W ostatnim tekście opowiadaliśmy sobie o włóknach naturalnych. Jednak nie samą naturą stoi dzisiejszy przemysł tekstylny. Już od niemal wieku w coraz powszechniejszym użyciu są włókna syntetyczne, będące otrzymywanymi na skalę przemysłową polimerami. I to o nich dzisiaj kilka słów.
Najbardziej znanym z włókien syntetycznych jest zapewnie nylon. Jego początki sięgają lat trzydziestych XX w., kiedy pracownik amerykańskiego koncerny DuPont, Wallace Carothers, otrzymał nylon‑66. W swym ogólnym zarysie synteza nylonów (mowa bowiem o całej rodzinie związków) jest prosta i polega na reakcji kwasu, którego łańcuch jest z obu końców zakończony grupami karboksylowymi, z analogiczną aminą, która z kolei posiada dwie przeciwlegle położone grupy aminowe. W konsekwencji obie cząsteczki łączą się poprzez wiązanie amidowe, a ponieważ każda z nich ma reaktywne końce, to możliwe jest przedłużanie łańcucha o kolejne cząsteczki, na przemian kwasu i aminy.
Stosowany przy nazwie „nylon” numer wskazuje pośrednio, ile atomów węgla zawiera wzięta do reakcji cząsteczka kwasu i aminy. W przypadku nylonu-66 mamy więc do czynienia z rekcją sześciowęglowego kwasu dikarboksylowego z sześciowęglową aminą.
[User:Innerstream, Public domain, via Wikimedia Commons]
A jak to możliwe, że mamy też nylon-6? To wcale nie musi oznaczać błędu w zapisie. Wystarczy jeśli weźmiemy do reakcji związek, którego cząsteczka z jednej strony kończy się grupą karboksylową a z drugiej grupą aminową. Wówczas cząsteczki mogą reagować same ze sobą i również tworzyć długie łańcuchy w reakcjach polimeryzacji. Na marginesie dodam, że na takiej zasadzie tworzą się łańcuchy aminokwasów w białkach, gdzie również występuje wiązanie amidowe, zwane w przypadku białek wiązaniem peptydowym.
Koncern DuPont ma na swoim koncie także inne włókna syntetyczne, takie jak kewlar, z którego wytwarza się niezwykle trwałe i odporne na rozerwanie tkaniny, w tym wypełnienia kamizelek kuloodpornych. Z chemicznego punktu widzenia kewlar jest także polimerem, a dokładnie poli(fenyleno-1,4-diamidem). Choć posiada wiązania amidowe jak nylony, to jednak różni się tym, że jednym z reagentów są diaminy aromatyczne, czyli grupy aminowe nie są przyłączone po oby stronach łańcucha alifatycznego a po obu stronach pierścienia aromatycznego. A więc kewlar można nazwać, jak i nylon, poliamidem, to jednak dla odróżnienia używa się określenia aramidy. Stąd być może spotkaliście się z określeniem włókna aramidowe.
[Ben Mills and Jynto, Public domain, via Wikimedia Commons[
Kolejną grupę włókien syntetycznych tworzą włókna poliuretanowe, jak np. lycra (spandex, elastan). O poliuretanach napiszę niedługo więcej, na razie więc tylko wspomnę, że powstają one w bardzo gwałtownej reakcji izocyjanianów (związków organicznych posiadających grupę izocyjanianową, -N=C=O) z alkoholami o dwóch grupach hydroksylowych. Włókna poliuretanowe charakteryzują się wysoką elastycznością, stąd często wytwarza się z nich przylegająca do ciała odzież sportową.
Rosnącą popularnością cieszą się włókna poliestrowe. Dzieje się tak, ponieważ możliwe jest wykorzystanie do ich produkcji materiałów z recyklingu tworzyw sztucznych, zwykle butelek PET, a więc wykonanych z poli(terefralanu etylenu).
Cechą wspólną odróżniającą włókna syntetyczne od naturalnych jest ich mała chłonność wody, stąd ubrania z nich wykonane szybko schną. Niestety wiąże się to też często z niską przepuszczalnością pary wodnej, co sprawia, że łatwiej się w nich pocimy. Są jednak dużo tańsze w produkcji i zdecydowanie lepiej „trzymają kolory”. Wynika to z tego, że możemy je barwić już na etapie produkcji, dodając pigmentu do przetwarzanego polimeru. W przypadku włókien naturalnych barwnik jest zaadsorbować na powierzchni włókna, z której może być dość łatwo wymyty.
A propos produkcji włókien syntetycznych. W ich przypadku, podobnie jak włókien naturalnych, mówi się o przędzeniu. Jednak przy włóknach naturalnych chodzi o to by skłębione włókna ułożyć w miarę równolegle do siebie i nieco skręcić ze sobą w długą nić, to przy produkcji włókien syntetycznych proces ten wygląda inaczej (choć cel jest ten sam).
Włókna syntetyczne wytwarzane są jak wiemy z polimerów, które zwykle otrzymuje się w postaci bloków, sztabek itp. Aby wytworzyć z nich nić, trzeba je stopić i wtedy wyciągać długie nici (jak w ciągnącym się stopionym żółtym serze), albo wymieszać z rozpuszczalnikiem a następnie przepuszczać strumień takiego roztworu przez dyszę jednocześnie odparowując rozpuszczalnik. Są jeszcze inne techniki „wyciągania” włókien syntetycznych, ale te dwa wymienione są najbardziej popularne.
Jak więc widzicie, świat włókien jest szalenie różnorodny i niezwykle wiele w nim chemii. A przecież tylko po krótce opisaliśmy sobie ich rodzaje i sposoby wytwarzania. Inną, bardzo ściśle związaną z nimi, dziedziną przemysłu jest produkcja i stosowanie barwników do tkanin. Ale to całkiem inna historia…
Wojciech Smułek
23.04.2023