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Articulo de referencia

Nylon

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El nailon es una familia de polímeros sintéticos caracterizados por enlaces amida , que normalmente conectan grupos alifáticos o semiaromáticos .

Los nylons son generalmente de color marrón [ 1 ] y pueden tener una textura suave, con algunas variedades que exhiben una apariencia similar a la seda . [ 2 ] Como termoplásticos , los nylons pueden procesarse por fusión para obtener fibras, películas y diversas formas. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] : 2 Las propiedades de los nylons a menudo se modifican mediante la mezcla con una variedad de aditivos.

Existen numerosos tipos de nailon. Una familia, denominada nailon-XY, se deriva de diaminas y ácidos dicarboxílicos con longitudes de cadena de carbono X e Y, respectivamente. Un ejemplo importante es el nailon-6,6 ( (−C(O)(CH 2 ) 4 C(O)−NH(CH 2 ) 6 NH−) n ). Otra familia, denominada nailon-Z, se deriva de ácidos aminocarboxílicos con longitud de cadena de carbono Z. Un ejemplo es el nailon-[6].

Los polímeros de nailon tienen amplias aplicaciones comerciales, incluyendo usos en textiles y fibras (como prendas de vestir, revestimientos para suelos y refuerzo de caucho), componentes moldeados para equipos automotrices y eléctricos, y películas (principalmente para envasado de alimentos ). [ 6 ]

Historia

Wallace Carothers

DuPont y la invención del nailon

Los investigadores de DuPont comenzaron a desarrollar fibras a base de celulosa, culminando en la fibra sintética rayón . La experiencia de DuPont con el rayón fue un importante precursor para el desarrollo y la comercialización del nailon. [ 7 ] : 8, 64, 236

La invención del nylon por parte de DuPont abarcó un período de once años, desde el programa inicial de investigación en polímeros en 1927 hasta su anuncio en 1938, poco antes de la inauguración de la Feria Mundial de Nueva York de 1939. [ 8 ] El proyecto surgió de una nueva estructura organizativa en DuPont, sugerida por Charles Stine en 1927, en la que el departamento de química estaría compuesto por varios pequeños equipos de investigación que se centrarían en la "investigación pionera" en química y "conducirían a aplicaciones prácticas". [ 7 ] : 92 El instructor de Harvard, Wallace Hume Carothers, fue contratado para dirigir el grupo de investigación de polímeros. Inicialmente se le permitió centrarse en la investigación pura, basándose en las teorías del químico alemán Hermann Staudinger y poniéndolas a prueba . [ 9 ] Tuvo mucho éxito, ya que la investigación que emprendió mejoró enormemente el conocimiento de los polímeros y contribuyó a la ciencia. [ 10 ]

El nailon fue el primer polímero termoplástico sintético de éxito comercial. [ 11 ] DuPont comenzó su proyecto de investigación en 1927. [ 8 ] El primer nailon, el nailon 66 , fue sintetizado el 28 de febrero de 1935 por Wallace Hume Carothers en las instalaciones de investigación de DuPont en la Estación Experimental de DuPont . [ 12 ] [ 13 ] En respuesta al trabajo de Carothers, Paul Schlack en IG Farben desarrolló el nailon  6 , una molécula diferente basada en caprolactama , el 29 de enero de 1938. [ 14 ] : 10 [ 15 ]

En la primavera de 1930, Carothers y su equipo ya habían sintetizado dos nuevos polímeros. El primero era el neopreno , un caucho sintético ampliamente utilizado durante la Segunda Guerra Mundial. [ 16 ] El segundo era una pasta elástica que se volvía muy resistente al enfriarse; esta se convertiría más tarde en el nailon. Tras estos descubrimientos, el equipo de Carothers tuvo que cambiar su enfoque de investigación, pasando de un enfoque más puramente científico sobre la polimerización en general a un objetivo más práctico: encontrar "una combinación química que se prestara a aplicaciones industriales". [ 7 ] : 94

No fue hasta principios de 1935 que finalmente se produjo un polímero llamado "polímero 6-6". Julian W. Hill , compañero de trabajo de Carothers y exalumno de la Universidad de Washington , había utilizado un método de estirado en frío para producir un poliéster en 1930. [ 17 ] Este método de estirado en frío fue utilizado posteriormente por Carothers en 1935 para desarrollar completamente el nailon. [ 18 ] El primer ejemplo de nailon (nailon 6.6) se produjo el 28 de febrero de 1935 en el centro de investigación de DuPont en la Estación Experimental de DuPont. [ 12 ] Tenía todas las propiedades deseadas de elasticidad y resistencia. Sin embargo, también requería un proceso de fabricación complejo que se convertiría en la base de la producción industrial en el futuro. DuPont obtuvo una patente para el polímero en septiembre de 1938, [ 19 ] y rápidamente logró el monopolio de la fibra. [ 10 ] Carothers murió 16 meses antes del anuncio del nailon, por lo que nunca pudo ver su éxito. [ 8 ] El nombre "Nylon" surgió de la modificación de norun (no correr) en un nombre único que podía usarse para comercializar el producto, pero no estaba registrado como marca. [ 20 ]

El nailon se utilizó comercialmente por primera vez en un cepillo de dientes con cerdas de nailon en 1938, [ 4 ] [ 21 ] y posteriormente se popularizó en las medias de mujer o "nylons", que se exhibieron en la Feria Mundial de Nueva York de 1939 y se comercializaron por primera vez en 1940, [ 22 ] convirtiéndose así en un éxito comercial instantáneo con 64 millones de pares vendidos durante su primer año en el mercado. Durante la Segunda Guerra Mundial, casi toda la producción de nailon se destinó al ejército para su uso en paracaídas y cuerdas de paracaídas . El uso del nailon y otros plásticos en tiempos de guerra aumentó considerablemente el mercado de estos nuevos materiales. [ 23 ]

La producción de nailon requirió la colaboración interdepartamental de tres departamentos de DuPont: el Departamento de Investigación Química, el Departamento de Amoníaco y el Departamento de Rayón. [ 24 ] Algunos de los ingredientes clave del nailon debían producirse mediante química de alta presión , la principal área de especialización del Departamento de Amoníaco. El nailon fue considerado una bendición para el Departamento de Amoníaco, [ 7 ] que se encontraba en dificultades financieras. Los reactivos del nailon pronto representaron la mitad de las ventas del Departamento de Amoníaco y les ayudaron a superar la Gran Depresión mediante la creación de empleos e ingresos en DuPont. [ 7 ]

El proyecto de nylon de DuPont demostró la importancia de la ingeniería química en la industria, ayudó a crear empleos y promovió el avance de las técnicas de ingeniería química. De hecho, desarrolló una planta química que proporcionó 1800 empleos y utilizó las últimas tecnologías de la época, que aún hoy sirven de modelo para las plantas químicas. [ 7 ] La capacidad de adquirir rápidamente un gran número de químicos e ingenieros fue una enorme contribución al éxito del proyecto de nylon de DuPont. [ 7 ] : 100–101 La primera planta de nylon se ubicó en Seaford, Delaware, y comenzó la producción comercial el 15 de diciembre de 1939. El 26 de octubre de 1995, la planta de Seaford fue designada Monumento Histórico Nacional de la Industria Química por la Sociedad Química Estadounidense . [ 25 ]

Estrategias de marketing tempranas

Una parte importante de la popularidad del nylon proviene de la estrategia de marketing de DuPont. DuPont promovió la fibra para aumentar la demanda antes de que el producto estuviera disponible para el mercado general. El anuncio comercial del nylon tuvo lugar el 27 de octubre de 1938, en la sesión final del "Foro sobre Problemas Actuales" anual del Herald Tribune , en el sitio de la próxima feria mundial de la ciudad de Nueva York. [ 9 ] [ 10 ] : 141 La "primera fibra textil orgánica artificial" que se derivaba del "carbón, el agua y el aire" y prometía ser "tan fuerte como el acero, tan fina como la telaraña" fue recibida con entusiasmo por el público, muchas de ellas mujeres de clase media, y ocupó los titulares de la mayoría de los periódicos. [ 10 ] : 141 El nailon se introdujo como parte de "El mundo del mañana" en la Feria Mundial de Nueva York de 1939 [ 26 ] y se presentó en el "Maravilloso Mundo de la Química" de DuPont en la Exposición Internacional Golden Gate en San Francisco en 1939. [ 9 ] [ 27 ] Las medias de nailon propiamente dichas no se enviaron a tiendas seleccionadas en el mercado nacional hasta el 15 de mayo de 1940. Sin embargo, un número limitado se puso a la venta en Delaware antes de esa fecha. [ 10 ] : 145–146 La primera venta pública de medias de nailon tuvo lugar el 24 de octubre de 1939 en Wilmington, Delaware. Se pusieron a la venta 4000 pares de medias, que se vendieron en tres horas. [ 9 ]

Otro beneficio adicional de la campaña fue que significó reducir las importaciones de seda de Japón, un argumento que convenció a muchos clientes recelosos. El gabinete del presidente Roosevelt incluso mencionó el nailon , destacando sus "vastas e interesantes posibilidades económicas" cinco días después del anuncio formal del material. [ 10 ]

Sin embargo, el entusiasmo inicial por el nailon también causó problemas. Alimentaron expectativas poco razonables de que el nailon sería mejor que la seda, un tejido milagroso tan fuerte como el acero que duraría para siempre y nunca se deshilacharía. [ 10 ] : 145–147 [ 22 ] Al darse cuenta del peligro de afirmaciones como "Nuevas medias tan resistentes como el acero" y "No más deshilachamientos", DuPont redujo los términos del anuncio original, especialmente aquellos que afirmaban que el nailon tendría la resistencia del acero. [ 10 ]

Además, los ejecutivos de DuPont que comercializaban el nailon como un material sintético revolucionario no se percataron al principio de que algunos consumidores experimentaban una sensación de inquietud y desconfianza, incluso miedo, hacia los tejidos sintéticos. [ 10 ] : 126–128 Una noticia particularmente perjudicial, basada en la patente de DuPont de 1938 para el nuevo polímero, sugería que un método para producir nailon podría ser el uso de cadaverina (pentametilendiamina), [ a ] ​​una sustancia química extraída de cadáveres. Aunque los científicos afirmaban que la cadaverina también se extraía calentando carbón, el público a menudo se negaba a escuchar. Una mujer confrontó a uno de los principales científicos de DuPont y se negó a aceptar que el rumor no fuera cierto. [ 10 ] : 146–147

DuPont cambió su estrategia de campaña, enfatizando que el nailon se fabricaba a partir de "carbón, aire y agua", y comenzó a centrarse en los aspectos personales y estéticos del nailon, en lugar de sus cualidades intrínsecas. [ 10 ] : 146–147 El nailon se domesticó así, [ 10 ] : 151–152 y la atención se desplazó hacia el aspecto material y de consumo de la fibra con eslóganes como "Si es nailon, es más bonito, ¡y oh! ¡Qué rápido se seca!". [ 7 ] : 2

Producción de tela de nailon

Inspección de medias de nailon en Malmö , Suecia, en 1954.

Tras el lanzamiento nacional del nailon en 1940, su producción aumentó significativamente. Solo en ese año, se produjeron 1300 toneladas de la tela, lo que marcó un comienzo notable para este innovador material.[8]: 100 La demanda de nailon se disparó, en particular la de medias de nailon, que se convirtieron en una sensación instantánea. Durante su primer año en el mercado, se vendieron la asombrosa cantidad de 64 millones de pares de medias de nailon, lo que refleja la rápida integración de la tela en la vida cotidiana y la moda.[8]: 101 Tal fue el éxito del nailon que en 1941, apenas un año después de su lanzamiento, se inauguró una segunda planta en Martinsville, Virginia, para satisfacer la creciente demanda y asegurar un suministro constante de esta popular tela. Esta expansión puso de relieve el profundo impacto que el nailon tuvo en la industria textil y su rápido ascenso a la prominencia como un material versátil y muy solicitado. [ 28 ]

Fotografía en primer plano del tejido de nailon de punto utilizado en las medias.
Fibras de nailon visualizadas mediante microscopía electrónica de barrido.

Aunque el nailon se comercializaba como el material duradero e indestructible del pueblo, se vendía a aproximadamente una vez y media el precio de las medias de seda (4,27 dólares por libra de nailon frente a 2,79 dólares por libra de seda). [ 7 ] : 101 Las ventas de medias de nailon fueron fuertes en parte debido a los cambios en la moda femenina. Como explica Lauren Olds: "para 1939 [los dobladillos] habían vuelto a subir hasta la rodilla, cerrando la década tal como la había empezado". Las faldas más cortas vinieron acompañadas de una demanda de medias que ofrecieran una cobertura más completa sin necesidad de ligas para sujetarlas. [ 29 ]

Sin embargo, a partir del 11 de febrero de 1942, la producción de nailon se redirigió de ser un material de consumo a uno utilizado por el ejército. [ 9 ] La producción de medias de nailon y otras prendas de lencería de DuPont cesó, y la mayor parte del nailon fabricado se utilizó para hacer paracaídas y tiendas de campaña para la Segunda Guerra Mundial . [ 30 ] Aunque las medias de nailon ya fabricadas antes de la guerra podían comprarse, generalmente se vendían en el mercado negro por hasta 20 dólares. [ 28 ]

Una vez terminada la guerra, el regreso del nailon se esperaba con gran expectación. Aunque DuPont proyectó una producción anual de 360 ​​millones de pares de medias, hubo retrasos en la reconversión a la producción para el consumidor en lugar de la producción de tiempos de guerra. [ 9 ] En 1946, la demanda de medias de nailon no pudo ser satisfecha, lo que provocó los disturbios del nailon . En un caso, se estima que 40.000 personas hicieron fila en Pittsburgh para comprar 13.000 pares de nailon. [ 22 ] Mientras tanto, las mujeres cortaron tiendas de campaña y paracaídas de nailon que quedaron de la guerra para hacer blusas y vestidos de novia. [ 31 ] [ 32 ] Entre el final de la guerra y 1952, la producción de medias y lencería utilizó el 80% del nailon mundial. DuPont se centró en atender la demanda civil y expandió continuamente su producción.

Introducción de mezclas de nailon

A medida que las medias de nailon puro se vendían en un mercado más amplio, surgieron problemas. Se descubrió que las medias de nailon eran frágiles, en el sentido de que el hilo a menudo tendía a deshilacharse longitudinalmente, creando "carreras". [ 7 ] : 101 Las personas también informaron que los textiles de nailon puro podían ser incómodos debido a la falta de absorción del nailon. [ 33 ] La humedad permanecía dentro de la tela cerca de la piel en condiciones cálidas o húmedas en lugar de ser "absorbida". [ 34 ] La tela de nailon también podía picar y tendía a adherirse y a veces a producir chispas como resultado de la carga eléctrica estática acumulada por la fricción. [ 35 ] [ 36 ] Además, bajo ciertas condiciones, el nailon podía degradarse, perforando o deshilachando las medias. [ 10 ] : 147 Los científicos explicaron esto como hidrólisis ácida resultante de la contaminación del aire , atribuyéndolo al smog de Londres en 1952, así como a la mala calidad del aire en Nueva York y Los Ángeles. [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]

La solución encontrada a los problemas con la tela de nailon puro fue mezclar el nailon con otras fibras o polímeros existentes como algodón , poliéster y spandex . Esto llevó al desarrollo de una amplia gama de telas mezcladas. Las nuevas mezclas de nailon conservaron las propiedades deseables del nailon (elasticidad, durabilidad, capacidad de ser teñido) y mantuvieron los precios de la ropa bajos y asequibles. [ 30 ] : 2 A partir de 1950, la Agencia de Adquisiciones del Cuartel General de Nueva York (NYQMPA), que desarrollaba y probaba textiles para el Ejército y la Armada , se había comprometido a desarrollar una mezcla de lana y nailon. No fueron los únicos en introducir mezclas de fibras naturales y sintéticas. America's Textile Reporter se refirió a 1951 como el "Año de la mezcla de fibras". [ 41 ] Las mezclas de telas incluían mezclas como "Bunara" (lana-conejo-nailon) y "Casmet" (lana-nailon-piel). [ 42 ] En Gran Bretaña, en noviembre de 1951, el discurso inaugural de la 198.ª sesión de la Real Sociedad para el Fomento de las Artes, las Manufacturas y el Comercio se centró en la mezcla de textiles. [ 43 ]

El Departamento de Desarrollo de Telas de DuPont se dirigió astutamente a los diseñadores de moda franceses, suministrándoles muestras de tela. En 1955, diseñadores como Coco Chanel , Jean Patou y Christian Dior mostraron vestidos creados con fibras de DuPont, y el fotógrafo de moda Horst P. Horst fue contratado para documentar su uso de telas de DuPont. [ 22 ] American Fabrics reconoció que las mezclas proporcionaban "posibilidades creativas y nuevas ideas para la moda que hasta entonces habían sido inimaginables". [ 42 ]

Etimología

DuPont pasó por un extenso proceso para generar nombres para su nuevo producto. [ 10 ] : 138–139 En 1940, John W. Eckelberry de DuPont declaró que las letras "nyl" eran arbitrarias, y que "on" se copió de los sufijos de otras fibras como algodón y rayón . Una publicación posterior de DuPont ( Context , vol.  7, n.°  2, 1978) explicó que el nombre originalmente iba a ser "No-Run" ("run" significa "deshilacharse") pero se modificó para evitar hacer una afirmación tan injustificada. Dado que los productos no eran realmente a prueba de carreras, las vocales se intercambiaron para producir "nuron", que se cambió a "nilon" "para que sonara menos como un tónico nervioso". Para mayor claridad en la pronunciación, la "i" se cambió por "y". [ 22 ] [ 44 ]

Existe una persistente leyenda urbana que afirma que el nombre deriva de "Nueva York" y "Londres"; sin embargo, ninguna organización en Londres estuvo involucrada en la investigación y producción de nailon. [ 45 ]

Popularidad a largo plazo

La popularidad del nailon se disparó en las décadas de 1940 y 1950 debido a su durabilidad y transparencia. En la década de 1970, se hizo más popular debido a su flexibilidad y precio.

A pesar de la escasez de petróleo en la década de 1970, el consumo de textiles de nailon continuó creciendo un 7,5 % anual entre las décadas de 1960 y 1980. [ 46 ] Sin embargo, la producción total de fibras sintéticas cayó del 63 % de la producción textil mundial en 1965 al 45 % a principios de la década de 1970. [ 46 ] El atractivo de las "nuevas" tecnologías se desvaneció y el tejido de nailon "estaba pasando de moda en la década de 1970". [ 7 ] Además, los consumidores se preocuparon por los costos ambientales a lo largo del ciclo de producción: obtención de las materias primas (petróleo), uso de energía durante la producción, residuos producidos durante la creación de la fibra y eventual eliminación de residuos de materiales que no eran biodegradables. [ 46 ] Las fibras sintéticas no han dominado el mercado desde las décadas de 1950 y 1960. A partir de 2020La producción mundial de nailon se estima en 8,9 millones de toneladas. [ 47 ]

Aunque el nailon puro tiene muchos defectos y ahora se usa poco, sus derivados han influido y contribuido enormemente a la sociedad. Desde descubrimientos científicos relacionados con la producción de plásticos y la polimerización, hasta el impacto económico durante la depresión y la transformación de la moda femenina, el nailon fue un producto revolucionario. [ 22 ] La Asamblea de la Bandera Lunar , la primera bandera plantada en la luna como gesto simbólico de celebración, estaba hecha de nailon. La bandera en sí costaba 5,50 dólares, pero necesitaba un mástil especialmente diseñado con una barra horizontal para que pareciera "volar". [ 48 ] [ 49 ] Un historiador describe el nailon como "un objeto de deseo", comparando su invención con la de la Coca-Cola a los ojos de los consumidores del siglo XX. [ 7 ]

Química

En el uso común, el prefijo "PA" ( poliamida ) o el nombre "Nylon" se utilizan indistintamente y tienen un significado equivalente.

La nomenclatura utilizada para los polímeros de nailon se ideó durante la síntesis de los primeros nailones alifáticos simples y utiliza números para describir la cantidad de carbonos en cada unidad monomérica, incluyendo el/los carbono(s) del/de los ácido(s) carboxílico(s). [ 50 ] [ 51 ] El uso posterior de monómeros cíclicos y aromáticos requirió el uso de letras o conjuntos de letras. Un número después de "PA" o "Nylon" indica un homopolímero que es monádico o basado en un aminoácido (menos H 2 O) como monómero:

PA 6 o Nylon 6: [NH−(CH 2 ) 5 −CO] n hecho de ε-caprolactama.

Dos números o conjuntos de letras indican un homopolímero diádico formado por dos monómeros: una diamina y un ácido dicarboxílico. El primer número indica la cantidad de carbonos en la diamina. Para mayor claridad, ambos números deben estar separados por una coma, aunque a menudo se omite.

PA o Nylon 6,10 (o 610): [NH−(CH 2 ) 6 −NH−CO−(CH 2 ) 8 −CO] n hecho de hexametilendiamina y ácido sebácico ;

En el caso de los copolímeros, los comonómeros o pares de comonómeros se separan mediante barras diagonales:

PA 6/66: [NH−(CH 2 ) 6 −NH−CO−(CH 2 ) 4 −CO] n −[NH−(CH 2 ) 5 −CO] m hecho de caprolactama, hexametilendiamina y ácido adípico;
PA 66/610: [NH−(CH 2 ) 6 −NH−CO−(CH 2 ) 4 −CO] n −[NH−(CH 2 ) 6 −NH−CO−(CH 2 ) 8 −CO] m hecho de hexametilendiamina, ácido adípico y ácido sebácico.

El término poliftalamida (abreviado como PPA) se utiliza cuando el 60 % o más de los moles de la porción de ácido carboxílico de la unidad repetitiva en la cadena polimérica están compuestos por una combinación de ácido tereftálico (TPA) y ácido isoftálico (IPA).

Tipos

El nylon 66 y las poliamidas relacionadas son polímeros de condensación formados a partir de partes iguales de diamina y ácidos dicarboxílicos . [ 52 ] En el primer caso, la "unidad repetitiva" tiene la estructura ABAB, como también se observa en muchos poliésteres y poliuretanos . Dado que cada monómero en este copolímero tiene el mismo grupo reactivo en ambos extremos, la dirección del enlace amida se invierte entre cada monómero, a diferencia de las proteínas de poliamida naturales , que tienen una direccionalidad general: C terminal → N terminal . En el segundo caso (denominado AA), la unidad repetitiva corresponde al monómero único. [ 14 ] : 45–50 [ 53 ]   

Wallace Carothers en DuPont patentó el nylon  66. [ 19 ] [ 54 ] [ 55 ] En el caso de los nylons que implican la reacción de una diamina y un ácido dicarboxílico, es difícil obtener las proporciones exactas correctas, y las desviaciones pueden llevar a la terminación de la cadena en pesos moleculares menores a un deseable 10 000 daltons . Para superar este problema, se puede formar una " sal de nylon" sólida y cristalina a temperatura ambiente , utilizando una proporción exacta 1:1 del ácido y la base para neutralizarse entre sí. La sal se cristaliza para purificarla y obtener la estequiometría precisa deseada. Calentada a 285 °C (545 °F) , la sal reacciona para formar polímero de nylon con la producción de agua.  

El nailon  510, fabricado a partir de pentametilendiamina y ácido sebácico, se incluyó en la patente de Carothers para el nailon  66 [ 19 ]. El nailon 610 se produce de forma similar utilizando hexametilendiamina. Estos materiales son más caros debido al coste relativamente elevado del ácido sebácico. Debido a su alto contenido en hidrocarburos , el nailon 610 es más hidrofóbico y encuentra aplicaciones adecuadas para esta propiedad, como las cerdas. [ 56 ]

Ejemplos de estos polímeros que están o estuvieron disponibles comercialmente:

Los homopolímeros se derivan de un monómero. Estos polímeros se forman a partir de una lactama o un aminoácido. La ruta sintética que utiliza lactamas (amidas cíclicas) fue desarrollada por Paul Schlack en IG Farben , dando lugar al nylon  6 o policaprolactama , que se forma mediante una polimerización por apertura de anillo . El enlace peptídico dentro de la caprolactama se rompe y los grupos activos expuestos en cada lado se incorporan a dos nuevos enlaces a medida que el monómero pasa a formar parte de la cadena principal del polímero.

El punto de fusión de 220 °C (428 °F) del nylon 6 es inferior al punto de fusión de 265 °C (509 °F) del nylon 66. [ 61 ]    

Ejemplos de estos polímeros que están o estuvieron disponibles comercialmente:

Nylon 1,6

Los nylons también pueden sintetizarse a partir de dinitrilos mediante catálisis ácida. Por ejemplo, este método es aplicable para la preparación de nylon 1,6 a partir de adiponitrilo , formaldehído y agua. [ 65 ] Además, los nylons también pueden sintetizarse a partir de dioles y dinitrilos utilizando este método. [ 66 ]

Copolímeros

Es fácil obtener copolímeros mezclando los monómeros o conjuntos de monómeros utilizados para fabricar nylons. Esto reduce la cristalinidad y, por lo tanto, puede disminuir el punto de fusión.

A continuación se enumeran algunos copolímeros que han estado o están disponibles comercialmente:

  • PA6/66 DuPont Zytel [ 67 ]
  • PA6/6T BASF Ultramid T (copolímero 6/6T) [ 68 ]
  • PA6I/6T DuPont Selar PA [ 69 ]
  • PA66/6T DuPont Zytel HTN [ 68 ]
  • PA12/MACMI EMS Grilamid TR [ 70 ]

Mezclas

La mayoría de los polímeros de nailon son miscibles entre sí, lo que permite la elaboración de diversas mezclas. Los dos polímeros pueden reaccionar entre sí mediante transamidación para formar copolímeros aleatorios. [ 71 ]

Cristalinidad

Según su cristalinidad, las poliamidas pueden ser:

  • semicristalino : ​
    • Alta cristalinidad: PA46 y PA66;
    • Baja cristalinidad: PAMXD6 elaborado a partir de m-xililendiamina y ácido adípico;
  • amorfo : PA6I fabricado a partir de hexametilendiamina y ácido isoftálico.

Según esta clasificación, el PA66, por ejemplo, es una homopoliamida semicristalina alifática.

Impacto ambiental

Reacción química general que implica la hidrólisis de una amida para formar un ácido carboxílico y una amina.

Huella de gases de efecto invernadero

La huella de carbono media del nailon en la fabricación de alfombras se estima en 5,43  kg de CO₂ equivalente por kg, cuando se produce en Europa. Esto le confiere una huella de carbono casi idéntica a la de la lana , pero con mayor durabilidad y, por lo tanto, una huella de carbono global menor. [ 72 ]

Los datos publicados por PlasticsEurope indican que el nylon 66 tiene una huella de gases de efecto invernadero de 6,4  kg de CO₂ equivalente por kg y un consumo de energía de 138 kJ/kg. [ 73 ] Al considerar el impacto ambiental del nylon, es importante tener en cuenta la fase de uso.

Combustión

La combustión de las telas de nailon se asemeja mucho a la combustión de las proteínas, por ejemplo, la seda. Solo se forman trazas de cianuro de hidrógeno al incinerarse . [ 74 ]

Reciclaje

El nylon se usa típicamente en bienes duraderos, por lo que contribuye mínimamente a los flujos de residuos. [ 74 ] El nylon es susceptible a la hidrólisis , pero el proceso es lento a temperatura ambiente y pH neutro, de ahí la utilidad de estos materiales. Al ser un polímero robusto, los residuos de resina de nylon no se reciclan con frecuencia. [ 75 ] La velocidad de hidrólisis aumenta en presencia de ácidos fuertes , una reacción esencialmente inversa a su síntesis.

El nailon es también el tipo de fibra más popular en la industria de alfombras residenciales en la actualidad. [ 76 ] La EPA de EE. UU. estima que el 9,2 % de la fibra, el respaldo y el relleno de las alfombras se reciclaron en 2018, el 17,8 % se incineró en instalaciones de conversión de residuos en energía y el 73 % se desechó en vertederos . [ 77 ]

Los aparejos de pesca de nailon desechados, como las redes de pesca, contribuyen a la acumulación de desechos en el océano. [ 75 ]

Sin embargo, su producción puede utilizar un ciclo cerrado durante la fabricación, moliendo bebederos y canales y mezclándolos con los gránulos vírgenes que consume la máquina de moldeo. [ 78 ] El proceso de reciclaje de residuos de nailon posconsumo es costoso y difícil, por lo que pocas empresas lo utilizan, prefiriendo en cambio plásticos nuevos más baratos para sus productos. La empresa de ropa estadounidense Patagonia ha vendido productos que contienen nailon reciclado y a mediados de la década de 2010 invirtió en Bureo, una empresa que recicla nailon de redes de pesca usadas para fabricar gafas de sol y patinetas. [ 75 ] La empresa italiana Aquafil también ha reciclado nailon de redes de pesca para crear prendas de vestir. [ 79 ] Vanden Recycling recicla nailon y otras poliamidas (PA) y tiene operaciones en el Reino Unido, Australia, Hong Kong, Emiratos Árabes Unidos, Turquía y Finlandia. [ 80 ] Shaw Industries , uno de los mayores fabricantes de alfombras del mundo, se ha destacado por su compromiso con la sostenibilidad "de la cuna a la cuna" , con programas para la recuperación de pisos al final de su vida útil y un enfoque en productos diseñados para ser reciclables. [ 81 ]

En las décadas de 2010 y 2020, aumentó la conciencia social sobre la contaminación generalizada por microplásticos y sus efectos adversos en la salud humana y la vida silvestre (especialmente acuática y marina). [ 82 ] Un factor que contribuye significativamente es el tiempo que tardan la mayoría de los plásticos, incluidos los nylons, en degradarse completamente en sus componentes químicos en el medio ambiente natural (desde décadas hasta milenios), además de ser propensos a fragmentarse en partículas más pequeñas que no se pueden eliminar fácilmente de los ecosistemas. [ 83 ]

Propiedades

Por encima de sus temperaturas de fusión , T m , los termoplásticos como el nailon son sólidos amorfos o fluidos viscosos en los que las cadenas se aproximan a bobinas aleatorias . Por debajo de T m , las regiones amorfas se alternan con regiones que son cristales lamelares . [ 84 ] Las regiones amorfas contribuyen a la elasticidad, y las regiones cristalinas contribuyen a la resistencia y rigidez. Los grupos amida planares (-CO-NH-) son muy polares , por lo que el nailon forma múltiples enlaces de hidrógeno entre cadenas adyacentes. Debido a que la cadena principal del nailon es tan regular y simétrica, especialmente si todos los enlaces amida están en la configuración trans , los nailones a menudo tienen una alta cristalinidad y son excelentes fibras. El grado de cristalinidad depende de los detalles de la formación, así como del tipo de nailon.

Enlaces de hidrógeno en Nylon  66 (en color malva)

El nailon  66 puede tener múltiples cadenas paralelas alineadas con sus enlaces peptídicos vecinos en separaciones coordinadas de exactamente seis y cuatro carbonos durante longitudes considerables, de modo que los oxígenos carbonílicos y los hidrógenos amida pueden alinearse para formar enlaces de hidrógeno intercatenarios repetidamente, sin interrupción (véase la figura opuesta). El nailon 510 puede tener secuencias coordinadas de cinco y ocho carbonos. Así, las cadenas paralelas (pero no las antiparalelas) pueden participar en láminas β plegadas de múltiples cadenas extendidas e ininterrumpidas , una estructura supramolecular fuerte y resistente similar a la que se encuentra en la fibroína de seda natural y las β-queratinas de las plumas . (Las proteínas solo tienen un carbono α de aminoácido que separa grupos -CO-NH- secuenciales). El nailon 6 formará láminas ininterrumpidas unidas por enlaces de hidrógeno con direccionalidades mixtas, pero el arrugamiento de la lámina β es algo diferente. La disposición tridimensional de cada cadena de hidrocarburo alcano depende de las rotaciones alrededor de los enlaces tetraédricos de 109,47° de los átomos de carbono unidos individualmente.  

Cuando se extruyen en fibras a través de los poros de una hilera industrial , las cadenas poliméricas individuales tienden a alinearse debido al flujo viscoso . Si posteriormente se someten a un estirado en frío , las fibras se alinean aún más, aumentando su cristalinidad, y el material adquiere mayor resistencia a la tracción . En la práctica, las fibras de nailon se estiran con mayor frecuencia utilizando rodillos calentados a altas velocidades. [ 85 ]

El nailon en bloque tiende a ser menos cristalino, excepto cerca de las superficies debido a las tensiones de cizallamiento durante su formación. El nailon es transparente e incoloro , o lechoso, pero se tiñe fácilmente. El cordón y la cuerda de nailon multifilamento son resbaladizos y tienden a deshilacharse. Para evitarlo, los extremos se pueden fundir con una fuente de calor, como una llama o un electrodo .

Los nylons son higroscópicos y absorben o liberan humedad en función de la humedad ambiental. Las variaciones en el contenido de humedad tienen varios efectos sobre el polímero. En primer lugar, las dimensiones cambian, pero, más importante aún, la humedad actúa como plastificante, disminuyendo la temperatura de transición vítrea ( Tg ) y, por consiguiente, el módulo elástico a temperaturas inferiores a la Tg [ 86 ] .

En estado seco, la poliamida es un buen aislante eléctrico. Sin embargo, es higroscópica . La absorción de agua altera algunas de sus propiedades, como su resistencia eléctrica . El nailon es menos absorbente que la lana o el algodón.

Las características distintivas del nylon 66 incluyen:

  • Los pliegues y arrugas se pueden fijar con calor a temperaturas más altas.
  • Estructura molecular más compacta
  • Mejores propiedades de resistencia a la intemperie; mayor resistencia a la luz solar.
  • "Mano" más suave
  • Alto punto de fusión ( 265 °C (509 °F) )  
  • Resistencia superior al color
  • Excelente resistencia a la abrasión

Por otro lado, el nylon 6 es fácil de teñir, se decolora con mayor facilidad; tiene mayor resistencia al impacto, una absorción de humedad más rápida, mayor elasticidad y recuperación elástica.

  • Variación del brillo: el nailon tiene la capacidad de ser muy brillante, semibrillante o mate.
  • Durabilidad: sus fibras de alta tenacidad se utilizan para cinturones de seguridad, cordones de neumáticos, tela balística y otros usos.
  • Alta elongación
  • Excelente resistencia a la abrasión
  • Altamente resistentes (los tejidos de nailon se fijan con calor).
  • Abrió el camino a las prendas de fácil cuidado.
  • Alta resistencia a insectos, hongos, animales, así como a mohos, mildiú, podredumbre y muchos productos químicos.
  • Se utiliza en alfombras y medias de nailon.
  • Se derrite en lugar de quemarse.
  • Se utiliza en numerosas aplicaciones militares.
  • Buena resistencia específica
  • Transparente a la luz infrarroja (−12  dB) [ 87 ]

La ropa de nailon tiende a ser menos inflamable que la de algodón y rayón, pero las fibras de nailon pueden derretirse y adherirse a la piel. [ 88 ] [ 89 ]

Usos

El nailon se utilizó comercialmente por primera vez en un cepillo de dientes con cerdas de nailon en 1938, [ 4 ] [ 21 ] seguido más famosamente en las medias de mujer o " nylons ", que se mostraron en la Feria Mundial de Nueva York de 1939 y se vendieron comercialmente por primera vez en 1940. [ 22 ] Su uso aumentó drásticamente durante la Segunda Guerra Mundial, cuando la necesidad de telas aumentó drásticamente. El nailon es muy adecuado como material de sutura en cirugía debido a su superficie uniformemente lisa. Las suturas de poliamida se distinguen particularmente por sus excelentes propiedades de anudado y alta resistencia a la tracción. Son materiales quirúrgicos monofilamento, no absorbibles, hechos de nailon tipo 6 y nailon tipo 6,6. [ 90 ] [ 91 ]

En 2025, las ventas globales alcanzaron aproximadamente US$ 718.5 mil millones. [ 92 ]

Fibras

Estas medias de nailon desgastadas serán reprocesadas y convertidas en paracaídas para aviadores del ejército, alrededor de 1942 .
Vestido de gala azul de tela de nailon, diseñado por Emma Domb , del Instituto de Historia de la Ciencia.

Bill Pittendreigh, DuPont y otras personas y corporaciones trabajaron diligentemente durante los primeros meses de la Segunda Guerra Mundial para encontrar una manera de reemplazar la seda y el cáñamo asiáticos con nailon en los paracaídas. También se utilizó para fabricar neumáticos , tiendas de campaña , cuerdas , ponchos y otros suministros militares . Incluso se empleó en la producción de papel de alta calidad para la moneda estadounidense . Al comienzo de la guerra, el algodón representaba más del 80 % de todas las fibras utilizadas y fabricadas, y las fibras de lana representaban casi todo el resto. Para agosto de 1945, las fibras manufacturadas habían alcanzado una cuota de mercado del 25 %, a expensas del algodón. Después de la guerra, debido a la escasez de seda y nailon, el material de nailon de los paracaídas se reutilizó en ocasiones para confeccionar vestidos. [ 93 ]

Las fibras de nailon 6 y 66 se utilizan en la fabricación de alfombras .

El nailon es un tipo de fibra que se utiliza en los cordones de los neumáticos . Herman E. Schroeder fue pionero en la aplicación del nailon en los neumáticos.

Moldes y resinas

Las resinas de nailon se utilizan ampliamente en la industria automotriz, especialmente en el compartimento del motor. [ 94 ] [ 5 ] : 514

El nailon moldeado se utiliza en peines y piezas mecánicas como tornillos de máquina , engranajes , juntas y otros componentes de baja a media tensión previamente fundidos en metal. [ 95 ] [ 96 ] El nailon de grado de ingeniería se procesa mediante extrusión , fundición y moldeo por inyección . El nailon 101 tipo 6,6 es el grado comercial más común de nailon, y el nailon 6 es el grado comercial más común de nailon moldeado. [ 97 ] [ 98 ] Para su uso en herramientas como espátulas , el nailon está disponible en variantes rellenas de vidrio que aumentan la resistencia estructural y al impacto y la rigidez, y variantes rellenas de disulfuro de molibdeno que aumentan la lubricidad . El nailon puede utilizarse como material de matriz en materiales compuestos , con fibras de refuerzo como fibra de vidrio o fibra de carbono; dicho compuesto tiene una densidad mayor que el nailon puro. [ 99 ] Estos compuestos termoplásticos (25% a 30% de fibra de vidrio) se utilizan frecuentemente en componentes de automóviles cercanos al motor, como los colectores de admisión, donde la buena resistencia al calor de estos materiales los convierte en competidores viables de los metales. [ 100 ]

El nailon se utilizó para fabricar la culata del rifle Remington Nylon 66. [ 101 ] El armazón de la pistola Glock moderna está hecho de un compuesto de nailon. [ 102 ]

Envases de alimentos

Las resinas de nailon se utilizan como componente de películas para envasado de alimentos donde se requiere una barrera contra el oxígeno. [ 6 ] Algunos de los terpolímeros basados ​​en nailon se utilizan a diario en el envasado. El nailon se ha utilizado para envoltorios de carne y envolturas de salchichas . [ 103 ] La alta resistencia a la temperatura del nailon lo hace útil para bolsas de horno. [ 104 ]

Filamentos

Los filamentos de nailon se utilizan principalmente en cepillos, especialmente cepillos de dientes [ 4 ] , y en desbrozadoras . También se utilizan como monofilamentos en sedales de pesca . El nailon 610 y el 612 son los polímeros más utilizados para filamentos.

Sus diversas propiedades también lo hacen muy útil como material en la fabricación aditiva ; específicamente, como filamento en impresoras 3D de modelado por deposición fundida de uso doméstico y profesional.

Otras formas

Las resinas de nailon se pueden extruir en varillas, tubos y láminas. [ 5 ] : 209

Los polvos de nailon se utilizan para el recubrimiento en polvo de metales. El nailon 11 y el nailon 12 son los más utilizados. [ 5 ] : 53

A mediados de la década de 1940, el guitarrista clásico Andrés Segovia mencionó la escasez de buenas cuerdas de guitarra en Estados Unidos, en particular sus favoritas cuerdas de tripa Pirastro , a varios diplomáticos extranjeros en una fiesta, entre ellos el general Lindeman de la Embajada Británica. Un mes después, el general le obsequió a Segovia unas cuerdas de nailon que había conseguido a través de algunos miembros de la familia DuPont. Segovia descubrió que, si bien las cuerdas producían un sonido claro, tenían un ligero timbre metálico que esperaba poder eliminar. [ 105 ] Las cuerdas de nailon fueron probadas por primera vez en el escenario por Olga Coelho en Nueva York en enero de 1944. [ 106 ] En 1946, Segovia y el fabricante de cuerdas Albert Augustine fueron presentados por su amigo común Vladimir Bobri, editor de Guitar Review. Basándose en el interés de Segovia y los experimentos previos de Augustine, decidieron continuar con el desarrollo de las cuerdas de nailon. DuPont, escéptico ante la idea, accedió a suministrar el nailon si Augustine se comprometía a desarrollar y producir las cuerdas. Tras tres años de desarrollo, Augustine presentó una primera cuerda de nailon cuya calidad impresionó a guitarristas como Segovia, además de a DuPont. [ 105 ] Sin embargo, las cuerdas entorchadas resultaron más problemáticas. Finalmente, tras experimentar con diversos tipos de metal y técnicas de alisado y pulido, Augustine también logró producir cuerdas entorchadas de nailon de alta calidad. [ 105 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ En realidad, los polímeros de nailon más comunes están hechos de hexametilendiamina, con ungrupo CH 2 más que la cadaverina.

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Lecturas adicionales

  • Kadolph, Sara J. (2007). Textiles . Pearson Prentice Hall. ISBN 978-0-13-118769-6.
  • Kohan, Melvin (1995). Manual de plásticos de nailon . Múnich: Carl Hanser Verlag. ISBN 1569901899.
  • "Cómo se fabrica el hilo de nailon" . Popular Science . Diciembre de 1946. págs. 132-133 . 
  • Fabricación de nailon, Bob Burk, CHEM 1000, Universidad de Carleton, Ottawa, Canadá en YouTube
  • Plástico de poliamida y nailon
  • Colección Joseph X. Labovsky de fotografías y documentos relacionados con el nailon. Colecciones digitales del Science History Institute . (Escaneos de alta resolución de fotografías y documentos relacionados con el nailon recopilados por Joseph X. Labovsky, asistente de laboratorio de Wallace Carothers, durante las primeras etapas del desarrollo y la producción de nailon en DuPont).