나일론

Nylon
기타 용도는 나일론(동음이의한 설명)을 참조하십시오.
Nylon 나일론 6,6
밀도 1.15g/cm3
전기전도도(σ) 10−12 S/m
열전도율 0.25W/(m·K)
융점 463–624K
190~350°C
374–663°F

나일론(Nylon)은 등뼈가 아미드인 합성 고분자 계열로, 보통 지방족 또는 반방향족 그룹을 연결합니다.

나일론은 흰색 또는 무색이며,[1][2] 부드럽습니다. 어떤 것들은 비단과 같습니다.[3]그것들은 열가소성 플라스틱인데, 이것은 그것들이 섬유, 필름, 그리고 다양한 모양으로 용융 가공될 수 있다는 것을 의미합니다.[4][5][6]: 2 나일론의 특성은 다양한 첨가제와 혼합하여 변형되는 경우가 많습니다.

많은 종류의 나일론이 알려져 있습니다.나일론-XY로 지정된 한 과는 각각 탄소 사슬 길이 X와 Y의 디카르복실산과 디아민으로부터 유래됩니다.중요한 예로는 나일론-6,6이 있습니다.또 다른 계열인 나일론-Z는 탄소 사슬 길이가 Z인 아미노카르복실산으로부터 유래됩니다.예를 들면 나일론-[6]이 있습니다.

나일론 중합체는 직물 및 섬유(의류, 바닥재 및 고무 보강재), 형상(자동차, 전기 장비 등을 위한 성형 부품) 및 필름(주로 식품 포장용)에 상당한 상업적 용도를 가지고 있습니다.[7]

역사

월리스 캐러더스

듀폰과 나일론의 발명

듀폰의 연구원들은 셀룰로오스 기반의 섬유를 개발하기 시작했고, 합성 섬유 레이온으로 끝이 났습니다.듀폰의 레이온 경험은 나일론 개발과 마케팅의 중요한 전조였습니다.[8]: 8, 64, 236

듀폰의 나일론 발명은 1927년 폴리머의 초기 연구 프로그램부터 1939년 뉴욕 세계 박람회 개막 직전인 1938년 발표까지 11년에 걸쳐 이루어졌습니다.[9]이 프로젝트는 1927년 찰스 스타인(Charles Stine)이 제안한 듀퐁(DuPont)의 새로운 조직 구조에서 발전했습니다. 화학 부서는 화학 분야의 "개척 연구"에 집중하고 "실용적인 응용으로 이어질" 여러 소규모 연구 팀으로 구성됩니다.[8]: 92 하버드 강사 Wallace Hume Carothers가 고분자 연구 그룹을 지도하기 위해 고용되었습니다.처음에 그는 독일의 화학자 헤르만 슈타우딩거의 이론을 바탕으로 실험하고 순수한 연구에 집중할 수 있었습니다.[10]그가 맡은 연구는 고분자에 대한 지식을 크게 향상시켰고 과학에 기여했기 때문에 그는 매우 성공적이었습니다.[11]

나일론은 상업적으로 성공한 최초의 합성 열가소성 중합체였습니다.[12]듀폰은 1927년에 연구 프로젝트를 시작했습니다.[9]최초의 나일론인 나일론 66은 1935년 2월 28일 듀폰 실험 기지에 있는 듀폰의 연구 시설에서 월리스 흄 캐러더스에 의해 합성되었습니다.[13][14]Carothers의 연구에 대한 반응으로 IG Farben의 Paul Schlack은 1938년 1월 29일 카프로락탐을 기반으로 한 다른 분자인 나일론 6을 개발했습니다.[15]: 10 [16]

1930년 봄, Carothers와 그의 팀은 이미 두 개의 새로운 중합체를 합성했습니다.하나는 2차 세계대전 동안 크게 사용되었던 합성 고무인 네오프렌이었습니다.[17]다른 하나는 나중에 나일론이 되는 하얀 탄력이 있지만 강한 페이스트였습니다.이러한 발견 이후 Carothers 팀은 일반 중합을 조사하는 보다 순수한 연구 접근 방식에서 "산업 응용 분야에 유용한 하나의 화학적 조합"을 찾는 보다 실용적인 목표로 연구를 전환했습니다.[8]: 94

1935년 초가 되어서야 비로소 "고분자 6-6"이라고 불리는 고분자가 만들어졌습니다.Carothers의 동료인 Washington University의 동문 Julian W. Hill은 1930년에 폴리에스테르를 생산하기 위해 차가운 드로잉 방법을 사용했습니다.[18]이 차가운 드로잉 방법은 후에 Carothers에 의해 1935년에 나일론을 완전히 개발하기 위해 사용되었습니다.[19]나일론(나일론 6.6)의 첫 번째 예가 1935년 2월 28일 듀폰 실험 기지에 있는 듀폰의 연구 시설에서 생산되었습니다.[13]그것은 탄력과 강도의 모든 원하는 특성을 가지고 있었습니다.하지만 미래 산업생산의 기반이 될 복잡한 제조공정도 필요했습니다.듀폰은 1938년 9월에 폴리머에 대한 특허를 취득했고,[20] 빠르게 섬유의 독점을 달성했습니다.[11]캐러더스는 나일론 발표 16개월 전에 사망했고, 따라서 그는 결코 그의 성공을 볼 수 없었습니다.[9]

나일론은 1938년 나일론 브러쉬에 처음으로 상업적으로 사용되었으며,[5][21] 1939년 뉴욕 세계 박람회에서 선보인 여성용 스타킹 또는 "나일론"에 이어 1940년에 처음으로 상업적으로 판매되었으며,[22] 시장에 출시된 첫 해 동안 6,400만 켤레가 판매되면서 즉각적인 상업적 성공을 거두었습니다.제2차 세계대전 동안, 거의 모든 나일론 생산은 낙하산과 낙하산 코드에 사용하기 위해 군대로 전용되었습니다.전시에는 나일론과 다른 플라스틱을 사용하여 신소재 시장을 크게 늘렸습니다.[23]

나일론을 생산하기 위해서는 DuPont의 3개 부서(화학연구부, 암모니아부, 그리고 레이온부) 간의 부서 간 협업이 필요했습니다.[24]나일론의 주요 성분 중 일부는 암모니아 부서의 주요 전문 분야인 고압 화학 물질을 사용하여 생산해야 했습니다.나일론은 재정적 어려움에 처해 있던 [8]"암모니아 부서에 보내는 신의 선물"로 여겨졌습니다.나일론의 반응물은 곧 암모니아 부서 매출의 절반을 차지했고 듀퐁에서 일자리와 수익을 창출함으로써 대공황 시기를 탈출하는 데 도움을 주었습니다.[8]

듀폰의 나일론 프로젝트는 산업에서 화학 공학의 중요성을 보여주었고, 일자리를 창출하는 데 도움을 주었고, 화학 공학 기술의 발전을 촉진시켰습니다.실제로 1800개의 일자리를 제공하는 화학공장을 개발하고 당시의 최신 기술을 사용해 오늘날에도 화학공장의 모델로 사용되고 있습니다.[8]많은 화학자와 엔지니어를 신속하게 인수할 수 있었던 것은 듀퐁사의 나일론 프로젝트의 성공에 큰 기여를 했습니다.[8]: 100–101 최초의 나일론 공장은 델라웨어주 Seaford에 위치해 있었고, 1939년 12월 15일 상업적 생산을 시작했습니다.1995년 10월 26일, 시포드 공장은 미국 화학 협회에 의해 국가 역사 화학 랜드마크로 지정되었습니다.[25]

초기 마케팅 전략

나일론의 인기의 중요한 부분은 듀폰의 마케팅 전략에서 비롯됩니다.듀폰은 이 제품이 일반 시장에 출시되기 전에 수요를 늘리기 위해 섬유 제품을 홍보했습니다.Nylon의 상업적 발표는 1938년 10월 27일 뉴욕시 세계 박람회 장소에서 열린 Herald Tribune의 연례 "현재 문제에 관한 포럼"의 마지막 세션에서 이루어졌습니다.[10][11]: 141 '석탄, 물, 공기'에서 따온 '인간이 만든 최초의 유기농 섬유'로 '강철처럼 튼튼하고 거미줄처럼 고운' 것을 약속한 이 작품은 중산층 여성이 많은 관객들의 뜨거운 호응을 받으며 대부분 신문의 헤드라인을 장식했습니다.[11]: 141 나일론은 1939년 뉴욕 세계 박람회에서[26] "내일의 세계"의 일부로 소개되었고 1939년 샌프란시스코에서 열린 골든 게이트 국제 박람회에서 듀폰의 "화학의 경이로운 세계"에 소개되었습니다.[10][27]실제 나일론 스타킹은 1940년 5월 15일까지 전국 시장의 선별된 상점에 배송되지 않았습니다.그러나 그 전에 델라웨어에서 한정 수량이 판매되었습니다.[11]: 145–146 나일론 스타킹의 첫 공개 판매는 1939년 10월 24일 델라웨어주 윌밍턴에서 일어났습니다.스타킹은 4천 켤레가 나왔는데, 모두 3시간 만에 팔렸습니다.[10]

이 캠페인에 추가된 또 다른 이점은 그것이 일본으로부터의 비단 수입을 줄이는 것을 의미한다는 것인데, 이것은 많은 경계하는 고객들을 이기게 한 주장이었습니다.나일론은 심지어 루즈벨트 대통령의 내각에 의해 언급되었는데, 이 내각은 이 물질이 공식적으로 발표된 지 5일 만에 "크고 흥미로운 경제적 가능성"을 언급했습니다.[11]

하지만 나일론에 대한 초기의 흥분 또한 문제를 일으켰습니다.그것은 나일론이 비단보다 낫다는 비합리적인 기대를 부추겼습니다. 강철처럼 튼튼하고 영원히 지속되지 않는 기적의 직물 말입니다.[11]: 145–147 [22]듀폰은 "철강처럼 강한 새로운 호스리"와 "노 모어 런"과 같은 주장의 위험성을 깨닫고 원래 발표한 내용, 특히 나일론이 강철의 강도를 보유할 것이라고 언급한 내용을 축소했습니다.[11]

또한 나일론을 혁신적인 인공 소재로 마케팅하는 듀폰의 임원들은 일부 소비자들이 합성 원단에 대한 불안감과 불신, 심지어 두려움을 경험했다는 사실을 처음에는 깨닫지 못했습니다.[11]: 126–128 듀퐁사의 1938년 새 중합체 특허를 바탕으로 한 특히 피해를 주는 뉴스 기사는 나일론을 생산하는 한 가지 방법은 시체에서 추출한 화학물질인 [a]카다베린(펜타메틸렌디아민)을 사용하는 것일 수도 있다고 제안했습니다.비록 과학자들이 카다베린 또한 석탄을 가열함으로써 추출되었다고 주장했지만, 대중들은 종종 귀를 기울이기를 거부했습니다.한 여성이 듀퐁사의 수석 과학자들 중 한 명과 대면했고 그 소문이 사실이 아니라는 것을 인정하기를 거부했습니다.[11]: 146–147

듀폰은 나일론이 "석탄, 공기, 물"로 만들어졌다는 점을 강조하며 캠페인 전략을 변경하고 나일론의 본질적인 특성보다는 개인적이고 미적인 측면에 초점을 맞추기 시작했습니다.[11]: 146–147 이에 나일론은 길들여졌고,[11]: 151–152 "나일론이면 더 예쁘다, 오!"라는 구호와 함께 섬유의 소재와 소비자 측면으로 관심이 옮겨졌습니다.정말 빨리 마릅니다!"[8]: 2

나일론 원단 생산

1954년 스웨덴 말뫼에서 나일론 스타킹을 조사한 결과

1940년 나일론이 전국적으로 출시된 후 생산량이 증가했습니다.1300톤의 직물은 1940년동안 생산되었습니다.[8]: 100 시판 첫 해 동안, 6천 4백만 켤레의 나일론 스타킹이 팔렸습니다.[8]: 101 1941년 버지니아주 마틴스빌에 두 번째 공장이 문을 열었습니다. 이 공장은 직물의 성공 때문입니다.[28]

스타킹에 사용되는 편직 나일론 원단의 클로즈업 사진
주사전자현미경으로 시각화한 나일론 섬유

나일론이 사람들의 내구성과 파괴되지 않는 재료로 판매되는 동안, 그것은 실크 스타킹의 거의 두 배의 가격(나일론 1파운드당 4.27달러 대 실크 1파운드당 2.79달러)에 팔렸습니다.[8]: 101 나일론 스타킹의 판매는 부분적으로 여성 패션의 변화에 기인했습니다.로렌 올즈(Lauren Olds)는 "1939년까지 헴라인(hemline)은 무릎까지 약간 올라갔고, 시작과 동시에 10년을 마감했습니다."라고 설명했습니다.짧은 치마는 스타킹에 대한 수요를 수반했고, 스타킹을 받쳐주는 가터를 사용하지 않고도 더 넉넉한 커버력을 제공했습니다.[29]

그러나 1942년 2월 11일부로 나일론 생산은 소비재에서 군에서 사용하는 것으로 방향이 바뀌었습니다.[10]듀폰의 나일론 스타킹과 다른 란제리 생산은 중단되었고, 대부분의 제조된 나일론은 제2차 세계 대전을 위한 낙하산과 텐트를 만드는 데 사용되었습니다.[30]전쟁 전에 이미 만들어진 나일론 스타킹을 구입할 수 있었지만, 그것들은 일반적으로 암시장에서 20달러나 되는 가격에 팔렸습니다.[28]

전쟁이 끝나자 나일론의 귀환은 큰 기대 속에 기다리고 있었습니다.듀폰은 연간 3억 6천만 켤레의 스타킹을 생산할 것으로 예상했지만, 전시 생산보다는 소비자로 전환하는 데에 지연이 있었습니다.[10]1946년, 나일론 스타킹에 대한 수요는 충족될 수 없었고, 이것은 나일론 폭동으로 이어졌습니다.한 예로 추정되는 4만 명의 사람들이 13,000켤레의 나일론을 사기 위해 피츠버그에 줄을 섰습니다.[22]한편, 여성들은 블라우스와 웨딩드레스를 만들기 위해 전쟁에서 남겨진 나일론 텐트와 낙하산을 자릅니다.[31][32]전쟁이 끝나고 1952년 사이에 스타킹과 란제리의 생산은 전세계 나일론의 80%를 사용했습니다.듀폰은 민간 수요를 충족시키는 데 중점을 두었고, 지속적으로 생산을 확대했습니다.

나일론 혼방 소개

순수 나일론 양말이 더 넓은 시장에서 판매되면서 문제점이 드러났습니다.나일론 스타킹은 종종 실을 길게 풀어 '런'을 만들어내는 경향이 있다는 점에서 깨지기 쉬운 것으로 밝혀졌습니다.[8]: 101 사람들은 또한 순수한 나일론 직물이 나일론의 흡수력 부족으로 인해 불편할 수 있다고 보고했습니다.[33]습기는 피부 근처에 있는 직물 안에 "악질"되는 대신 뜨겁거나 습기가 많은 상태로 남아 있었습니다.[34]나일론 직물은 또한 가렵고, 마찰에 의해 축적된 정전기 전하의 결과로 달라붙고 때로는 불꽃이 튀는 경향이 있습니다.[35][36]또한, 어떤 상황에서는 스타킹이 나일론의 원래 성분인 공기, 석탄, 그리고 물로 분해될[11] 수도 있습니다.과학자들은 이것을 1952년 런던 스모그와 뉴욕과 로스앤젤레스의 좋지 않은 대기 질의 결과로 보고 대기 오염의 결과로 설명했습니다.[37][38][39]

순수한 나일론 직물의 문제점에 대한 해결책은 나일론을 면, 폴리에스터 및 스판덱스와 같은 기존의 다른 섬유 또는 폴리머와 혼합하는 것이었습니다.이로 인해 다양한 혼합 직물이 개발되었습니다.새로운 나일론 블렌드는 나일론의 바람직한 특성(탄력성, 내구성, 염색 능력)을 유지하고 의류 가격을 저렴하고 저렴하게 유지했습니다.[30]: 2 1950년 현재 육해군용 직물을 개발하고 테스트한 뉴욕 쿼터마스터 조달청(NYQMPA)은 울 나일론 혼방을 개발하기로 약속했습니다.그들은 천연 섬유와 합성 섬유의 혼합물을 도입한 유일한 사람들이 아니었습니다.America's Textile Reporter는 1951년을 "섬유 혼방의 해"로 일컬었습니다.[40]직물 블렌드에는 "부나라" (울토끼-나일론)와 "카스멧" (울나일론-모피)과 같은 혼합물이 포함되었습니다.[41]영국에서는 1951년 11월 왕립예술제조업상업협회 제198회 총회의 창립연설에서 직물의 배합에 초점을 맞추었습니다.[42]

듀퐁사의 직물개발부는 프랑스 패션 디자이너들에게 직물 샘플을 공급하면서 교묘하게 타깃을 잡았습니다.1955년 Coco Chanel, Jean Patou, 그리고 Christian Dior와 같은 디자이너들은 DuPont 섬유로 만들어진 가운과 패션 사진작가 Horst P를 선보였습니다. Horst는 DuPont 원단의 사용을 기록하기 위해 고용되었습니다.[22]American Fabrics는 "지금까지 꿈도 꾸지 못했던 패션에 대한 창의적인 가능성과 새로운 아이디어"를 제공한 것이 블렌드의 공로라고 인정했습니다.[41]

어원

듀폰은 신제품의 이름을 만들기 위해 광범위한 과정을 거쳤습니다.[11]: 138–139 1940년 듀퐁사의 존 W. 에켈베리(John W. Eckelberry)는 "nyl"이라는 글자는 임의적이며, "on"은 면과 레이온과 같은 다른 섬유의 접미사를 모방한 것이라고 말했습니다.듀퐁(DuPont)에 의한 이후의 출판물(Context, vol. 7, no. 2, 1978)은 이 이름이 원래 "No-Run"("여행을 떠나는"을 의미하는 "run")으로 의도되었지만, 그러한 부당한 주장을 하지 않기 위해 수정되었다고 설명했습니다.이 제품들은 실제로 실행에 강하지 않았기 때문에, 모음들은 "뉴론"을 생산하기 위해 바뀌었고, 이것은 "신경 강장제처럼 덜 들리게" "닐론"으로 바뀌었습니다.발음의 명료화를 위해 "i"를 "y"로 바꿨습니다.[22][43]

도시 이름은 "뉴욕"과 "런던"에서 유래했다는 전설이 지속적으로 존재하지만, 런던의 어떤 조직도 나일론의 연구와 생산에 관여하지 않았습니다.[44]

장기적인 인기

1970년대 석유 부족에도 불구하고 나일론 직물의 소비는 1960년대와 1980년대 사이에 매년 7.5%씩 증가했습니다.[45]그러나 합성 섬유의 전체 생산량은 1965년 전 세계 섬유 생산량의 63%에서 1970년대 초에는 전 세계 섬유 생산량의 45%로 감소했습니다.[45]"새로운" 기술의 매력은 사라졌고, 나일론 직물은 "1970년대에 유행을 타지 않게 되었습니다.[8]또한 소비자들은 원료(석유)의 확보, 생산 중 에너지 사용, 섬유 제조 중 발생하는 폐기물, 그리고 생분해성이 아닌 재료의 궁극적인 폐기물 처리 등 생산 주기 전반에 걸쳐 환경 비용에 대해 우려하게 되었습니다.[45]합성 섬유는 1950년대와 1960년대 이후로 시장을 지배하지 않았습니다.2020년 현재 전 세계 나일론 생산량은 890만 톤으로 추정됩니다.[46]

비록 순수한 나일론은 결점이 많고 현재는 거의 사용되지 않지만, 그것의 유도체는 사회에 큰 영향을 끼치고 공헌해왔습니다.플라스틱과 중합의 생산과 관련된 과학적 발견에서부터 불경기 동안의 경제적인 영향과 여성의 패션의 변화에 이르기까지 나일론은 혁명적인 제품이었습니다.[22]달에 달을 축하하는 상징적인 의미로 처음으로 심은 국기인 달의 조립은 나일론으로 만들어졌습니다.국기 자체의 가격은 5달러 50센트였지만, "날아다니는" 것처럼 보이기 위해 가로 막대가 있는 특별히 고안된 깃대가 있어야 했습니다.[47][48]한 역사학자는 나일론을 20세기 소비자들의 눈에 비친 코카콜라와 비교하면서 "욕망의 대상"으로 묘사했습니다.[8]

화학

외부영상
video icon "나일론 만들기", Bob Burk, CHEM 1000, Carleton University, 오타와, 캐나다
video icon "나일론 만들기 6,6"
video icon 영국 왕립화학회 "나일론 프로덕션"
video icon "나일론과 레이온 매뉴팩처 1949", 브리태니커 영화 백과사전

일반적으로, 접두사 "PA"(폴리아미드) 또는 "나일론"(Nylon)은 혼용되며, 의미가 동등합니다.

나일론 중합체에 사용되는 명명법은 최초의 단순한 지방족 나일론 합성 중에 고안되었으며, 카르복실산(들)의 탄소를 포함한 각 단량체 단위의 탄소 수를 나타내기 위해 숫자를 사용합니다.[49][50]이후 순환 및 방향족 단량체의 사용은 문자 또는 문자 집합의 사용을 요구했습니다."PA" 또는 "나일론" 뒤의 숫자는 단일 중합체를 나타내는데, 단일 중합체는 단일 아미노산(마이너스 HO2)을 단량체로 사용합니다.

PA 6 또는 나일론 6: ε-카프로락탐으로 제조된 [NH-(CH)-CO]

두 개의 숫자 또는 문자 집합은 두 개의 단량체로부터 형성된 디아민과 디카르복실산을 나타냅니다.첫 번째 숫자는 디아민의 탄소 수를 나타냅니다.명확성을 위해 두 숫자는 쉼표로 구분해야 하지만 쉼표는 생략되는 경우가 많습니다.

PA 또는 나일론 6,10(또는 610): [NH-(CH2)-6NH-CO-(CH2)-8CO]n 헥사메틸렌디아민 및 세바시산으로 제조된

공중합체의 경우 공단량체 또는 공단량체 쌍은 슬래시로 구분됩니다.

PA 6/66: 카프로락탐, 헥사메틸렌디아민 및 아디프산으로2 제조된 n[NH-(6CH2)-4NH-CO-(CH)-CO2]-[mNH-(CH)-CO];5
PA 66/610: 헥사메틸렌디아민, 아디프산 및 세바시산으로부터 제조된 [NH-(CH2)-6NH-CO-(CH2)-4CO]-[nNH-(CH2)-6NH-CO-(CH2)-8CO].m

폴리프탈아마이드(polyphthalamide, PPA로 약칭됨)는 고분자 사슬에서 반복 단위의 카르복실산 부분 중 60% 이상이 테레프탈산(TPA)과 이소프탈산(IPA)의 조합으로 이루어진 경우에 사용되는 용어.

종류들

나일론 66 및 관련 이종 중합체

주요 기사:나일론 66

나일론 66 및 관련 폴리아미드는 디아민 및 디카르복실산의 동등한 부분으로부터 형성된 축합 폴리머입니다.[51]첫 번째 경우, "반복 단위"는 많은 폴리에스터 및 폴리우레탄에서도 볼 수 있듯이 ABAB 구조를 가지고 있습니다.이 공중합체의 각 단량체는 양 말단에 동일한 반응기를 가지므로 전체적인 방향성을 갖는 천연 폴리아미드 단백질과 달리 각 단량체 간에는 아미드 결합의 방향성이 반대가 됩니다: C 말단 → N 말단.두 번째 경우(AA라고 함), 반복 단위는 단일 모노머에 해당합니다.[15]: 45–50 [52]

듀폰의 월리스 [20][53][54]캐러더스 특허 나일론 66디아민과 디카르복실산의 반응을 수반하는 나일론의 경우, 정확한 비율을 얻기가 어렵고, 편차는 바람직한 10,000 달톤(u) 미만의 분자량에서 사슬 종단으로 이어질 수 있습니다.이 문제를 극복하기 위해 상온에서 산과 염기의 정확한 1:1 비율을 사용하여 결정질의 고체 "나일론염"을 형성하여 서로 중화시킬 수 있습니다.소금은 그것을 정화하고 원하는 정확한 화학양론을 얻기 위해 결정화됩니다.285°C(545°F)로 가열된 염은 물을 생성할 때 나일론 폴리머를 형성합니다.

나일론 66에[20] 대한 Carothers 특허에 펜타메틸렌디아민과 세바시산으로 만들어진 나일론 510이 포함되었습니다 나일론 610도 헥사메틸렌디아민을 사용하여 유사하게 생산됩니다.이 재료들은 세바시산의 비교적 높은 가격 때문에 더 비쌉니다.탄화수소 함량이 높기 때문에 나일론 610은 소수성이 강하며 강모와 같은 이 특성에 적합한 용도를 찾습니다.[55]

상용 헤테로폴리머 폴리아미드
1,4-다이아미노 ­ 부탄 1,5-디아미노 ­ 펜탄 MPMD HMD MXD 노난 ­디아민 데케인 ­디아민 도데케인 ­다이아민 비스 ­(파라아미노 ­사이클로헥실) ­메탄 트리메틸 ­헥사메틸렌 ­디아민
아디프산 46 D6 66 MXD6
세바시산 410 510 610 1010
도데칸디온산 612 1212 PACM12
테레프탈산 4T DT 6T 9T 10T 12T TMDT
이소프탈산 DI 6 I

상업적으로 이용가능하거나 이용가능했던 이러한 폴리머들의 예들

  • PA46 DSM 스타닐[56]
  • PA410 DSM 에코팩스x[57]
  • PA4T DSM 4Ti[58]
  • PA66 듀퐁 지텔[59]

나일론 6 및 관련 호모폴리머

주요 기사:나일론 6

이 고분자들은 락탐이나 아미노산으로 만들어집니다.락탐(cyclic amides)을 사용한 합성 경로는 IG Farben의 Paul Schlack에 의해 개발되었으며, 고리 개방 중합에 의해 형성된 나일론 6 또는 폴리카프로락탐으로 이어졌습니다.카프로락탐 내의 펩티드 결합은 단량체가 폴리머 백본의 일부가 됨에 따라 각 면의 노출된 활성기가 두 개의 새로운 결합으로 통합되면서 깨집니다.

나일론 6의 428°F(220°C) 녹는점은 나일론 66의 509°F(265°C) 녹는점보다 낮습니다.[60]호모폴리머닐론은 하나의 단량체로부터 유도됩니다.

모노머 고분자
카프로락탐 6
11-아미노운도데칸산 11
ω-아미노루산 12

상업적으로 이용가능하거나 이용가능했던 이러한 폴리머들의 예들

  • PA6 랑세스 두레단[61] B
  • PA11 아르케마릴산[62]
  • PA12 에보닉 베스타미드[63] L

나일론 1,6

주요 기사:나일론 1,6

나일론은 산 촉매 작용을 이용하여 디니트릴로부터 합성될 수도 있습니다.예를 들어, 이 방법은 아디포니트릴, 포름알데히드 및 물로부터 나일론 1,6의 제조에 적용 가능합니다.[64]또한, 이 방법을 사용하여 다이올과 다이니트릴로부터 나일론을 합성할 수도 있습니다.[65]

공중합체

공중합체를 얻기 위해 나일론을 만드는 데 사용되는 단량체 또는 단량체 세트의 혼합물을 만드는 것은 쉽습니다.이는 결정성을 저하시켜 녹는점을 낮출 수 있습니다.

상업적으로 이용 가능했거나 이용 가능한 공중합체는 다음과 같습니다.

  • PA6/66듀폰지텔[66]
  • PA6/6T BASF 울트라미드 T (6/6T 공중합체)[67]
  • PA6I/6T듀폰셀라PA[68]
  • PA66/6T듀폰지텔HTN[67]
  • PA12/MACMI EMS 그릴라미드TR[69]

블렌드

대부분의 나일론 폴리머는 서로 섞여서 다양한 블렌드를 만들 수 있습니다.두 폴리머는 트랜스아미네이트에 의해 서로 반응하여 랜덤 공중합체를 형성할 수 있습니다.[70]

결정성에 따라 폴리아미드는 다음과 같습니다.

  • 반 crystall성:
    • 고결정성: PA46 및 PA66;
    • 저결정성: m-자일렌디아민 및 아디프산으로 제조된 PAMXD6;
  • 비정질: 헥사메틸렌디아민과 이소프탈산으로 만든 PA6I.

이 분류에 따르면, 예를 들어 PA66은 지방족 반결정질 호모폴리아마이드입니다.

환경영향

카르복실산과 아민을 형성하기 위해 아미드의 가수분해를 포함하는 일반적인 화학반응

모든 나일론은 가수분해에 취약하며, 특히 강한 산에 의해 분해되는데, 이는 본질적으로 합성과 반대의 반응입니다.이렇게 공격을 받은 나일론 제품의 분자량이 떨어지고, 영향을 받은 부위에 금이 빠르게 형성됩니다.나일론 12와 같은 높은 부재보다 나일론 6과 같은 낮은 부재가 더 큰 영향을 받습니다.이는 납 축전지에 사용되는 전해질과 같이 나일론 부품을 황산과 접촉시켜 사용할 수 없음을 의미합니다.

나일론은 성형시 성형기 배럴에서 가수분해를 방지하기 위해 건조되어야 하는데, 고온의 물은 폴리머를 분해시킬 수 있기 때문입니다.[71]반응은 다음과 같습니다.

유럽에서 생산될 때 카펫 제조 시 나일론의 평균 온실가스 배출량은 kg당 5.43 kg CO당량으로2 추정됩니다.이를 통해 양모와 거의 동일한 탄소 발자국을 얻을 수 있지만 내구성이 높아 전체 탄소 발자국이 줄어듭니다.[72]

PlasticsEurope이 발표한 데이터에 따르면 Nylon 66의 경우 kg당 6.4 kg CO2 상당의 온실가스 배출량과 138 kJ/kg의 에너지 소비량이 있습니다.[73]나일론의 환경적 영향을 고려할 때 사용 단계를 고려하는 것이 중요합니다.

다양한 나일론은 화재에서 분해되어 유해한 연기, 독성 연기 또는 회분을 형성합니다. 일반적으로 시안화수소가 포함되어 있습니다.나일론을 만드는 데 사용된 높은 에너지를 회수하기 위해 그것을 소각하는 것은 보통 비용이 많이 들기 때문에 대부분의 나일론은 천천히 부패하면서 쓰레기장에 도달합니다.[b]폐기된 나일론 원단은 분해되는 데 30-40년이 걸립니다.[74]어망 등 버려지는 어구에 사용되는 나일론은 바다 잔해의 원인이 됩니다.[75]나일론은 강력한 중합체로 재활용에 적합합니다.많은 나일론 수지는 사출 성형기의 폐쇄 루프에서 직접 재활용되며, 스프루와 러너를 분쇄하고 성형기에서 소비되는 처녀 과립과 혼합합니다.[76]

나일론 재활용 과정의 비용과 어려움 때문에, 대부분의 회사들이 대신에 그들의 제품에 더 싸고 새로 만들어진 플라스틱을 사용하는 것을 선호하는 반면, 나일론을 사용하는 회사들은 거의 없습니다.[75]미국 의류업체 파타고니아는 재활용 나일론이 함유된 제품을 보유하고 있으며, 2010년대 중반 중고 어망에서 나온 나일론을 재활용해 선글라스와 스케이트보드에 사용하는 회사인 뷰레오에 투자했습니다.[75]이탈리아 회사 아쿠아필은 바다에서 잃어버린 어망을 옷으로 재활용하는 것을 시연하기도 했습니다.[77]Vanden Recycle은 나일론 및 기타 폴리아미드(PA)를 재활용하며 영국, 호주, 홍콩, UAE, 터키 및 핀란드에 사업장을 두고 있습니다.[78]

나일론은 오늘날 주거용 카펫 산업에서 가장 인기 있는 섬유 타입입니다.[79]미국 EPA는 2018년 카펫 섬유, 백킹 및 패딩의 9.2%가 재활용되었고, 17.8%는 폐기물 대 에너지 시설에서 소각되었으며, 73%는 매립지에서 폐기된 것으로 추정하고 있습니다.[80]세계에서 가장 큰 몇몇 카펫 및 양탄자 회사들은 "요람에서 요람으로"(역사적으로 재활용되지 않은 것을 포함한 비 처녀 물질의 재사용)을 업계의 발전 경로로 추진하고 있습니다.[81][82]

특성.

나일론과 같은 열가소성 플라스틱인 T는m 용해 온도 이상에서 사슬이 랜덤 코일에 근접하는 비결정성 고체 또는 점성 유체입니다.Tm 아래에서는 무정형 영역이 라멜라 결정인 영역과 번갈아 나타납니다.[83]비정질 영역들은 탄성을 기여하고 결정질 영역들은 강도와 강성을 기여합니다.평면 아미드(-CO-NH-) 그룹은 매우 극성이므로 나일론은 인접한 가닥 사이에 여러 수소 결합을 형성합니다.나일론 백본은 매우 규칙적이고 대칭적이기 때문에, 특히 모든 아미드 결합이 트랜스 구성인 경우, 나일론은 종종 높은 결정성을 가지며 우수한 섬유를 만듭니다.결정성의 양은 나일론의 종류뿐만 아니라 형성의 세부사항에 따라서도 달라집니다.

Nylon 66의 수소 결합 (조형)

나일론 66은 인접한 펩타이드 결합과 정렬된 여러 평행 가닥을 6개와 4개의 탄소가 상당한 길이로 정렬할 수 있기 때문에 카보닐 산소와 아마이드 수소가 연속적으로 정렬되어 사슬 간 수소 결합을 형성할 수 있습니다(반대 그림 참조).나일론 510은 5개의 탄소와 8개의 탄소로 구성된 런을 가질 수 있습니다.따라서 평행 가닥(반평행은 아님)은 천연 실크 피브로인 및 깃털의 β-케라틴에서 볼 수 있는 것과 유사한 강하고 질긴 초분자 구조인 확장되고 끊어지지 않은 다중 사슬 β-플리츠 시트에 참여할 수 있습니다. (단백질은 아미노산 α-탄소 분리 순차적 -CO-NH- 그룹만 가지고 있습니다.)나일론 6는 방향성이 혼합된 중단 없는 H-본딩 시트를 형성하지만 β-시트 주름은 다소 다릅니다.각 알칸 탄화수소 사슬의 3차원 배치는 단일 결합된 탄소 원자의 109.47° 사면체 결합에 대한 회전에 의존합니다.

산업용 방사체에서 기공을 통해 섬유로 압출될 때, 점성 유동 때문에 개별 폴리머 체인은 정렬되는 경향이 있습니다.나중에 냉간 인발을 받으면 섬유가 더 정렬되어 결정성이 높아지고 재료는 추가적인 인장 강도를 얻습니다.실제로 나일론 섬유는 고속으로 가열된 롤을 사용하여 가장 자주 그려집니다.[84]

블록 나일론은 형성 중 전단 응력으로 인해 표면 근처를 제외하고는 결정성이 떨어지는 경향이 있습니다.나일론은 투명하고 무색이거나 우윳빛이지만 쉽게 염색됩니다.다가닥 나일론 줄과 줄은 미끄러워서 풀리는 경향이 있습니다.단부는 이를 방지하기 위해 화염이나 전극과 같은 열원과 용융 및 융착될 수 있습니다.

나일론은 흡습성이며 주변 습도에 따라 수분을 흡수하거나 탈착합니다.수분 함량의 변화는 폴리머에 여러 가지 영향을 미칩니다.첫째, 치수가 변하겠지만 더 중요한 것은 수분이 가소제 역할을 하여 유리 전이 온도(Tg)를 낮추고 결과적으로 T 이하의g[85] 온도에서 탄성 계수를 낮춥니다.

건조할 때 폴리아미드는 좋은 전기 절연체입니다.그러나 폴리아미드는 흡습성이 있습니다.물의 흡수는 전기 저항과 같은 물질의 특성을 변화시킬 것입니다.나일론은 양모나 면보다 흡수력이 떨어집니다.

나일론 66의 특징은 다음과 같습니다.

  • 플리츠와 주름은 더 높은 온도에서 열 세팅이 가능합니다.
  • 보다 콤팩트한 분자 구조
  • 내후성 향상, 내광성 향상
  • 부드러운 "손"
  • 고융점(256°C, 492.8°F)
  • 우수한 색속성
  • 내마모성이 우수함

한편, 나일론 6은 염색이 용이하고 쉽게 퇴색할 수 있으며, 내충격성이 높고, 수분 흡수가 빠르며, 탄력성이 높고, 탄성 회복이 용이합니다.

  • 광택의 다양성: 나일론은 매우 광택이 나거나, 반광택이거나, 칙칙할 수 있는 능력이 있습니다.
  • 내구성: 높은 강도의 섬유는 안전벨트, 타이어 코드, 탄도 천 및 기타 용도로 사용됩니다.
  • 고신장도
  • 내마모성이 우수함
  • 복원력이 뛰어난 (나일론 원단은 열경화성)
  • 관리가 용이한 의류를 위한 길을 닦았습니다.
  • 곤충, 곰팡이, 동물은 물론 곰팡이, 곰팡이, 곰팡이, 썩음, 많은 화학물질에 대한 높은 저항성
  • 카펫 및 나일론 스타킹에 사용
  • 타는 대신에 녹습니다.
  • 많은 군사적 용도로 사용됨
  • 양호한 비강도
  • 적외선에 투명(-12dB)[86][clarification needed]

나일론 옷은 면이나 레이온보다 인화성이 떨어지는 경향이 있지만 나일론 섬유는 녹아서 피부에 달라붙을 수 있습니다.[87][88]

사용하다

나일론은 1938년 나일론 브러쉬에 처음으로 상업적으로 사용되었으며 [5][21]1939년 뉴욕 세계 박람회에서 선보였고 1940년에 처음으로 상업적으로 판매된 여성용 스타킹 또는 "나일론"에 이어 더 유명해졌습니다.[22]직물의 수요가 급격히 증가했던 제2차 세계 대전 동안 그것의 사용은 급격히 증가했습니다.

섬유질

이 닳아버린 나일론 스타킹들은 재가공되어 육군 비행사들을 위한 낙하산으로 만들어질 것입니다. 1942년 c.
과학사 연구소 엠마 돔의 블루 나일론 직물 볼 가운

Bill Pittendreigh, DuPont, 그리고 다른 개인들과 회사들은 낙하산에 있는 아시아의 비단과 삼베를 나일론으로 대체할 방법을 찾기 위해 제2차 세계대전의 첫 몇 달 동안 열심히 일했습니다.이것은 또한 타이어, 텐트, 밧줄, 판초, 그리고 다른 군수품들을 만드는데 쓰였습니다.그것은 심지어 미국 화폐의 고급 종이를 만드는데 쓰였습니다.전쟁 초기에는 면직물이 사용되고 제조된 전체 섬유의 80% 이상을 차지했고, 나머지 대부분은 양모 섬유가 차지했습니다.1945년 8월까지, 제조된 섬유는 면화를 희생시키면서 25%의 시장 점유율을 차지했습니다.전쟁이 끝난 후, 실크와 나일론의 부족으로 인해, 나일론 낙하산 재료는 때때로 드레스를 만들기 위해 용도가 변경되었습니다.[89]

나일론 6과 66 섬유는 카펫 제조에 사용됩니다.

나일론은 타이어코드에 사용되는 섬유의 한 종류입니다.허먼 E. 슈뢰더는 타이어에 나일론을 응용하는 것을 개척했습니다.

금형 및 수지

나일론 수지는 자동차 산업, 특히 엔진실에서 널리 사용됩니다.[90][6]: 514

성형 나일론은 헤어 빗과 기계 나사, 기어, 개스킷 및 이전에 금속으로 주조된 저중력 부품과 같은 기계 부품에 사용됩니다.[91][92]엔지니어링 등급 나일론은 압출, 주조 및 사출 성형으로 가공됩니다.타입 6,6 나일론 101은 나일론의 가장 일반적인 상용 등급이며, 나일론 6은 성형 나일론의 가장 일반적인 상용 등급입니다.[93][94]스퍼저와 같은 도구에 사용하기 위해 나일론은 구조적 및 충격 강도와 강성을 증가시키는 유리 충전형과 윤활성을 증가시키는 이황화몰리브덴 충전형이 있습니다.나일론은 유리 또는 탄소 섬유와 같은 강화 섬유와 함께 복합 재료의 매트릭스 재료로 사용될 수 있습니다. 이러한 복합 재료는 순수 나일론보다 밀도가 높습니다.[95]이러한 열가소성 복합재(25% 내지 30%의 유리 섬유)는 흡기 매니폴드와 같은 엔진 옆의 자동차 부품에 많이 사용되며, 이러한 재료의 우수한 내열성은 금속에 대한 경쟁자가 될 수 있습니다.[96]

나일론은 레밍턴 나일론 66 소총의 재고를 만드는 데 사용되었습니다.[97]현대식 글록 권총의 뼈대는 나일론 합성물로 만들어졌습니다.[98]

식품포장

나일론 수지는 산소 차단막이 필요한 식품 포장 필름의 구성 요소로 사용됩니다.[7]나일론을 기반으로 한 일부 3중 중합체는 포장에 매일 사용됩니다.나일론은 고기 포장과 소시지 칼집에 사용되어 왔습니다.[99]나일론의 고온 저항성으로 오븐용 가방에 유용하게 사용됩니다.[100]

필라멘트

나일론 필라멘트는 주로 브러시, 특히 칫솔과[5] 스트링 트리머에 사용됩니다.그들은 또한 낚싯줄에서 모노필라멘트로 사용됩니다.필라멘트에 가장 많이 사용되는 고분자는 나일론 610과 612입니다.

또한 다양한 특성으로 인해 적층 제조에서 재료로 매우 유용합니다. 특히 소비자 및 전문가 등급의 융합 증착 모델링 3D 프린터에서 필라멘트로 사용할 수 있습니다.

기타형태

나일론 수지는 로드, 튜브 및 시트로 압출될 수 있습니다.[6]: 209

나일론 가루는 금속을 가루로 만드는 데 사용됩니다.나일론 11과 나일론 12가 가장 널리 사용되고 있습니다.[6]: 53

1940년대 중반, 클래식 기타리스트 안드레스 세고비아(Andrés Segovia)는 파티에서 영국 대사관의 린드먼 장군을 포함한 많은 외국 외교관들에게 미국에서 좋은 기타 줄의 부족, 특히 그가 가장 좋아하는 피라스트로 캣굿 줄에 대해 언급했습니다.한 달 후, 장군은 세고비아에게 듀퐁 가문의 몇몇 사람들을 통해 얻은 나일론 끈을 선물했습니다.세고비아는 현들이 선명한 소리를 내지만, 희미한 금속 음색을 가지고 있다는 것을 발견했습니다.[101]나일론 끈은 1944년 1월 올가 코엘류에 의해 뉴욕 무대에서 처음 시도되었습니다.[102]1946년, 세고비아와 현악기 제작자 알버트 어거스틴은 그들의 친구인 기타 리뷰의 편집자 블라디미르 보브리에 의해 소개되었습니다.세고비아의 관심과 아우구스티누스의 과거 실험에 근거하여, 그들은 나일론 끈의 개발을 추진하기로 결정했습니다.그 생각에 회의적이었던 듀퐁은 어거스틴이 실제 끈을 개발하고 생산하기 위해 노력한다면 나일론을 공급하기로 동의했습니다.3년간의 개발 끝에, 어거스틴은 듀폰 외에도 세고비아를 포함한 기타리스트들에게 깊은 인상을 남긴 나일론 첫 줄을 시연했습니다.[101]그러나 상처 끈이 더 문제였습니다.그러나 마침내, 다양한 종류의 금속과 평활화 및 광택 기술로 실험을 한 후, 어거스틴은 또한 고품질의 나일론 감은 끈을 생산할 수 있었습니다.[101]

참고 항목

  • 탄도 나일론 – 두껍고 질긴 나일론 직물
  • Cordura – DuPont에서 개발하고 현재 Invista에서 소유하고 있는 고성능 직물 그룹의 상표
  • 법의학 공학 – 법적 개입과 관련된 실패 조사
  • 나일론을 먹는 박테리아 – 박테리아 종
  • 폴리아미드 – 반복 단위가 아미드 결합으로 연결된 고분자
  • 립스톱 나일론 – 강화 직조 직물 방향 하는 페이지
  • 단계 성장 중합 – Polymerization 하는 페이지

메모들

  1. ^ 실제로 가장 일반적인 나일론 중합체는 카다베린보다 하나의 CH2 그룹이 더 많은 헥사메틸렌디아민으로 만들어집니다.
  2. ^ 일반적으로 80~100%는 매립지나 쓰레기장으로 보내지지만 18% 미만은 에너지를 회수하는 동안 소각됩니다.Francesco La Mantia (August 2002). Handbook of plastics recycling. iSmithers Rapra Publishing. pp. 19–. ISBN 978-1-85957-325-9.

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