Fibrele sintetice

Fibrele sintetice

Una dintre necesitatile vitale ale fiintei umane din toate timpurile a fost ca, pe langa asigurarea hranei, sa-si procure si materialele necesare confectionarii imbracamintei. In acest scop, ca si in alte cazuri, omul s-a adresat naturii. Prin incercari, timp de mii si mii de ani, el a reusit sa identifice diferite materiale adecvate acestui tel si sa elaboreze tehnologiile necesesare prelucrarii lor.

Astfel au intrat in circuitul economic o serie de produse naturale ca blanurile, lana, inul, canepa, bumbacul, etc. care din timpul faraonilor si pana la inceputul acestui veac au asigurat in proportie de suta la suta necesitatile de imbracaminte ale umanitatii. In toata aceasta perioada, progresele s-au referit la elaborarea unor tehnologii perfectionate de prelucrare care au permis ca din aceste materii prime naturale sa se obtina cantitati tot mai mari de imbracaminte cu calitati din ce in ce mai bune, precum si alte articole de decoratii interioare, funii, odgoane, etc.

Un eveniment important in aceasta perioada l-a constituit introducerea in Europa a matasei din China, fapt care a generat ideea de a se incerca imitarea ei pe cale artificiala, idee ce a fost realizata industrial la sfarsitul secolului al XIX-lea de catre Hilaire de Chardonet. Acesta a patentat in 1885 procedeul de producere a matasii ce-i poarta numele, prin filtrarea nitrocelulozei urmata de denitrare.

Fibrele artificiale si sintetice, reunite sub numele generic de fibre chimice, au devenit astfel alaturi de fibrele naturale, o baza importanta de materii prime textile.

Daca pana la inceputul acestui secol necesitatile de imbracaminte erau satisfacute in totalitate de produsele naturale, la sfarsitul secolului 70% din aceste necesitati vor fi satisfacute de fibrele chimice.

O ramura mai recenta a fibrelor chimice care s-a dezvoltat in ultimi 40 de ani intr-un ritm extraordinar o reprezinta fibrele sintetice. Acest fibre sunt rodul dezvoltari uneia dintre cele mai moderne ramuri ale chimiei: chimia polimerilor. Sintetizarea lor a fost posibila doar atunci cand cercetarea a relevat caracteristicile necesare unui polimer fiabil: sa fie filiform (adica fara ramificari sau reticuli ai catenelor); sa aiba o masa moleculara potrivita, sa poata fi orientat si cristalizat; sa fie solubil in solventi sau sa se topeasca fara descompunere.

Odata cu aparitia unor noi tipuri de fibre sintetice, la procedeele de filare cunoscute s-au adaugat altele noi: filarea din topitura si, mai recent, filarea din suspensie, filarea din semitopitura etc.

In general, schema de obtinere a unei fibre sintetice este:

prepararea polimerului filare etirare incretire fixare.

Dupa metoda de preparare a polimerului se cunosc:

Fibre preparate prin policondensare;

Fibre preparate prin polimerizare radicala;

Fibre preparate prin polimerizare ionica;

Fibre preparate prin alte procedee.

Cele mai cunoscute fibre preparate prin policondensare sunt fibrele poliamidice, fibrele poliesterice si fibrele poliuretanice.

Dintre fibrele poliamidice cele mai utilizate sunt Nylonul 6,6 si Nylonul 6. Nylonul 6,6 se numeste asa deoarece materiile prime - acidul adipic si hexametilen-diamina - au fixati cate 6 atomi de carbon. Reactia care sta la baza prepararii sale este :

n NH₂ - (CH₂) ₆ - NH₂ + n HOOC - (CH₂)₄ - COOH

hexametilen-diamina               acid adipic

H[NH - (CH₂)₆ - NHCO - (CH₂)₄ - CO]n OH + (2n - 1)H₂O

Nylon 6,6

Se poate observa usor ca pentru aceasta policondensare materialele trebuie sa fie prezentatein calitati stoechiometrice.

Fibra cunoscuta sub numele de Nzion 6 are la baza polimerizarea caprolactamei:

CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₂ - CH₂

CO NH

care reactioneaza in prezenta unui adaos catalitic de apa. Se vede ca in acest caz grupa acida si aminica nu se mai afla la doi componenti diferiti, ci in unul singur.

Fibrele poliesterice au la baza tot reactia de policondensare, dar intre un diacid(sau diester) si un diol. Reactia decurge in doua etape: esterificarea(sau transesterificarea) si policondensarea. Fibra poliesterica produsa in cea mai mare cantitate este polietilentereftalatul. Reactia are loc prin agitare in vid, iar ambele sale etape necesita catalizatori. Polimerul este filat din topitura ca si poliamidele.

Poliuretanii au la baza reactia dintre un compus cu grupe OH si un diizocianat

n HO - R - OH + n OCN                             [O - R -OCCNHR^'NH - CO]n

unde, de exemplu, R = (CH₂)₄,sau un polietilenglicol, poliester etc., iar R = (CH2)₆ sau alt radical organic. Fibra se obtine prin filtrare din topitura.

Dintre fibrele preparate prin polimerizare radicala doua au o importanta deosebita: fibrele acrilice si fibrele polivinilalcoolice.

Fibrele acrilice se obtin prin polimerizarea acrilonitrilului:

nCH₂ = CH - CN CH₂ - CH

CH n

De fapt, fibrele acrilice au la baza copolimeri ai acrilonitrilului cu acetat de vinil, metil metacrilat etc. Copolimerul este dizolvat intr-un solvent potrivit (ca dimetilformamida, dimetil sulfoxid, carbonat de etilena, solutii de tiocianat) si se fileaza prin filare umeda sau uscata.

Fibrele polivinilalcoolice se obtin prin polimerizarea acetatului de vinil urmata de hidroliza polimerului cu soda caustica de alcool metili.

CH₂ - CH

nNCH₃COO - CH=CH₂

OCOCH₃ n

CH₂ - CH - CH₂ - CH

+ n NaOH + n CH₃ - COONa

OCOCH₃ OH n

Polimerul se dizolva in apa fierbinte si se fileaza intr-o baie de sulfat de sodiu. Urmeaza tratarea cu formaldehida, pentru a esterifica o parte din grupele OH. Astfel se confera polimerului rezistenta la apa.

Fibrele obisnuite prin polimerizare sau copolimerizarea clorurii de vinil (CH₂=CHCl) au o importanta mai mica datorita temperaturii joase de topire.

Polimerizarea ionica este utilizata la obtinerea fibrelor de polipropilena si polietilena. Fibrele de polipropilena au avut o dezvoltare dinamica in ultimi ani, datorita rezistentei ia agentii chimici, precum si datorita greutatii specifice foarte mici. Pentru a putea fi utilizata pentru fibre, polipropilena trebuie sa fie izotactica, adica sa aiba o structura stereoregulata de tipul:

CH₃ CH₃ CH₃

-CH- CH₂- CH- CH₂- CH- CH₂

(grupele metil fiind de o singura parte a catenei)

O asemenea structura se obtine doar prin polimerizarea ionica. Unul dintre sistemele catalitice utilizate este Ziegler-Natta, adica TiCl₃ + Al(C₂H₅)₃. Filarea se face din topitura.

Fibrele sintetice au unele proprietati superioare celor naturale printre care: rezistenta mecanica foarte buna, rezistenta chimica excelenta, rezistenta la molii si la putrezire. Fibrelor sintetice li se pot conferi proprietati pe care nu le au cele naturale: neinflamabilitate, rezistenta la temperaturi mari etc. Exista insa si proprietati nesatisfacatoare: absorbtie de umiditate scazuta, incarcare electrostatica mare, efecte de scamosare(pilling), colorabilitate mai dificila.

In ultima perioada de timp, foarte utilizata este si cofilarea. Fibrele cofilate au doua structuri: "coaja-miez" si "una langa alta"("side by side").

Fibrele coaja-miez au un miez dintr-un polimer care confera fibrei rezistenta, elasticitate etc., si o coaja din alt polimer pentru scaderea incarcarii statice, cresterea luciului, reducerea pillingului etc. Structura "side by side" poate, de exemplu, sa confere o incretire mare fibrei daca cei doi polimeri au contractii diferite.

Desi aproape jumatate din tesaturile din lana rezistente al spalare produse azi in lume sunt obtinute prin procedeul oxidativ, acesta are tendinta de a fi inlocuit rapid de catre tratarea cu polimeri, care are avantajul de a elimina complet degradarea fibrei.

Aplicarea polimerilor se face prin doua metode. Una prevede pulverizarea unui strat subtire de masa plastica pe fiecare fibra pentru a-i masca solzii si a permite miscarea libera, inainte si inapoi, a fibrelor de lana. Astfel, la spalare, acestea pot reveni in pozitia initiala, prevenind impaslirea tesaturii. Pentru a face posibil acest lucru, dat fiind ca lana este hidrofoba, avand o energie de suprafata de 30 dyni/cm, fibra este supusa mai intai clorurarii blande. Dupa neutralizarea cu bisulfit de sodiu se aplica polimerul care incapsuleaza fibra. Desi procedeul este laborios, el poate fi efectuat pe masini specializate, de mare productivitate.

Cel de-la doilea procedeu de tratare cu polimeri are un principiu diametral opus primului. El prevede fixarea fibrelor in tesatura, cu ajutorul unor punti microscopice de masa plastica, unele de altele, pentru a le impiedica sa se deplaseze si sa se incalceasca. Astfel desi nu se modifica structura solzoasa a fibrelor, aceste sunt impiedicate sa se miste una in raport cu cealalta. Avantajele sunt multiple: procedeu nu necesita tratarea prealabila a fibrei, structura si calitatile aceste fiind pastrate intacte, iar tratarea se aplica tesaturii sau chiar confectiilor finite, prin simpla inmuiere intr-o solutie sau emulsie de polimeri. Pana in prezent au fost testate mai multe tipuri de polimeri pentru aceasta operatie. Cei mai indicati sunt cei care contin grupari ce permit formarea de legaturi chimice intre lanturile moleculare, constituind, dupa aplicare, punti de rasina insolubila, dar moale si elastica, fapt ce elimina pericolul ca stofa sa devina rigida.

Conform statisticilor, anual, in lume, 3000-5000 de persoane mor de pe urma arsurilor provocate de aprinderea testilelor inflamabile pe care le poarta. Alte 150000- 250000 se aleg cu arsuri mai mult sau mai putin grave. Iata de ce in ultima vreme exista tendinta de a se restrange folosirea tesaturilor inflamabile la fabricarea confectiilor pentru copii, a carpetelor, saltelelor, a tapiteriilor din interiorul automobilelor etc., introducandu-se in folosinta textilele cu o rezistenta sporita la aprindere.

Astazi, in intreaga lume, aproximativ 4-5 milioane kilograme de lana sunt tratate anual pentru a fi ignifiate.

Lana tratata poate fi spalata sau curatata prin procedeul uscat, fara a-si pierde rezistenta la flacara, si depaseste chiar cele mai exigente standare referitoare la rezistenta textilelor la solicitarile termice.