Di cosa è fatto il filo di poliammide?

Il filo di poliammide, una pietra miliare del moderno paesaggio tessile e materiale industriale, è stata una scoperta rivoluzionaria sin dal suo inizio. Ampiamente riconosciuto per la sua resistenza, durata e versatilità, il filo di poliammide ha trovato applicazioni in tutto, dall'abbigliamento sportivo ad alte prestazioni a corde industriali e dispositivi medici pesanti. Per apprezzare appieno le sue proprietà e il potenziale, è essenziale comprenderne la composizione e le materie prime che vanno nella sua produzione.

Origini petrolchimiche

I mattoni del petrolio

Filato di poliammideè principalmente derivato da petrolchimici. Il petrolio, una complessa miscela di idrocarburi, funge da fonte fondamentale per i monomeri utilizzati nella sintesi di poliammide. Il processo di raffinazione del petrolio abbatte gli idrocarburi a catena lunga in componenti più piccoli e più gestibili. Tra questi, alcuni composti come benzene, toluene e xilene sono di particolare importanza per la produzione di poliammide.

Il benzene, ad esempio, è un materiale di partenza chiave. Attraverso una serie di reazioni chimiche, il benzene può essere trasformato in cicloesano. Questa conversione si ottiene spesso attraverso un processo di idrogenazione, in cui l'idrogeno viene aggiunto al benzene in presenza di un catalizzatore. Il cicloesano risultante viene quindi ulteriormente elaborato per ottenere acido adipico, uno dei monomeri cruciali per la poliammide 6,6.

Produzione di monomeri

Produzione di acido adipico

L'acido adipico viene prodotto su larga scala attraverso l'ossidazione del cicloesano. In un tipico processo industriale, il cicloesano viene prima ossidato con aria in presenza di un catalizzatore, di solito un catalizzatore a base di cobalto. Questa reazione di ossidazione provoca la formazione di cicloesanolo e cicloesanone, che vengono quindi ulteriormente ossidati in acido adipico. La reazione può essere rappresentata come segue:

La produzione di acido adipico richiede un attento controllo delle condizioni di reazione, tra cui temperatura, pressione e rapporto tra reagenti, per ottenere rese elevate e purezza.

Produzione di diamines

Per la poliammide 6,6, l'altro monomero essenziale è esametilenediamina. Questa diammina è in genere prodotta da adiponitrile, che può essere sintetizzata dal butadiene, un altro derivato petrolchimico. Il butadiene reagisce con l'idrogeno cianuro in un processo noto come idrocyanazione per formare adiponitrile. L'Adiponitrile viene quindi idrogenato per produrre esametilendiammina. Le reazioni chimiche sono le seguenti:

La tabella seguente riassume i monomeri derivati ​​da petrolchimico chiave e le loro rotte di produzione per poliammide 6,6:

Monomero	Iniziare petrolchimico	Passaggi di produzione chiave
Acido adipico	Benzene (via cicloesano)	Ossidazione del cicloesano a cicloesanolo/cicloesanone, seguita da ulteriore ossidazione all'acido adipico
Esametilenediamina	Butadiene (via adiponitrile)	Idrocyanazione del butadiene in adiponitrile, allora idrogenazione di adiponitrile

 

 

Poliammide 6 - una fonte monomer diversa

Caprolattam come monomero

La poliammide 6 ha una fonte monomerica diversa rispetto alla poliammide 6,6. È prodotto da Caprolact. Il caprolattam può essere sintetizzato dal cicloesanone, che, come menzionato in precedenza, è un intermedio nella produzione di acido adipico. Il cicloesanone viene prima convertito in cycloesanone ossime attraverso una reazione con idrossilammina. Il cicloesanone ossime subisce quindi una reazione di riarrangiamento, nota come riarrangiamento di Beckmann, in presenza di un catalizzatore acido per formare caprolattam. Le reazioni chimiche sono le seguenti:

Una volta ottenuto il caprolattam, può essere polimerizzato per formare la poliammide 6. Il processo di polimerizzazione prevede l'apertura dell'anello di lattam e la formazione di polimeri a catena lunga. Ciò può essere ottenuto attraverso una reazione di polimerizzazione di apertura ad anello, di solito eseguita a temperature elevate in presenza di un catalizzatore.

Confronto con la poliammide 6,6

La tabella seguente confronta le fonti di monomero e alcune proprietà di base della poliammide 6 e della poliammide 6,6:

Tipo di poliammide	Fonte monomer	Proprietà generali
Poliammide 6	Caprolattam	Buona resistenza all'usura, elevata elasticità, assorbimento di umidità relativamente veloce
Poliammide 6,6	Acido adipico ed esametilendiammina	Punto di fusione più elevato, migliore resistenza chimica in alcuni casi, eccellente resistenza alla trazione

 

Additivi e il loro ruolo nella composizione del filo di poliammide

Stabilizzatori

Per migliorare la stabilità del filo di poliammide durante l'elaborazione e alla fine delle applicazioni, vengono aggiunti vari stabilizzatori. Gli stabilizzatori di calore, come alcuni sali di metallo e antiossidanti, vengono utilizzati per prevenire la degradazione del polimero di poliammide durante l'elaborazione ad alta temperatura, come la rotazione. Gli stabilizzatori ultravioletti (UV) vengono aggiunti per proteggere il filo di poliammide dagli effetti dannosi della luce solare. Le radiazioni UV possono causare scissione a catena nel polimero, portando a una riduzione delle proprietà meccaniche. Aggiungendo stabilizzatori UV, il filo può mantenere la sua integrità se esposto a condizioni esterne.

Lubrificanti

I lubrificanti svolgono un ruolo cruciale nel processo di produzione del filo di poliammide. Durante la rotazione, la fusione polimerica deve fluire senza intoppi attraverso le fili. I lubrificanti riducono l'attrito tra il polimero e le pareti di filatore, garantendo un'estrusione costante e uniforme del filo. Inoltre, i lubrificanti possono migliorare la morbidezza superficiale del filo, il che è benefico per ulteriori fasi di elaborazione come tessitura o maglia. I lubrificanti comuni utilizzati nella produzione di filati di poliammide comprendono esteri e cere di acidi grassi.

Pigmenti e coloranti

Per il filo di poliammide colorato, vengono aggiunti pigmenti o coloranti. I pigmenti sono coloranti insolubili che sono dispersi nella matrice polimerica. Forniscono un'eccellente sfregamento di colori e sono spesso utilizzati per applicazioni in cui è richiesto il colore ad alta durata, ad esempio nei tessuti esterni. I coloranti, d'altra parte, sono solubili nel polimero o in un solvente e possono penetrare nella struttura della fibra. Sono comunemente usati per produrre colori vibranti e uniformi nelle applicazioni tessili. La scelta tra pigmenti e coloranti dipende da fattori come l'intensità del colore desiderata, i requisiti di sottrazione e il metodo di elaborazione del filo di poliammide.

Ritardanti di fiamma

Nelle applicazioni in cui la sicurezza antincendio è una preoccupazione, come nell'abbigliamento industriale e nell'arredamento per la casa, i ritardanti di fiamma vengono aggiunti al filo di poliammide. I ritardanti di fiamma funzionano interferendo con il processo di combustione del polimero. Possono agire in diversi modi, come la formazione di uno strato di carbone protettivo sulla superficie del filo, rilasciando gas non infiammabili per diluire l'ossigeno attorno al materiale in fiamme o inibire le reazioni radicali libere che si verificano durante la combustione. I ritardanti di fiamma comuni utilizzati nel filo di poliammide comprendono composti a base di alogeni, composti a base di fosforo e idrossidi metallici. Tuttavia, a causa delle preoccupazioni ambientali e di salute associate ad alcuni ritardanti di fiamma a base di alogeni, c'è una tendenza in crescita verso l'utilizzo di alternative più ecologiche, come ritardanti di fiamma a base di fosforo.

 

Riciclaggio e fonti sostenibili

Filato di poliammide di riciclaggio

Con la crescente attenzione alla sostenibilità, il riciclaggio del filo di poliammide ha guadagnato un'importanza significativa. I prodotti in poliammide dei consumatori, come indumenti usati e rifiuti industriali, possono essere riciclati per produrre un nuovo filo di poliammide. Il processo di riciclaggio prevede in genere metodi meccanici e chimici. Nel riciclaggio meccanico, i prodotti di poliammide vengono tritati, puliti e fusi per formare pellet che possono essere ri -estrusi in filo. Il riciclaggio chimico, d'altra parte, prevede la scomparsa del polimero di poliammide nei suoi monomeri o oligomeri attraverso processi come l'idrolisi o l'aminolisi. Questi monomeri possono quindi essere purificati e utilizzati per sintetizzare la nuova poliammide.

Materie prime sostenibili

Oltre al riciclaggio, vengono compiuti sforzi per sviluppare materie prime sostenibili per la produzione di filati di poliammide. Un approccio è usare monomeri basati su bio. Ad esempio, ci sono continui sforzi di ricerca e sviluppo per produrre acido adipico da risorse rinnovabili come la biomassa. Alcune aziende stanno esplorando l'uso di microrganismi per fermentare gli zuccheri derivati ​​dalle piante in acido adipico. Allo stesso modo, ci sono tentativi di produrre diamine da fonti a base biologica. Utilizzando le materie prime sostenibili, l'impatto ambientale della produzione di filati di poliammide può essere significativamente ridotto, rendendolo un'opzione più ecologica a lungo termine.

 

Conclusione

Il filo di poliammide è realizzato da una combinazione di monomeri derivati ​​petrolchimici, additivi e in alcuni casi, materiali riciclati o materie prime sostenibili. I complessi processi di sintesi, a partire dalla raffinazione del petrolio alla produzione di monomeri specifici e all'aggiunta di vari additivi, si traducono in un materiale versatile con una vasta gamma di proprietà. Comprendere la composizione del filo di poliammide non è solo cruciale per i produttori di ottimizzare i processi di produzione e le prestazioni del prodotto, ma anche per i consumatori e le industrie per prendere decisioni informate sul suo utilizzo. Mentre l'industria continua a evolversi verso pratiche più sostenibili, lo sviluppo di nuove fonti di monomer e tecnologie di riciclaggio svolgerà un ruolo sempre più importante nel futuro della produzione di filati di poliammide.