Применение полимеров в текстильной промышленности

В современном мире невозможно представить мир без полимеров в каждом аспекте жизни. После сельского хозяйства текстильная промышленность заняла свое второе место по величине отрасли промышленности по причине человеческой необходимости. Сегодня текстиль проник в каждую область: и в промышленности, и в дорожных сооружениях, зданиях, декоративных тканях и т.д.
С прогрессом в химии, техническим прогрессом и ростом материальной науки, новый класс синтезированных или искусственных материалов, называемые полимерами или пластмассами. Благодаря своим замечательным характеристикам, полимеры или пластмассы находятся повсюду в нашем мире и используются в повседневной жизни в широком спектре применений, таких как текстиль, пищевая упаковка, автомобили, электроника, строительные материалы и мебель. С точки зрения свойств, полимеры обычно легче стекла, металлов или керамики, могут быть жесткими или гибкими и, непрозрачными или полностью прозрачными. Большинство пластмасс, используемых во всем мире, по-прежнему производятся из нефти; это невозобновляемый ресурс. Эти нефтяные полимеры чрезвычайно устойчивы к естественному разложению. Следовательно, и после использования они накапливаются и наносят ущерб окружающей среде и экосистемы.
Многие общие классы полимеров состоят из углеводородов, соединений углерода и водорода. Эти полимеры специально сделаны из атомов углерода, связанных вместе, один к другому, в длинные цепи, которые называются основой полимера. Из-за природы углерода, один или несколько других атомов могут быть присоединены к каждому атому углерода в позвоночнике. Есть полимеры, которые содержат только атомы углерода и водорода. Примерами этого являются полиэтилен, полипропилен, полибутилен, полистирол и полиметилпентен. Поливинилхлорид (ПВК) имеет хлор прикрепленный в костяк ВС-углерода. Тефлон имеет фтор прикрепленный к основанию ВС-углерода.
Другие распространенные производимые полимеры имеют опорные кости, которые включают элементы, отличные от углерода. Нейлоны содержат атомы азота в остове блока повтора. Полиэфиры и поликарбонаты содержат кислород в костяке. Есть также некоторые полимеры, которые вместо углеродной основы имеют Кремниевую или фосфорную основу. Они считаются неорганическими полимерами.
Большинство производимых полимеров являются термопластичными, что означает, что как только полимер образуется, он может нагреваться и реформироваться снова и снова. Это свойство позволяет легко обрабатывать и облегчает переработку. Другая группа-терморелы-не может быть переплавлена. После того, как эти полимеры образуются, повторный нагрев приведет к тому, что материал в конечном итоге деградирует, но не плавится.
Полимеры могут быть очень устойчивы к химическим веществам. Рассмотрите все чистящие жидкости в вашем доме, которые упакованы в пластик. Чтение предупреждающих этикеток, которые описывают, что происходит, когда химическое вещество входит в контакт с кожей или глазами или заглатывается, подчеркнет необходимость химической стойкости в пластиковой упаковке. В то время как растворители легко растворяют некоторые пластмассы, другие пластмассы обеспечивают безопасные, не поддающиеся разрушению пакеты для агрессивных растворителей.
Как правило, полимеры очень легкие по весу со значительной степенью прочности. Рассмотрим спектр применения, от игрушек до каркасной конструкции космических станций, или от нежного нейлонового волокна в колготках до кевлара, который используется в бронежилетах. Некоторые полимеры плавают в воде, а другие тонут. Но, по сравнению с плотностью камня, бетона, стали, меди или алюминия, все пластмассы являются легкими материалами.
Полимеры могут быть обработаны различными способами. Экструзия производит тонкие волокна или тяжелые трубы или пленки или пищевые бутылки. Инжекционный метод литья может произвести очень сложные части или большие панели тела автомобиля. Пластмассы можно отливать в форму в барабанчиках или смешивать с растворителями для того чтобы стать прилипателями или красками. Эластомеры и некоторые пластики растягиваются и очень гибкие. Некоторые пластмассы растягиваются в процессе обработки, чтобы сохранить свою форму, например, бутылки с безалкогольными напитками. Другие полимеры могут быть вспенены, как полистирол, полиуретан и полиэтилен.
Полимеры - это материалы с кажущимся безграничным диапазоном характеристик и цветов. Полимеры обладают многими присущими им свойствами, которые могут быть дополнительно усилены широким спектром добавок для расширения их использования и применения.
Полимеры обычно изготавливают из нефти, но не всегда. Многие полимеры изготавливаются из повторяющихся единиц, полученных из природного газа, угля или сырой нефти. Но блоки повтора строительного блока иногда могут быть сделаны из возобновляемых материалов, таких как полимолочная кислота из кукурузы или целлюлозы из хлопковых линтеров. Некоторые пластмассы всегда изготавливались из возобновляемых материалов, таких как ацетат целлюлозы, используемый для отверточных ручек и подарочной ленты. Когда строительные блоки могут быть сделаны более экономично из возобновляемых материалов, чем из ископаемого топлива, либо старые пластмассы находят новое сырье, либо новые пластмассы вводятся.
Полимеры могут быть использованы для изготовления изделий, не имеющих альтернативы из других материалов.
Полимеры получают из низкомолекулярных соединений, называемых мономерами, с помощью реакций полимеризации, в которых большое количество молекул мономера соединяются вместе. В зависимости от структуры мономера или мономеров и от используемого метода полимеризации, молекулы полимера могут проявлять различные архитектуры. Наиболее распространенными с коммерческой точки зрения являются линейные, разветвленные и сетевые структуры. Линейная структура иллюстрируется полиэтиленом высокой плотности (ПНД), цепеподобной молекулой, полученной из полимеризации этилена. С химической формулой СН 2 =СН 2, этилен по существу представляет собой пару двойных связанных атомов углерода (с), каждый с двумя присоединенными атомами водорода (Н). Полиэтиленовая цепь, от которой отходят другие этиленовые повторяющиеся единицы, известна как полиэтилен низкой плотности (ПВД); этот полимер демонстрирует разветвленную структуру.
Отсутствие способности к биологическому разложению, экологические проблемы и истощение запасов нефти способствовали проведению во всем мире научных исследований по разработке биополимеров, биологически активных и биоразлагаемых полимеров в качестве альтернативы нефтепластикам.
Биополимеры были рассмотрены в 1940 - х годах, и Генри Форд использовал соевый пластик для изготовления различных деталей автомобилей в попытке продемонстрировать свою веру в то, что "фермы- это фабрики будущего". Биополимеры производятся биологическими системами (т. е. микроорганизмами, растениями и животными) или химически синтезируются из биологических исходных материалов (например, сахара, крахмала, природных жиров или масел и т. д.) Они более биоразлагаемы, чем натуральные волокна растительного или животного происхождения.
Термин "биополимеры" в широком смысле определяется как полимерные материалы, состоящие, по крайней мере, на значительную часть, из биологических компонентов. Где "биологический" означает (недавно) произведенный живыми организмами, т. е. не произведенный из нефти. Биополимеры могут быть термопластичными или термореактивными, они могут быть композитными или однородными, а также могут быть биоразлагаемыми или нет.
Биополимеры были известны еще на заре цивилизации: кожа, хлопок, шерсть, натуральный каучук и пробка - все это биополимеры. Хотя эти материалы по-прежнему популярны для конкретных применений, большинство полимерных материалов, используемых сегодня, являются синтетическими и основаны на нефтяных ресурсах.
Полимеры проявляют в твердом состоянии два типа морфологии: аморфную и полукристаллическую. В аморфном полимере молекулы ориентируются случайным образом и переплетаются, подобно приготовленным спагетти, а полимер имеет стеклообразный, прозрачный вид. В полукристаллических полимерах молекулы упаковываются вместе в упорядоченные области, называемые кристаллитами. Как и следовало ожидать, линейные полимеры, имеющие очень регулярную структуру, с большей вероятностью будут полукристаллическими. Полукристаллические полимеры, как правило, образуют очень жесткие пластмассы из-за сильных межмолекулярных сил, связанных с близкой цепной упаковкой в кристаллитах. Кроме того, поскольку кристаллиты рассеивают свет, они более непрозрачны . Кристалличность может быть вызвана растяжением полимеров, чтобы выровнять молекулы-процесс, называемый рисованием . В индустрии пластмасс, пленки полимера обыкновенно нарисованы для того чтобы увеличить прочность пленки.
При низких температурах молекулы аморфного или полукристаллического полимера вибрируют с низкой энергией, так что они по существу застывают в твердом состоянии, известном как стекловидное состояние. Однако при нагревании полимера молекулы вибрируют более энергично, пока не произойдет переход из стеклообразного состояния в резиновое государство. О наступлении резинообразного состояния свидетельствует заметное увеличение объема, вызванное усилением молекулярного движения. Точка, в которой это происходит, называется температурой стеклования. В резиновом состоянии полимеры демонстрируют эластичность, и некоторые из них даже могут быть отлиты в постоянные формы. Одно из основных различий между пластмассами и резинами, или эластомерами, заключается в том, что температура стеклования резин лежит ниже комнатной температуры. Пластмассы, с другой стороны, должны быть нагреты до температуры стеклования или выше, прежде чем они могут быть отлиты в форму.
При доведении до еще более высоких температур молекулы полимера в конечном итоге начинают течь мимо друг друга. Полимер достигает своей температуры плавления и становится расплавленным. В расплавленном состоянии полимеры могут быть скручены в волокна. Полимеры, которые можно расплавить, называются термопластичными производство полимеров. Термопластичность обнаруживается в линейных и разветвленных полимерах, более свободные структуры которых позволяют молекулам двигаться мимо друг друга. Сетевая структура, однако, исключает возможность молекулярного потока, так что сетевые полимеры не плавятся. Вместо этого они ломаются при повторном нагреве. Такие полимеры считаются термореактивными.
Микробные полимеры изображают разнообразную роль по отношению к людскому использованию в различных полях, которое включает текстильную промышленность, медицину, молочную промышленность, сельскохозяйственную промышленность, хлебопекарную промышленность, гражданскую индустрию также, как нефтяная промышленность и косметики, изображая их биотехнологическое значение. Рыночный потенциал экзополисахаридов привлек исследователей, чтобы показать интерес к производству ЭПС. Повышенная осведомленность об окружающей среде и новый взгляд на применение более экологичных технологий, вероятно, пойдут для микробов в качестве возобновляемого ресурса экзополисахаридов. Кроме того, некоторые модификации в природных полимерах могут увеличивать механические свойства и скорость разложения тканей. В данной статье кратко обсуждаются некоторые важные микробные полимеры, имеющие формирующуюся роль в текстильном мире.
Линейный полисахарид альгинат продуцируется почвенными бактериями. Они гидрофильны по своей природе и могут выступать в качестве связующего агента воды. Альгинатные волокна широко используются в новых перевязочных материалах и ранозаживляющих повязках из-за его особой способности к маннуроновой кислоте. Альгинат обладает высокой влагопоглощающей ценностью, и этот гидрофильный характер может быть использован в спортивной одежде, которая помогает сохранить тело спортсмена сухим, поглощая пот. Еще одним значительным применением альгинатных волокон кальция является его огнезащитная способность. Это эффективный барьер к наружной диффузии пламени и жары из-за твердой выпарки сгорания. Эти ткани могут быть использованы в производстве мягкой мебели и декоративных тканей для мебели, наряду с рабочей одеждой, одеждой пожарных, институциональными драпировками, институциональной обивкой, институциональным и коммерческим ковром, транспортом, военной одеждой и постельными принадлежностями.
Микробная целлюлоза представляет собой наиболее характерное семейство этих природных полимеров в текстильной промышленности. Этот полимер получен микробом под названием Acetobacter xylinum. Бактериальная целлюлоза может заменить волокна целлюлозы завода на коммерческом уровне по мере того, как она тоньше и обладает высокой прочностью на растяжении. Кроме того, они также характеризуют более высокую степень полимеризации, лучшую водоудерживающую способность и высокий индекс кристалличности. Они широко используются в раневых перевязочных материалах благодаря своей высокой пористости, а также могут быть использованы в качестве усовершенствованного материала одежды для пациентов с ожоговыми ранами.
Известно также, что микробные полимерные матрицы используются для синтеза наночастиц, которые обладают улучшенными связующими свойствами с тканями и тем самым придают им желаемые характеристики. Это свойство помогает в производстве изнашиваний, имеющих такие характеристики, как антимикробный эффект, огнестойкость, масло, водо-и пылеотталкивающее действие, управление влажностью, УФ-защита, доставка аромата, улучшенная электрическая проводимость и т. д.
Кроме того, микробные полисахариды приобретают все больший интерес и к производству медицинских перевязочных тканей. Волокна обладают защитной и терапевтической функцией, а также используются для приготовления уникальных перевязочных тканевых материалов для ран. При нанесении таких волокон на раны и ожоги они провоцируют репаративный ответ, оказывают противовоспалительное и заживляющее действие, а также свободны от побочных эффектов и/или аллергических реакций.
Нейлон был первым коммерческим полимером, который оказал существенное влияние на текстильную промышленность , но полиэфиры в настоящее время составляют самый большой сегмент рынка синтетических волокон. На самом деле, полиэфиры составляют 40% из более чем 4 миллиардов килограммов синтетических волокон, производимых в Соединенных Штатах каждый год. Ведущим полиэфиром, безусловно, является этилентерефталат, или ПЭТ. Этот полимер изготовлен из терефталевой кислоты и этиленгликоля в реакции кислотно-спиртовой конденсации.
Лоток, синтетическое волокно , полимер мономеров акрилонитрила. Во всем мире ежегодно производится 2,73 млн. тонн Пан, из которых более 98% обрабатываются в качестве нитей, которые служат материалом в текстильной промышленности. Пан обычно имеет молекулярную массу 55,000-70,000 г моль и является наиболее распространенным сополимером, полученным Радикальной полимеризацией из акрилонитрила, 5-10 моль% винилацетата (или аналогичных неионных сомономеров) для нарушения регулярности и кристалличности, а также ионных сомономеров, таких как серная или сульфокислотные соли . Поддон представляет собой гидрофобный полимер, который влияет на обрабатываемость волокон.
Хотя соединения хрома (VT) являются наиболее важными в коммерческом отношении , основная часть соединений хрома в текстильной и кожевенной промышленности зависит от способности Cr(III) образовывать стабильные комплексы с белками , целлюлозными материалами, красителями и различными синтетическими полимерами . Эта химия сложна и во многих случаях не вполне понятна, но общим знаменателем является координационная способность хрома (ITT) (см. кожевенный текстиль).
Различные синтетические волокна появляются в одежде, обивке и промышленном использовании . Они более известны под коммерческими названиями, которые скрывают их источник и состав. Довольно часто предлагается смесь натуральных и синтетических волокон. Первые искусственные волокна (которые все еще имеют большое применение) по существу основаны на модификации натуральной целлюлозы . Наиболее распространенными в использовании являются вискоза (вискоза) и целлюлоза-ацетат (называемый ацетатом). Старейшим синтетическим полимером в текстильной промышленности является полиамид (нейлон 6-6), разработанный в 1935 году.
Полиэфирные волокна определяются как синтетические волокна, содержащие не менее 80% длинноцепочечного полимерного соединения сложного эфира двухатомного спирта и терефталевой кислоты .
Волокно можно закрутить сразу как мембрану или как субстрат, который обработан для того, чтобы достигнуть характеристик мембраны . Аналогичные волокна были спрядены в текстильной промышленности и используются для производства тканей с высокой насыпью и низкой плотностью. Технология, применяемая при изготовлении синтетических волокон, относится также к прядению мембран из натуральных и синтетических полимеров.
На текстильном рынке доминируют четыре синтетических волокна – полиэстер, полиамид (нейлон), акрил и полиолефин.
Полиэстер, наиболее широко используемое синтетическое волокно, популярно для всех типов одежды и для подкрепления деталей как автошины, поясы и шланги. Полиэфирное волокно используется в подушках и высокопроизводительной наружной одежде. Ковры обычно изготавливают из полиамида (нейлона), который можно смешивать с эластомерными волокнами для производства спортивной одежды. Акриловые волокна имеют некоторые свойства, которые напоминают те из шерсти, но они не поглощают воду, что делает их пригодными для конечных продуктов, таких как одежда в холодную погоду и ткани для дома. Полиолефиновые волокна, которые изготавливаются из полипропилена или полиэтилена, например, являются прочными, красящими и устойчивыми к окрашиванию, плесени и истиранию. Как и акриловые волокна, они не впитывают воду.
Эти свойства позволяют использовать многочисленными применениями, включая домашнее обеспечение, автомобильные ткани, промышленные ткани, одеяние безопасности, включая полиции и воинские тельняшки, шлемы, бронированные корабли.
Суперпоглощающие волокна, напротив, могут удерживать большое количество воды, что делает их идеальными для применений, начиная от подгузников до самовосстанавливающихся бетонных стен.
Полимеры по своей сути не устойчивы к ультрафиолетовому излучению. Поглощение излучения любым компонентом в системе синтетических волокон может в конечном итоге привести к деградации.
Добавки волокна могут предотвратить или заблокировать абсорбцию радиации и противодействовать ухудшение. Они необходимы к синтетическим волокнам в текстильной промышленности, специально тем предназначенным для напольных применений как синтетические детали.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Теория и практика подготовки текстильных материалов /Кричевский Г.Е., Никитков В.А. – М.: Легпромбытиздат, 1989. – 208 с.
2. Диффузия и сорбция в процессах крашения и печатания /Кричевский Г.Е. – М.: Легкая индустрия. 1981, 207 с.
3. Фотохимические превращения красителей и светостабилизация окрашенных материалов /Кричевский Г.Е. – М.: Химия, 1986. – 248 с.
4. Советский энциклопедический словарь /Прохоров А.М. и др. – М.: Советская энциклопедия, 1984. – 1600 с.
5. Химическая технология текстильных материалов /Кричевский Г.Е., Корчагин М.В., Сепахов А.В. – М.: Легпромбытиздат, 1985. – 640 с.
6. Свойства хлопчатобумажных тканей с отделками термореактивными смолами /Иванникова И.М., Крючкова О.В., Легчилина Л.М. Текстильная промышленность, 1987. №12, с. 62-64.7. Физико-химические основы отделочного производства текстильной промышленности /Беленький Л.И.– М.: Легпромбытиздат, 1979. –312 с.