Keemilised kiudained

Keemilised kiudained on kiudained, mida looduses valmiskujul ei leidu. Neid saadakse kas keemiliselt töödeldud looduslikest ühenditest või siis sünteetilistest kõrgmolekulaarsetest ühenditest. Looduslikest ühenditest saadavaid keemilisi kiudaineid nimetatakse tehiskiudaineteks ja sünteetilistest ühenditest saadavaid kiudaineid sünteeskiudaineteks. Kiudude keemilise liigituse järgi on tehis- ja sünteeskiud orgaanilised kiudained. Keemiliste kiudainete hulka loetakse ka anorgaanilised kiud, näiteks klaas-, süsinik- ja metallkiud. Tehiskiudaineid saadakse peamiselt puidu- ja puuvillatselluloosist ning taimsetest ja loomsetest valkudest (valkkiudained). Sünteeskiudude lähteaineid saadakse madalmolekulaarseid aineid polümeerides või polükondenseerides. Kasutatakse mitmesuguseid lähtepolümeere, et saada erisuguste omadustega kiudaineid, mis võivad olla väga sarnased looduslike kiududega (villaga, siidiga). Lähtepolümeeridest toodetakse kiudu kuiv- või märgketrusmenetlusel. Lähtepolümeeri põhiahela koostise järgi eristatakse süsinik- ja heteroahelaga kiudaineid. Süsinikahel koosneb ainult süsiniku aatomitest, heteroahela makromolekuli peaahelasse kuuluvad peale süsiniku ka heteroaatomid. Süsinikahelaga sünteeskiudude lähtematerjaliks on näiteks polüakrüül, polüeteen, polüpropüleen, polüvinüülalkohol, polüvinüülkloriid; heteroahelaga kiudainetel polüamiid, polüester, polüimiid, polüuretaan. Igast materjalist toodetakse mitmeid erisuguste omadustega sünteeskiudaineid, kusjuures sama kiudaine tootenimetused võivad olla riigiti erinevad. Tehiskiudaineid toodetakse keemilis-tehnilisi protsesse rakendades looduslikest polümeeridest. Sulgudes olevad lühendid põhinevad peamiselt keemiliste kiudude tähistamise standardil DIN EN ISO 2076 (vastav Eesti standard EVS-EN ISO 2076:2021). Regenereeritud tsellulooskiud: Viskooskiud (CV). Valmistatakse puhtast tselluloosist, mida saadakse peamiselt pöögist ja männist, eukalüptist või üha enam ka bambusest. Modaaalkiud (CMD). Toodetakse modifitseeritud viskoosiprotsessis, seetõttu on see nii kuivalt kui ka märjana viskooskiust tugevam. Lyocell-kiud (CLY). Toodetakse märgketrusmenetlusel, kasutades lahustit N-metüülmorfoliin-N-oksiidmonohüdraat. Kiudu iseloomustab väga suur kuiv- ja märgtugevus. Tootmist peetakse eriti perspektiivseks tänu peaaegu suletud tootmistsüklile ja võimalusele kasutada lisaks kiiresti kasvavatele puiduliikidele ka taaskasutatud puuvilla. Cupro-kiud (CUP). Tootmisel kasutatakse vaskoksiidi-ammoniaagi protsessi. *Tselluloosestrist kiud: Atsetaatkiud (CA, varem AC). Toodetakse kuivketrusprotsessis atsetoonis lahustatud atsetüültselluloosist. Triatsetaatkiud (CTA). Valmistatakse samuti tselluloosatsetaadist, kuid lahustatakse diklorometaanis. Valkkiud (USAs Azlon) Regenereeritud valkkiud (PR). Toodetakse taimse või loomse päritoluga regenereeritud looduslikust valgust, mis võib olla keemiliselt stabiliseeritud. Modifitseeritud sojaoa valgu kiud (MSP). Toodetakse märgketramise teel ketruslahusest, mis koosneb pika ahelaga sojaoa valgu molekulide ja lühikese ahelaga sojaoa valkude segust, mis on kopolümeriseeritud polüvinüülalkoholiga. Kaseiinkiud on piimavalgust regenereeritud valkkiud, millel pole tänapäeval erilist majanduslikku tähtsust; töötati välja villa aseainena (kaseiinvill) Teise maailmasõja ajal. Siin vormitakse bakterite toodetud sünteetilised valgud ämblikulaadseks kiuks. Polülaktiidkiud (PLA). Kiud koosnevad lineaarsetest makromolekulidest, milles on vähemalt 85 massiprotsenti piimhappe estrit. Ekstraheeritakse kas otse taastuvatest toorainetest piimhappe polükondensatsiooni teel (tärklisest, dekstroosist või lihtsatest taimsetest suhkrutest fermentatsiooni teel) või kaudselt piimhappe tsüklilistest dimeeridest tsükli avamise ja polümerisatsiooni teel. Alginaatkiud (ALG). Algiinhappe metallisooladest valmistatud kiud; merevetikate ekstraheerimisel sooda lahusega saadakse viskoosne naatriumalginaadi vesilahus. Kitiinkiud (CHT). Kitiini ja selle derivaatidest, nt kitosaanist saadud kiud. Elastodieenkiud (ED). Looduslikest polüisopreenkiududest valmistatud kiud (varem nimetati kummikiududeks); terminit kasutatakse ka sünteetilisest polüisopreenist valmistatud kiudude kohta. Biopõhine polüamiidkiud (PA 4.10 / PA 6.10 / PA 10.10 / PA 10.12 / PA 11). Valmistatakse kastoorõlist või selle saadustest. Väga vastupidav keemilistele ja termilistele mõjudele, hea mõõtmete stabiilsus ja väike tihedus võimaldavad seda kiudu kasutada paljudes rakendustes. Sünteeskiudaineid saadakse keemilis-tehnilisi protsesse rakendades sünteetilistest polümeeridest. Polüesterkiud (PES), enamasti polüeteentereftalaat (PET). PES-kiud on oma mitmekülgsete omaduste tõttu (suure tõmbetugevusega, seega rebenemiskindel, ja kulumiskindel, ei ima peaaegu niiskust) kõige laiemalt kasutatav sünteeskiud. Valmistatakse ka polütrimetüleentereftalaatkiudu (PTT) ja polübutüleentereftalaatkiudu (PBT). Polüamiidkiud (PA) (USAs Nylon). PA-kiud on väga elastne ning rebenemis- ja kulumiskindel. Sellest valmistatud riie peaaegu ei kortsu. Polüamiidi saab kuumuse toimel jäädavalt deformeeruda, mida kasutatakse termofikseerimisel. Polüimiidkiud (PI). PI-kiud on mittesulav, termiliselt äärmiselt stabiilne ja leegikindel, mistõttu kasutatakse peamiselt tehnilistes tekstiilides. Polüamidimiidkiud (PAI). PAI-kiud on erakordselt kuuma- ja leegikindel (kuni 240 °C), mittesulav ja vastupidav tavalistele lahustitele. Aramiidkiud (AR). AR-kiude valmistatakse m-aramiidkiududena (hea temperatuuritaluvus ja kemikaalikindlus) või p-aramiidkiududena (suur tugevus ja suur elastsusmoodul). Neid kiude kasutatakse peamiselt tehnilise tekstiilina nt kuulivestid. Polüakrüülkiud (PAN). Polüakrüülkiud (tuntud ka kui akrüülkiud) sisaldab vähemalt 85 massiprotsenti polüakrüülnitriili. Homopolüakrüülnitriilkiud (puhas PAN) koosneb peaaegu 100 % akrüülnitriilist ja töötati algselt välja asbesti asendajana kiudtsemendis ja kasutamiseks piduri hõõrdkatetes. Tekstiilkiududena kasutatav PAN-kiud on kopolümeerkiud. Need kiud tunduvad villana on ning hea valgus- ja kemikaalikindlusega. Polüakrüülnitriili kasutatakse ka õõneskiudude valmistamiseks membraanitehnikas. Modakrüülkiud (MAC). MAC-kiude toodetakse peamiselt märgketrusprotsessis kopolümerisaadist, milles on vähemalt 50 % ja maksimaalselt 85 % akrüülnitriili ning PAN-ahelmolekule ning 15 kuni 50 % komonomeere, nt. vinüülkloriidi või vinülideenkloriidi, mis on sisse viidud kopolümerisatsiooni teel. MAC-kiud on isekustuvad. Neid kasutatakse puhtalt või kombineeritult näiteks kaitseriietuse või kardinate ja vaipade valmistamiseks. Polütetrafluoroetüleenkiud (PTFE). PTFE-kiud on temperatuuripüsiv, suures osas keemiliselt inertne, vett hülgav ja raskesti värvitav. Seda kiudainet kasutatakse peamiselt tehnilistes tekstiilides. PTFE-kiudu kasutatakse laialdaselt trosside, köite ja võrkude valmistamiseks. Polüeteen- ehk polüetüleenkiud (PE). PE-kiud koosnevad üle 85 % suure või väikese tihedusega polüeteenist ja toodetakse sulaketrusmenetlusel. Nad ei ima niiskust, on vastupidavad paljudele kemikaalidele, neil on suur kulumiskindlus, aga väike tõmbetugevus, kitsas pehmenemisvahemik (sõltuvalt tüübist 85 kuni 132 °C) ja väike UV-stabiilsus (on ka UV-kiirguse suhtes stabiliseeritud modifikatsioone). Staapelkiududena kasutusel peamiselt mittekootud kangastes. Geelketrusmenetlusel saadakse polüetüleenkiust lõngad, millel on väga suur molekulmass, kristallisatsiooniaste ja Youngi moodul. Alaliike: UHMW-PE (Ultra-High-Molecular-Weight Polyethylen), HM-PE (High-Modulus Polyethylen), HP-PE (High-Performance Polyethylen). Polüpropeen- ehk polüpropüleenkiud (PP). PP-kiud on väikseima tihedusega tekstiilkiud. Absoluutselt hüdrofoobse koostise tõttu on nende kuiv- ja märgtõmbetugevuse väärtused ühesuurused. See kiudaine on vastupidav agressiivsetele kemikaalidele ja sellel on hea kulumiskindlus. PP-kiude kasutatakse spordi- ja aluspesus, geotekstiilide, vaipade ja autotekstiilide jaoks. PP-kiududel on arvukalt modifikatsioone, nagu nt mikrokiud, profiilkiud ja õõneskiud, elastsed kiud ja raskesti süttivad kiud. Polükloriidkiud (CLF), ka klorokiud. CLF-kiud koosnevad lineaarsetest makromolekulidest, mille ahelas on vähemalt 50 massiprotsenti vinüülkloriidi või vinüülideenkloriidi. Aluspolümeerist polüvinüülkloriidist (PVC) valmistatud polüvinüülkloriidkiud oli esimene sünteetiline kiud, kuid tänapäeval on sellel vaid vähene tähtsus. CLF-kiudaine on mittesüttiv, hea soojusisolatsiooni võimega, absoluutselt hüdrofoobne, vastupidav hapetele ja leelistele, hea ilmastiku- ja valguskindlusega. Kasutusalad on tehniliste tekstiilide ja samuti sooja pesu (reumapesu) ning dekoratiiv- ja sisustuskangaste valdkonnas, enamasti kombinatsioonis muude kiududega. Elastaankiud (E, ka EA/ELAS, PUE, USAs Spandex). Elastaankiudaine koosneb vähemalt 85 massiprotsendi ulatuses segmenteeritud polüuretaanist ja on väga elastne. Kuna seda kiudainet on lihtne värvida, kasutatakse seda (enamasti koos teiste kiududega) elastsete kangaste, ujumisriiete ja sukkade valmistamiseks. Polübensoksasoolkiud (PBO). PBO-kiud töötati välja polü(p-fenüleen-2,6-bensobisoksasool)i baasil. Täiusliku kristallistruktuuri tõttu on see kiudaine eriti suure mehaanilise tugevusega. Tõmbetugevuse väärtused on kaks korda suuremad kui p-aramiidkiududel. Lisaks on PBO-kiud mittesüttivad ja termiliselt stabiilsed. Seda kiudainet kasutatakse kuuma- ja lõikekindlate rõivaste valdkonnas ning komposiitmaterjalina, samuti kõrge temperatuuritaluvusega filtermaterjalides. Polübensimidasoolkiud (PBI). Kuivketrusmenetlusel toodetud PBI-kiudaine koosneb pikaahelalisest aromaatsest polümeerist, milles korduvad imidasoolrühmad on polümeeriahela lahutamatu osa. Mehaanilised ja tehnilised omadused on sarnasugused kui viskooskiududel, kuid PBI-kiud ei põle õhu käes, ei sula, nad on vastupidavad hapetele, leelistele ja orgaanilistele kemikaalidele. See kiudaine sobib eriti hästi kuumakaitserõivaste jaoks. Polüuureakiud (praegune lühend puudub, varasem lühend PUA või PB). Polüuureakiud koosneb lineaarsetest makromolekulidest, mille ahelas on näha funktsionaalse karbamiidi (uurea) rühma (NH-CO-NH) kordumist. See moodustab polüamiidide rühma, kusjuures erilise tähtsusega on Jaapanis välja töötatud ja toodetav urüülkiud. Eeliseks teiste polüamiidkiudude ees on nende happekindlus. Melamiinkiud (MEL, varem ka MF). MEL-kiud koosneb vähemalt 85 massiprotsendi ulatuses melamiini derivaatidest valmistatud ristseosega makromolekulidest. See kiudaine on hõlpsasti värvitav, vastupidav aromaatsetele ühenditele, on hüdrolüüsistabiilne ja talub hästi leelisi, vähem pikaajalist hapete mõju. MEL-kiul on hea leegikindlus ja pikaajaline temperatuuritaluvus ning väike soojusjuhtivus, mistõttu sobib väga hästi töö- ja tulekaitsetekstiilidele. Polüfenüleensulfiidkiud (PPS). PPS-kiudaine koosneb lineaarsetest makromolekulidest, mille peaahelas on p-fenüültiorühm. Seda kiudu toodetakse sulaketrusmenetlusel. PPS-kiul on suurepärane keemiline vastupidavus (varem ületasid seda ainult PTFE-kiud) ja suur termiline stabiilsus, mis võimaldab pikaajalist kasutamist temperatuuril kuni 190 °C (lühiajaliselt kuni 230 °C) ilma oluliste kahjustusteta. Seetõttu on peamised rakendused kuuma gaasi filtermaterjalide ja paberimasina viltide valdkonnas kuivatustsooni kriitilistes piirkondades. Elastolefii-kiud (EOL, USAs Lastol). Üldnimetus kiudude kohta, mis koosnevad vähemalt 95 massiprotsendi ulatuses makromolekulidest, mis on osaliselt ristseoses, koosnevad etüleenist ja vähemalt ühest teisest olefiinist ning mis pooleteisekordseks venitamise järel pöördub peaaegu kohe tagasi algasendisse. Neid elastseid polüolefiinkiude iseloomustab hea temperatuuritaluvus (kuni 200 °C) ja vastupidavus agressiivsetele kemikaalidele (eriti kloorile) ja UV-kiirgusele. Polüvinüülalkoholkiud (PVA või PVAL). PVA-kiud koosnevad lineaarsetest makromolekulidest, milles on vähemalt 85 massiprotsenti polüvinüülalkoholi, mis on saadud vinüülatsetaadi polümerisatsiooni ja sellele järgnenud seebistumise tulemusena. Kui seebistumisaste on madal, st vabu OH-rühmi on vähe, on PVA-kiud vees lahustuvad. Seebistumisastet muutes saab vastavalt vajadusele reguleerida vees lahustuvust ja termoplastsust ning tugevuse ja venivuse väärtusi. Vees lahustuvaid kiude kasutatakse nt tugi- või abiniitidena, mis tekstiilpindadelt eemaldamisel jätavad järele mustri. Vinüülkiud (PVAL) (Jaapanis Vinylon, USAs Vinal). Vinüülkiud on valmistatud tugevalt venitatud ja kuumtöödeldud polüvinüülalkoholkiududest. Järgneva atsetaliseerimise abil (töötlemine tavaliselt formaldehüüdiga) muudetakse kiud vees lahustumatuks. Ristseos luuakse valdavalt polüvinüülalkoholi kiumolekulide vahel, mis paiknevad venitamise tulemusena paralleelselt. Atsetaliseerumisastet ja seega ka kiudude omadusi saab töötlemistingimuste kaudu muuta. Kiud on vähese niiskusimavusega (4–5 %), suure kulumiskindlusega, kuid kipuvad kortsuma. Sulamistemperatuur on 230 °C. Neil on hea keemiline vastupidavus. Kasutusaladeks on tehniline tekstiil, samuti dekoratiivkangad ja voodipesu. Mehaanilise tugevuse ja leelisekindluse tõttu kasutatakse neid kiude tsemendis ja betoonis. Neid vinüülkiude nimetatakse mõnikord ka polüvinüülatsetaalkiududeks. Polükarbonaatkiud (PC). PC-kiud saadakse polükarbonaadi lahustest märg- või kuivketrusmenetlusel. Seda kiudainet kasutatakse tehniliste tekstiilide monokiududena, samuti mikrokiududena (läbimõõduga 1–10 µm) polükarbonaat-elektreetkiududena õhu peenfiltrite jaoks. Polüstüreenkiud (PST, PS). Polüstüreenkiudu toodetakse stüreenist või stüreeni kopolümeeridest sulaketramise teel vastavalt ekstrusiooniprotsessile. Kiududel on väike tihedus (1,05 g/cm3) ja veeimavus ning suurepärased elektriisolatsiooniomadused. Enamasti toodetakse jämedate monokiude, kuid ka staapelkiude kujul. Kasutatakse tehnikas soojus- ja elektriisolatsioonimaterjalina ning ka ioonvahetites ja valgusjuhtmena. Keraamiline kiud. Need kiudained moodustavad anorgaaniliste kiudude eri klassi. Nad koosnevad kiulisest keraamilisest struktuurist. Kasutusel on oksiidseid kiude (alumiiniumoksiidid, mulliidid, ütriumoksiid) ja mitteoksiidseid kiude (SiC, SiCN, SiBCN). Nende peamine kasutusvaldkond on isolatsioonimaterjalide kõrgtemperatuurilised rakendused (lühikeste kiudude puhul) ja tugevduskiud komposiitmaterjalides, näiteks kiudarmeeritud (kiududega tugevdatud) keraamika. Keraamilise kiu nimetuse all tuntud alumiiniumsilikaatvilla kasutatakse soojusisolatsioonina temperatuuril üle 700 °C. Kvartskiud (ränihappekiud). Kasutatakse asbesti asendava isolatsioonimaterjalina, samuti filtrites ja filterpaberites või valgusjuhtmeteses ja laserides. Neid kasutatakse ka hambaravis. Klaaskiud (GF). Klaaskiudu saadakse sulaklaasist tõmbamise teel. Võrreldes polümeerkiududega on need vähem venivad ja hapramad. Peenus on vahemikus 3 kuni 13 µm. Need kiud on mittesüttivad. Sulamistemperatuur on vahemikus 900 kuni 1000 °C ja niiskuse neeldumine on alla 0,5 %. Tekstiilklaaskiust valmistatakse nt mittesüttivaid kardinaid ja tehnilisi tekstiiltooteid, samuti dekoratiivkangast. Neid kiude kasutatakse ka plastide tugevdamiseks. Basaltkiud. Need saadakse sulatatud tardkivimi basaldi sulatamisel ja seejärel läbi plaatina/roodiumdüüsi aukude tõmbamisel. Selleks sobib basaltkivim, mille ränidioksiidi sisaldus on üle 46 %. Kiududest saadud lõngast saab lõigata ka staapelkiudu. Kiud on mittesüttivad ja temperatuurikindlad vahemikus –260 kuni +700 °C. Tõmbetugevus ja elastsusmoodul on veidi suurem kui klaaskiudude puhul. Vastupidavus hapetele ja orgaanilistele lahustitele on hea. Aluselise keskkonna suhtes on nad vähem tundlikud kui E-klaaskiud, mistõttu sobivad paremini betooni ja tsemendi tugevdamiseks. Basaltkiude kasutatakse samuti kiudplastkomposiitides. Neid töödeldakse heidena ning korrutatud lõngana tehnilistes kangastes, nöörides, voolikutes ja rihmades. Süsinikkiud (CF). Seda kiudu toodetakse orgaaniliste lähteainete termilisel karboniseerimisel, koosnedes lõpuks vähemalt 90 massiprotsendi ulatuses süsinikust. Süsinikkiud on suhteliselt väikese tihedusega (1,5–2,0 g/cm3), suure tugevuse ja jäikusega kuumakindel (sulamistemperatuur 3650 °C). Süsinikkiudu kasutatakse peamiselt plastmaterjalide tugevdamiseks komposiitkeraamikas ja tehnilises tekstiilis. Kiudvildina kasutatakse neid kiude kõrge temperatuuriga inertgaasi või vaakumahjude soojusisolatsiooniks. Boorkiud. Neil kiududel on suur tugevus ja elastsusmoodul. Boorkiude kasutatakse kergetes komposiitmaterjalides, millest tavaliselt kootakse matte. Kristallkiud. Need koosnevad monokristallilisest materjalist, nt safiirist (Al2O3) (alumiiniumoksiidkiud) või ütrium-alumiinium-granaadist ja ränikarbiidist. Teine tüüp on polükristallkiud, siin kantakse materjal volframist, molübdeenist või süsinikust südamikule, mille tulemusena saadakse komposiitkiud, nt BSiC või SiCW. Nanotorukiud. Need koosnevad peaaegu täielikult süsinik-nanotorudest. Need eriti tugevad kiud on alles varajases arendusjärgus. NASA uurib selliste kiudsüsteemide kasutamise võimalusi kosmosesõidukite ehitamiseks. "ESTTERM: Keemiline kiud". Originaali arhiivikoopia seisuga 14. oktoober 2017. Vaadatud 5. oktoobril 2022. ENE 9. köide, 1996 Keemiliste kiudude jaotus Diana Tuulik. Keemilised kiud. 2010