Glavni industrijski polimeri

Poliamidi

Poliamid je polimer, ki vsebuje ponavljajoče se amidne skupine (R ― CO ― NH ― R ′) kot sestavne dele glavne polimerne verige. Sintetični poliamidi nastajajo z reakcijo kondenzatona med monomeri, pri kateri pride do povezovanja molekul s tvorbo amidnih skupin. Jih lahko pripravimo z interakcijo diamina (spojina, ki vsebuje dve amino [NH ₂] skupin - npr. heksametilendiamin) in dikarboksilne kisline (ki vsebujeta dve karboksilni [CO ― OH] skupini - npr. adipinske kisline) ali pa se lahko tvorita s samokondenzacijo aminokisline ali aminokislinskega derivata. Najpomembnejši amidni polimeri so najloni, izjemno vsestranski razred materiala, ki je nepogrešljiva vlakna in plastika. V tem delu so opisani tudi aramidi, "aromatični poliamidi", ki vsebujejo benzenne obroče v svojih delih karboksilne kisline.

Najlon

Oktobra 1938 je DuPont napovedal izum prvega popolnoma proizvedenega sintetičnega vlakna. Glede na trgovsko ime Nylon (ki je zdaj postal splošen izraz) je bil material dejansko poliheksametilen adipamid, znan tudi kot najlon 6,6 zaradi prisotnosti šestih atomov ogljika v vsakem od njegovih dveh monomerov. Komercialna proizvodnja novih vlaken se je začela leta 1939 v tovarni DuPont v Seafordu v ameriški zvezni državi Del, ki je leta 1995 ameriško kemijsko društvo označilo za zgodovinsko znamenitost. Kmalu po prodaji vlaken DuPont je bil v Evropi proizveden najlon 6 (polikaprolaktam), ki temelji na polimerizaciji kaprolaktama. Najlon 6 in najlon 6,6 imata skoraj enako strukturo in podobne lastnosti ter sta še vedno najpomembnejša poliamidna vlakna na svetu. Njihove ponavljajoče se enote imajo naslednjo strukturo:

Najlon 6,6 so v DuPontu leta 1935 prvič sintetizirali Wallace Hume Carothers s kondenzacijsko reakcijo adipinske kisline in 1,6-heksametilendiamina:

Kot so razvili Carothers, Julian Hill in sodelavci, je proizvodni postopek vključeval uporabo molekul še naprej, kar je omogočilo polimerizacijo, da se je skoraj zaključila z odstranitvijo vode, nastale v reakciji kondenzacije. Najlon je na kraj prišel ravno pravočasno, da bi nadomestil svilo (naravni poliamid), čigar vzhodnoazijske vire oskrbe je carska Japonska odsekla. Ženske nogavice iz novega vlakna so bile razstavljene na mednarodni razstavi Golden Gate v San Franciscu in na sejmu v New Yorku leta 1939. Naslednje leto so se prodale po vsej Združenih državah Amerike in se dotaknile najlonske manije, ki je preživela razpršitev. vlakna za vojaško uporabo med drugo svetovno vojno in nadaljevala po vojni s tako intenzivnostjo, da je najlon praktično vzpostavil industrijo sintetičnih vlaken. Visoka trdnost, elastičnost, odpornost proti obrabi, odpornost proti plesni, sijaj, barvanje in lastnosti lastnosti materiala so bili idealni za nešteto uporabnih oblačil, opreme za dom, avtomobilov in strojev. Poleg tega so imeli ekstrudirani in oblikovani plastični deli iz najlona visoke tališča, togost, žilavost, kemična inertnost; našli so takojšnjo uporabo kot zobniška kolesa, oljna tesnila, ležaji in temperaturno odporna embalažna folija.

Najlon je še vedno zelo pomembno vlakno in njegov trg je od njegove uvedbe močno narastel. Vendar pa je prinesel nekaj tržnega deleža vlakninam iz polietilen tereftalata (glejte poglavje o poliestrih), ki so cenejše za proizvodnjo in prikazujejo številne vrhunske lastnosti. Pri oblačilih in oblačilih je najlon najpomembnejše vlakno, zlasti pri nogavicah, spodnjem perilu, raztegljivih tkaninah in športnih oblačilih, mehki prtljagi, oblazinjenju pohištva in preprogah. (Za preproge so najlonska vlakna izdelana iz filamentov velikega premera.) Industrijska uporaba najlonskih vlaken vključuje avtomobilske in tovorne pnevmatike, vrvi, varnostne pasove, padala, podlage za prevlečene tkanine, kot so umetno usnje, ognjevarne in vrtne cevi, netkane tkanine za spodnje preproge in oblačila za enkratno uporabo v zdravstveni industriji. Kot plastika se najlonci še vedno zaposlijo kot inženirska plastika - na primer v ležajih, jermenicah, zobnikih, zadrgah in lopaticah avtomobilskih ventilatorjev.

Za razliko od rajona in acetata se najlonska vlakna talijo - postopek, opisan v članku umetno izdelana vlakna. Drugi poliamidi komercialnega pomena vključujejo najlone 4,6; 6,10; 6,12; in 12,12 - vsak pripravljen iz diaminov in dikarboksilnih kislin; najlon 11, s polimerizacijo korak rasti pripravimo iz aminokisline H ₂ N (CH ₂) ₁₀ COOH; in najlon 12, narejen s polimerizacijo cikličnega amida, ki se odpira od obroča.

Aramide

Po uspehu najlonov so aramide (aromatski najlon) pripravili s kondenzacijo diamina in tereftalne kisline, karboksilne kisline, ki v svojih molekulah vsebuje šesterokotni benzenski obroč. Tesno pakiranje aromatičnih polimernih verig je ustvarilo močno, žilavo, trdo, visoko talijoče se vlakno za radialne pnevmatike, toplotno ali ognjeodporne tkanine, neprebojna oblačila in kompozitne materiale, ojačane z vlakni. DuPont je začel proizvajati Nomex (njegov zaščitni znak za poli-metafenilen izoftalamid) leta 1961 in Kevlar (zaščiteno ime poli-para-fenilen tereftalamida) leta 1971. Ti dve spojini se odlikujeta po strukturi svojih polimernih verig, ki vsebujejo Kevlar para orientirani fenilni obroči in meta-usmerjeni obroči, ki vsebujejo Nomex:

Nomex in podobne aramide, ki jih tržijo druga podjetja, so na splošno suhe vretena iz raztopine, v kateri je polimer pripravljen. Polimer, ki se uporablja za Kevlar in sorodne spojine, se po drugi strani mokro vrti iz vroče raztopine koncentrirane žveplove kisline z visokimi trdnimi snovmi. Zaradi palicne strukture aramidov, podobnih palicam, dobimo raztopino s "tekocino kristalino", ki molekule predori, še preden se zavrtijo, kar vodi v vlakna, ki so razpršena, z visoko trdnostjo in trdnostjo. Kevlar, ki je petkrat močnejši od teže jekla in je najbolj znan po uporabi v neprebojnih jopičih, so v podjetju DuPont razvili Stephanie Kwolek, Herbert Blades in Paul W. Morgan. Leta 1978 je Kwolek iz aramidov izdelal tudi prve polimerne tekoče kristale.

Aramide se ne proizvajajo v tolikšni količini kot blago iz najlona in poliestra, vendar zaradi visoke cene na enoto predstavljajo veliko podjetje. Končne uporabe aramidov v domu je malo (vlakna tipa Nomex so vdelana v pokrove za likalno desko), vendar se industrijska uporaba povečuje (zlasti za aramide razreda Kevlar), ko se oblikovalci izdelkov naučijo izkoriščati lastnosti, ki jih ponuja teh nenavadnih materialov.

Poleg omenjenih neprebojnih jopičev so Kevlar in njegovi konkurenti zaposleni v pasu za radialne pnevmatike, kablih, ojačanih kompozitih za plošče zrakoplovov in ladijskih trup, oblačilih, odpornih proti ognju (zlasti v mešanicah z Nomexom), športni opremi, kot je golf klub gredi in lahka kolesa ter kot azbestni nadomestki v sklopkah in zavorah. Vlakna tipa Nomex so v filtrirnih vrečah za vroče plinove; oblačila za stiskalnice, ki na tkanine nanesejo zaključke s trajnim pritiskom; sušilni pasovi za izdelovalce papirja; izolacijski papir in pletenica za električne motorje; ognjevarna zaščitna oblačila za gasilce, vojaške pilote in voznike dirkalnih avtomobilov; ter V jermeni in cevi.