Спандекс

---

Спандекс - это легкое синтетическое волокно, которое используется для изготовления эластичной одежды, например спортивной. Он состоит из длинноцепочечного полимера, называемого полиуретаном, который получают в результате реакции полиэфира с диизоцианатом. Полимер превращают в волокно методом сухого прядения. Спандекс, впервые произведенный в начале 1950-х годов, изначально был разработан как замена резине. Хотя рынок спандекса остается относительно небольшим по сравнению с другими волокнами, такими как хлопок или нейлон, постоянно открываются новые области применения спандекса.

Фон

Спандекс - синтетический полимер. Химически он состоит из длинноцепочечного полигликоля в сочетании с коротким диизоцианатом и содержит не менее 85% полиуретана. Это эластомер, а это значит, что его можно до определенной степени растянуть и при отпускании он отскакивает. Эти волокна превосходят резину, потому что они прочнее, легче и универсальнее. Фактически, волокна спандекса можно растянуть почти на 500% своей длины.

Это уникальное эластичное свойство волокон спандекса является прямым результатом химического состава материала. Волокна состоят из множества полимерных нитей. Эти нити состоят из сегментов двух типов:длинных аморфных сегментов и коротких жестких сегментов. В естественном состоянии аморфные сегменты имеют случайную молекулярную структуру. Они смешиваются и делают волокна мягкими. Некоторые из жестких частей полимеров сцепляются друг с другом и придают волокнистую структуру. При приложении силы для растяжения волокон связи между жесткими участками разрываются, и аморфные участки распрямляются. Это удлиняет аморфные сегменты, тем самым увеличивая длину волокна. Когда волокно растягивается до максимальной длины, жесткие сегменты снова соединяются друг с другом. Аморфные сегменты остаются в удлиненном состоянии. Это делает волокно более жестким и прочным. После снятия силы аморфные сегменты отскакивают, и волокно возвращается в расслабленное состояние. Используя эластичные свойства волокон спандекса, ученые могут создавать ткани с желаемыми характеристиками растяжения и прочности.

Основное применение волокон спандекса - ткань. Они полезны по ряду причин. Во-первых, их можно многократно растягивать, и они почти точно вернутся к исходному размеру и форме. Во-вторых, они легкие, мягкие и гладкие. Кроме того, они легко окрашиваются. Они также эластичны, поскольку устойчивы к истиранию и вредному воздействию масел для тела, потоотделения и моющих средств. Они совместимы с другими материалами и могут быть скручены с другими типами волокон для производства уникальных тканей, обладающих характеристиками обоих волокон.

Спандекс используется в самых разных типах одежды. Поскольку он легкий и не стесняет движений, его чаще всего используют в спортивной одежде. Сюда входят такие предметы одежды, как купальники, велосипедные штаны и спортивная одежда. Облегающие свойства спандекса позволяют использовать его в нижнем белье. Следовательно, он используется в поясах, поддерживающих чулках, бюстгальтерах и трусах.

История

Разработка спандекса началась во время Второй мировой войны. В то время химики взяли на себя задачу разработать синтетические заменители резины. Два основных мотивационных фактора побудили их исследовать. Во-первых, военные усилия требовали большей части доступной резины для строительного оборудования. Во-вторых, цена на резину была нестабильной и часто колебалась. Разработка альтернативы резине может решить обе эти проблемы.

Сначала их целью было разработать прочную эластичную нить на основе синтетических полимеров. В 1940 году были произведены первые полиуретановые эластомеры. Эти полимеры производили измельчаемые камеди, которые были адекватной альтернативой резине. Примерно в то же время ученые Du Pont создали первые нейлоновые полимеры. Эти ранние нейлоновые полимеры были жесткими и жесткими, поэтому были предприняты попытки сделать их более эластичными. Когда ученые обнаружили, что другие полиуретаны можно превращать в тонкие нити, они решили, что эти материалы могут быть полезны для изготовления более эластичного нейлона или легкой одежды.

Первые волокна спандекса были произведены на экспериментальном уровне одним из пионеров химии полимеров, Farbenfabriken Bayer. Он получил немецкий патент на свой синтез в 1952 году. Окончательная разработка волокон была независимо разработана учеными Du Pont и U.S. Rubber Company. Du Pont использовала торговую марку Lycra и начала полномасштабное производство в 1962 году. В настоящее время они являются мировым лидером в производстве волокон спандекса.

Сырье

Для производства эластичных волокон спандекса используется различное сырье. Сюда входят форполимеры, образующие основу волокна, стабилизаторы, защищающие целостность полимера, и красители.

Два типа форполимеров вступают в реакцию с образованием полимерной основы из спандексного волокна. Один из них представляет собой гибкий макрогликоль, а другой - жесткий диизоцианат. Макрогликоль может представлять собой сложный полиэфир, простой полиэфир, поликарбонат, поликапролактон или их комбинацию. Это длинноцепочечные полимеры с гидроксильными группами (-ОН) на обоих концах. Важной особенностью этих молекул является то, что они длинные и гибкие. Эта часть волокна спандекс отвечает за его характеристики растяжения. Другой форполимер, используемый для производства спандекса, представляет собой полимерный диизоцианат. Это полимер с более короткой цепью, который имеет изоцианатную (-NCO) группу на обоих концах. Основная характеристика этой молекулы - ее жесткость. В волокне эта молекула обеспечивает прочность.

Корсет, разработанный Джейкобом Киндлиманом из Нью-Йорка в 1890 году. (Из собраний Музея Генри Форда и Гринфилд Виллидж, Дирборн, Мичиган.)

Этот одетый в корсет торс был произведен Джейкобом Киндлиманом из Нью-Йорка в 1890 году. Киндлиман, корсетник, вряд ли нуждался в рекламе. В то время женщины считали необходимым носить корсет и считали себя неприлично одетыми без него до начала двадцатого века. Корсеты представляли собой комбинацию бюстгальтера, пояса и талии в одежде «все в одном», формируя основу для модного платья.

За несколько дней до появления спандекса, как корсет эффективно контурировал тело? В восемнадцатом веке толстая простежка и толстые швы на корсете формировали тело, когда одежда была плотно зашнурована. В начале девятнадцатого века китовый ус, костлявое, но гибкое вещество изо рта усатого кита, вшивали в швы корсета (отсюда и термин корсеты из китового уса), однако корсеты конца 1800-х годов, подобные этому, были усилены небольшими тонкими полосками. из стали, покрытой тканью. Такие стальные корсеты не допускали движения или комфорта. К Первой мировой войне американские женщины начали разделять части корсета на два предмета одежды - пояс (формирователь талии и бедра) и бандо (более мягкая полоса, используемая для поддержки и формирования груди).

Нэнси EV Bryk

Когда два типа форполимеров смешиваются вместе, они взаимодействуют с образованием волокон спандекса. В этой реакции гидроксил Процесс сухого отжима. группы (-ОН) макрогликолей реагируют с изоцианатами. Каждая молекула присоединяется к концу другой молекулы, и образуется длинноцепочечный полимер. Это известно как ступенчатая полимеризация или аддитивная полимеризация. Чтобы инициировать эту реакцию, необходимо использовать катализатор, такой как диазобицикло [2.2.2] октан. Другие низкомолекулярные амины добавляются для регулирования молекулярной массы волокон.

Волокна спандекса уязвимы для повреждений от различных источников, включая тепло, легкие атмосферные загрязнения и хлор. По этой причине для защиты волокон добавляются стабилизаторы. Антиоксиданты - это один из типов стабилизаторов.

К волокнам добавляются различные антиоксиданты, в том числе мономерные и полимерные затрудненные фенолы. Для защиты от световой деградации добавляются ультрафиолетовые (УФ) фильтры, такие как гидроксибензотриазолы. Другой тип добавляемого стабилизатора - это соединения, которые препятствуют обесцвечиванию волокна, вызванному атмосферными загрязнителями. Обычно это соединения с функциональными группами третичного амина, которые могут взаимодействовать с оксидами азота при загрязнении воздуха. Поскольку спандекс часто используется для изготовления купальных костюмов, Процесс мокрого прядения. также необходимо добавить добавки. Все стабилизаторы, добавляемые к волокнам спандекса, разработаны так, чтобы быть стойкими к воздействию растворителей, так как это может повредить волокно.

Когда они впервые производятся, волокна спандекса белые. Поэтому красители добавляют для улучшения их эстетического вида. Обычно используются дисперсные и кислотные красители. Если волокна спандекса переплетаются с другими волокнами, такими как нейлон или полиэстер, требуются специальные методы окрашивания.

Производственный
процесс

Волокна спандекса производятся четырьмя различными способами, включая экструзию из расплава, реакционное прядение, сухое прядение и мокрое прядение. Каждый из этих методов включает начальную стадию взаимодействия мономеров с получением форполимера. Затем форполимер подвергается дальнейшей реакции различными способами и вытягивается для получения длинного волокна. Это описано, поскольку сухое прядение из раствора используется для производства более 90% мировых волокон спандекса.

Полимерные реакции

• 1 Первым шагом в производстве спандекса является производство форполимера. Это делается путем смешивания макрогликоля с диизоцианатным мономером. Соединения смешиваются в реакционном сосуде, и при правильных условиях они реагируют с образованием форполимера. Поскольку соотношение составляющих материалов дает волокна с различными характеристиками, оно строго контролируется. Типичное соотношение гликоля к диизоцианату может составлять 1:2.
• 2 При производстве волокна методом сухого прядения форполимер дополнительно реагирует с равным количеством диамина. Это известно как реакция удлинения цепи. Полученный раствор разбавляют растворителем для получения прядильного раствора. Растворитель делает раствор более жидким и с ним легче работать. Затем его можно закачать в ячейку для производства волокна.

Производство волокон

• 3 Прядильный раствор перекачивается в цилиндрическую прядильную ячейку, где он отверждается и превращается в волокна. В этой ячейке раствор полимера проталкивается через металлическую пластину, называемую фильерой, которая имеет небольшие отверстия по всей поверхности. Это заставляет раствор выстраиваться в нити жидкого полимера. Когда нити проходят через ячейку, они нагреваются в присутствии азота и газа-растворителя. Эти условия заставляют жидкий полимер химически реагировать и образовывать твердые нити.
• 4 Когда волокна выходят из ячейки, определенное количество твердых прядей связывается вместе, чтобы получить желаемую толщину. Это делается с помощью устройства сжатого воздуха, которое скручивает волокна вместе. На самом деле каждое волокно спандекса состоит из множества более мелких отдельных волокон, которые сцепляются друг с другом из-за естественной липкости их поверхности.

Окончательная обработка

• 5 Затем волокна обрабатываются отделочным средством. Это может быть стеарат магния или другой полимер, такой как поли (диметилсилоксан). Эти отделочные материалы предотвращают слипание волокон и помогают в текстильном производстве. После этой обработки волокна переносятся через серию роликов на катушку. Скорость намотки всего процесса может составлять от 300-500 миль (482,7-804,5 км) в минуту в зависимости от толщины волокон.
• 6 После наполнения катушек волокном они помещаются в окончательную упаковку и отправляются производителям текстиля и другим клиентам. Здесь волокна могут быть сотканы с другими волокнами, такими как хлопок или нейлон, для производства ткани, которая используется в производстве одежды. Эту ткань также можно окрасить в желаемый цвет.

Контроль качества

Чтобы гарантировать качество волокон спандекса, производители контролируют продукт на каждом этапе производства. Инспекции начинаются с оценки поступающего сырья. Проверяются различные химические и физические характеристики. Например, можно проверить pH, удельный вес и вязкость диизоцианата. Кроме того, можно оценить внешний вид, цвет и запах. Только проводя строгий контроль качества исходных материалов, производитель может быть уверен, что они произведут стабильный конечный продукт. После производства волокна спандекса также проходят испытания. Эти тесты могут включать в себя те, которые оценивают эластичность, упругость и впитываемость волокна.

Будущее

Качество волокон спандекса постоянно улучшалось с момента их появления. Различные области исследований помогут продолжить их совершенствование. Например, ученые обнаружили, что, изменяя исходные форполимеры, они могут создавать волокна, которые обладают еще лучшими характеристиками растяжения. Другие характеристики могут быть улучшены за счет использования различных соотношений форполимеров, лучших катализаторов и различных наполнителей. В дополнение к усовершенствованию волокон спандекса, вероятно, будут производиться современные ткани, которые включают волокна спандекса с обычными волокнами. В настоящее время доступны смеси нейлон / спандекс. Наконец, будут обнаружены улучшения в производстве. Они будут сосредоточены на более быстром и эффективном производстве волокон.