Iš ko pagaminti poliamido verpalai?

Poliamido verpalai, šiuolaikinio tekstilės ir pramoninės medžiagos kraštovaizdžio kertinis akmuo, nuo pat įkūrimo buvo revoliucinis atradimas. Plačiai pripažintas dėl savo stiprumo, ilgaamžiškumo ir universalumo, poliamido verpalai rado pritaikymą viskuo, pradedant nuo aukštos spektaklio sportinių drabužių iki sunkių pramoninių virvių ir medicinos prietaisų. Norint visiškai įvertinti jo savybes ir potencialą, būtina suprasti jos sudėtį ir žaliavas, kurios patenka į jos gamybą.

Naftos chemijos kilmė

Statybiniai blokai nuo naftos

Poliamido verpalaivisų pirma yra kilusi iš naftos chemikalų. Petroleum, sudėtingas angliavandenilių mišinys, yra pagrindinis monomerų, naudojamų poliamido sintezėje, šaltinis. Naftos rafinavimo procesas suskaido ilgus grandininius angliavandenilius į mažesnius, labiau valdomus komponentus. Tarp jų tam tikri junginiai, tokie kaip benzenas, toluenas ir ksilenas, yra ypač svarbūs poliamido gamybai.

Pavyzdžiui, benzenas yra pagrindinė pradinė medžiaga. Per daugybę cheminių reakcijų benzenas gali būti paverčiamas cikloheksanu. Ši konversija dažnai pasiekiama per hidrinimo procesą, kai vandenilio dujos pridedamos prie benzeno esant katalizatoriui. Gautas cikloheksanas toliau perdirbamas, kad būtų gauta adipo rūgštis, vienas iš svarbiausių poliamido 6,6 poliamido monomerų.

Monomerų gamyba

Adipo rūgšties gamyba

Adipo rūgštis gaminamas dideliu mastu oksiduojant cikloheksaną. Tipiškame pramoniniame procese cikloheksanas pirmiausia oksiduojamas orais esant katalizatoriui, paprastai kobalto katalizatoriui. Dėl šios oksidacijos reakcijos susidaro cikloheksanolio ir cikloheksanono susidarymas, kuris vėliau toliau oksiduojamas iki adipo rūgšties. Reakciją galima pavaizduoti taip:

Audipo rūgšties gamybai reikia atidžiai kontroliuoti reakcijos sąlygas, įskaitant temperatūrą, slėgį ir reagentų santykį, kad būtų pasiektas didelis derlius ir grynumas.

Diaminų gamyba

Poliamidui 6,6, kitas esminis monomeras yra heksametilendiaminas. Šis diaminas paprastai gaminamas iš adiponitrilo, kurį galima susintetinti iš Butadieno, kito naftos cheminio darinio. Butadienas reaguoja su vandenilio cianidu procese, vadinamame hidrocianacija, kad susidarytų adiponitrilas. Tada adiponitrilas hidrinamas, kad būtų gautas heksametilendiaminas. Cheminės reakcijos yra šios:

Šioje lentelėje apibendrinami pagrindiniai naftos chemijos - išvesti monomerai ir jų gamybos keliai, skirti 6,6 poliamidui:

Monomeras	Pradedant naftos chemiją	Pagrindiniai gamybos veiksmai
Adipo rūgštis	Benzenas (per cikloheksaną)	Cikloheksano oksidacija į cikloheksanolį\/cikloheksanoną, po to tolesnis oksidacija iki adipo rūgšties
Heksametilendiaminas	Butadienas (per adiponitrilą)	Butadienės hidrocianacija iki adiponitrilo, tada hidrogenizacija adiponitrile

 

 

Poliamidas 6 - Kito monomero šaltinio

Caprolactam kaip monomeras

Poliamidas 6 turi skirtingą monomerų šaltinį, palyginti su poliamidu 6,6. Jis gaminamas iš „Caprolactam“. Caprolactamas gali būti sintezuotas iš cikloheksanono, kuris, kaip minėta anksčiau, yra tarpinis gaminant adipo rūgštį. Cikloheksanonas pirmiausia paverčiamas cikloheksanono oksimu per reakciją su hidroksilaminu. Tada cikloheksanono oksimas patiria pertvarkymo reakciją, vadinamą Beckmann pertvarkymu, esant rūgšties katalizatoriui, kad susidarytų kaprolaktamui. Cheminės reakcijos yra šios:

Gavus kaprolaktamą, jis gali būti polimerizuotas taip, kad susidarytų 6 poliamidas. Polimerizacijos procesas apima laktamo žiedo atidarymą ir ilgų grandinių polimerų formavimąsi. Tai galima pasiekti per žiedą, atidarant polimerizacijos reakciją, paprastai atliekama aukštesnėje temperatūroje esant katalizatoriui.

Palyginimas su poliamidu 6,6

Ši lentelė lygina monomerų šaltinius ir kai kurias pagrindines poliamido 6 ir poliamido 6,6 savybes:

Poliamido tipas	Monomero šaltinis	Bendrosios savybės
Poliamidas 6	„Caprolactam“	Geras atsparumas dilimui, didelis elastingumas, santykinai greita drėgmės absorbcija
Poliamidas 6,6	Adipo rūgštis ir heksametilenendiaminas	Aukštesnis lydymosi taškas, geresnis cheminis atsparumas kai kuriais atvejais, puikus tempimo stipris

 

Priedai ir jų vaidmuo poliamido verpalų kompozicijoje

Stabilizatoriai

Norėdami pagerinti poliamido verpalų stabilumą perdirbimo metu ir jo pabaigoje, naudokite programas, pridedami įvairūs stabilizatoriai. Šilumos stabilizatoriai, tokie kaip tam tikros metalinės druskos ir antioksidantai, naudojami siekiant išvengti poliamido polimero skaidymo aukšto temperatūros perdirbimo metu, pavyzdžiui, sukasi. Ultravioletiniai (UV) stabilizatoriai pridedami siekiant apsaugoti poliamido verpalus nuo kenksmingo saulės šviesos poveikio. UV spinduliuotė gali sukelti grandinės skiltį polimere, todėl sumažėja mechaninių savybių. Pridėję UV stabilizatorių, verpalai gali išlaikyti savo vientisumą, kai veikiami lauko sąlygų.

Tepalai

Tepalai vaidina lemiamą vaidmenį poliamido verpalų gamybos procese. Verpimo metu polimero lydymui reikia sklandžiai tekėti per suktukus. Tepalai sumažina trintį tarp polimero ir suktuko sienų, užtikrindami nuoseklų ir vienodą verpalų išspaudimą. Be to, tepalai gali pagerinti siūlų paviršiaus glotnumą, o tai naudinga tolesniems apdorojimo etapams, tokiems kaip audimas ar mezgimas. Polimido verpalų gamyboje naudojami įprasti tepalai yra riebalų rūgščių esteriai ir vaškai.

Pigmentai ir dažai

Spalvoti poliamido verpalai pridedami pigmentų ar dažų. Pigmentai yra netirpūs dažikliai, išsklaidyti polimero matricoje. Jie suteikia puikų spalvotumą ir dažnai naudojami tam, kur reikalinga aukšta ilgaamžiškumo spalva, pavyzdžiui, lauko tekstilė. Kita vertus, dažai tirpsta polimere arba tirpiklyje ir gali prasiskverbti į pluošto struktūrą. Jie dažniausiai naudojami ryškioms ir vienodoms spalvoms gaminti tekstilės srityse. Pasirinkimas tarp pigmentų ir dažų priklauso nuo tokių veiksnių kaip norimas spalvų intensyvumas, spalvų komplektacijos reikalavimai ir poliamido siūlų apdorojimo metodas.

Lenkspos

Programose, kuriose priešgaisrinės saugos yra susirūpinęs, pavyzdžiui, pramoninėse darbo drabužiuose ir namų balduose, ant poliamido verpalų pridedami antipirenai. Lenksmės sulėtėjimai dirba trukdant polimero degimo procesui. Jie gali veikti keliais būdais, pavyzdžiui, suformuoti apsauginį char sluoksnį ant verpalų paviršiaus, išlaisvindami nedegines dujas, kad praskiestų deguonį aplink degančią medžiagą, arba slopindami laisvas radikalias reakcijas, atsirandančias degimo metu. Poliamido verpaluose naudojami įprasti liepsnos sulėtėjimai yra halogeniniai junginiai, fosforo junginiai ir metalo hidroksidai. Tačiau dėl aplinkos ir sveikatos problemų, susijusių su kai kuriais halogenais pagrįstais antipirenais, auga tendencija naudoti ekologiškesnes alternatyvas, tokias kaip fosforo - azoto grindų sulėtėjimai.

 

Perdirbimo ir tvarių šaltinių

Poliamido verpalų perdirbimas

Didėjant daugiausia dėmesio skiriant tvarumui, poliamido verpalų perdirbimas įgijo didelę reikšmę. „Post“ - vartotojų poliamido produktai, tokie kaip naudojami drabužiai ir pramoninės atliekos, gali būti perdirbti naujiems poliamido verpalams gaminti. Perdirbimo procesas paprastai apima mechaninius ir cheminius metodus. Mechaninio perdirbimo metu poliamido produktai susmulkinami, išvalomi ir ištirpinami, kad susidarytų granulės, kurias galima išspausti į verpalus. Kita vertus, cheminis perdirbimas apima poliamido polimero į jo monomerų ar oligomerų suskaidymą per procesus, tokius kaip hidrolizė ar aminolizė. Tada šiuos monomerus galima išgryninti ir naudoti naujam poliamidui sintetinti.

Tvarios žaliavos

Be perdirbimo, dedamos pastangos plėtoti tvarius žaliavinius poliamido verpalų gamybai. Vienas iš būdų yra naudoti biologinius monomerus. Pvz., Vyksta tyrimų ir plėtros pastangos gaminti adipo rūgštį iš atsinaujinančių išteklių, tokių kaip biomasė. Kai kurios kompanijos tiria mikroorganizmų naudojimą fermentuojant cukrų, gautų iš augalų į adipo rūgštį. Panašiai yra bandoma gaminti diaminus iš biologinių šaltinių. Naudojant tvarius žaliavas, poliamido verpalų gamybos poveikis aplinkai gali būti žymiai sumažintas, todėl ilgainiui tai tampa ekologiškesne galimybe.

 

Išvada

Poliamido verpalai gaminami iš naftos cheminių medžiagų, gautų monomerų, priedų, derinio ir kai kuriais atvejais perdirbtų medžiagų ar tvarių žaliavų. Sudėtingi sintezės procesai, pradedant nuo naftos rafinavimo iki specifinių monomerų gamybos ir pridėjus įvairių priedų, susidaro universali medžiaga, turinti platų savybių diapazoną. Poliamido verpalų sudėties supratimas yra ne tik labai svarbus gamintojams, kad būtų galima optimizuoti gamybos procesus ir produkto veikimą, bet ir vartotojams bei pramonės šakoms priimti pagrįstus sprendimus dėl jo naudojimo. Pramonei toliau tobulėjant tvaresnei praktikai, naujų monomerų šaltinių ir perdirbimo technologijų plėtra vaidins vis svarbesnį vaidmenį poliamido verpalų gamybos ateityje.