Nailonin kemiallinen rakenne ja sovellukset

JOHDANTO:

Orgaaninen kemia on kemiallinen haara, joka käsittelee hiiliyhdisteitä ja erityisesti elävissä olennoissa esiintyviä hiiliyhdisteitä. Alun perin se rajoittui vain elävien organismien tuottamiin yhdisteisiin, mutta tämä kemian haara on laajentunut koskemaan myös ihmisen valmistamia aineita, kuten polymeerejä. Polymeerit ovat aineita, joiden molekyylirakenne koostuu pääasiassa tai kokonaan suuresta määrästä toisiinsa liittyviä yksiköitä, kuten nailonista. Nailon on hyödyllisin synteettinen materiaali, jonka käyttökohteet vaihtelevat jokapäiväisistä käyttötavoista teollisuuden prosesseihin. Se on muovia, josta voidaan luoda tiloja, jotka voidaan vetää kuiduiksi tai taittaa arkipäiväisiksi tuotteiksi. Sitä käytetään muovikoneiden komponenttien valmistukseen, koska se on kustannustehokas ja kestävä. Sitä käytetään usein elektroniikkateollisuudessa sen johtamattomuuden ja lämmönkestävyyden vuoksi.

NYLONKEMIALLINEN RAKENNE:

Nylonit ovat yleisimmin kuituina käytettyjä polymeerejä. Nylonilla on erinomaiset kalastussiiman ja trimmerisiiman ominaisuudet, minkä lisäksi sitä käytetään joissakin ”muovisissa” ruuveissa ja push-in-liittimissä. Selkärangan ketjussa olevien erottuvien amidiryhmien vuoksi nailoneja kutsutaan myös polyamideiksi. Myös proteiinit, kuten silkkiä korvaava nailon, ovat polyamideja. Nämä amidiryhmät ovat hyvin polaarisia ja voivat sitoutua toisiinsa vedyn suhteen. Tästä syystä ja koska nailonin selkäranka on niin säännöllinen ja symmetrinen. Sen kemiallinen rakenne on esitetty kuvassa 1. Vetysidos on nailonin merkittävin molekyylien välinen voima. Yhden nailonketjun typpisidoksiset vetyatomit muodostavat erittäin vahvan vetysidoksen toisen nailonketjun karbonyylihappiatomien kanssa. Nämä vetysidokset tuottavat erittäin voimakkaita nailonkiteitä, koska ne pitävät nailonketjut hyvin tiukasti yhdessä.

Kuva 1: Nailonin kemiallinen rakenne

By: (Yurtoğlu, 2018)

CHEMICALREACTIONSINVOLVEDINITSPRODUCTION:

Nylon syntyy, kun kondensaatiopolymerisaatioreaktiossa sopivat monomeerit (kemialliset rakennuspalikat, joista polymeerit koostuvat) yhdistyvät pitkäksi ketjuksi. Nylon 6-6:n monomeerit ovat adipiinihappo ja diamiiniheksametyleeni, tämä on esitetty kuvassa 2. Polymeerin muodostamiseksi nämä kaksi molekyyliä yhdistetään, ja sivutuotteena syntyy vettä (H2O). Vesi poistetaan valmistusmenetelmästä, koska sen jatkuva olemassaolo estää uusien polymeerien syntymisen. Polymeeriketju voi koostua yli 20 000 monomeeriyksiköstä, jotka on yhdistetty toisiinsa typpiatomin sisältävän amidiryhmän avulla. Koska nailonmolekyyleissä on vain heikkoja voimia, kuten vetysidoksia, polymeeriketjujen välillä on hyvin joustavia polymeeriketjuja, joilla on taipumus sotkeutua satunnaisesti. Nailon 6,6:n valmistamiseen ei tarvita katalyyttiä, vaan hapot katalysoivat reaktiota, yksi monomeereistä on itse happo. Pieni reaktio tapahtuu kahden adipiinihappomolekyylin välillä. Jotta homma lähtee käyntiin, toinen luovuttaa protonin toisen karbonyylihapelle. Karbonyylihapesta tulee paljon alttiimpi diamiinin typen hyökkäykselle, kun tämä happi on protonoitu. Tämä johtuu siitä, että protonoidulla hapella on positiivinen varaus. Happi ei pidä positiivisesta varauksesta. Niinpä se vetää itseensä elektronit, jotka se jakaa karbonyylin kanssa. Tämä jättää karbonyylihiilen ilman elektroneja ja on valmis antamaan sille pari amiinityppeä.

Kuva 2: Kondensaatiopolymerisaatio.

By: (PSLC, 2019)

NYLONIN HÄVITTÄMINEN:

Käytettyään nailon-tuotteita ja haluttuaan, ettei niitä enää haluta heittää roskiin, ihmisillä on oltava menetelmä myös nailonin hävittämiseksi. Tämä aiheuttaa ongelman, koska nailonin häviämisnopeus on erittäin hidas, mikä tarkoittaa, että nailontuotteita kertyy maailmanlaajuisesti kaatopaikoille. Vaihtoehtoinen tekniikka nylonin hävittämiseksi on sen polttaminen, mutta tähän tekniikkaan liittyy joitakin haitallisia tuotteita. Nailonin suosituimpia lämpöhajoamistuotteita ovat ”hiilimonoksidi, ammoniakki, alifaattiset amiinit, ketonit, nitriilit ja syanidivety”. Eri muuttujien, kuten lämpötilan, altistusajan ja ympäristömuuttujien, perusteella jotkin tuotteet voivat kuitenkin vaihdella. Esimerkiksi syaanivety, joka on hieman huoneenlämpötilan yläpuolella oleva kaasu, on erittäin myrkyllinen, koska nämä tuotteet eivät ole hyödyllisiä ilmakehälle tai terveydelle.

NYLONIN EDUT JA HAITAT:

Nylon on laajalti käytetty materiaali, joka on valmistettu synteettisistä polymeereistä, jotka tunnetaan myös nimellä muovit. Nailonista on hyötyä kalaverkkojen, köysien, laskuvarjojen ja muunlaisten kaapeleiden valmistuksessa, koska se on erittäin kestävä kuitu. Tai sitä voidaan käyttää kangastuotteiden valmistukseen. Rypytetystä nailonista valmistetaan elastisia sukkia, ja muuta nailonia voidaan käyttää jopa muovina koneiden osien valmistukseen, mutta sitä on sekoitettava villan kanssa tehon lisäämiseksi. Nailon on pitkäikäistä. Se kuluu hyvin, mikä on vaatteissa ja muissa kankaissa merkittävä ominaisuus. Myös muita tuotteita, kuten puuvillaa tai elastaania, voidaan sekoittaa. Nailon on luonnostaan vedenkestävä. Nailonilla on taipumus työntää kosteutta pintaan, josta se haihtuu helpommin, sen sijaan että se imisi ja säilyttäisi kosteutta kuten luonnonkuidut. Koska nailon on synteettinen tekokangas eikä luonnonkangas, jota on viljeltävä tai kerättävä karjasta, materiaali on luonnollisesti edullisempi. Vaikka nailon ei ehkä olekaan yhtä auvoisaa kuin esimerkiksi merinovilla tai kashmir, vastaavaa tuntumaa varten nailonia voidaan kutoa. Tämän seurauksena nailonvaatteet ovat yleensä edullisempia kuin vastaavista luonnollisista lähteistä valmistetut tuotteet.

Vaikka nailonin käytöstä koituu monia hyötyjä, sen käytöstä koituu kuitenkin myös haittoja. Vaikka nailon on paloturvallinen, se sulaa helposti. Se voi myös helposti kutistua ja reagoida kosteuden kanssa, jolloin se venyy liian helposti. Nailon on hygroskooppinen, joten se imee vettä jopa ilmasta. Märkänä nailon turpoaa ja heikkenee nopeasti. Komponentit eivät saa altistua nailonkiinnikkeille, joihin liittyy auringonvalo. Se ei kestä UV-säteilyä ja kellastuu väristä riippumatta, muuttuu hauraaksi ja heikkenee nopeasti. Nailonia ei saa myöskään altistaa poikkeuksellisen korkeille lämpötiloille. Yleisesti ottaen nämä kiinnikkeet kestävät vain 121 ° F:n tai 223 ° C:n jatkuvaa käyttölämpötilaa, joten ne eivät sovellu koneisiin tai tuotteisiin, joita lämmitetään käytön aikana, kuten esimerkiksi rakentamisessa käytettäviin koneisiin tai tuotteisiin.

NYLONIN ARVIOINTI KÄYTTÖTARKOITUKSET JA KÄYTTÖTARKOITUKSET:

Nylonilla on monia ominaisuuksia, jotka tekevät siitä monissa sovelluksissa erittäin hyödyllisen kuidun. Se on erittäin voimakas ja joustava; se on myös helppo puhdistaa ja se voidaan yleensä puhdistaa vastaavilla tuotteilla eikä siihen yleensä tarvita erityisiä pesujärjestelyjä. Sitä käytetään pukusukissa, uimapuvuissa, shortseissa, verkkareissa, urheiluhousuissa, aktiivivaatteissa, tuulitakeissa, päiväpeitteissä ja verhoiluissa kankaana. Harvinaisempia käyttökohteita ovat mm. hiutaloidut takit, laskuvarjot, taistelupuvut ja pelastusliivit; kuitua käytetään usein myös sateenvarjojen, matkalaukkujen ja morsiushuntuverkkojen valmistuksessa. Nylon-tekstiilimateriaalit kehittävät staattista sähköä, koska ne eivät kykene imemään itseensä riittävästi vesimolekyylejä haihduttaakseen sitä. Sen kehruuliuoksiin lisätään hydroksyyliryhmiä sisältäviä yhdisteitä. Hydroksyyliä sisältävien yhdisteiden lisääminen vetää puoleensa suuremman määrän vesimolekyylejä.

Nailonin vaikutukset ympäristöön ovat tärkeitä ja niitä tulisi tutkia. Nailonin valmistuksessa vapautuu dityppioksidia, kasvihuonekaasua, joka vaikuttaa merkittävästi maapallon lämpenemiseen. Nailon ei myöskään sovellu luonnonväreille ja kemiallisille väriaineille, joiden vaikutus on pienin, mikä tarkoittaa, että kuitujen värjäysmenetelmä aiheuttaa myös merkittävää vesistökuormitusta. Koska nylonia tuotetaan yhä enemmän maissa, joissa ympäristönsuojelu on heikompaa, tämä tekee nylonista merkittävän vesien pilaantumisen aiheuttajan ja näin ollen myös vesivarojen puutteen aiheuttajan kehitysmaissa. Nailon ei ole biologisesti hajoavaa, ja se säilyy ympäristössä ikuisesti. Nylon-kalastusverkot ja synteettiset tekstiilikuidut, jotka kuluvat pois pesussa, ovat kaksi suurinta mikromuovisaasteen lähdettä merissä. Tämä tarkoittaa, että nailonilla on merkittävä vaikutus vesiympäristöön. Nailonin tuotanto on hyvin janoinen menetelmä; kuitujen jäähdyttämiseen käytetään suuria määriä vettä, mikä voi aiheuttaa saastumista ja ympäristön pilaantumista. Toinen nailoniin liittyvä ongelma liittyy lämpökäsittelyyn, tämän prosessin aikana nailon voi aiheuttaa useita terveysongelmia, jos joku hengittää höyryjä tai pölyä, joitakin näistä ongelmista ovat nenän ja kurkun limakalvojen ärsytys, mekaaninen silmä-ärsytys ja ihoärsytys.

SUOSITUKSET/YHTEENVETO:

Nailon tulee vaikuttamaan ihmisten elämään tulevaisuudessakin, mutta se voi olla joko hyvää tai huonoa. Loistavien ominaisuuksiensa vuoksi se tulee olemaan erittäin käyttökelpoinen myös tulevaisuudessa, ja nailonille voi löytyä uusia käyttötarkoituksia, mutta se voidaan silti korvata muilla paremmilla uusilla materiaaleilla. Nailonin valmistuksessa käytetään suuria määriä vettä jäähdytykseen, ja siihen kuluu suuri määrä energiaa. Nailon on myös haitallista ympäristölle, vaikka itse nailon ei vahingoita ympäristöä, mutta nailonmenetelmä vahingoittaa. Kasvihuonekaasua, dityppioksidia, muodostuu nylonin valmistusprosessin aikana, ja koska tämä materiaali on hyödytöntä tehtaille, se vapautuu jätteenä ilmakehään. Dityppioksidilla on 150 vuoden elinikä, joten se jää supistuneeseen stratosfääriin tuhoamaan otsonikerrostamme. Toinen nailonin hävittämiseen liittyvä ongelma on se, että suurin osa käytetyistä nailontuotteista päätyi kaatopaikoille, koska nailonin hajoaminen kestää kauan ja nailontuotteet kerääntyvät kaatopaikoille. Tehokkain tapa tuhota nailon on siis polttaa se, mutta tämä tekniikka tuottaa joitakin haitallisia aineita, kuten hiilimonoksidia ja ammoniakkia. Kaikkien näiden nylonin käyttöön liittyvien ongelmien vuoksi olisi ympäristön kannalta parempi, että se korvattaisiin muulla materiaalilla, joka ei ole haitallinen.

APAReferencing

Lipscomb, D. (2019, March 14). Nailonin edut. Haettu osoitteesta https://www.leaf.tv/articles/benefits-of-nylon/

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

Nylon tulevaisuudessa. (n.d.). Haettu osoitteesta https://nylonrukunlin8dms1.weebly.com/nylon-in-the-future.html

Nylonit. (n.d.). Haettu osoitteesta https://pslc.ws/macrog/nylon.htm

Orgaaninen kemia. (n.d.). Haettu osoitteesta https://www.merriam-webster.com/dictionary/organic kemia

Miksi nailonista on hyötyä? (n.d.). Haettu osoitteesta https://nylonrukunlin8dms1.weebly.com/why-is-nylon-useful.html