Nylon
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Il nylon è una famiglia di polimeri sintetici, il cui capostipite - il nylon 6,6 - fu messo a punto il 28 febbraio 1935 da Wallace Carothers alla DuPont di Wilmington, Delaware (USA).
I nylon sono usati soprattutto come fibra tessile e per produrre piccoli manufatti.
- Nylon 6,6: è il prodotto della polimerizzazione per condensazione di esametilendiammina e acido adipico; è il nylon per antonomasia ed è il più diffuso.
- Nylon 6: è il prodotto della polimerizzazione per condensazione del caprolattame.
Dopo lo sviluppo del nylon 6,6 e del nylon 6 sono stati molti i tentativi di polimerizzazione tra un diacido e una diammia ed il termine Nylon è passato ad indicare tutta la famiglia di specie macromolecoari. In particolare i numeri che seguono il nome indicano rispettivamente il numero di atomi di carbonio proveniente dal diacido e il numero di carboni provenienti dalla diammina. Così può esitere il Nylon 6,7; nylon 8,10 ecc. Se il numero che segue è singolo allora vuol dire che la catena deriva dalla polimerizzazione di una specie che contiene un acido carbossilico e una ammina sullo scheletro carbonioso.
I nylon più diffusi industrialmente sono i già ben noti nylon 6,6, nylon 6 e nylon 12.
Dal punto di vista chimico sono poliammidi e la loro sintesi è una polimerizzazione per condensazione.
Nelle poliammidi i numerosi legami a idrogeno intra- e inter-molecolari dovuti alla presenza di gruppi CONH danno origine ad intense forze di coesione che, unitamente alla regolarità delle catene, portano ad avere notevoli percentuali di cristallinità. Ciò conferisce al materiale ottime caratteristiche meccaniche: elevato modulo elastico, durezza e resistenza all’abrasione. Il punto di fusione è generalmente elevato: 220°C per il Ny-6, 262/264°C per il 6,6 e 174°C per il Ny-12. La transizione vetrosa si osserva attorno ai 50°C per il Ny-6 e a 37°C per il Ny-12.
I gruppi ammidici polari, oltre a rendere le poliammidi piuttosto igroscopiche, migliorano notevolmente anche la resistenza all’urto del materiale. Questo è possibile poiché le molecole d’acqua assorbite agiscono da plastificante aumentando la tenacità.
Una classe particolare di nylon speciali, detti poliaramidi è ottenuta da diammine aromatiche e acidi aromatici. I più conosciuti sono il Nomex ed il Kevlar.
Il Nomex deriva dalla policondensazione dell'acido isoftalico e della m-fenilendiammina. Presenta una grossa capacità antifiamma e viene usato per la realizzazione delle tute dei Vigili del Fuoco.
Il Kevlar deriva dalla policondensazione dell'acido tereftalico e della p-fenilendiammina. La sua caratteristica principale è la grossa resistenza alle trazioni e agli urti. Viene usato in svariati campi, dalle corde per gli alpinisti ai giubbotti antiproiettile.
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[modifica] Nome
Nel 1940 John W. Eckelberry della DuPont dichiarò che le lettere "nyl" furono scelte a caso ed il suffisso "-on" fu adottato perché già presente in nomi di altre fibre (cotone, in inglese cotton, e rayon). Una successiva pubblicazione della DuPont (Context, vol. 7, no. 2, 1978) spiegò che il nome scelto inizialmente fu "no-run", dove "run" assumeva il significato di "unravel", "disfarsi", e che fu modificato per migliorarne il suono ed evitare potenziali reclami.
Una leggenda urbana vuole che nylon altro non sia che l'acronimo di: Now You Lose Old Nippon. Questo perché in seguito agli avvenimenti della Seconda guerra mondiale il Giappone impedì l'importazione di seta dalla Cina che serviva agli Stati Uniti per tessere i paracadute dei soldati. A questo punto gli Stati Uniti si ingegnarono e crearono questo nuovo materiale sostitutivo dandogli appunto tale acronimo. Un'altra leggenda urbana vuole invece che il nome derivi da quelli di New York e Londra, ma nemmeno di questo si ha evidenza.
[modifica] Fibra
Secondo la definizione ISO, "la fibra poliammidica o nylon è una fibra formata da macromolecole lineari che presentano nella catena la ricorrenza di legami ammidici, di cui almeno l'85% sono uniti a gruppi alifatici o ciclo alifatici".
L'operazione di filatura è condotta a temperatura di 30-40°C superiori al punto di fusione del polimero; per evitare fenomeni di depolimerizzazione e di degradazione è importante che la massa abbia un contenuto di umidità non superiore allo 0,1%.
Le caratteristiche principali di questa fibra sono:
- ottima resistenza all'usura;
- elevato recupero elastico;
- facilità di tintura;
- buona solidità al colore;
- facilità di manutenzione.
Nonostante ciò va segnalato la sensibilità a diversi reagenti chimici (candeggianti e acidi minerali);la poca resistenza alle alte temperature (>100°C) e a particolari condizioni ambientali quali luce e atmosfere ricche di ossidi di azoto.
[modifica] Usi e impieghi della fibra
Se la fibra viene utilizzata in filo continuo, il campo principale d'impiego è quello delle calze da donna (collant). Inoltre viene molto usata per costumi da bagno, abbigliamento sportivo (tute da ciclista, giacche a vento), nel settore intimo (lingeria), borsetteria, ombrelli e fodere, arredamento e pavimentazione: con fili di diametro molto elevato.
Intorno agli anni 70 si diffuse un nuovo modo di completare la fase "tessile" della produzione del filo: anziché sottoporlo a torsione, si "volumizzò" il filo con un procedimento detto testurizzazione. Il filo così ottenuto acquista maggiore elasticità, permettendo la produzione di calze senza la cucitura, determinando così anche un cambiamento nella moda.
Se la fibra viene utilizzata in fiocco, cioè moltissime fibre tagliate corte e torte insieme per formare il filo, trova impiego soprattutto in mischia con altre fibre naturali (cotone, lana) e nel settore della calzetteria per uomo, nella maglieria, nei tessuti per tappeti (ma con diametri più consistenti) e nel settore dei tessuti per pavimentazione.
[modifica] Operazioni pretitoriali per il nylon
- Purga: serve per togliere impurezze (olii, colle, grassi, etc.) che derivano dalle altre lavorazioni. Viene fatta in ambiente basico in presenza di soda, con detergenti anionici o non ionici. In alternativa si può utilizzare un sapone a solvente per sciogliere i grassi presenti sulla fibra.
- Termofissaggio: Può essere fatto in ramososa o in siluro. Le fibre di nylon uscite dalla filiera presentano macromolecole disordinate. A seguito dello stiro, le macromolecole ruotano lungo l'asse di stiratura e vengono a formarsi legami casuali intercatena, che provocano una struttura tensionata facilmente gualcibile. Col termofissaggio si rompono a caldo i legami formatesi, e si fanno allineare le macromolecole. Raffreddando, si formano nuovi legami in modo perpendicolare, dando alla fibra una struttura meno tensionatata.
[modifica] Tintura
Il pH isoelettrico del nylon si trova attorno a 5,5 - 5,6. Nella tintura non si scende mai sotto pH 4,5 visto che provocherebbe danni alla struttura della fibra, sia perché ad un pH acido il nylon si degrada sia perché facendo entrare troppo colorante all'interno della fibra si provocano danni alla struttura cristallina della fibra. Inoltre sotto pH 3 si ha la cationizzazione del legame immidico, che porta ad un attacco del colorante anionico. In questo modo si aumenta l'esaurimento di colorante all'interno del bagno, ma è altresì vero che si tratta di legami deboli, che a seguito di un successivo lavaggio si romperebbero, riportando il colorante in bagno. Scendere sotto il pH 3, in definitiva porta alla creazione di legami deboli, abbassando la solidità della tintura.
I coloranti acidi con i quali si tinge il nylon sono divisi in due classi:
- Classe A: si tratta di coloranti con molecola molto piccola, poco affini e poco solidi, che danno una migliore ugualizzazione della tintura. Si tinge a pH 4,5-5.
- Classe B: sono coloranti con molecola più grossa, più affini e più solidi, ma che danno inevitabilmente una tintura meno ugualizzata. Si tinge a pH 6-7.
I coloranti acidi possono essere mono-bi o trisolfonici. I monosolfonici, essendo più leggeri, tendono a salire prima sulla fibra, in presenza di una terna di coloranti con un colorante monosolfonico e due coloranti trisolfonici, esiste il rischio che il colorante più veloce, salendo prima, saturi la fibra, non lasciandoo salire gli altri due. Per questo motivo è stata istituita una scala di compatibilità dei coloranti acidi sul nylon.
I coloranti con K=1 sono i più veloci, quelli con K=7 sono i più lenti. Usando una terna di coloranti occorre usare quelli con K e solidità il più possibile simili. La K non dipende dal bagno, dal pH o da ausiliari anionici o non ionici. Viene invece influenzata dall'uso di ausiliari cationici, per i quali è stata istituita una scala dei K*, che dipende dal pH di tintura.
Oltre alla tintura con coloranti acidi si può utilizzare la tintura con coloranti dispersi, premetallati 1:2 e premetallati 1.1 (i Neolan P permettono una tintura a pH meno acido).
[modifica] Tintura nelle miste
In una fibra mista lana-poliammide, il nylon tende a far salire prima il colorante e si satura molto meno rispetto alla lana. Se si deve tingere con tinte chiare si possono utilizzare dei composti ritardanti per il nylon, ovvero acidi solfonici che si legano al nylon ritardando la salita del colorante. Se, invece si deve tingere con toni più scuri l'unico modo è quello di tingere prima il nylon con coloranti dispersi e poi la lana con coloranti acidi.
Se si tratta di una fibra mista poliammide-cotone si tinge con coloranti premetallati 1.2 o di classe B il nylon, e poi, nello stesso bagno, il cotone con coloranti diretti.
[modifica] Post-trattamenti
Per aumentare la solidità all'acqua di mare o di piscina, al sudore e al lavaggio, a seguito di una tintura con coloranti acidi si possono utilizzare acidi arilsolfonici (nello stesso bagno se ho usato ausiliari anionici, in bagno diverso se ho utilizzato ausiliari cationici). In alternativa si utilizzano prodotti naturali (tannino e tartaroemetico) più costosi, ma migliori nei risultati.
[modifica] La danaratura e i decitex
Tradizionalmente il diametro del filo viene chiamata danaratura. La scala ora internazionalmente in uso si esprime con il peso in grammi di una matassina di 10.000 metri, detta decitex.
Nelle calze da donna ad una bassa "danaratura" corrisponde in genere una calza o un collant molto trasparente, ad una alta danaratura un effetto "riposante" o addirittura contenitivo.
Nel filo continuo, anche a parità di decitex, importa il numero delle bave. Un filo monobava è, ad esempio, quello usato per le canne da pesca.
[modifica] Gli stabilimenti in Italia
La Rhodiatoce (nata dalla fusione della Rhodiaceta con gli Stabilimenti Elettrochimici del Toce) producevano nylon 6.6 a Pallanza, in esclusiva fino a che è durato il brevetto Rhône-Poulenc, con il marchio commerciale nailon, che tuttavia era un così detto "marchio debole", perché troppo simile a nome comune del prodotto...
La Châtillon produceva filo nylon 6 a Ivrea e Vercelli. La Snia Viscosa produceva filo nylon 6 a Cesano e a Varedo (MI), nonché fiocco nylon 6 a Pisticci (Mt)
Negli anni '80 in un processo di razionalizzazione, l'intero settore del poliammide fu assegnato alla Montefibre, (nata dalla fusione di Rhodiatoce e Châtillon) che assorbì anche le produzioni della Snia, ma in breve l'intero comparto fu dismesso.
