optimalizovali výrobné procesy a výkonnosť výrobkov, ale aj pre spotrebiteľov a priemyselné odvetvia, aby sa informovali o jeho používaní. Keďže sa priemysel naďalej vyvíja smerom k udržateľnejším postupom, rozvoj nových zdrojov monomérov a recyklačných technológií bude hrať čoraz dôležitejšiu úlohu v budúcnosti výroby polyamidových priadze.