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HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Fibras sinteticas. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. Fibras sintéticas, Fibras químicas: fibras textiles obtenidas a partir de polímeros orgánicos naturales y sintéticos, así como compuestos inorgánicos.
Durante miles de años, la humanidad ha utilizado para sus necesidades fibras naturales de origen vegetal (lino, algodón, cáñamo) y animal (lana, seda). Además, también se utilizaron materiales minerales, como el asbesto. Los tejidos elaborados con estas fibras se utilizaban para la confección de ropa, necesidades técnicas, etc. Debido a la creciente población de la Tierra, las fibras naturales se han vuelto escasas. Por eso se necesitaban sus sustitutos. El primer intento de obtener seda artificial lo realizó en 1855 el francés Audemars a base de nitrocelulosa. En 1884, el ingeniero francés G. Chardonnay desarrolló un método para obtener fibra artificial - seda nitro, y desde 1890 se organizó una amplia producción de seda artificial utilizando el método del nitrato con la formación de hilos utilizando hileras. Especialmente efectivo fue el trabajo que comenzó en los años 90 del siglo XIX. producción de seda a partir de viscosa. Posteriormente, este método fue el más utilizado, y ahora la seda viscosa representa aproximadamente el 85% de la producción mundial de fibras artificiales. En 1900, la producción mundial de seda viscosa ascendió a 985 toneladas, en 1930, alrededor de 200 mil toneladas, y en 1950 la producción de seda viscosa alcanzó casi 1600 mil toneladas. En la década de 1920, se dominó la producción de acetato de seda (a partir de acetato de celulosa). En apariencia, la seda de acetato es casi indistinguible de la seda natural. Es ligeramente higroscópico y, a diferencia de la seda viscosa, no se arruga. La seda de acetato se usa ampliamente en ingeniería eléctrica como material aislante. Más tarde, se descubrió un método para obtener fibras de acetato de altísima resistencia (un cordón con una sección transversal de 1 cm2 puede soportar una carga de 10 toneladas). Basado en el progreso de la química a lo largo del siglo XX. en la URSS, Inglaterra, Francia, Italia, Estados Unidos, Japón y otros países se creó una poderosa industria de fibra artificial. En vísperas de la Primera Guerra Mundial, solo se producían 11 mil toneladas de fibra artificial en todo el mundo, y 25 años después, la producción de fibra artificial hizo retroceder a la producción de seda natural. Si en 1927 la producción de seda de viscosa y acetato era de unas 60 mil toneladas, en 1956 la producción mundial de fibras artificiales (viscosa y acetato) superó los 2 millones de toneladas. La diferencia entre fibras naturales, artificiales y sintéticas es la siguiente. La fibra natural (natural) es completamente creada por la naturaleza misma, la fibra artificial es hecha por manos humanas y la fibra sintética es creada por el hombre en plantas químicas. En la síntesis de fibras sintéticas a partir de sustancias más simples, se obtienen compuestos de alto peso molecular más complejos, mientras que los materiales artificiales se forman debido a la destrucción de moléculas mucho más complejas (por ejemplo, moléculas de fibra en la producción de alcohol metílico por destilación seca de madera). ). El nailon, la primera fibra sintética, fue descubierto en 1935 por el químico estadounidense W. Carothers. Carothers primero trabajó como contador, pero luego se interesó en la química y se matriculó en la Universidad de Illinois. Ya en el tercer año se le asignó dar clases de química. En 1926, la Universidad de Harvard lo eligió profesor de química orgánica. En 1928, se produjo un giro brusco en el destino de Carothers. La mayor preocupación química "Dupont de Nemours" lo invitó a dirigir el laboratorio de química orgánica. Se crearon las condiciones ideales para él: un gran personal, el equipo más moderno, libertad para elegir temas de investigación. Esto se debió al hecho de que un año antes, la empresa había adoptado una estrategia de investigación teórica, creyendo que al final traería beneficios prácticos significativos y, por lo tanto, ganancias. Y así sucedió. Después de tres años de arduo trabajo, el laboratorio de Carothers, investigando la polimerización de monómeros, logra un éxito sobresaliente: se obtiene un polímero de cloropreno. Sobre esta base, en 1934, la empresa DuPont comenzó la producción industrial de uno de los primeros tipos de caucho sintético: el policloropreno (neopreno), que, en términos de sus cualidades, puede reemplazar con éxito al escaso caucho natural. Sin embargo, Carothers consideró que el objetivo principal de su investigación era una sustancia sintética que pudiera convertirse en fibra. Usando el método de policompensación, que estudió en la Universidad de Harvard, en 1930 Carothers obtuvo un poliéster como resultado de la interacción del etilenglicol y el ácido sebácico, que, como se descubrió más tarde, se convertía fácilmente en fibra. Esto ya era un gran logro. Sin embargo, esta sustancia no podía tener aplicación práctica, ya que se ablandaba fácilmente con agua caliente. Otros numerosos intentos de obtener una fibra sintética comercial no tuvieron éxito y Carothers decidió dejar de trabajar en esta dirección. La dirección de la empresa acordó cerrar el programa. Sin embargo, el jefe del departamento químico se opuso a este resultado. Con gran dificultad, persuadió a Carothers para que continuara con su investigación. Al repensar los resultados de su trabajo en busca de nuevas formas de continuarlo, Carothers llamó la atención sobre los polímeros recientemente sintetizados que contienen grupos amida en la molécula: las poliamidas. Esta elección resultó ser extremadamente fructífera. Los experimentos han demostrado que ciertas resinas de poliamida, exprimidas a través de una hilera hecha con una jeringa médica delgada, forman filamentos a partir de los cuales se puede hacer fibra. El uso de nuevas resinas parecía muy prometedor. Después de nuevos experimentos, Carothers y sus asistentes el 28 de febrero de 1935 recibieron poliamida, a partir de la cual fue posible producir una fibra fuerte, elástica, elástica e impermeable. Esta resina, aislada por la reacción de hexametilendiamina con ácido adípico, seguida de calentamiento de la sal resultante (AG) al vacío, se denominó "polímero 66", ya que los productos iniciales contenían 6 átomos de carbono. Dado que trabajaron en la creación de este polímero simultáneamente en Nueva York y Londres, la fibra se llamó "nylon", después de las letras iniciales de estas ciudades. Los especialistas textiles lo reconocieron como adecuado para la producción comercial de hilo. Durante los siguientes dos años, los científicos e ingenieros de DuPont desarrollaron procesos para la producción de polímeros e hilos intermedios de nailon en el laboratorio y diseñaron una planta química piloto. El 16 de febrero de 1937 se patentó el nailon. Después de muchos ciclos experimentales, en abril de 1937 se obtuvo fibra para un lote experimental de medias. En julio de 1938, se completó la construcción de una empresa experimental. El 29 de abril de 1937, tres días después de que Carothers cumpliera 41 años, falleció tomando cianuro de potasio. Un destacado investigador estaba obsesionado por la obsesión de no tener éxito como científico. El desarrollo del nailon costó 6 millones de dólares, más que cualquier otro producto de uso público. (A modo de comparación, Estados Unidos gastó 2,5 millones de dólares para desarrollar la televisión). Exteriormente, el nailon se parece a la seda natural y se acerca a ella en estructura química. Sin embargo, en términos de resistencia mecánica, la fibra de nailon es aproximadamente tres veces superior a la seda viscosa y natural, casi dos veces. DuPont ha guardado durante mucho tiempo el secreto del proceso de fabricación del nailon. E incluso ella hizo el equipo necesario para esto. Tanto los empleados como los mayoristas de los productos dieron necesariamente una suscripción de confidencialidad para la información relacionada con los "secretos de nylon". El primer producto comercial que salió al mercado fueron los cepillos de dientes con cerdas de nailon. Su lanzamiento comenzó en 1938. Las medias de nailon se demostraron en octubre de 1939 y, desde principios de 1940, se produjo fibra de nailon en Wilmington, que fue comprada por fábricas de tejido para hacer medias. Gracias al acuerdo mutuo de las empresas comerciales, las medias de los fabricantes competidores aparecieron en el mercado el mismo día: 15 de mayo de 1940. La producción en masa de productos de nylon comenzó solo después de la Segunda Guerra Mundial, en 1946. Y aunque desde entonces han aparecido muchas otras poliamidas (kapron, perlon, etc.), el nylon sigue siendo muy utilizado en la industria textil. Si en 1939 la producción mundial de nailon era de solo 180 toneladas, en 1953 alcanzó las 110 mil toneladas. El plástico de nailon se utilizó en la década de 50 para fabricar hélices para barcos pequeños y medianos. En los años 40-50 del siglo XX. También aparecieron otras fibras sintéticas de poliamida. Entonces, en la URSS, capron era el más común. La materia prima para su producción es el fenol barato, producido a partir del alquitrán de hulla. Se pueden obtener alrededor de 1 toneladas de resina a partir de 0,5 tonelada de fenol, y se puede fabricar nailon en una cantidad suficiente para hacer 20-25 mil pares de medias. Kapron también se obtiene de productos de refinación de petróleo. En 1953, por primera vez en el mundo en la URSS, se llevó a cabo una reacción de polimerización entre el etileno y el tetracloruro de carbono a escala piloto, y se obtuvo el producto inicial para la producción industrial de fibra de enanto. El esquema de su producción fue desarrollado por un equipo de científicos dirigido por A. N. Nesmeyanov. En términos de propiedades físicas y mecánicas básicas, la enanta no solo no era inferior a otras fibras de poliamida conocidas, sino que también superaba en muchos aspectos al nailon y al nailon. En los años 50-60. del siglo pasado, se inició la producción de fibras sintéticas de poliéster, poliacrilonitrilo. Las fibras de poliéster se forman a partir de una fusión de tereftalato de polietileno. Tienen una excelente resistencia al calor, retienen el 50 % de su fuerza a 180 °C, son ignífugos y resistentes a la intemperie. Resistente a solventes y plagas: polillas, moho, etc. El hilo de poliéster se utiliza para la fabricación de cintas transportadoras, correas de transmisión, cuerdas, velas, redes de pesca, mangueras, como base para neumáticos. El monofilamento se utiliza para la producción de mallas para máquinas de papel, cuerdas de raquetas. En la industria textil, se utiliza un hilo hecho de fibras de poliéster para hacer géneros de punto, telas, etc. Lavsan pertenece a las fibras de poliéster. Las fibras de poliacrilonitrilo tienen propiedades similares a la lana. Son resistentes a los ácidos, álcalis, disolventes. Se utilizan para la fabricación de ropa exterior, alfombras, telas para trajes. En una mezcla con algodón y fibra de viscosa, las fibras de poliacrilonitrilo se utilizan para fabricar ropa de cama, cortinas y lonas. En la URSS, estas fibras se producían con el nombre comercial Nitron. Muchas fibras sintéticas se fabrican forzando una fusión o solución de polímero a través de hileras de 50 a 500 micrómetros de diámetro hacia una cámara de aire frío donde los filamentos se solidifican y se convierten en fibras. Un hilo de forma continua se enrolla en una bobina. Las fibras de acetato se curan en aire caliente para evaporar el solvente, mientras que las fibras de viscosa se curan en baños de precipitación con reactivos líquidos especiales. El estiramiento de las fibras en las bobinas durante la formación se utiliza para que las moléculas de polímero en cadena adquieran un orden más claro. Las propiedades de las fibras se ven influenciadas por varios métodos: cambiando la velocidad de extrusión, la composición y la concentración de las sustancias en el baño, cambiando la temperatura de la solución de hilatura, el baño o la cámara de aire, variando el tamaño de la abertura de la hilera. Una característica importante de las propiedades de resistencia de la fibra es la longitud de rotura, en la que la fibra se rompe por su propia gravedad. Para fibra de algodón natural, varía de 5 a 10 km, para seda de acetato - de 12 a 14, para natural - de 30 a 35, para fibra de viscosa - hasta 50 km. Las fibras hechas de poliésteres y poliamidas tienen mayor resistencia. Entonces, en nailon, la longitud de ruptura alcanza los 80 km. Las fibras sintéticas han reemplazado a las fibras naturales en muchas áreas. El volumen total de su producción es casi igual. Autor: Pristinsky V.L.
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