Chemická vlákna Odívání Chemická vlákna, „umělá“ ❖ z přírodních polymerů • z buničiny viskózová, acetátová, měďnatá nebo měďnato-amoniakální základem čistá celulóza (dělení podle typů použitého rozpouštědla) • z živočišných bílkovin kaseinová, fibroinová, kolagenová, keratinová • z rostlinných bílkovin arašídová, sójová • z biomasy (současnost) kyselina mléčná (polymléčná) ❖ ze syntetických polymerů • polyamidová • polyesterová • polyuretanová • polyethylenová • polyprolylenová • polyakrylonitrolová • polyvinylchloridová • polyvinylalkoholová https://dk.upce.cz/bitstream/handle/10195/73927/HlobilovaK_MetodyIdentifikace_MC_2019.pdf?sequence=1&isAllowed=y Mikroskopická charakteristika některých vláken Porovnání vlákna tradiční vlny, vlákna Icebreaker merina a syntetického materiálu (Icebreaker, 2011) Názvy, označení • C • H • O • N • Ag • Cu • S • Si ▪ Dusík ▪ Vodík ▪ Síra ▪ Křemík ▪ Uhlík ▪ Kyslík ▪ Stříbro ▪ Měď Chemická vlákna • Základem výroby je monomer, který je reakcemi polymerizován • Monomer = základní stavební jednotka, výchozí látka • Polymer, polymerační reakce (polymerace, polykondenzace, polyadice) • Makromolekulární látky Polymerace Polykondenzace • monomery reagují za tvorby produktu, uvolňuje se vedlejší produkt (např. voda) • ze dvou monomerů nejprve vznikne dimer, dále trimer, atd. Postupně spojováním monomerů vzniká polymer. • výr. polyesterů (PES), polyamidů (PAD) Polyadice • Reagují dva různé monomery, každý má nejméně 2 různé funkční skupiny • Jeden z monomerů musí obsahovat proton, který může uvolnit ze své funkční skupiny (např. OH skupina) • Nevzniká vedlejší produkt I. Chemická vlákna z přírodních polymerů ➢ vyrobená z přírodního polymeru • např. viskóza, acetátová vlákna, měďnatá vlákna a další jsou vyráběna z přírodních rostlinných surovin • r egenerovaná celulóza – vlákna využívající jako základní stavební jednotku celulózu (nejdříve se musí depolymerovat) ➢ vyrobená ze syntetických polymerů • vlákna se vyrábí ve formě nekonečných vláken, tzv. monofilů (jedno nekonečné vlákno) nebo multifilů (několik nekonečných vláken) • z monomerů vznikají polymery A. Celulóza • hlavní stavební látka buněčných stěn rostlin • nejrozšířenější biopolymerem na zemském povrchu • polysacharid, makromolekulární látka • monomer (základní jednotka polysacharidu) glukóza (β-D-glukopyranóza) • jednotlivé glukózové jednotky jsou spojené glykosidovou vazbou -1,4 a tvoří dlouhé, nerozvětvené řetězce, nerozpustné ve vodě • mer • celulóza Příprava celulózy • Pokusy s celulózou • Polovina 19. století – objev nitrocelulózy (působení kys. dusičné na celulózu - s kys. sírovou nebo fosforečnou) • 1855 Alexander Parsek, objev nitrátu celulózy, první umělý plast – umělá slonovina • 1884 Hilaire de Chardonnet poprvé vyrobil textilní vlákno (francouzský patent) a začal vlákno průmyslově vyrábět • 20. století - několik druhů modifikovaných viskózových vláken Zajímavosti: • Celuloid - termoplast vyrobený reakcí nitrocelulózy a kafru • Celuloid byl poprvé připraven Alexandrem Parkensem roku 1856. Od té doby pro něj bylo dlouho hledáno upotřebení. • John Wesley Hyatt – výr. kulečníkových koulí (místo drahé slonoviny) • Koncem 80. let 19. století se začal používat na výrobu fotografických filmů. • Poč. 20. století se začal používat masově pro předměty denní potřeby: hřebeny, obruby brýlí, rukojeti kartáčků (štětiny nejdříve prasečí, později nylonové) , Výroba celulózy • Rozpuštění přírodní celulózy v NaOH (org. látka nabobtnává) – vznik xantogenátu celulózy , žlutohnědý roztok celulózy • Filtrace • Srážení v kyselém prostředí kyseliny sírové a síranu zinečnatého – vznik textilního vlákna (trysky), nebo přes štěrbinu (vznik celofánu) • Zjemňování vláken, upravování • Vznik modifikovaných vláken (např. lyocell) • Výroba 1 t viskózových vláken – spotřeba cca 3 t dřeva • Buková celulóza – vlákna modal, lyocell https://www.sartor.cz/clanek/13/mnoho-tvari-viskozy/ základní Příklady výrobků VISKÓZA • surovina pro výrobu viskózy je celulóza • přírodní polymer, organická sloučenina s molekulovým řetězcem • celulóza obsažena v buněčných stěnách každé rostliny, k rentabilní výrobě viskózy se však hodí jen určité druhy dřeva • především buk nebo smrk, které obsahují např. 40 a více % celulózy • získává se regenerací celulózy • od 20. století první viskózová vlákna - náhrada za přírodní hedvábí (umělé hedvábí) a později za bavlnu a vlnu Vlastnosti: • Příjemné na omak • Dobrá savost • Nemačkavost • Při vyšších teplotách se však snadno sráží a nejsou odolné proti biologickým vlivům. Neobvyklé modifikace použití • Výroba celulózy bakteriemi - oblečení • https://www.youtube.com/watch?v=3p3-vl9VFYU Viskózové vlákna (CV) • příměs do lněných látek jako příměs, je výrazně levnější než len, zlepšuje vlastnosti hrubších lněných látek (jsou pak měkčí, příjemnější na omak) • vlákna namočením slábnou (na rozdíl od bavlny). Častým praním se viskózové oblečení ničí, je lepší dát vyčistit, nesmí se ždímat (jen vymačkat) a sušit pověšené • žehlení pouze vlažnou žehličku Měďnatá vlákna (CUP - cupro) resp. měďnatoamoniakální • 1857 Sweitzer rozpuštění celulózy • rozpuštění celulózy v amoniakálním roztoku Cu(OH)2 • 1890 výroba textilního vlákna • 1892 uhlíkové vlákno do žárovek • 1899 výroba měďnatého hedvábí • Pro výrobu textilních vláken důležité vysoce čistá celulóza (bavlna) Acetát (CA) • vyroben v roce 1869 • ke komerční produkci později, až když bylo objeveno vhodné rozpouštědlo (aceton) • nejprve uplatnění při výrobě letadel k zesílení křídel a trupu • po první světové válce využití jako textilní vlákno • třpytivé a hedvábné látky, stuhy a lemovky • jemná a příjemná vlákna Acetátová vlákna (acetát celulózy) • deriváty celulózy • rozpuštění celulózy v NaOH – vznik xantogenátu celulózy , žlutohnědý roztok celulózy • filtrace • srážení v kyselém prostředí směsí anhydridu kyseliny octové (s kys. sírovou )– vznik textilního vlákna • s těkavým rozpouštědlem, acetonem prochází vlákenná hmota spřádací tryskou, po průchodu spřádací tryskou se aceton vypaří • typy vláken: diacetátová a triacetátová • nákladná výroba . Lyocell (CLY) • celulózové vlákno; vlákno nové generace • velmi příjemný materiál podobný viskóze lepší prodyšnost, pevnost, chladivý v létě, udržuje stálou teplotu těla. Lesklý, necitlivý k mikroorganismům Tencel • Obdobné vlastnosti jako lyocell • Vyráběný ze dřeva eukalyptu Modal (CMD) • celulózové vlákno Modal • 100% celulóza z bukového dřeva • 70. letech minulého století - Japonsko • Vlákno s leskem • Přírodní materiál vyrobený na bázi regenerované celulózy • Bukové dřevo rozdrcené na třísky se vaří se sulfidy a vodou. Vzniklá kaše se procedí přes síto do vlažnější vody a tím se vytvoří „nudle“, které se natahují a dále čistí od chemikálií • Připomíná na omak bavlnu, ale je hladší, pružnější praktičtější – netvoří se žmolky; snadná údržba; • Nedoporučuje se žehlit • O 50 % více odvádí vlhkost od těla něž bavlna Další vlákna z přírodních polymerů Alginátová vlákna • se získávají z mořských řas • poměrně málo pevná a tažná • nehořlavá • zpevňující materiál pro lehčí textilie a na výrobu dekoračních textilií. Bílkovinná vlákna • z rostlinných bílkovin zpracováním kukuřice (zeinová vlákna), sójových bobů (sójová vlákna), podzemnice olejné (arašídová vlákna) a obilných plev. • z živočišných bílkovin jsou výchozí surovinou např. mléčná bílkovina (kaseinová vlákna), bílkovina z odpadů přírodního hedvábí, keratin z odpadů vlny a srsti • mají vlněný omak a dobrou tepelně izolační schopnost. • nevýhodou malá tažnost a pevnost. • příměs do vlny při zpracování na textilie Pryžová vlákna • kaučuková neboli pryžová vlákna se vyrábějí vulkanizací přírodního kaučuku • výroba pružných popruhů, textilních provazců, pruženek a elastického zboží Kyselina polymléčná • Biologicky odbouratelná • Vlákna vyráběna ze zem. produktů (kukuřičný škrob) • Vlákna jemná, elastická, příjemná na dotek • V plamenu samozháší • Odolná vůči kyselinám, ne zásadám B. Chemická vlákna ze syntetických polymerů • polyamidová • polyesterová • polyuretanová • polyethylenová • polyprolylenová • polyakrylonitrolová • polyvinylchloridová • polyvinylalkoholová a) Polyamidová vlákna (PAD) • charakteristická funkční skupina (-NH-CO-) • základní řetězec – peptidické vazby, proto jsou také často označovány jako polyamidy • průřez vláken je kruhový a povrch hladký • vznik polykondenzací POLYAMID • Výchozí materiál je ropa • Vlastnosti: Vysoká pevnost za sucha i za mokra. Vysoká odolnost v oděru. Vysoká pružnost. Možnost trvalého plisování. Vysoká biologická odolnost. Stálost vůči chemickým činidlům, hlavně alkáliím. Nízká specifická váha. Velmi snadné udržování (praní, sušení). Nepříjemný studený omak hladkého hedvábí (odstraňuje se tvarováním vlákna). Vznik statické elektřiny při výrobě i použití (ruší se antistatickými preparacemi). Velmi dobrá barvitelnost závisí na typu vlákna. Hlavní použití polyamidů https://chemistry.ujep.cz/userfiles/files/POLYAMIDY07022013.p NYLON POLYAMID 6,6 (66) • vzniká polykondenzací reakcí 1,6-hexamethylendiaminu s 1,6hexandikarboxylovou kyselinou (kyselina adipová) • název odvozen od jmen největších měst USA a Velké Británie, NY (New York), LON (London) • pozdější vysvětlení: koncovka "-on" od anglického výrazu pro bavlnu (cotton) a "nyl-" byl náhodný libozvučný shluk písmen • i jiné vysvětlení názvu – nadávka. Po přihlášení patentu v roce 1935 se vynázce Wallace Hume Carothers dozvěděl, že Japonci hrozí zablokovat dovoz čínského hedvábí do USA. Údajně prý rozhořčen zvolal „Now You, LOusy Nippon!“(Teď uvidíte, všiví Japončíci!) • po napadení Pearl Harboru nahradil drahé japonské hedvábí - název z prvních písmen slov ve větě "Now You've Lost, Old Nippon" (Teď jsi v koncích, staré Japonsko) • převratná látka – textilní průmysl i jiné obory NYLON POLYAMID 6,6 • 40. léta 20. století • Zubní kartáčky - štětiny • Nylonky • Výroba padáků NYLON POLYAMID 6,6 PAD v Československu • WINOP - vynálezce Otto Wichterle, Alois Novotný, Jiří Procházka – Zlín, Baťovy závody (obava, aby nedostali Němci, pak komunisté) • Reakce na objev amerického nylonu • 40. léta 20. století – vlákna první generace (zatrhávání vláken) • První punčochy se pletly naplocho, byly složeny z několika dílů – švy + podvazkový pás; vyztužení na patě • Po 2. SV – málo oblečení. Boom - silonové – neprodyšné, pocení. SILON ČESKÝ POLYAMID 6 • Starší americká verze nylonu 66 • Obdobná struktura, jiné vlastnosti • Silon - název Vítězslav Nezval; sil (silný polymer) + on (nyl-on) • nejvíce používaný polyamid - dobrá dostupnost suroviny (kaprolaktamu) • široká škála aplikací, jednoduchá a levná výroba Kaprolaktam amid kys. hexanové (kapronové) Polytetrafluorethylen (PTFE) • Roy Plunkett 1938 ve společnosti DuPont vynalez polytetrafluoretylen. První uplatnění jako antikorozní materiál při výrobě americké atomové bomby. Výstup na Měsíci 1969 - skafandr • Odvozený od fluorovaného ethylenu • Nehořlavý (průmysl, kuchyňské potřeby) • Vodoodpudivý – aplikací teflonu na textilní vlákno – kapalina zůstává na povrchu ve formě kuliček) • Velké uplatnění na trhu • Názvy: Tefon, Gore-Tex ❖ Zdravotní rizika: při teplotě nad 200 stupňů C, nad 260 vysoká pravděpodobnost - vznik fluorovaných plynů sublimujících do prostředí - Výpary mohou způsobovat symptomy „horečky polymerového kouře“ b) Polyesterová vlákna (PES) • Přírodní PES (1830) • Druhé nejpoužívanější syntetické vlákno na světě • Výroba r. 1941 • Odolnější proti slunečnímu záření více než polyamidová vlákna • Malá navlhavost – rychlé sušení, omak a lesk podobný přírodnímu hedvábí • Textilní průmysl – mísení s jinými vlákny • Směs s bavlněnými vlákny – výr. košilí, sukní, šatů apod. • Směs s vlnou - obleky, šaty, kalhoty • „hedvábí“ - kravaty • Dutá PES vlákna – analogie peří, • Nejjemnější PES = mikrovlákno; ¼ šířky vlákna bavlny • Z PES polyethyltereftalát PET – dále PTFE • Výroba z ropy; polykondenzace Polyethylentereftalát (polyester) Methylester kyseliny mravenčíObecný vzorec esteru Mikrovlákno polyester Polyethylentereftalát (PET) • Nemačkavá vlákna s malou navlhavostí • Dobře se recykluje c) Polyethylenová vlákna (PE) • Podkladové tkaniny na levné koberce • Umělé trávníky, dekorační tkaniny • Netkané textilie • Lana, šňůry, nitě s vynikající pevností • Pleteniny – pracovní rukavice na ochranu proti pořezání • Všívané textilie – umělé trávníky pro některé druhy sportu c) Polypropylenová vlákna (PP) • vlákna lehká, pevná, odolná vůči oděru • snadno se udržují (obtížně váží nečistoty) • oblečení (chladivý efekt) • odolná vůči bakteriím, plísním • antialergenní • s ionty stříbra (redukují tělesné pachy a udržují biologickou rovnováhu pokožky) • podlahové krytiny, lana, příměsi do betonu aj. d) Polyuretanová vlákna (PU; PUR) • vlákna – sportovní oděvy • sportovní kombinézy pro plavce, pleny apod. • lehčené výroby – lehké, ale pevné a pružné • elastan • obchodní značka např. Molitan (Gumotex Břeclav) • také lepidla d) Polyuretanová vlákna (PU; PUR) polymery s uretanovou vazbou O R N C O R H použití: gumy, barvy, vlákna, lepidla, pěny výroba: polyadicí alkoholů na izokyanáty N C O R O + H R N C O R O H R izokyanát alkohol uretan ELASTICKÁ VLÁKNA • Elastická vlákna jsou definována jako vlákna, která se dají natáhnout na nejméně trojnásobnou délku a po uvolnění tahu se vrátí na (téměř) původní rozměr. KEVLAR® • syntetické para-amidové lehké • pružná vlákna, odolná proti prořezu a vysokým teplotám. NOMEX® • syntetické aramidové (AR omatický polyAMID) • žáruvzdorné vlákno obsahující minimálně 5 % Kevlaru a patentovaná antistatická vlákna • oděvy s obsahem tohoto vlákna jsou navíc odolná proti oděru, průmyslovým olejům, rozpouštědlům a chemikáliím a neztrácí vlastní vlhkost ani ve velmi suchém prostředí • vhodný pro výrobu oděvů pro hasiče CORDURA® - registrovaný název pro Nylon 66 - jedna z nejpevnějších látek - extrémně odolná proti oděru a propíchnutí, vlákna jsou potažená polyuretanem a ošetřená pro maximální voděodpudivost - vhodný pro výrobu oděvů a vybavení pro myslivce, batohů, zavazadel, cyklistické obuvi nebo zimních sportovních a pracovních oděvů. SPANDEX® Elastan, Lycra • syntetické polymerické vlákno • vždy se mísí s přírodními materiály (bavlna, vlna nebo hedvábí) • vynikající elasticitu, oděvy z materiálu s tímto vláknem jsou pevné, pohodlné, odolné oděru a nemačkají se SOFTSHELL • voděodolnost, odolnost proti větru a zároveň teplo fleecu • Dříve převážně mat. outdoorových aktivit • nahrazuje v některých neextrémních podmínkách takzvaný cibulový princip oblékání - více vrstev obsažených v jednom kuse oblečení. FUNKČNÍ MATERIÁL • mnoho druhů • v posledních letech získal velkou oblibu • odvádí pot směrem od těla pomocí speciálních vláken, na okraji oblečení se pak pot z těchto vláken vypařuje a udržuje tělo v suchu • prodyšné; lehké; odvádí pot • pracuje jako systém