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テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト
合成繊維。 発明と生産の歴史
ディレクトリ / テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト 合成繊維、化学繊維 - 天然および合成の有機ポリマー、および無機化合物から得られる織物繊維。
何千年もの間、人類は必要に応じて植物 (リネン、綿、麻) や動物 (ウール、シルク) 由来の天然繊維を使用してきました。 また、アスベストなどの鉱物性材料も使用されていました。 これらの繊維から作られた生地は、衣服や技術的ニーズなどの製造に使用されました。 世界人口の増加により、天然繊維が不足しています。 だからこそ、彼らの代替品の必要性が生じたのです。 シルクを人工的に生産する最初の試みは、1855 年にフランス人のオーデマールによってニトロセルロースに基づいて行われました。 1884 年、フランスの技術者 G. シャルドネは人造繊維のニトロシルクの製造方法を開発し、1890 年以来、紡糸口金を使用して糸を形成するニトロ法を使用して人造シルクの広範な生産が組織されました。 90 世紀の 85 年代に始まったものは特に効果的であることが判明しました。 ビスコースからのシルクの生産。 その後、この方法は最も普及し、現在ではビスコースシルクが世界の人造繊維生産量の約 1900% を占めています。 985 年の世界のビスコース シルク生産量は 1930 トンでしたが、200 年には約 1950 万トン、1600 年にはビスコース シルクの生産量はほぼ XNUMX 万トンに達しました。 1920 年代に、酢酸セルロースからの酢酸シルクの生産がマスターされました。 外観上、アセテートシルクは天然シルクとほとんど区別がつきません。 吸湿性が低く、ビスコースシルクとは異なり、しわになりません。 酢酸シルクは、絶縁材料として電気工学で広く使用されています。 その後、非常に強力なアセテート繊維を製造する方法が発見されました（断面積 1 cm2 のコードは 10 トンの荷重に耐えることができます）。 XNUMX 世紀を通じての化学の成功に基づいています。 強力な人工繊維産業がソ連、イギリス、フランス、イタリア、アメリカ、日本などの国々で創設されました。 第一次世界大戦前夜、世界中で人造繊維はわずか 11 トンしか生産されませんでしたが、25 年後、人造繊維の生産が天然シルクの生産を押しのけました。 1927 年にビスコースとアセテートのシルクの生産量が約 60 万トンだった場合、1956 年にはビスコースとアセテートの人造繊維の世界生産量は 2 万トンを超えました。 天然繊維、人造繊維、合成繊維の違いは以下の通りです。 天然（天然）繊維は完全に自然そのものが作り出すもの、人造繊維は人間の手によって作られるもの、合成繊維は人間が化学工場で作り出すものです。 合成繊維の合成では、より複雑な高分子化合物がより単純な物質から得られますが、人工材料はより複雑な分子（たとえば、木材の乾留によってメチルアルコールを製造する際の繊維分子）の破壊によって形成されます。 1935 年、アメリカの化学者 W. カロザースは、最初の合成繊維であるナイロンを発見しました。 カロザーズは当初会計士として働いていましたが、後に化学に興味を持ち、イリノイ大学に進学しました。 すでに1926年生で、彼は化学の講義を割り当てられました。 XNUMX年、ハーバード大学は彼を有機化学の教授に選出した。 1928 年、カロザースの運命は急変しました。 最大の化学的関心事であるデュポン・ド・ヌムールは、彼を有機化学研究室の所長に招聘した。 多くのスタッフ、最新の設備、研究テーマを自由に選択できるなど、彼にとって理想的な条件が整えられました。 これは、XNUMX年前に企業が理論研究が最終的には大きな実用的利益をもたらし、ひいては利益をもたらすと信じて、理論研究の戦略を採用したという事実によるものであった。 そしてそれは起こりました。 モノマーの重合を研究するカロザースの研究室は、1934 年間の懸命な研究の末、目覚ましい成功を収め、クロロプレン ポリマーを取得しました。 これに基づいて、XNUMX 年にデュポン社は、最初のタイプの合成ゴムの XNUMX つであるポリクロロプレン (ネオプレン) の工業生産を開始しました。その品質は、希少な天然ゴムをうまく置き換えることができました。 しかし、カロザース氏は、自分の研究の主な目標は繊維に変換できる合成物質の生産であると考えていました。 カロザースは、ハーバード大学在学中に研究した多補償法を使用して、1930 年にエチレン グリコールとセバシン酸の相互作用の結果としてポリエステルを得ました。これは、後で判明したように、容易に繊維に引き込まれることがわかりました。 これはすでに素晴らしい成果でした。 しかし、この物質は熱湯で軟化してしまうため、実用にはなりませんでした。 商業用合成繊維を入手しようとするさらなる試みは失敗に終わり、カロザーズ社はこの方向での活動を中止することを決定した。 当該企業の経営陣はプログラムを終了することに同意した。 しかし、化学部門の責任者はこの問題の結果に反対した。 彼は大変苦労してカロザーズに研究を続けるよう説得した。 カロザースは、研究を継続するための新しい方法を求めて自分の研究の結果を再考し、分子内にアミド基を含む最近合成されたポリマー、つまりポリアミドに注目しました。 この選択は非常に実りのあるものでした。 実験によると、一部のポリアミド樹脂は、細い医療用注射器で作られた紡糸口金を通して絞り出され、そこから繊維を作ることができる糸を形成することが示されています。 新しい樹脂の使用は非常に有望に思えました。 新しい実験の後、カロザーズと彼の助手たちは28年1935月66日にポリアミドを入手し、そこから強力で弾性があり、弾性があり、耐水性の繊維を製造することができました。 ヘキサメチレンジアミンとアジピン酸を反応させ、得られた塩（AG）を真空中で加熱することによって単離されたこの樹脂は、出発生成物に炭素原子が6個含まれていたため、「ポリマーXNUMX」と名付けられました。 彼らはニューヨークとロンドンで同時にこのポリマーの作成に取り組んだため、その繊維はこれらの都市の頭文字をとって「ナイロン」と呼ばれるようになりました。 繊維の専門家は、それが商業的な糸の生産に適していると認識しています。 その後 XNUMX 年間にわたり、デュポンの科学者とエンジニアはポリマー中間体とナイロン糸を製造するための実験室プロセスを開発し、パイロット化学プラントを建設しました。 16 年 1937 月 1937 日、ナイロンが特許を取得しました。 多くの実験サイクルの後、1938 年 XNUMX 月にストッキングの実験バッチ用の繊維が得られました。 XNUMX 年 XNUMX 月にパイロット プラントの建設が完了しました。 カロザースが29歳になった1937日後の41年XNUMX月XNUMX日、彼は青酸カリの摂取により死亡した。 その優秀な研究者は、自分は科学者として失敗したという強迫観念に取り憑かれていた。 ナイロンの開発費は 6 万ドルで、他の公共製品よりも高額です。 (比較のために、米国はテレビの開発に 2,5 万ドルを費やしました。) ナイロンは外観的には天然シルクに似ており、化学構造も天然シルクに似ています。 ただし、機械的強度の点では、ナイロン繊維はビスコースシルクより約 XNUMX 倍優れており、天然シルクはほぼ XNUMX 倍の強度があります。 デュポンは長年、ナイロン製造プロセスの秘密を厳重に守ってきました。 そして、そのために必要な道具も自分で作りました。 従業員と商品の卸売り業者はいずれも、「ナイロンの秘密」に関する機密保持契約に署名する必要があった。 最初に市場に出た商品はナイロン毛の歯ブラシでした。 生産は 1938 年に始まりました。 ナイロン ストッキングは 1939 年 1940 月に実演され、15 年初頭にはウィルミントンでナイロン繊維が生産され、編み工場がストッキングを製造するためにそれを購入しました。 商社間の相互協定のおかげで、1940 年 XNUMX 月 XNUMX 日の同じ日に、競合メーカーのストッキングが市場に登場しました。 ナイロン製品の大量生産が始まったのは、第二次世界大戦後の 1946 年です。 それ以来、他の多くのポリアミド (ナイロン、パーロンなど) が登場しましたが、ナイロンは依然として繊維産業で広く使用されています。 1939 年の世界のナイロン生産量がわずか 180 トンだった場合、1953 年には 110 万トンに達しました。 前世紀の 50 年代、小型および中トン数の船舶用の船翼プロペラはナイロン プラスチックで作られていました。 40 世紀の 50 ～ 1 年代。 他の合成ポリアミド繊維も登場しました。 したがって、ソ連ではナイロンが最も一般的でした。 コールタールから製造される安価なフェノールは、その製造の原料として使用されます。 0,5トンのフェノールから約20トンの樹脂が得られ、そこから25万〜XNUMX万XNUMX千足のストッキングを作るのに十分な量のナイロンを作ることができます。 カプロンは石油製品からも得られます。 1953年にソ連で世界で初めてエチレンと四塩化炭素の重合反応がパイロットスケールで実施され、エナント繊維の工業生産のための初期製品が得られた。 その製造計画は、A. N. ネスメヤノフの指導の下、科学者チームによって開発されました。 基本的な物理的および機械的特性の点で、エナントは他の既知のポリアミド繊維に劣らないだけでなく、多くの点でナイロンやナイロンよりも優れていました。 50～60年代。 前世紀に、ポリエステルおよびポリアクリロニトリル合成繊維の生産が始まりました。 ポリエステル繊維はポリエチレン テレフタレートの溶融物から形成されます。 耐熱性に優れ、50℃でも180％の強度を保ち、耐火性、耐候性にも優れています。 溶剤や害虫 (蛾、カビなど) に対する耐性があります。 ポリエステル繊維糸は、コンベア ベルト、駆動ベルト、ロープ、帆、漁網、ホースの製造、およびタイヤのベースとして使用されます。 モノフィラメントは抄紙機のネットやラケットのストリングの製造に使用されます。 繊維産業では、ポリエステル繊維の糸がニットウェアや布地などの製造に使用されます。ポリエステル繊維にはラブサンが含まれます。 ポリアクリロニトリル繊維はウールと性質が似ています。 酸、アルカリ、溶剤に対して耐性があります。 アウター、カーペット、スーツの生地などに使用されます。 綿およびビスコース繊維と混合されたポリアクリロニトリル繊維は、リネン、カーテン、防水シートの製造に使用されます。 ソ連では、これらの繊維はニトロンという商品名で製造されていました。 多くの合成繊維は、ポリマーの溶融物または溶液を直径 50 ～ 500 マイクロメートルの紡糸口金を通して冷気室に押し込むことによって製造され、そこでストランドが凝固して繊維になります。 連続的に形成された糸はボビンに巻き取られます。 アセテート繊維の硬化は溶媒を蒸発させるための熱風環境で発生し、ビスコース繊維の硬化は特殊な液体試薬を使用した沈殿浴で発生します。 形成中にボビン上で繊維を引き伸ばすことは、鎖状ポリマー分子がより明確な順序を確実にとるようにするために使用されます。 繊維の特性は、押出速度、浴内の物質の組成と濃度の変更、紡糸溶液、浴または空気室の温度の変更、紡糸口金の開口部のサイズの変更など、さまざまな方法によって影響を受けます。 繊維の強度特性の重要な特性は、繊維自体の重力の影響下で繊維が破断する破断長さです。 天然綿繊維の場合は5〜10 km、アセテートシルク - 12〜14、天然繊維 - 30〜35、ビスコース繊維 - 最大50 kmです。 ポリエステルとポリアミドから作られた繊維は優れた強度を持っています。 たとえば、ナイロンの破断長さは最大 80 km です。 多くの分野で合成繊維が天然繊維に取って代わりました。 総生産量はほぼ同等です。 著者: Pristinsky V.L.
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