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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Fibras sintéticas. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor Fibras sintéticas, Fibras químicas - fibras têxteis obtidas a partir de polímeros orgânicos naturais e sintéticos, bem como compostos inorgânicos.
Por milhares de anos, a humanidade tem usado para suas necessidades fibras naturais de origem vegetal (linho, algodão, cânhamo) e animal (lã, seda). Além disso, também foram utilizados materiais minerais, como o amianto. Tecidos feitos com essas fibras foram usados para fazer roupas, necessidades técnicas, etc. Devido ao crescimento da população mundial, as fibras naturais tornaram-se escassas. É por isso que houve a necessidade de seus substitutos. A primeira tentativa de obtenção de seda artificial foi feita em 1855 pelo francês Audemars com base na nitrocelulose. Em 1884, o engenheiro francês G. Chardonnay desenvolveu um método de obtenção de fibra artificial - nitro seda, e desde 1890 foi organizada uma ampla produção de seda artificial pelo método do nitrato com formação de fios por fiandeiras. Especialmente eficaz foi o trabalho iniciado na década de 90 do século XIX. produção de seda a partir de viscose. Posteriormente, esse método foi mais amplamente utilizado e agora a seda de viscose representa aproximadamente 85% da produção mundial de fibras artificiais. Em 1900, a produção mundial de seda de viscose era de 985 toneladas, em 1930 - cerca de 200 mil toneladas, e em 1950 a produção de seda de viscose atingiu quase 1600 mil toneladas. Na década de 1920, a produção de acetato de seda (a partir do acetato de celulose) foi dominada. Na aparência, a seda de acetato é quase indistinguível da seda natural. É ligeiramente higroscópico e, ao contrário da seda de viscose, não enruga. A seda de acetato é amplamente utilizada na engenharia elétrica como material isolante. Mais tarde, foi descoberto um método para obter fibras de acetato de altíssima resistência (uma corda com seção transversal de 1 cm2 pode suportar uma carga de 10 toneladas). Baseado no progresso da química ao longo do século XX. na URSS, Inglaterra, França, Itália, Estados Unidos, Japão e outros países, foi criada uma poderosa indústria de fibras artificiais. Às vésperas da Primeira Guerra Mundial, apenas 11 mil toneladas de fibra artificial eram produzidas em todo o mundo e, 25 anos depois, a produção de fibra artificial atrasou a produção de seda natural. Se em 1927 a produção de seda de viscose e acetato era de cerca de 60 mil toneladas, em 1956 a produção mundial de fibras artificiais - viscose e acetato - ultrapassava 2 milhões de toneladas. A diferença entre fibras naturais, artificiais e sintéticas é a seguinte. A fibra natural (natural) é totalmente criada pela própria natureza, a fibra artificial é feita por mãos humanas e a fibra sintética é criada pelo homem em fábricas de produtos químicos. Na síntese de fibras sintéticas a partir de substâncias mais simples, são obtidos compostos de alto peso molecular mais complexos, enquanto materiais artificiais são formados devido à destruição de moléculas muito mais complexas (por exemplo, moléculas de fibra na produção de álcool metílico por destilação a seco de madeira ). O nylon, a primeira fibra sintética, foi descoberto em 1935 pelo químico americano W. Carothers. Carothers trabalhou primeiro como contador, mas depois se interessou por química e se matriculou na Universidade de Illinois. Já no terceiro ano foi designado para lecionar química. Em 1926, a Universidade de Harvard o elegeu professor de química orgânica. Em 1928, uma virada brusca ocorreu no destino de Carothers. A maior empresa química "Dupont de Nemours" o convidou para chefiar o laboratório de química orgânica. As condições ideais foram criadas para ele: uma grande equipe, os equipamentos mais modernos, liberdade na escolha dos temas de pesquisa. Isso se deveu ao fato de que um ano antes a preocupação havia adotado uma estratégia de pesquisa teórica, acreditando que no final trariam benefícios práticos significativos e, portanto, lucro. E assim aconteceu. Após três anos de trabalho árduo, o laboratório de Carothers, investigando a polimerização de monômeros, obtém um sucesso notável - é obtido um polímero de cloropreno. Com base nisso, em 1934, a preocupação da DuPont iniciou a produção industrial de um dos primeiros tipos de borracha sintética - o policloropreno (neopreno), que, pelas suas qualidades, pode substituir com sucesso a escassa borracha natural. No entanto, Carothers considerou que o principal objetivo de sua pesquisa era uma substância sintética que pudesse ser transformada em fibra. Usando o método de policompensação, que estudou na Universidade de Harvard, em 1930 Carothers obteve um poliéster como resultado da interação do etileno glicol e do ácido sebácico, que, como se viu mais tarde, foi facilmente transformado em fibra. Isso já foi uma grande conquista. No entanto, essa substância não poderia ter aplicação prática, pois era facilmente amolecida pela água quente. Outras inúmeras tentativas de obter uma fibra sintética comercial não tiveram sucesso e Carothers decidiu parar de trabalhar nessa direção. A gestão da preocupação concordou em fechar o programa. No entanto, o chefe do departamento químico se opôs a esse resultado. Com grande dificuldade, ele convenceu Carothers a continuar sua pesquisa. Repensando os resultados de seu trabalho em busca de novas formas de dar continuidade a ele, Carothers chamou a atenção para os polímeros recentemente sintetizados contendo grupos amida na molécula - as poliamidas. Esta escolha revelou-se extremamente proveitosa. Experimentos mostraram que certas resinas de poliamida, espremidas através de uma fieira feita de uma seringa médica fina, formam filamentos dos quais a fibra pode ser feita. O uso de novas resinas parecia muito promissor. Após novos experimentos, Carothers e seus assistentes em 28 de fevereiro de 1935 receberam poliamida, a partir da qual foi possível produzir uma fibra forte, elástica, elástica e impermeável. Essa resina, isolada pela reação da hexametilenodiamina com o ácido adípico, seguida do aquecimento do sal resultante (AG) a vácuo, recebeu o nome de "polímero 66", pois os produtos iniciais continham 6 átomos de carbono. Como eles trabalharam na criação desse polímero simultaneamente em Nova York e Londres, a fibra dele foi chamada de "nylon" - por causa das letras iniciais dessas cidades. Especialistas têxteis o reconheceram como adequado para a produção comercial de fios. Nos dois anos seguintes, os cientistas e engenheiros da DuPont desenvolveram processos para a produção de polímeros e intermediários de fio de náilon em laboratório e projetaram uma planta piloto de produtos químicos. Em 16 de fevereiro de 1937, o nylon foi patenteado. Após muitos ciclos experimentais, em abril de 1937 foi obtida a fibra para um lote experimental de meias. Em julho de 1938, foi concluída a construção de um empreendimento experimental. Em 29 de abril de 1937, três dias depois de Carothers completar 41 anos, ele faleceu tomando cianeto de potássio. Um pesquisador notável foi perseguido pela obsessão de não ter sucesso como cientista. O desenvolvimento do nylon custou US$ 6 milhões, mais do que qualquer outro produto de uso público. (Para efeito de comparação, os Estados Unidos gastaram US$ 2,5 milhões para desenvolver a televisão.) Externamente, o náilon se assemelha à seda natural e se aproxima dela em sua estrutura química. Porém, em termos de resistência mecânica, a fibra de náilon é cerca de três vezes superior à seda de viscose e a natural - quase duas vezes. A DuPont há muito guarda o segredo do processo de fabricação do nylon. E até ela fez o equipamento necessário para isso. Tanto os funcionários quanto os atacadistas das mercadorias necessariamente fizeram uma assinatura de sigilo para obter informações relacionadas aos "segredos do náilon". O primeiro produto comercial a chegar ao mercado foram as escovas de dentes com cerdas de nylon. Seu lançamento começou em 1938. As meias de náilon foram demonstradas em outubro de 1939 e, desde o início de 1940, a fibra de náilon foi produzida em Wilmington, que foi comprada por fábricas de malhas para fazer meias. Graças ao acordo mútuo das empresas comerciais, meias de fabricantes concorrentes apareceram no mercado no mesmo dia: 15 de maio de 1940. A produção em massa de produtos de nylon começou somente após a Segunda Guerra Mundial, em 1946. E embora muitas outras poliamidas (kapron, perlon, etc.) tenham surgido desde então, o nylon ainda é amplamente utilizado na indústria têxtil. Se em 1939 a produção mundial de nylon era de apenas 180 toneladas, em 1953 chegou a 110 mil toneladas. O plástico de nylon foi usado na década de 50 para fabricar hélices para navios de pequeno e médio porte. Nos anos 40-50 do século XX. outras fibras sintéticas de poliamida também apareceram. Portanto, na URSS, o capron era o mais comum. A matéria-prima para sua produção é o fenol barato, produzido a partir do alcatrão de hulha. Cerca de 1 tonelada de resina pode ser obtida de 0,5 tonelada de fenol, e a partir dele pode ser feito náilon em quantidade suficiente para fazer 20-25 mil pares de meias. Kapron também é obtido de produtos de refino de petróleo. Em 1953, pela primeira vez no mundo na URSS, foi realizada em escala piloto uma reação de polimerização entre etileno e tetracloreto de carbono, obtendo-se o produto inicial para a produção industrial de fibra enantica. O esquema de sua produção foi desenvolvido por uma equipe de cientistas liderada por A. N. Nesmeyanov. Em termos de propriedades físicas e mecânicas básicas, o enanth não só não era inferior a outras fibras de poliamida conhecidas, mas também superava o nylon e o nylon em muitos aspectos. Nos anos 50-60. do século passado, iniciou-se a produção de fibras sintéticas de poliéster, poliacrilonitrila. As fibras de poliéster são formadas a partir de um fundido de tereftalato de polietileno. Eles têm excelente resistência ao calor, retendo 50% de força a 180°C, são retardadores de chama e resistentes às intempéries. Resistente a solventes e pragas: traças, bolores, etc. O fio de poliéster é utilizado na fabricação de correias transportadoras, correias de transmissão, cordas, velas, redes de pesca, mangueiras, como base para pneus. O monofilamento é usado para a produção de malha para máquinas de papel, cordas de raquete. Na indústria têxtil, um fio feito de fibras de poliéster é usado para fazer malhas, tecidos, etc. Lavsan pertence às fibras de poliéster. As fibras de poliacrilonitrila são semelhantes em propriedades à lã. Eles são resistentes a ácidos, álcalis, solventes. São utilizados na fabricação de agasalhos, tapetes, tecidos para ternos. Em mistura com fibras de algodão e viscose, as fibras de poliacrilonitrila são utilizadas na confecção de linho, cortinas e lonas. Na URSS, essas fibras foram produzidas sob o nome comercial de Nitron. Muitas fibras sintéticas são feitas forçando uma fusão ou solução de polímero através de fieiras de 50 a 500 micrômetros de diâmetro em uma câmara de ar frio onde os filamentos se solidificam e se tornam fibras. Uma linha formada continuamente é enrolada em uma bobina. As fibras de acetato são curadas em ar quente para evaporar o solvente, enquanto as fibras de viscose são curadas em banhos de precipitação com reagentes líquidos especiais. O estiramento das fibras nas bobinas durante a formação é utilizado para que as moléculas do polímero em cadeia assumam uma ordem mais clara. As propriedades das fibras são influenciadas por vários métodos: alterando a velocidade de extrusão, composição e concentração de substâncias no banho, alterando a temperatura da solução de fiação, banho ou câmara de ar, variando o tamanho da abertura da fieira. Uma característica importante das propriedades de resistência da fibra é o comprimento de ruptura, no qual a fibra quebra sob sua própria gravidade. Para fibra de algodão natural varia de 5 a 10 km, para seda de acetato - de 12 a 14, para natural - de 30 a 35, para fibra de viscose - até 50 km. Fibras feitas de poliésteres e poliamidas têm maior resistência. Assim, no nylon, o comprimento de ruptura chega a 80 km. As fibras sintéticas substituíram as fibras naturais em muitas áreas. O volume total de sua produção é quase igual. Autor: Pristinsky V.L.
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