Chemische Struktur und Anwendungen von Nylon

EINLEITUNG:

Organische Chemie ist ein chemischer Zweig, der sich mit Kohlenstoffverbindungen und insbesondere mit den in Lebewesen vorkommenden Kohlenstoffverbindungen beschäftigt. Ursprünglich auf Verbindungen beschränkt, die von lebenden Organismen erzeugt werden, wurde dieser Zweig der Chemie auf vom Menschen hergestellte Stoffe wie Polymere erweitert. Polymere sind Stoffe mit einer Molekularstruktur, die hauptsächlich oder vollständig aus einer großen Anzahl zusammengehöriger Einheiten besteht, wie z. B. Nylon. Nylon ist das hilfreichste synthetische Material mit Anwendungen, die von alltäglichen bis zu industriellen Prozessen reichen. Es ist ein Kunststoff für die Herstellung von Einrichtungen, die zu Fasern gezogen oder zu Alltagsprodukten gefaltet werden können. Es wird zur Herstellung von Maschinenkomponenten aus Kunststoff verwendet, da es kostengünstig und langlebig ist. Es wird häufig wegen seiner Nichtleitfähigkeit und Hitzebeständigkeit in der Elektronikindustrie verwendet.

NYLONCHEMISCHESTRUKTUR:

Nylons gehören zu den am häufigsten verwendeten Polymeren als Fasern. Nylon hat hervorragende Eigenschaften für Angelschnüre und Trimmerschnüre und wird für einige „Kunststoff“-Schrauben und Steckverbindungen verwendet. Wegen der charakteristischen Amidgruppen in der Rückgratkette werden Nylons auch als Polyamide bezeichnet. Proteine, wie der Ersatz von Seidennylon, sind ebenfalls Polyamide. Diese Amidgruppen sind sehr polar und können sich untereinander mit Wasserstoff verbinden. Aus diesem Grund und weil das Rückgrat des Nylons so regelmäßig und symmetrisch ist. Seine chemische Struktur ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Wasserstoffbrückenbindung ist die wichtigste zwischenmolekulare Kraft in Nylon. Die an Stickstoff gebundenen Wasserstoffatome einer Nylonkette gehen eine sehr starke Wasserstoffbindung mit den Carbonyl-Sauerstoffatomen einer anderen Nylonkette ein. Diese Wasserstoffbrücken erzeugen sehr starke Nylonkristalle, weil sie die Nylonketten sehr fest zusammenhalten.

Abbildung 1: Chemische Struktur von Nylon

Von: (Yurtoğlu, 2018)

CHEMISCHE REAKTIONEN IN DER EINFÜHRUNG:

Nylon wird hergestellt, wenn eine Kondensationspolymerisationsreaktion die geeigneten Monomere (die chemischen Bausteine, aus denen Polymere bestehen) zu einer langen Kette verbindet. Die Monomere von Nylon 6-6 sind Adipinsäure und Diaminhexamethylen, wie in Abbildung 2 dargestellt. Zur Herstellung des Polymers werden die beiden Moleküle kombiniert, wobei Wasser (H2O) als Nebenprodukt entsteht. Das Wasser wird aus dem Herstellungsverfahren entfernt, da seine fortwährende Existenz verhindert, dass mehr Polymer entsteht. Die Polymerkette kann aus mehr als 20.000 Monomereinheiten bestehen, die durch eine Amidgruppe mit einem Stickstoffatom miteinander verbunden sind. Da nur schwache Kräfte wie Wasserstoffbrückenbindungen wirken, sind die Nylonmoleküle zwischen den Polymerketten sehr flexibel und neigen dazu, sich wahllos zu verheddern. Für die Herstellung von Nylon 6,6 wird kein Katalysator benötigt, sondern Säuren katalysieren die Reaktion, wobei eines der Monomere selbst eine Säure ist. Zwischen zwei Molekülen der Adipinsäure findet eine kleine Reaktion statt. Um die Reaktion in Gang zu bringen, gibt das eine Molekül ein Proton an den Carbonylsauerstoff des anderen ab. Der Carbonylsauerstoff wird viel anfälliger für den Angriff des Stickstoffs des Diamins, wenn dieser Sauerstoff protoniert ist. Das liegt daran, dass der protonierte Sauerstoff eine positive Ladung hat. Sauerstoff mag es nicht, wenn er positiv geladen ist. Daher zieht er die Elektronen, die er mit dem Carbonyl teilt, zu sich. Dadurch bleibt der Carbonylkohlenstoff ohne Elektronen und ist bereit, ihm ein Aminstickstoffpaar zu geben.

Abbildung 2: Kondensationspolymerisation.

Von: (PSLC, 2019)

ENTSORGUNG VONNYLON:

Nachdem der Mensch Nylonprodukte verwendet hat und nicht mehr im Müll landen möchte, muss er auch eine Methode haben, um Nylon zu entsorgen. Dies ist problematisch, weil Nylon eine extrem langsame Verfallsrate hat, was bedeutet, dass Nylonprodukte weltweit auf Mülldeponien landen. Eine alternative Methode zur Beseitigung von Nylon ist daher die Verbrennung, die jedoch mit einigen schädlichen Produkten verbunden ist. Zu den beliebtesten thermischen Abbauprodukten von Nylon gehören „Kohlenmonoxid, Ammoniak, aliphatische Amine, Ketone, Nitrile und Cyanwasserstoff“. Je nach Temperatur, Expositionszeit und Umgebungsvariablen können einige Produkte jedoch variieren. Zum Beispiel ist Blausäure, ein Gas knapp oberhalb der Raumtemperatur, extrem giftig, da diese Produkte weder für die Atmosphäre noch für die Gesundheit nützlich sind.

VORTEILE UND NACHTEILE VONNYLON:

Nylon ist ein weit verbreitetes Material, das aus synthetischen Polymeren hergestellt wird, die auch als Kunststoffe bekannt sind. Nylon ist hilfreich bei der Herstellung von Fischernetzen, Seilen, Fallschirmen und anderen Arten von Kabeln, da es eine sehr widerstandsfähige Faser ist. Es kann auch zur Herstellung von Stoffprodukten verwendet werden. Gekräuseltes Nylon wird zur Herstellung von elastischen Strümpfen verwendet, und anderes Nylon kann sogar als Kunststoff zur Herstellung von Maschinenteilen verwendet werden, muss aber mit Wolle gemischt werden, um die Leistung zu erhöhen. Nylon ist sehr langlebig. Es trägt sich gut, was bei Kleidung und anderen Stoffen eine wichtige Eigenschaft ist. Andere Produkte wie Baumwolle oder Elasthan können ebenfalls beigemischt werden. Nylon ist von Natur aus wasserabweisend. Nylon neigt dazu, die Feuchtigkeit an die Oberfläche zu leiten, wo sie leichter verdunstet, anstatt sie wie Naturfasern zu absorbieren und zu speichern. Da es sich bei Nylon um ein synthetisches, künstlich hergestelltes Gewebe handelt und nicht um ein natürliches Gewebe, das in der Landwirtschaft angebaut oder von Tieren geerntet werden muss, ist das Material natürlich kostengünstiger. Es hat zwar nicht die gleiche Ausstrahlung wie beispielsweise Merinowolle oder Kaschmir, aber um ein vergleichbares Gefühl zu erreichen, kann Nylon gewebt werden. Infolgedessen ist Kleidung aus Nylon in der Regel preiswerter als Produkte, die aus ähnlichen natürlichen Quellen hergestellt werden.

Auch wenn die Verwendung von Nylon viele Vorteile mit sich bringt, gibt es dennoch einige Nachteile, die mit seiner Verwendung verbunden sind. Obwohl Nylon feuerbeständig ist, schmilzt es leicht. Es kann auch leicht schrumpfen und mit Feuchtigkeit reagieren, so dass es zu leicht gedehnt werden kann. Nylon ist hygroskopisch, d. h. es nimmt selbst aus der Luft Wasser auf. Nylon quillt auf und verschlechtert sich schnell, wenn es nass wird. Die Bauteile sollten nicht mit Nylonverschlüssen versehen werden, die Sonnenlicht ausgesetzt sind. Es ist nicht UV-beständig und vergilbt unabhängig von der Farbe, wird brüchig und verschlechtert sich schnell. Nylon kann auch nicht außergewöhnlich hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Im Allgemeinen können diese Verbindungselemente nur einer Dauergebrauchstemperatur von 223 °C standhalten, was sie für Maschinen oder Produkte ungeeignet macht, die bei der Verwendung erhitzt werden, wie z. B. solche, die im Bauwesen verwendet werden.

BEWERTUNG VONNYLONIMPLIKATIONEN UND VERWENDUNGEN:

Nylon hat viele Eigenschaften, die es in vielen Anwendungen zu einer sehr nützlichen Faser machen. Sie ist sehr leistungsfähig und elastisch; sie ist auch einfach zu reinigen und kann im Allgemeinen mit vergleichbaren Produkten gereinigt werden und erfordert im Allgemeinen keine besondere Wäsche. Sie wird in Kleidersocken, Badebekleidung, Shorts, Trainingshosen, Aktivbekleidung, Windjacken, Bettdecken und Vorhängen als Stoff verwendet. Zu den weniger häufigen Verwendungszwecken gehören Jacken mit Flocken, Fallschirme, Kampfuniformen und Schwimmwesten; die Faser wird auch häufig für die Herstellung von Regenschirmen, Gepäckstücken und Brautschleiernetzen verwendet. Nylon-Textilmaterialien entwickeln statische Elektrizität, da sie nicht genügend Wassermoleküle aufnehmen können, um diese abzuleiten. Hydroxylgruppenhaltige Verbindungen werden den Spinnlösungen zugesetzt. Durch die Zugabe von hydroxylhaltigen Verbindungen wird eine erhöhte Anzahl von Wassermolekülen angezogen.

Die Auswirkungen von Nylon auf die Umwelt sind wichtig und sollten untersucht werden. Bei der Herstellung von Nylon wird Distickstoffoxid freigesetzt, ein Treibhausgas, das wesentlich zur weltweiten Erwärmung beiträgt. Außerdem eignet sich Nylon nicht für natürliche und chemische Farbstoffe mit der geringsten Wirkung, was bedeutet, dass die Färbemethode der Fasern auch eine erhebliche Wasserverschmutzung verursacht. Da immer mehr Nylon in Ländern mit einem schwächeren Umweltschutz produziert wird, trägt Nylon wesentlich zur Wasserverschmutzung und damit zur Wasserverunsicherung in den Entwicklungsländern bei. Nylon ist nicht biologisch abbaubar und wird für immer in der Umwelt bestehen bleiben. Fischernetze aus Nylon und synthetische Textilfasern, die sich beim Waschen abnutzen, sind die beiden größten Quellen für die Verschmutzung der Meere durch Mikroplastik. Dies bedeutet, dass Nylon einen erheblichen Einfluss auf die Gewässer hat. Die Herstellung von Nylon ist eine sehr durstige Methode; für die Kühlung der Fasern werden große Mengen an Wasser verbraucht, was zu Umweltverschmutzung führen kann. Ein weiteres Problem im Zusammenhang mit Nylon ist die thermische Verarbeitung. Während dieses Prozesses kann Nylon verschiedene Gesundheitsprobleme auslösen, wenn jemand die Dämpfe oder den Staub einatmet; einige der Probleme umfassen die Reizung der Schleimhäute in Nase und Rachen, mechanische Augenreizungen und Hautreizungen.

EMPFEHLUNG/ ZUSAMMENFASSUNG:

Nylon wird auch in Zukunft das Leben der Menschen beeinflussen, aber es kann sowohl gut als auch schlecht sein. Aufgrund seiner großartigen Eigenschaften wird es auch in Zukunft sehr nützlich sein, und es könnte neue Verwendungszwecke für Nylon geben, aber es könnte auch durch andere, bessere neue Materialien ersetzt werden. Bei der Herstellung von Nylon werden große Mengen Wasser zum Kühlen benötigt, und dafür wird eine große Menge Energie verbraucht. Nylon ist auch schädlich für die Umwelt, obwohl das Nylon selbst die Umwelt nicht schädigt, aber die Methode der Nylonherstellung schon. Bei der Herstellung von Nylon entsteht ein Treibhausgas namens Distickstoffoxid, und da dieses Material für die Fabriken nutzlos ist, wird es als Abfall in die Atmosphäre abgegeben. Distickstoffoxid hat eine Lebensdauer von 150 Jahren und verbleibt daher in der Stratosphäre, wo es unsere Ozonschicht zerstört. Ein weiteres Problem bei der Entsorgung von Nylon ist die Tatsache, dass die meisten der verwendeten Nylonprodukte auf Mülldeponien landen, da Nylon sehr lange braucht, um abgebaut zu werden, und sich Nylonprodukte in den Deponien ansammeln. Die effizienteste Art, Nylon zu zerstören, ist daher die Verbrennung, bei der jedoch einige schädliche Stoffe wie Kohlenmonoxid und Ammoniak entstehen. Aufgrund all dieser Probleme, die mit der Verwendung von Nylon verbunden sind, wäre es für die Umwelt besser, wenn es durch ein anderes Material ersetzt würde, das nicht schädlich ist.

APAReferencing

Lipscomb, D. (2019, March 14). Benefits Of Nylon. Retrieved from https://www.leaf.tv/articles/benefits-of-nylon/

Making Nylon 6,6. (n.d.). Abgerufen von https://pslc.ws/macrog/nysyn.htm

Nylon in der Zukunft. (n.d.). Abgerufen von https://nylonrukunlin8dms1.weebly.com/nylon-in-the-future.html

Nylons. (n.d.). Abgerufen von https://pslc.ws/macrog/nylon.htm

Organische Chemie. (n.d.). Abgerufen von https://www.merriam-webster.com/dictionary/organic Chemie

Warum ist Nylon nützlich? (n.d.). Abgerufen von https://nylonrukunlin8dms1.weebly.com/why-is-nylon-useful.html