เส้นด้าย Polyamide ทำมาจากอะไร?

เส้นด้าย Polyamide ซึ่งเป็นรากฐานที่สำคัญของภูมิทัศน์วัสดุสิ่งทอและอุตสาหกรรมที่ทันสมัยได้รับการค้นพบที่ปฏิวัติวงการนับตั้งแต่ก่อตั้งขึ้น ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับความแข็งแรงความทนทานและความเก่งกาจเส้นด้าย Polyamide ได้ค้นพบการใช้งานในทุกสิ่งตั้งแต่กีฬาที่มีประสิทธิภาพสูงไปจนถึงเชือกอุตสาหกรรมหนักและอุปกรณ์การแพทย์ เพื่อชื่นชมคุณสมบัติและศักยภาพอย่างเต็มที่จำเป็นต้องเข้าใจองค์ประกอบและวัตถุดิบที่เข้าสู่การผลิต

ต้นกำเนิดปิโตรเคมี

หน่วยการสร้างจากปิโตรเลียม

เส้นด้ายส่วนใหญ่มาจากปิโตรเคมี ปิโตรเลียมซึ่งเป็นส่วนผสมที่ซับซ้อนของไฮโดรคาร์บอนทำหน้าที่เป็นแหล่งพื้นฐานสำหรับโมโนเมอร์ที่ใช้ในการสังเคราะห์โพลีอะไมด์ กระบวนการกลั่นของปิโตรเลียมแบ่งไฮโดรคาร์บอนโซ่ยาวออกเป็นส่วนประกอบที่เล็กกว่าและจัดการได้มากขึ้น ในบรรดาสารประกอบบางอย่างเช่นเบนซีนโทลูอีนและไซลีนมีความสำคัญเป็นพิเศษสำหรับการผลิตโพลีอะไมด์

ตัวอย่างเช่นเบนซีนเป็นวัสดุเริ่มต้นที่สำคัญ ผ่านชุดของปฏิกิริยาทางเคมีเบนซีนสามารถเปลี่ยนเป็นไซโคลเฮกเซนได้ การแปลงนี้มักจะเกิดขึ้นได้จากกระบวนการไฮโดรเจนซึ่งมีการเพิ่มก๊าซไฮโดรเจนลงในเบนซีนในที่ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยา ไซโคลเฮกเซนที่ได้จะถูกประมวลผลต่อไปเพื่อให้ได้กรด adipic ซึ่งเป็นหนึ่งในโมโนเมอร์ที่สำคัญสำหรับโพลีอะไมด์ 6,6

การผลิตโมโนเมอร์

การผลิตกรด adipic

กรด Adipic ผลิตขึ้นในระดับใหญ่ผ่านการเกิดออกซิเดชันของไซโคลเฮกเซน ในกระบวนการอุตสาหกรรมทั่วไปไซโคลเฮกเซนจะถูกออกซิไดซ์ครั้งแรกด้วยอากาศต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งมักจะเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาแบบโคบอลต์ ปฏิกิริยาออกซิเดชันนี้ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของไซโคลเฮกซาโนลและไซโคลเฮกซาโนเนนซึ่งจะถูกออกซิไดซ์ต่อกรด adipic ต่อไป ปฏิกิริยาสามารถแสดงได้ดังนี้:

การผลิตกรด adipic ต้องการการควบคุมสภาพปฏิกิริยาอย่างระมัดระวังรวมถึงอุณหภูมิความดันและอัตราส่วนของสารตั้งต้นเพื่อให้ได้ผลผลิตและความบริสุทธิ์สูง

การผลิต diamines

สำหรับ Polyamide 6,6 โมโนเมอร์ที่จำเป็นอื่น ๆ คือ hexamethylenediamine โดยทั่วไปแล้ว diamine นี้ผลิตจาก adiponitrile ซึ่งสามารถสังเคราะห์ได้จาก butadiene ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของปิโตรเคมีอื่น Butadiene ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนไซยาไนด์ในกระบวนการที่เรียกว่า hydrocyanation เพื่อสร้าง adiponitrile adiponitrile นั้นถูกเติมพลังให้กับการผลิต hexamethylenediamine ปฏิกิริยาทางเคมีมีดังนี้:

ตารางต่อไปนี้สรุป monomers ที่ได้รับมาและเส้นทางการผลิตสำหรับโพลีอะไมด์ 6,6:

โมโนเมอร์	เริ่มต้นปิโตรเคมี	ขั้นตอนการผลิตที่สำคัญ
กรด adipic	เบนซีน (ผ่านไซโคลเฮกเซน)	ออกซิเดชันของไซโคลเฮกเซนไปยังไซโคลเฮกซาโนล\/ไซโคลเฮกซาโนเนนตามด้วยการออกซิเดชั่นต่อกรดอะดิพิกเพิ่มเติม
hexamethylenediamine	Butadiene (ผ่าน adiponitrile)	ไฮโดรไซยาเนชั่นของบิวเดียนถึง adiponitrile จากนั้นไฮโดรจิเนชันของ adiponitrile

 

 

polyamide 6 - แหล่งโมโนเมอร์อื่น

Caprolactam เป็นโมโนเมอร์

Polyamide 6 มีแหล่งโมโนเมอร์ที่แตกต่างกันเมื่อเทียบกับ Polyamide 6,6 มันผลิตจาก caprolactam Caprolactam สามารถสังเคราะห์จาก cyclohexanone ซึ่งดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้เป็นระดับกลางในการผลิตกรด adipic Cyclohexanone ถูกแปลงเป็น cyclohexanone oxime เป็นครั้งแรกผ่านปฏิกิริยากับไฮดรอกซิลามีน cyclohexanone oxime จากนั้นจะได้รับปฏิกิริยาการจัดเรียงใหม่หรือที่เรียกว่าการจัดเรียง Beckmann ใหม่ในที่ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยากรดเพื่อสร้าง caprolactam ปฏิกิริยาทางเคมีมีดังนี้:

เมื่อได้รับ caprolactam แล้วมันสามารถเป็นพอลิเมอร์เพื่อสร้างโพลีอะไมด์ 6 กระบวนการโพลีเมอไรเซชันเกี่ยวข้องกับการเปิดวงแหวนแลคตัมและสร้างโพลีเมอร์โซ่ยาว สิ่งนี้สามารถทำได้ผ่านปฏิกิริยาการเปิดโพลีเมอไรเซชันซึ่งมักจะดำเนินการที่อุณหภูมิสูงขึ้นในที่ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยา

เปรียบเทียบกับ polyamide 6,6

ตารางต่อไปนี้เปรียบเทียบแหล่งที่มาของโมโนเมอร์และคุณสมบัติพื้นฐานบางอย่างของ polyamide 6 และ polyamide 6,6:

ชนิดโพลีอะไมด์	แหล่งที่มาของโมโนเมอร์	คุณสมบัติทั่วไป
โพลีเอไมด์ 6	caprolactam	ความต้านทานการสึกหรอที่ดีความยืดหยุ่นสูงการดูดซับความชื้นค่อนข้างเร็ว
โพลิเอไมด์ 6,6	กรด adipic และ hexamethylenediamine	จุดหลอมเหลวที่สูงขึ้นความต้านทานทางเคมีที่ดีขึ้นในบางกรณีความแข็งแรงแรงดึงที่ยอดเยี่ยม

 

สารเติมแต่งและบทบาทของพวกเขาในองค์ประกอบเส้นด้ายโพลีอะไมด์

ความคงตัว

เพื่อปรับปรุงความเสถียรของเส้นด้ายโพลีอะไมด์ในระหว่างการประมวลผลและในตอนท้าย - ใช้แอพพลิเคชั่นเพิ่มความคงตัวต่าง ๆ ความคงตัวของความร้อนเช่นเกลือโลหะและสารต้านอนุมูลอิสระบางอย่างถูกนำมาใช้เพื่อป้องกันการสลายตัวของโพลีอะไมด์พอลิเมอร์ในระหว่างการประมวลผลอุณหภูมิสูงเช่นการปั่น มีการเพิ่มความคงตัวของอัลตราไวโอเลต (UV) เพื่อป้องกันเส้นด้ายโพลีอะไมด์จากผลกระทบที่เป็นอันตรายของแสงแดด รังสี UV สามารถทำให้เกิดการกัดกร่อนของโซ่ในพอลิเมอร์ซึ่งนำไปสู่การลดลงของคุณสมบัติเชิงกล ด้วยการเพิ่มความคงตัวของรังสียูวีเส้นด้ายสามารถรักษาความสมบูรณ์เมื่อสัมผัสกับสภาพกลางแจ้ง

น้ำมันหล่อลื่น

น้ำมันหล่อลื่นมีบทบาทสำคัญในกระบวนการผลิตของเส้นด้ายโพลีอะไมด์ ในระหว่างการหมุนพอลิเมอร์ละลายจะต้องไหลอย่างราบรื่นผ่านสปินเนอร์ น้ำมันหล่อลื่นลดแรงเสียดทานระหว่างพอลิเมอร์และผนังสปินเนอตทำให้มั่นใจได้ว่าการอัดขึ้นรูปที่สม่ำเสมอและสม่ำเสมอของเส้นด้าย นอกจากนี้น้ำมันหล่อลื่นสามารถปรับปรุงความเรียบเนียนของพื้นผิวของเส้นด้ายซึ่งเป็นประโยชน์สำหรับขั้นตอนการประมวลผลเพิ่มเติมเช่นการทอหรือถัก น้ำมันหล่อลื่นทั่วไปที่ใช้ในการผลิตเส้นด้ายโพลีอะไมด์ ได้แก่ กรดไขมันเอสเทอร์และแว็กซ์

เม็ดสีและสีย้อม

สำหรับเส้นด้ายโพลีอะไมด์สีจะเพิ่มเม็ดสีหรือสีย้อม เม็ดสีเป็นสีที่ไม่ละลายน้ำที่แยกย้ายกันไปในโพลิเมอร์เมทริกซ์ พวกเขาให้ความมั่นคงที่ยอดเยี่ยมและมักใช้สำหรับการใช้งานที่ต้องการสีความทนทานสูงเช่นในสิ่งทอกลางแจ้ง ในทางกลับกันสีย้อมจะละลายได้ในพอลิเมอร์หรือในตัวทำละลายและสามารถเจาะโครงสร้างเส้นใยได้ พวกเขามักใช้สำหรับผลิตสีที่มีชีวิตชีวาและสม่ำเสมอในแอปพลิเคชันสิ่งทอ ตัวเลือกระหว่างเม็ดสีและสีย้อมขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ เช่นความเข้มของสีที่ต้องการข้อกำหนดความคงทนของสีและวิธีการประมวลผลของเส้นด้ายโพลีไมด์

สารหน่วงไฟ

ในการใช้งานที่ความปลอดภัยจากอัคคีภัยเป็นข้อกังวลเช่นในชุดทำงานอุตสาหกรรมและการตกแต่งบ้านสารหน่วงไฟจะถูกเพิ่มเข้าไปในเส้นด้าย polyamide สารหน่วงไฟทำงานโดยแทรกแซงกระบวนการเผาไหม้ของพอลิเมอร์ พวกเขาสามารถทำหน้าที่ได้หลายวิธีเช่นการสร้างชั้นถ่านป้องกันบนพื้นผิวของเส้นด้ายปล่อยก๊าซที่ไม่ไวไฟเพื่อเจือจางออกซิเจนรอบ ๆ วัสดุการเผาไหม้หรือยับยั้งปฏิกิริยาที่รุนแรง - รุนแรงที่เกิดขึ้นในระหว่างการเผาไหม้ สารหน่วงไฟทั่วไปที่ใช้ในเส้นด้ายโพลีอะไมด์รวมถึงสารประกอบที่ใช้ฮาโลเจนสารประกอบที่ใช้ฟอสฟอรัสและไฮดรอกไซด์โลหะ อย่างไรก็ตามเนื่องจากความกังวลด้านสิ่งแวดล้อมและสุขภาพที่เกี่ยวข้องกับสารหน่วงไฟที่ใช้ฮาโลเจนบางชนิดจึงมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นต่อการใช้ทางเลือกที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นเช่นฟอสฟอรัส - สารหน่วงไฟจากไนโตรเจน

 

การรีไซเคิลและแหล่งที่ยั่งยืน

รีไซเคิลเส้นด้ายโพลีอะไมด์

ด้วยการมุ่งเน้นที่เพิ่มขึ้นในการพัฒนาอย่างยั่งยืนการรีไซเคิลเส้นด้ายโพลีอะไมด์ได้รับความสำคัญอย่างมาก โพสต์ - ผลิตภัณฑ์ polyamide ผู้บริโภคเช่นเสื้อผ้าที่ใช้แล้วและของเสียอุตสาหกรรมสามารถนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อผลิตเส้นด้ายโพลีอะไมด์ใหม่ กระบวนการรีไซเคิลมักเกี่ยวข้องกับวิธีการทางกลและเคมี ในการรีไซเคิลเชิงกลผลิตภัณฑ์ polyamide จะถูกหั่นฝอยทำความสะอาดและละลายเป็นรูปเม็ดที่สามารถรีดลงในเส้นด้ายได้ ในทางกลับกันการรีไซเคิลทางเคมีเกี่ยวข้องกับการทำลายโพลีอะไมด์พอลิเมอร์ลงในโมโนเมอร์หรือโอลิโกเมอร์ผ่านกระบวนการต่าง ๆ เช่นการไฮโดรไลซิสหรืออะมิโนไลซิส โมโนเมอร์เหล่านี้สามารถทำให้บริสุทธิ์และใช้ในการสังเคราะห์โพลีอะไมด์ใหม่

วัตถุดิบที่ยั่งยืน

นอกเหนือจากการรีไซเคิลแล้วยังมีความพยายามในการพัฒนาวัตถุดิบที่ยั่งยืนสำหรับการผลิตเส้นด้ายโพลีอะไมด์ วิธีหนึ่งคือการใช้โมโนเมอร์ที่ใช้ชีวภาพ ตัวอย่างเช่นมีการวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่องในการผลิตกรด adipic จากทรัพยากรทดแทนเช่นชีวมวล บาง บริษัท กำลังสำรวจการใช้จุลินทรีย์เพื่อหมักน้ำตาลที่ได้จากพืชเป็นกรด adipic ในทำนองเดียวกันมีความพยายามที่จะผลิต diamines จากแหล่งข้อมูลทางชีวภาพ ด้วยการใช้วัตถุดิบที่ยั่งยืนผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของการผลิตเส้นด้ายโพลีไมด์สามารถลดลงได้อย่างมีนัยสำคัญทำให้เป็นตัวเลือกที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นในระยะยาว

 

บทสรุป

เส้นด้าย Polyamide ทำจากการผสมผสานของ petrochemical - monomers ที่ได้รับสารเติมแต่งและในบางกรณีวัสดุรีไซเคิลหรือวัตถุดิบที่ยั่งยืน กระบวนการสังเคราะห์ที่ซับซ้อนเริ่มต้นจากการกลั่นปิโตรเลียมไปจนถึงการผลิตโมโนเมอร์ที่เฉพาะเจาะจงและการเพิ่มสารเติมแต่งต่างๆส่งผลให้วัสดุอเนกประสงค์มีคุณสมบัติหลากหลาย การทำความเข้าใจองค์ประกอบของเส้นด้ายโพลีอะไมด์ไม่เพียง แต่สำคัญสำหรับผู้ผลิตในการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิตและประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ แต่ยังสำหรับผู้บริโภคและอุตสาหกรรมในการตัดสินใจอย่างชาญฉลาดเกี่ยวกับการใช้งาน ในขณะที่อุตสาหกรรมยังคงพัฒนาไปสู่การปฏิบัติที่ยั่งยืนมากขึ้นการพัฒนาแหล่งที่มาของโมโนเมอร์ใหม่และเทคโนโลยีการรีไซเคิลจะมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในอนาคตของการผลิตเส้นด้ายโพลีอะไมด์