پلی آمیدها (نایلون) در سال 1928 کمپانی دوپنت یک برنامه ی تحقیقاتی اساسی را روی پلیمر ها به سرپرستی کاروترز آغاز کرد. دو سال پس از شروع تحقیقات گروه متخصصین توجه خود را به پلیمر هایhttp://daneshnameh.roshd.ir/mavara/i...7/79/nylon.gif تشکیل دهنده الیاف معطوف نمودند. موفقیت های اولیه در زمینه پلی استر بود . آنها با ترکیب کردن هگزا متیلن گلیکول و اسید آدیپیک یک استر تهیه نمودند که قابلیت خود پلیمر شوندگی و ایجاد یک زنجیر مولکول بلند و نیز خاصیت لیف شوندگی داشت.
به هر حال الیافی که از این پلی استر اولیه ساخته شدند خیلی محکم نبودند و مشکلات جدی فراهم نمودند به طوری که گروه تحقیقاتی تقریبا کار را متوقف نمودند. کاروترز با جانشین کردن هگزا متیلن دی آمین به جای هگزا متیلن گلیکول این مشکلات آنی را بر طرف نمود و با ترکیب کردن هگزا متیلن آمین با اسید آدیپیک ماده ی مقدماتی نایلون را به دست آورد.
H2N(CH2)6NHCO(CH2)4-CONH(CH2)6-NHCO(CH2)4COOHاین مولکول قابلیت خود متراکم شونده و تشکیل زنجیر بلند مولکولی با خواص لیف شوندگی داشت و نظر به تعداد اتم کربن که در مونومرهای آن وجود دارد نایلون 66 نآمیده می شود. این گروه تحقیقاتی تعداد کثیری از سایر پلیمر های نایلون از جمله آمینو کاپرویک اسید که قابلیت خود متراکم شوندگی و تشکیل ماده ی مقدماتی نایلون 6 را داشت مورد آزمایش قرار داد.
<-- H2N-(CH2)5-COOH + H2N-(CH2)5-COOHH2N-9CH205CONH9CH2O5COOH --> H{NH(CH2)5CO}OHاین لیف به دلیل اینکه 6 اتم کربن در ساختمان اسید آمینه ها در آن وجود دارد نایلون 6 نامیده می شود. در آن زمان ساختن دی آمین ها و دی کربوکسیلیک اسید ها ساده تر و ارزان تر از آمینو اسید ها بود. به این علت نایلون 66 توسعه ی بیشتری یافت و اولین لیف پلیمر سنتز شده تجارتی بود که در سال 1938 در ویلمینگتون امریکا تولید گشت. در انگلستان این لیف ابتدا به وسیله کمپانی بریتیش نایلون اسپینرز ریسیده شد و لیف نایلون 66 تحت نام تجاری BRI- NYLON شهرت یافت .هنگامی که متخصصین در امریکا و انگلستان شدیدا روی توسعه نایلون 66 کار می کردند در اروپا نیز کارهای تحقیقاتی و پیشرفته در مورد نایلون ها جریان داشت. در سال 1937 یک کمپانی المانی برای ساختن نایلون 6 کاپرولاکتام را پلیمر کرد. گرچه نایلون 66 و 6 جز اولین الیاف پلی آمیدی بودند که به بازار عرضه شدند اما پلی آمید های دیگری نیز تهیه و به بازار عرضه شدند ریلسان که به نام نایلون 11 شهرت دارد در فرانسه تهیه گردید که ماده ی اولیه ی آن روغن کرچک بوده است.
روش تهیه نایلون
اولین مرحله در تولید نایلون 66 تشکیل جداسازی و خالص سازی نمک هگزامتیلن دی آمین از آدیپیک اسید (هگزا متیلن دی آمونیوم دی ادیپات) می باشد. به این منظور ابتدا هگزا متیلن دی آمین و آدیپیک اسید در اب مخلوط می گردند. در دمای 18 درجه سانتی گرا د نمک تشکیل شده به مقدار 47% در اب حل می شود قبل از پلیمزاسیون رنگ محلول این نمک توسط کربن فعال از بین برده می شود و سپس آن به مقدار 7.6 و غلظت آن به کمک تبخیر به 60 درصد رسانده شده و با 0.6-1.2 مول درصد اسید استیک به عنوان کنترل کننده درجه پلیمرزاسیون به راکتور تغذیه می گردد. قبل از حرارت دادن ابتدا هوای داخل راکتور به بیرون رانده می شود تا خطر هیدرولیز پلیمرهایی را که تشکیل می گردند تهدید نکند. پلیمرزاسیون نمک نایلون تحت فشار 1.8 مگا پاسکال در دمای بیش از 200 درجه سانتی گراد انجام می گردد.در دمای 200 درجه سانتی گراد نمک نایلون پایدار بوده و پلیمریزه نمی شود.با پیشرفت پلیمرزاسیون دما افزایش می یابد در 257 درجه سانتی گراد فشار به تدریج کاهش داده می شود تا فشار اتمسفر حاصل شود.توده پلیمر مذا ب در فشار اتمسفر و در دمای 270 درجه سانتی گراد به مدت 30 دقیقه نکه داشته می شود تا بخار اب راکتور را ترک کند .در پلیمرزاسیون
NH2 و COOH با یکدیگر واکنش داده و طبق فرمول زیر با از دست دادن یک مولکول اب با یکدیگر پیوند می خورند:
NH2 + CONH <-- H2O + COOHدر صورت پیوسته نبودن پلیمرزاسیون و ریسندگی اولیه پلیمر مذاب از طریق رشته ساز خاص وارد اب سرد گردیده و به صورت نوار منجمد می شود . نوار پس از خشک شدن جهت تبدیل شدن به چیبس و یا پرک به ماشین خرد کننده تغذیه می گردد.به طور کلی پلی آمید به استثنای انواع ارآمید (اروماتیک پلی آمید ) روش ذوب ریسی تهیه می گردند. در این روش پلیمر مذاب پس از روزنه های رشته ساز به بیرون رانده شده و وارد هوای سرد می گردند که بر اثر آن جامد شده و نهایتا جامد شده و روی بسته پیچیده می شوند. تغذیه پلیمر مذاب با سرعت یکنواخت از طریق پمپ تغذیه کننده با فشار حدود 10000 به رشته ساز صورت می گیرد.صافی کردن بلیمر مذاب با دمای حدود 300 درجه سانتی گراد از اهمیت زیاد برخوردار است تا ناخالصی های همراه آن باعث گرفتگی روزنه های رشته ساز نگردد. صافی ها ممکن است انواع مختلفی داشته باشند. صافی های اولیه دارای لایه های مختلفی از مش های ویژه با ظرافت متفاوت بودند که لایه های اول از ذرات درشت تر و لایه های اخر از ذرات بسیار ریز تشکیل می گردند.امروزه توری های ویژه به عنوان صافی مورد استفاده قرار می گیرند.
در اوایل تولید فیلامنت نایلون به صورت غیر مداوم انجام شد. در این روش ابتدا چیپس نایلون تهیه شده و سپس با تغذیه آن به خط ریسندگی اولیه ذوب ریسی به فیلامنت تبدیل می گردید . در دهه 1950 تولید نایلون به روش مداوم امکان پذیر گردید و به این ترتیب دیگر به تولید چیپس پلیمری انجام شد. هر رشته ساز برای تولید نخ فیلامنتی ممکن است تا 500 روزنه و نهایتاً الیاف بریده شده ممکن است تا 4000 روزنه داشته باشد. بعد از خروج رشته ساز و ورود ام به ستون ریسندگی اولیه رشته های پلیمر مذاب در معرض جریان هوای سرد قرار می گیرند که معمولا عمود بر جهت حرکت خط ریسندگی به آنها وارد می اید و در نتیجه منجمد می گردند. جریان هوای سرد باید جهت جلوگیری از شکل گرفتن تلاطم در آن دقیقا کنترل گردد. بعد از انجماد کامل و عبور از چند راهنما نخ و یا نوار تولید شده از حمام روغن تکمیلی گذشته و نهایتا به روی بسته ای پیچیده می شود. وزن بوبین های فیلامنتی ممکن است به 25 کیلو گرم و سرعت تولید نخ نایلونی ممکن است تا به 10000 متر در دقیقه برسد. سرعت تولید فیلامنت از عوامل موثر بر نظم داخلی الیاف بوده و خواص و همچنین درجه کشش باقیمانده و لازم را مشخص می نماید. به عنوان مثال با سرعت تولید 500 متر در دقیقه به درجه کشش 4 تا 5 برابر احتیاج است. حال آنکه افزایش سرعت ریسندگی اولیه به 6000 متر در دقیقه نظم کافی و به عبارت دیگر عدم احتیاج به کشش را برای فیلامنت به همراه دارد. با افزایش سرعت تولید فیلامنت های نایلونی افزایش یافته و بلور های تشکیل شده ارایش یافتگی بیشتری را در جهت محور لیف پیدا می کنند .
خصوصیات کلی الیاف پلی آمید
الیاف پلی آمید از جمله الیافی هستند که در محیط های اسیدی ضعیف مقاومند. محیط های اسیدی قوی سبب متلاشی شدن آنها می شوند مثلا اگر پلیمر های پلی آمیدی در محلول غلیظ اسید کلریدریک به مدت 2 الی 3 ساعت قرار بگیرد می توان هیدرو کلراید و آدیپیک اسید به دست آورد. جهت شناسای الیاف پلی آمید می توان از فنول یا اسید فرمیک استفاده کرد. هر دو معرف حتی در درجه اتاق نیز نایلون را در خود حل می کنند. الیاف پلی آمیدی درصد جذب رطوبت پایینی دارند بین (15-20%) این الیاف در برابر محیط های قلیایی قوی مقاومند چنانچه به مدت 10 ساعت در درجه حرارت 85 درجه سانتی گراد با محلول 5 % سودکسیتیک عمل شوند مقاومت اولیه شان تغییر نمی کند. مقاومت بیولوژیکی الیاف پلی آمیدی بالاست. میکرو ارگانیزم ها تاثیر چندانی روی این الیاف ندارند کما این که اگر آزمایش مدفون کردن در زباله در شرایط استاندارد آزمایشگاهی انجام شود به این نتیجه میرسیم که پس از 6 ماه فقط در حدود 4 الی 5 در صد از مقاومت اولیه کاسته می شود و پس از طی یک ماه الیاف کاملا متلاشی می گردد. وقتی این پارچه ها در معرض نور خورشید انبار می شوند گروه های آمین انتهایی اکسید شده و تخریب می شوند. دراین صورت پارچه ها نسبت به رنگرزی آنیونیکی تمایل به جذب کمتری خواهند داشت.
انتخاب مواد رنگرزی برای نایلون
الیاف نایلون هر دو گروه انتهایی آمین و کربوکسیلیک اسید را در بر دارند و با انتخاب شرایط مناسب جهت رنگرزی یکی از آنها مواد رنگزای کاتیونی یا آنیونی می توانند جذب گردند و همچنین نایلون را می تواند با مواد رنگزای دیسپرس رنگ نمود.
کاربرد های اصلی نایلون
نایلون 6 و نایلون 66 را نخ کفپوش های تافتینگ نخ خامه قالی پوشاک به ویژه جوراب تشکیل می دهد. انواع نخ های نایلونی با استحکام بالا در مواردی مثل تقویت تایر خودرو و هواپیما مورد استفاده قرار می گیرند. این الیاف دارای مقاومت عالی در مقابل سایش می باشند. الیاف نایلونی با توجه به استحکام بالا و سختی برای تولیدهای مثل طناب، کمربند ایمنی، چتر نجات، نخ و تور ماهیگیری مورد استفاده قرار می گیرند. در صورت احتیاج به الیاف نایلون بریده شده، تولید تعدادی از رشته ساز ها با تعداد بسیار زیاد فیلامنت پس از کشیده شدن استراحت و چین زده شدن به ماشین های تبدیل تغذیه می گردند.
