De què es fa el fil de poliamida?

Poliamida Yarn, una pedra angular del modern paisatge tèxtil i de material industrial, ha estat un descobriment revolucionari des dels seus inicis. Reconegut per la seva força, durabilitat i versatilitat, el fil de poliamida ha trobat aplicacions en tot, des de roba esportiva d’alt rendiment fins a cordes industrials i dispositius mèdics. Per apreciar plenament les seves propietats i potencials, és fonamental comprendre la seva composició i les matèries primeres que entren en la seva producció.

Orígens petroquímics

Els blocs de construcció del petroli

Fil de poliamidaes deriva principalment de petroquímics. El petroli, una barreja complexa d’hidrocarburs, serveix com a font fonamental per als monòmers utilitzats en la síntesi de poliamida. El procés de refinació del petroli descompon els hidrocarburs de cadena llarga en components més petits i manejables. Entre aquests, certs compostos com el benzè, el toluen i el xileno tenen una importància especial per a la producció de poliamida.

El benzè, per exemple, és un material de partida clau. Mitjançant una sèrie de reaccions químiques, el benzè es pot transformar en ciclohexà. Aquesta conversió s’aconsegueix sovint mitjançant un procés d’hidrogenació, on s’afegeix gas d’hidrogen al benzè en presència d’un catalitzador. El ciclohexà resultant es processa a més per obtenir àcid adipic, un dels monòmers crucials de la poliamida 6,6.

Producció de monòmers

Producció d’àcid adipic

L’àcid adipic es produeix a gran escala mitjançant l’oxidació del ciclohexà. En un procés industrial típic, el ciclohexà s’oxida primer amb l’aire en presència d’un catalitzador, normalment un catalitzador basat en cobalt. Aquesta reacció d’oxidació dóna lloc a la formació de ciclohexanol i ciclohexanona, que després s’oxiden encara més a l’àcid adipic. La reacció es pot representar de la següent manera:

La producció d’àcid adipic requereix un control minuciós de les condicions de reacció, inclosa la temperatura, la pressió i la relació dels reactants, per aconseguir rendiments elevats i puresa.

Producció de Diamines

Per a la poliamida 6,6, l’altre monòmer essencial és l’hexametilenediamina. Aquesta diamina es produeix normalment a partir d’adiponitril, que es pot sintetitzar a partir del butadien, un altre derivat petroquímic. El butiene reacciona amb el cianur d’hidrogen en un procés conegut com a hidrocianació per formar adiponitril. L’adiponitril s’hidrogena per produir hexametilenediamina. Les reaccions químiques són les següents:

La taula següent resumeix els monòmers petroquímics clau i les seves rutes de producció per a la poliamida 6,6:

Monòmer	Començant petroquímic	Passos de producció clau
Àcid adipic	Benzè (via ciclohexà)	Oxidació del ciclohexà a ciclohexanol/ciclohexanona, seguida de més oxidació a l’àcid adipic
Hexametilenediamina	Butadiene (via Adiponitrile)	Hidrocianació de butadiè a adiponitril, després hidrogenació de l’adiponitril

 

 

Poliamida 6 - Una font de monòmer diferent

Caprolactam com a monòmer

La poliamida 6 té una font de monòmer diferent en comparació amb la poliamida 6,6. Es produeix a partir de caprolactam. El caprolactam es pot sintetitzar a partir de ciclohexanona, que, com s'ha esmentat anteriorment, és un intermedi en la producció d'àcid adipic. La ciclohexanona es converteix per primera vegada a ciclohexanona oxima mitjançant una reacció amb hidroxilamina. A continuació, la ciclohexanona es sotmet a una reacció de reordenació, coneguda com la reordenació de Beckmann, en presència d’un catalitzador d’àcid per formar caprolactam. Les reaccions químiques són les següents:

Un cop obtingut el caprolactam, es pot polimeritzar per formar poliamida 6. El procés de polimerització implica obrir l’anell de lactam i formar polímers de cadena llarga. Es pot aconseguir mitjançant una reacció de polimerització d'anells, generalment realitzada a temperatures elevades en presència d'un catalitzador.

Comparació amb la poliamida 6,6

La taula següent compara les fonts de monòmer i algunes propietats bàsiques de la poliamida 6 i la poliamida 6,6:

Tipus de poliamida	Font de monòmer	Propietats generals
Poliamida 6	Caprolactama	Bona resistència al desgast, alta elasticitat, absorció d’humitat relativament ràpida
Poliamida 6,6	Àcid adipic i hexametilenediamina	Punt de fusió més elevat, millor resistència química en alguns casos, excel·lent resistència a la tracció

 

Additius i el seu paper en la composició del fil de poliamida

Estabilitzadors

Per millorar l’estabilitat del fil de poliamida durant el processament i en el seu final d’aplicacions d’ús, s’afegeixen diversos estabilitzadors. Els estabilitzadors de calor, com certes sals metàl·liques i antioxidants, s’utilitzen per evitar la degradació del polímer de poliamida durant el processament de temperatura d’alta temperatura, com la filatura. S’afegeixen estabilitzadors ultraviolats (UV) per protegir el fil de poliamida dels efectes nocius de la llum solar. La radiació UV pot causar escissió a la cadena al polímer, donant lloc a una reducció de les propietats mecàniques. Afegint estabilitzadors UV, el fil pot mantenir la seva integritat quan s’exposa a condicions exteriors.

Lubricants

Els lubricants tenen un paper crucial en el procés de fabricació del fil de poliamida. Durant la filatura, la fusió del polímer ha de fluir sense problemes a través dels spinnerets. Els lubricants redueixen la fricció entre el polímer i les parets de filador, garantint una extrusió consistent i uniforme del fil. A més, els lubricants poden millorar la suavitat superficial del fil, que és beneficiós per a passos de processament posteriors com el teixit o el teixit. Els lubricants comuns utilitzats en la producció de fil de poliamida inclouen èsters i ceres d’àcids grassos.

Pigments i colorants

Per al fil de poliamida de colors, s’afegeixen pigments o colorants. Els pigments són colorants insolubles que es dispersen a la matriu de polímer. Proporcionen una excel·lent desfasi del color i sovint s’utilitzen per a aplicacions on es requereix un color d’alta durabilitat, com per exemple en tèxtils exteriors. Els colorants, en canvi, són solubles en el polímer o en un dissolvent i poden penetrar en l'estructura de la fibra. S’utilitzen habitualment per produir colors vibrants i uniformes en aplicacions tèxtils. L’elecció entre pigments i colorants depèn de factors com la intensitat del color desitjada, els requisits de color i el mètode de processament del fil de poliamida.

Retardants de flama

En aplicacions on la seguretat contra incendis és una preocupació, com en la roba de treball industrial i els mobles per a la llar, s’afegeixen retardants de flama al fil de poliamida. Els retardants de la flama funcionen interferint amb el procés de combustió del polímer. Poden actuar de diverses maneres, com ara formar una capa protectora a la superfície del fil, alliberant gasos no inflamables per diluir l’oxigen al voltant del material cremant o inhibir les reaccions radicals lliures que es produeixen durant la combustió. Els retardants comuns de flama utilitzats en fil de poliamida inclouen compostos basats en halògens, compostos basats en fòsfor i hidròxids metàl·lics. No obstant això, a causa de les preocupacions mediambientals i de salut associades a alguns retardants de flama basats en halògens, hi ha una tendència creixent cap a l'ús de alternatives més respectuoses amb el medi ambient, com ara els retardants de flama basats en fòsfor - nitrogen.

 

Fonts de reciclatge i sostenibles

Reciclatge de filats de poliamida

Amb el focus creixent en la sostenibilitat, el reciclatge de fil de poliamida ha guanyat una importància important. Els productes de poliamida de consum, com ara roba usada i residus industrials, es poden reciclar per produir un nou fil de poliamida. El procés de reciclatge implica normalment mètodes mecànics i químics. En el reciclatge mecànic, els productes de poliamida es trituren, es netegen i es fonen per formar pellets que es poden extreure al fil. El reciclatge químic, d’altra banda, consisteix en desglossar el polímer de poliamida en els seus monòmers o oligòmers mitjançant processos com la hidròlisi o l’aminòlisi. Aquests monòmers es poden purificar i utilitzar per sintetitzar la poliamida nova.

Filedstocks sostenibles

A més del reciclatge, s’estan fent esforços per desenvolupar matèries primeres sostenibles per a la producció de filats de poliamida. Un dels enfocaments és utilitzar monòmers basats en bio. Per exemple, hi ha esforços de recerca i desenvolupament en curs per produir àcid adipic a partir de recursos renovables com la biomassa. Algunes empreses estan explorant l’ús de microorganismes per fermentar els sucres derivats de les plantes a l’àcid adipic. De la mateixa manera, hi ha intents de produir diàmines a partir de fonts basades en bio. Mitjançant l'ús de pinsos sostenibles, l'impacte ambiental de la producció de filats de poliamida es pot reduir significativament, cosa que la converteix en una opció més ecològica a llarg termini.

 

Conclusió

El fil de poliamida està fabricat amb una combinació de monòmers, additius derivats petroquímics, i en alguns casos, materials reciclats o pinsos sostenibles. Els complexos processos de síntesi, a partir de la perfecció del petroli fins a la producció de monòmers específics i l’addició de diversos additius, donen lloc a un material versàtil amb una àmplia gamma de propietats. Comprendre la composició del fil de poliamida no només és crucial per als fabricants per optimitzar els processos de producció i el rendiment del producte, sinó també per als consumidors i les indústries per prendre decisions informades sobre el seu ús. A mesura que la indústria continua evolucionant cap a pràctiques més sostenibles, el desenvolupament de noves fonts de monòmers i tecnologies de reciclatge tindrà un paper cada cop més important en el futur de la producció de filats de poliamida.