Dubitinsider

for your information

overzicht

De uitvinding van nylon door Wallace Carothers (1896-1937) in 1935 lanceerde het tijdperk van kunstmatige stoffen en stelde basisprincipes van polymeerchemie vast die plastic tot een alomtegenwoordig deel van de beschaving maakten. Nylon zelf heeft een ongeëvenaarde reeks van voordelige eigenschappen, met inbegrip van hoge sterkte, flexibiliteit, en krasbestendigheid. Nylon is in populariteit ingehaald door polyester, maar het wordt nog steeds veel gebruikt in kleding, tapijt, tandenborstels en meubels. Kunstmatige vezels, die deel uitmaken van een multi-miljard dollar industrie, bieden de mogelijkheid om kenmerken te controleren op manieren die onmogelijk zijn met natuurlijke vezels. In feite hebben de hedendaagse polymeren natuurlijke materialen vervangen in vele toepassingen, waaronder de meeste Textiel in de VS. Ze hebben nieuwe materialen geleverd, zoals lichtgewicht, schokbestendig kogelvrije vesten, die eigenschappen hebben die onmogelijk te reproduceren zijn met natuurlijke methoden. Nylon en andere polymeren hebben ook geleid tot milieuproblemen en verwijderingsproblemen, wat heeft geleid tot wijdverbreide inspanningen op het gebied van recycling.

Achtergrond

in 1931 was de toegang van de VS tot zijde in gevaar, als gevolg van politieke en handelsspanningen met Japan.Er was een grote interesse in het vinden van een substituut, een kunstmatige vezel. Wallace Hume Carothers maakte de doorbraak in 1934, dankzij een combinatie van een systematische benadering van onderzoek en zijn diepe begrip van polymeerchemie.het laboratorium van Carothers in DuPont was een uitzondering binnen de wereld van industrieel onderzoek. Het was gewijd aan de basiswetenschap en stond topwetenschappers toe om experimenten na te streven die werden gedreven door hun curiositeiten, in plaats van door de vraag van de markt. Dit was nieuw voor DuPont, die de jonge scheikundeprofessor van Harvard University had gelokt.DuPont was een succesvol bedrijf, opgericht in 1802, dat zijn rijkdom had gebouwd op explosieven. In 1902, de concurrentie in buskruit dwong het bedrijf om te zoeken naar nieuwe bronnen van inkomsten, en haar onderzoekslaboratorium werd opgericht. Dit was het begin van de interesse van het bedrijf in moleculen met een hoog molecuulgewicht (macromoleculen), en zijn onderzoekslaboratorium begon met het onderzoeken van vezels in 1909. Tegen die tijd was DuPont uitgegroeid tot een gediversifieerd chemisch bedrijf met expertise in oplosmiddelen, zuren en stabilisatoren. Dat jaar werd een opmerkelijk voorbeeld van succes op het gebied van macromoleculen geïntroduceerd, Bakeliet. Bakeliet is vernoemd naar Leo Baekeland (1863-1944) en was het eerste thermohardende plastic. Het was hard, bestand tegen oplosmiddelen, en een fortuin waard voor zijn bedrijf.het was dus zo dat Carothers in 1928 arriveerden om onderzoek in de organische chemie te sturen. Carothers was een expert in polymeren, moleculen die bestaan uit lange ketens van herhalende eenheden. Het was een geheimzinnig veld op het moment, met weinig principes en zonder zelfs een standaard manier van het benoemen en classificeren van verbindingen. Carothers ‘ aanpak was zowel fundamenteel als praktisch, en in 1931 had zijn lab een synthetische vorm van rubber geproduceerd, genaamd neopreen. Zij hadden ook een begrip van radicale polymerisatie ontwikkeld, gebruikend en creërend geladen organische molecules in kettingreacties die tot grote molecules leidden. Zij bepaalden de samenstellingen van condensatiepolymeren, die werden gecreëerd door het afsplitsen van water als bindingen werden gevormd, en stelden basisprincipes vast voor het aansturen van deze reacties.

toen de uitdaging kwam om een nieuwe vezel te maken, waren ze klaar. Er was een precedent voor hun poging. Louis Chardonnet (1839-1924) had op de tentoonstelling in Parijs van 1891 met rayon een hit gemaakt, zo genoemd omdat het zo glanzend was dat het de zonnestralen leek uit te zenden. Hij maakte het materiaal voor het eerst in 1889 door opgeloste nitrocellulose door kleine gaatjes te extruderen en het oplosmiddel te laten drogen. Rayon was de eerste kunstmatige vezel die op grote schaal werd gebruikt, hoewel de vezels soms zwak waren en zeer ontvlambaar konden zijn.

Carothers richtten zich op het creëren van de eerste volledig synthetische vezel. Toen hij in 1934 amine,hexamethyldiamine en adipinezuur combineerde, kon hij vezels produceren in een reageerbuis. Deze waren het resultaat van een condensatiereactie, en het was een cruciaal inzicht van Carothers dat deze laboratorium nieuwsgierigheid veranderde in de basis voor een nieuwe industrie. Condensatiereacties produceren water als bijproduct, en Carothers realiseerde zich dat dit water interfereerde met verdere reacties, waardoor de grootte van de vezels werd beperkt. Door het water te distilleren zoals het werd gevormd, was hij in staat om moleculen te produceren die lang, sterk en elastisch waren. Het molecuul werd Nylon 66 genoemd omdat elk van de twee samenstellende moleculen zes koolstofatomen bevatte. DuPont patenteerde nylon in 1935 en bracht het op de markt in 1939.

Impact

Nylon was een onmiddellijk succes. Het vond tientallen toepassingen, waaronder in Tandenborstels, als vislijnen, chirurgische draad, en vooral kousen (die kwam te worden genoemd nylons). Het zijn de fysieke eigenschappen van nylon die het zo aantrekkelijk maken. Nylon, een polyamine, heeft een hoge sterkte aan gewicht verhouding, het bestand tegen veranderingen in zijn vorm,en krast niet gemakkelijk. Het is bestand tegen vocht en heeft stroomeigenschappen die het perfect maken voor spuitgieten.

Nylon leent zich voor een grotere verscheidenheid aan weefsels dan welke natuurlijke vezel dan ook. Het kan worden geweven in tricot, omkeerbare knoop, Taft, crêpe, satijn, fluweel fleece, brokaat, kant, organza, en seersucker. Elk weefsel maakt op een andere manier gebruik van de natuurlijke eigenschappen van het nylon, waardoor het zijdezacht of grof, glanzend of dof, doorschijnend of omvangrijk is. Dit betekent dat alles van lingerie en badmode tot truien en handschoenen kan worden gemaakt van nylon. Naast kleding, nylon heeft gevonden toepassingen in parachutes, touwen, screening, kogelvrije vesten, en koorden voor autobanden.

terwijl chemici en chemische ingenieurs de kwaliteiten van natuurlijke vezels repliceren, gebruiken ze wat ze over polymeren hebben geleerd om de eigenschappen van vezels te veranderen, ze af te stemmen op specifieke taken door ze bijvoorbeeld isolerend, lichter van gewicht of brandwerend te maken. Dit geldt zowel voor kunststoffen als voor textiel, en veel van de kunstmatige materialen die ons omringen in het dagelijks leven danken hun oorsprong aan de ontdekkingen van Carothers en zijn collega ‘ s.de synthetische textielindustrie is een enorme en groeiende onderneming. In 1900 waren gefabriceerde vezels goed voor maximaal 1% van de Amerikaanse vezelmarkt. In 1998 waren gefabriceerde vezels goed voor 70% van de gebruikte vezels. Het fenomeen is wereldwijd, met 16 miljoen ton (17.636.684 ton) synthetische vezels jaarlijks geproduceerd in Azië, en ongeveer een derde zoveel elk in Europa en Noord-Amerika. Polyester is de koning van textiel, met een marktgrootte van meer dan drie keer die van nylon en een wereldwijde jaarlijkse marktwaarde in de tientallen miljarden dollars. De impact van kunstmatige vezels op de nationale economieën is veel hoger wanneer mark-ups voor afgewerkte kleding, marketing, en distributie worden meegerekend.

de nieuwe materialen die begonnen met nylon veranderden ook de cultuur en de taal. Polyester zal altijd worden geassocieerd met disco en de mode van de jaren 70. het woord “plastic” suggereert meer dan alleen synthetische materialen; het verwijst ook naar alles wat vals is in de cultuur en de samenleving. Een reactie op de alomtegenwoordigheid van synthetische materialen is een markt voor “natuurlijke” voedingsmiddelen, stoffen en meubels. Twee recente ontwikkelingen hebben synthetische stoffen populairder gemaakt bij het publiek. Ten eerste zijn mengsels gebruikt om de look en feel van natuurlijke vezels te krijgen, terwijl het verkrijgen van voordelen, zoals duurzaamheid en permanente pers, van synthetische stoffen. Ten tweede zijn fijnere draden van polyesters (microvezels 100 keer dunner dan een menselijk haar) ontwikkeld om de vochtbehandeling en het gevoel van de stof te verbeteren. De kenmerken van microfiber polyester zijn zo aantrekkelijk dat het nu vaak wordt gebruikt voor high fashion. Op elk niveau van de samenleving, synthetische vezels zijn kleding de wereld.

een onbedoeld gevolg van het succes van nylon is het afval dat het produceert. Synthetische polymeren, in tegenstelling tot natuurlijke polymeren zoals hout, katoen en zijde, zijn niet biologisch afbreekbaar. Zij leveren een belangrijke bijdrage aan stortplaatsen en stortplaatsen en kunnen honderden jaren in het milieu blijven. De erkenning van het probleem heeft geleid tot twee initiatieven: ten eerste zijn veel gemeenten begonnen met recyclingprogramma ‘ s, die oude kunststoffen verzamelen en hergebruiken in nieuwe producten. Nylon is een bijzonder goed doel voor recycling vanwege het hoge smeltpunt. Fabrikanten hebben een specifieke verbintenis aangegaan om tapijt te recyclen (waarvoor elk jaar 2 miljard pond nylon wordt gebruikt), maar nog in 1996 vond slechts 1% van het afgedankte tapijt zijn weg naar nieuwe tapijten. Ten tweede zijn onderzoekers begonnen met het ontwikkelen van biologisch afbreekbare polymeren die de gunstige fysische kenmerken van traditionele synthetische polymeren hebben, terwijl ze een route hebben naar biologische afbraak, meestal door micro-organismen. Dit impliceert vaak het gebruik van een biologisch materiaal, zoals chitine, als uitgangsmateriaal, in plaats van aardolieproducten. Biologisch afbreekbare polymeren kunnen het extra voordeel hebben dat ze goede keuzes zijn voor medisch gebruik, zoals de basis voor het oplossen van hechtingen of het leveren van steigers voor groeiende vervangende organen.na zijn ontdekking van nylon groeide Carothers ‘reputatie onder zijn collega’ s, en hij was de eerste organische chemicus die werd gekozen voor de National Academy of Sciences, maar hij leefde niet om de wereld te zien die hij had gecreëerd. Hij pleegde zelfmoord in 1937, voordat nylon werd gecommercialiseerd. DuPont daarentegen profiteerde enorm van de producten. Niet alleen heeft nylon toegevoegd aan de rijkdom van DuPont, maar het laboratorium dat Carothers had opgericht ging verder met het creëren van non-stick coatings, spandex fiber, Kevlar, en vele andere polymeren van commercieel belang.

PETER J. ANDREWS

verder lezen

boeken

Asimov, Isaac. Isaac Asimov ‘ s Biographical Encyclopedia of Science & Technology. New York: Doubleday and Co., 1976.Hermes, Matthew E. Enough for One Lifetime: Wallace Carothers, Inventor of Nylon. Philadelphia: Chemical Heritage Foundation, 1996.

Internet Sites

Biodegradable Polymer Research Center. http://www.eng.uml.edu/Dept/BPRC

DuPont.http://www.dupont.com

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.