نایلون

Nylon نایلون
Nylon 6,6 unit
چگالی
۱٫۱۵g/cm ۳
رسانایی الکتریکی ()
۱۰ −۱۲ S/m
رسانندگی گرمایی
۰٫۲۵ W/(m·K)
دمای ذوب
۴۶۳–۶۲۴ K۱۹۰–۳۵۰ °C۳۷۴–۶۶۳ °F
نایلون گونه‌ای پلیمر ترکیبی و پلی آمید است که نخستین بار در ۲۸ فوریه ۱۹۳۵ توسط والاس کاروترز در مرکز پژوهش دوپونت ساخته شد. نایلون یکی از پرکاربردترین پلیمرها در عموم است.
تکپار (مونومر)هایی که در اثر ترکیب حاوی گروه‌های آمید (CONH-Amides-) می‌باشند تولید پلی آمیدها را کرده و تحت عنوان نایلون (Nylon) شناخته می‌شوند.
بررسی
نایلون گونه‌ای از گرمانرم است که از مواد نرم ساخته شده‌است. نخستین کاربری‌های تجاری از نایلون در ساختن برس مسواک (۱۹۳۸) و جوراب زنانه (۱۹۴۰) بود. این مواد از واحدهای تکرارشونده که با پیوند پپتاید (یا پیوند شیمیایی آمید) به یکدیگر پیوند یافته‌اند، تشکیل شده و نوعی پلیامید است. نایلون نخستین پلیمر ترکیبی موفق در بازرگانی است. هدف از ساخت نایلون آن بود که چون در دوران جنگ جهانی دوم، ابریشم کمیاب شده بود، نایلون جایگزین ترکیبی ابریشم شود و بتوان چیزهایی را که با ابریشم ساخته می‌شد با این ماده ساخت؛ این ماده در آن دوران در ساخت برخی وسایل نظامی چون چتر نجات، جلقه توپ‌خانه ضدهوایی و تایرهای بسیاری از انواع خودروهای نظامی بکار رفت.
نایلون ۶ و نایلون ۶،۶ مهم‌ترین پلی آمید می‌باشند که در صنعت نساجی و در تولید فرش و موکت نیز کاربرد دارد. از همین رو به معرفی خواص آن‌ها می‌پردازیم.
نایلون ۶
نایلون ۶ یا پلی کاپرولاکتم توسط پائول اسکلاک در هنگام بهبود خواص نایلون ۶۶ بوجود آمد. نایلون ۶۶ پلی‌آمیدی نیمه کریستالی است. نایلون ۶ برخلاف دیگر نایلون‌ها و نایلون ۶۶، یک پلیمر تراکمی است که باعث تفاوت ویژگی آن با دیگر نایلون‌ها می‌شود.
تولید نایلون ۶
منومر نایلون ۶ عبارتست از اتا-آمینوکاپروئیک اسید ɛ-Amino Caproic یا لاکتوم آن یعنی کاپرولاکتم (Caprolactom) با فرمول شیمیایی CH2)5C(O)NH).
به دلیل آسانی تهیه و تصفیه، از کاپرولاکتم استفاده می‌شود. کاپرولاکتم ماده کریستالی سفید رنگ با نقطه ذوب ۶۸–۶۹ درجه سانتی گراد است. پلیمریزاسیون کاپرولاکتم و تبدیل آن به نایلون ۶ به روش‌های مختلفی انجام می‌گیرد که مهمترین آن‌ها به صورت زیر می‌باشد:
کاپرولاکتم را ذوب کرد و پس از فیلتر، آن را در داخل اتوکلاو و تحت فشار به مدت ۸ ساعت در حرارت ۲۴۰–۲۸۰ درجه سانتی گراد و دور از محیط هوا یا تحت گاز بی‌اثر همراه با کاتالیزورهای مناسب پلیمریزه می‌کنند.
به کاپرولاکتم مقدار ۱۰ درصد وزن خود آب اضافه کرده و آن را در حرارت بالا و با کنترل خروج بخار آب همراه با کاتالیزورهای مناسب تحت عمل پلیمریزاسیون قرار می‌دهد. با وجود اینکه این روش در مقایسه با روش اول، زمان زیادی لازم دارد، ولی چون عمل پلیمریزاسیون را می‌توان به خوبی تحت کنترل درآورد و همچنین از تجزیه حرارتی پلیمر (که در روش اول امکان آن وجود دارد) جلوگیری کرد، لذا بیشتر بکار گرفته می‌شود.
اضافه کردن آب به کاپرولاکتم، حلقه منومر را باز کرده و آن را تبدیل به اتا-آمینوکاپروئیک اسید (ɛ-Amino Caproic) می‌کند.
مولکول اسید آمینوکاپروئیک با یک مولکول دیگر از لاکتم ترکیب شده و دی‌مر و سپس با مولکول دیگر ترکیب شده،‌تری مر و بالاخره پلیمر تشکیل می‌شود.
پس از تهیه پلیمر مذاب با هریک از روش‌های فوق، آن را به صورت نوار در آب منجمد کرده و پس از تبدیل به گرانول و شستشوی کامل (به منظور برطرف کردن منومر) آن را کاملا خشک کرده و جهت ریسیدن مذاب و تهیه لیف به کار می‌برند.
وبژگی‌ها
از ویژگی‌های نایلون ۶ می‌توان به سختی، استحام کششی بالا، درخشندگی و قابلیت ارتجاعی (الاستیسیته مناسب) می‌توان اشاره کرد. همچنین منسوج نایلون ۶ در برابر مواد شیمیایی چون اسیدها و بازها، سایش و چین و چروک مقاوم است.
کاربردها
در سال ۲۰۱۰ بیش از ۴ میلیون تن از نایلون ۶ تولید شد که حدود ۶۰٪ آن برای تولید لیف، ۳۰٪ آن برای تولید رزین و ۱۰٪ آن برای تولید فیلم استفاده شد.
امروزه به دلیل استحکام بالا، کاربردهای بیشتری برای استفاده از نایلون ۶ بوجود آمده‌است. از جمله برای ساخت قطعه در صنعت خودروسازی (مانند چرخ‌دنده‌ها، اتصالات، یاتاقان) و…
نایلون ۶ به عنوان برس مسواک، بخیه جراحی، سیم در سازهای موسیقی آکوستیک و کلاسیک از جمله گیتار، ویولن، ویولنسل و … استفاده می‌شود. همچنین در ساخت انواع طناب، رشته، کابل تایر و … و همین‌طور در جوراب‌بافی و لباس‌های کشباف استفاده می‌شود.
نایلون ۶۶
منومرهای تشکیل دهنده نایلون ۶۶ عبارتست از هگزامتیلن دی‌آمین (با شش اتم کربن) و اسید ادیپیک (با شش اتم کربن) که پس از متراکم شدن به صورت پلی هگزامتیلن آدیپامید که به نام نایلون ۶۶ معروف است، درمی‌آید.
تولید نایلون ۶۶
محلول منومرهای هگزامتیلن دی آمین (۶۰–۷۰ درصد) و ادیپیک اسید (۲۰ درصد) را بطور جداگانه در متانول تیه کرده و سپس آن‌ها را با هم مخلوط می‌کنند تا نمک نایلون ۶۶ در متانول رسوب کند.
نمک نایلون ۶۶ را چندین بار با متانول خالص شستشو داده و پس از سانتریفیوژ آن را خشک می‌کنند و در نتیجه پودر از کریستال‌های سفید رنگ با نقطه ذوب ۱۹۰–۱۹۱ درجه بدست می‌آید.
محلول ۶۰ درصد از نمک نایلون ۶۶ در آب مقطر تهیه کرده و آن را همراه با ۰٫۵ درصد اسید استیک به عنوان تثبیت‌کننده گروه‌های آخر (یا تثبیت‌کننده مناسب دیگر) وارد اتوکلاو می‌کنند. هوای داخل اتوکلاو را بوسیله پمپ خلا یا عبور گاز بی‌اثر مانند ازت یا هیدروژن تخلیه می‌کنند. در غیر این صورت، وجود اکسیژن در محیط عمل موجب اکسایش پلیمر خواهد شد.
بازرسی جوراب نایلونی در مالمو، سوئد، در سال ۱۹۵۴
درجه حرارت مخزن را به ۲۲۰ درجه سانتی گراد رسانده و سپس آن را در مدت ۱–۲ ساعت به ۲۷۰–۲۸۰ درجه سانتی گراد می‌رسانند عمل پلیمریزاسیون را به مدت ۴ ساعت در ۲۸۰ درجه سانتی گراد ادامه می‌دهند و در حین عمل پلیمریزاسیون با کنترل فشار، آب تشکیل شده از فعل و انفعال را به صورت بخار آب خارج می‌سازند و بالاخخره فشار مخزن را به ۱ اتمسفر کاهش می‌دهند. عمل خارج شدن آب از مخزن، عمل بهم زدن پلیمر مذاب تشکیل شده را نیز انجام می‌دهد. محصول پلیمر حاصل معمولا حاوی مقدار کمی (حدود ۱ درصد) اولیگومرهای حلقوی می‌باشد.
پس از تکمیل عمل پلیکریزاسیون پلیکر مذاب را بوسیله فشار گاز ازت خالص از سوراخهای مناسب به صورت نوار یا رشته به داخل آب سرد هدایت کرده و پس از انجماد آن را به قطعات کوچک (گرانول) تبدیل می‌کنند.
گرانول‌های تهیه شده (با نقطه ذوب ۲۶۵ درجه) از تولیدات مختلف را به منظور یکنواختی محصولات با هم مخلوط کرده و پس از آماده و خشک کردن تحت پوشش گاز ازت، به دستگاه ریسنده مذاب هدایت می‌کنند و بالاخره عمل ریسیندن مذاب و عمل کشیدن فیلامنت انجام می‌گیرد.
کاربردها
در سال ۲۰۱۱تولید جهانی نایلون ۶،۶ ۲ میلیون تن بود. در آن زمان بیشتر از نیمی از نایلون ۶،۶ تولید شده برای نساجی و تولید الیاف، و باقیمانده آن برای تولید رزین استفاده می‌شد.
نایلون ۶،۶ به دلیل ساختار ۳بعدی خود دارای مقاومت مکانیکی بالا، استحکام، ثبات خوب گرمایی و مقاومت در برابر مواد شیمیایی و… است. از این رو به عنوان لیف برای منسوجات، فرش، موکت و قطعات قالبگیری و قطعات خودرو (مانند انتهای مخزن رادیاتور، لوله‌ها، پروفیل‌ها، تسمه نقاله، عناصر عایق برق، تابه روغن و … استفاده می‌شود.
دیگر نایلون‌ها
غیر از نایلون ۶ و نایلون ۶۶ که در صنعت نساجی به صورت لیف مصرف می‌شوند، نایلون‌های دیگر نیز عرضه شده‌اند که اغلب آن‌ها در مراحل اولیه تولید خود می‌باشند یا به علت گرانی مواد اولیه در سطح تجارتی تولید نمی‌شوند. مهمترین آن‌ها عبارتند از:
نایلون ۱ : از پلیمریزاسیون برخی از منوایزوسیانات‌ها در حرارت ۱۰۰–۱۲۰ درجه سانتی‌گراد در محلول دی‌متیل فرم‌آمید و در حضور کاتالیزورهای آنیونیک بدست می‌آید.
نایلون ۲ : از دو روش بدست می‌آید:
از حرارت دادن گلاسین آمید به مدت ۲۰ ساعت در حرارت ۱۰۰ درجه در مخزن بسته
از ترکیب انیدروکربوکسی گلایسین با آب
نایلون ۳ : از پلیمریزاسیون اکریل آمید. از این پلیمر در سطح تجاری لیف تهیه نشده‌است؛ ولی دارای خواص مناسب است.
دی‌متیل نایلون ۳ : از پللیمریزاسیون Dimethyl Azetidin-2-one و۴ بدست می‌آید. روش تهیه آن مانند نایلون ۶ است
نایلون ۴ : از پلیمریزاسیون ۲-پیرولیدین بدست می‌آید. به دلیل بالا بودن دمای ذوب لازم است به طریق مرطوب ریسیده شود. جذب رطوبت آن همانند پنبه می‌باشد، در صورتی‌که در سطح تجارتی تهیه شود می‌تواند با نایلون ۶ و نایلون ۶۶ رقابت کند.
نایلون ۵ : به علت مشکلات پلیمریزاسیون و حلقوی شدن آن جهت تهیه الیاف، به صورت آزمایشی نیز تهیه و مورد استفاده فرار نگرفته‌است.
نایلون ۷ : یا ENANT از پلیمریزاسیون اسید هپتانوئیک لاکتم یا اسید انانتیک بدست می‌آید.
نایلون ۱۱ یا ریلسان
نایلون T-6 : از پلیمریزاسیون تراکمی هگزامتیلن دی‌آمین و ترفتالیک اسید بدست می‌آید، یعنی نصف آروماتیک و نصف آلیفاتیک می‌باشد. یکی از منومرهای تشکیل دهنده آن از نایلون ۶۶ و منومر دیگر آن از پلی استر گرفته شده‌است.
نومکس Nomex : این پلیمر از متراکم شدن متا-فنیلن دی‌آمین با ایزوفتالیک اسید بدست می‌آید. قدرت لیف آن ۳٫۶ گرم بر دنیر و ازدیاد طول تا حد پارگی‌اش ۲۳ درصد می‌باشد.
اختراع‌ها در ایالات متحده (۱۸۹۰–۱۹۴۵)