El nailon es una familia de polímeros sintéticos con cadenas principales de amida , que generalmente unen grupos alifáticos o semiaromáticos .
Las medias de nailon son blancas o incoloras [1] [2] y suaves; algunos son parecidos a la seda . [3] Son termoplásticos , lo que significa que pueden procesarse por fusión en fibras, películas y diversas formas. [4] [5] [6] : 2 Las propiedades del nailon a menudo se modifican mezclándolos con una amplia variedad de aditivos.
Se conocen muchos tipos de nailon. Una familia, denominada nailon-XY, se deriva de diaminas y ácidos dicarboxílicos de longitudes de cadena de carbono X e Y, respectivamente. Un ejemplo importante es el nailon-6,6. Otra familia, denominada nailon-Z, se deriva de ácidos aminocarboxílicos con cadena de carbonos de longitud Z. Un ejemplo es el nailon-[6].
Los polímeros de nailon tienen importantes aplicaciones comerciales en tejidos y fibras (ropa, pisos y refuerzo de caucho), en formas (piezas moldeadas para automóviles, equipos eléctricos, etc.) y en películas (principalmente para envasado de alimentos ). [7]
Los investigadores de DuPont comenzaron a desarrollar fibras a base de celulosa, que culminaron en la fibra sintética rayón . La experiencia de DuPont con el rayón fue un precursor importante para el desarrollo y comercialización del nailon. [8] : 8, 64, 236
La invención del nailon 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 . [9] 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 prácticas aplicaciones". [8] : 92 El instructor de Harvard Wallace Hume Carothers fue contratado para dirigir el grupo de investigación de polímeros. Al principio se le permitió centrarse en la investigación pura, basándose en las teorías del químico alemán Hermann Staudinger y probándolas . [10] Tuvo mucho éxito, ya que la investigación que llevó a cabo mejoró enormemente el conocimiento de los polímeros y contribuyó a la ciencia. [11]
El nailon fue el primer polímero termoplástico sintético comercialmente exitoso . [12] DuPont comenzó su proyecto de investigación en 1927. [9] 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 . [13] [14] En respuesta al trabajo de Carothers, Paul Schlack en IG Farben desarrolló nailon 6 , una molécula diferente basada en caprolactama , el 29 de enero de 1938. [15] : 10 [16]
En la primavera de 1930, Carothers y su equipo ya habían sintetizado dos nuevos polímeros. Uno era el neopreno , un caucho sintético muy utilizado durante la Segunda Guerra Mundial. [17] La otra era una pasta blanca elástica pero fuerte que luego se convertiría en nailon. Después de estos descubrimientos, el equipo de Carothers se vio obligado a cambiar su investigación de un enfoque de investigación más puro que investigaba la polimerización general a un objetivo más práctico de encontrar "una combinación química que se prestara a aplicaciones industriales". [8] : 94
No fue hasta principios de 1935 que finalmente se produjo un polímero llamado "polímero 6-6". El compañero de trabajo de Carothers, el ex alumno de la Universidad de Washington, Julian W. Hill, había utilizado un método de estirado en frío para producir poliéster en 1930. [18] Carothers utilizó más tarde este método de estirado en frío en 1935 para desarrollar completamente el nailon. [19] El primer ejemplo de nailon (nylon 6.6) se produjo el 28 de febrero de 1935 en las instalaciones de investigación de DuPont en la Estación Experimental de DuPont. [13] Tenía todas las propiedades deseadas de elasticidad y resistencia. Sin embargo, también requirió un complejo proceso de fabricación que se convertiría en la base de la producción industrial en el futuro. DuPont obtuvo una patente para el polímero en septiembre de 1938 [20] y rápidamente logró el monopolio de la fibra. [11] Carothers murió 16 meses antes del anuncio del nailon, por lo que nunca pudo ver su éxito. [9]
El nailon se utilizó comercialmente por primera vez en un cepillo de dientes con cerdas de nailon en 1938, [5] [21] siguió de manera más famosa en medias de mujer o "nylons" que se exhibieron en la Feria Mundial de Nueva York de 1939 y se vendieron comercialmente por primera vez en 1940, [22] tras lo cual se convirtieron 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 desvió al ejército para su uso en paracaídas y cuerdas de paracaídas . Los usos del nailon y otros plásticos en tiempos de guerra aumentaron enormemente el mercado para los nuevos materiales. [23]
La producción de nailon requirió la colaboración interdepartamental entre 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 tuvieron que producirse mediante química de alta presión , la principal área de especialización del Departamento de Amoníaco. El nailon se consideró una "recompensa del cielo para el Departamento de Amoníaco", [8] que había atravesado dificultades financieras. Los reactivos del nailon pronto constituyeron la mitad de las ventas del Departamento de Amoníaco y les ayudaron a salir del período de la Gran Depresión creando empleos e ingresos en DuPont. [8]
El proyecto de nailon de DuPont demostró la importancia de la ingeniería química en la industria, ayudó a crear empleos y fomentó el avance de las técnicas de ingeniería química. De hecho, desarrolló una planta química que proporcionó 1800 puestos de trabajo y utilizó las últimas tecnologías de la época, que todavía se utilizan como modelo para las plantas químicas en la actualidad. [8] La capacidad de adquirir rápidamente un gran número de químicos e ingenieros fue una gran contribución al éxito del proyecto de nailon de DuPont. [8] : 100–101 La primera planta de nailon estuvo ubicada en Seaford, Delaware, y comenzó su producción comercial el 15 de diciembre de 1939. El 26 de octubre de 1995, la planta de Seaford fue designada Monumento Químico Histórico Nacional por la Sociedad Química Estadounidense . [25]
Una parte importante de la popularidad del nailon se debe a la estrategia de marketing de DuPont. DuPont promovió la fibra para aumentar la demanda antes de que el producto estuviera disponible en el mercado general. El anuncio comercial de Nylon se produjo el 27 de octubre de 1938, en la sesión final del "Foro sobre problemas actuales" anual del Herald Tribune , en el lugar de la próxima feria mundial de la ciudad de Nueva York. [10] [11] : 141 La "primera fibra textil orgánica hecha por el hombre" 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 entre la audiencia, muchas de ellas mujeres de clase media, y aparecieron en los titulares de la mayoría de los periódicos. [11] : 141 Nylon se presentó como parte de "El mundo del mañana" en la Feria Mundial de Nueva York de 1939 [26] y se presentó en el "Wonder World of Chemistry" de DuPont en la Exposición Internacional Golden Gate en San Francisco en 1939. [10] [27] Las medias de nailon reales no se enviaron a tiendas seleccionadas en el mercado nacional hasta el 15 de mayo de 1940. Sin embargo, antes de eso se lanzó a la venta un número limitado en Delaware. [11] : 145-146 La primera venta pública de medias de nailon se produjo el 24 de octubre de 1939 en Wilmington, Delaware. Había 4.000 pares de medias disponibles y todos se vendieron en tres horas. [10]
Otra ventaja añadida a la campaña fue que implicaba reducir las importaciones de seda del Japón, un argumento que se ganó a muchos clientes cautelosos. El nailon incluso fue mencionado por el gabinete del presidente Roosevelt , que abordó sus "vastas e interesantes posibilidades económicas" cinco días después de que se anunciara formalmente el material. [11]
Sin embargo, el entusiasmo inicial por el nailon también causó problemas. Alimentó expectativas irrazonables de que el nailon sería mejor que la seda, un tejido milagroso tan fuerte como el acero que duraría para siempre y nunca se desgastaría. [11] : 145-147 [22] Al darse cuenta del peligro de afirmaciones como "Nuevas medias resistentes como el acero" y "No más carreras", DuPont redujo los términos del anuncio original, especialmente aquellos que afirmaban que el nailon poseería la resistencia del acero. [11]
Además, los ejecutivos de DuPont que comercializaban el nailon como un material revolucionario fabricado por el hombre no se dieron cuenta al principio de que algunos consumidores experimentaban una sensación de inquietud y desconfianza, incluso miedo, hacia los tejidos sintéticos. [11] : 126-128 Una noticia particularmente dañina, basada en la patente de DuPont de 1938 para el nuevo polímero, sugirió que un método de producción de nailon podría ser utilizar cadaverina (pentametilendiamina), [una] sustancia química extraída de los cadáveres. Aunque los científicos afirmaron que la cadaverina también se extraía calentando carbón, el público a menudo se negó a escuchar. Una mujer confrontó a uno de los principales científicos de DuPont y se negó a aceptar que el rumor no fuera cierto. [11] : 146-147
DuPont cambió su estrategia de campaña, enfatizando que el nailon estaba hecho de "carbón, aire y agua" y comenzó a centrarse en los aspectos personales y estéticos del nailon, en lugar de sus cualidades intrínsecas. [11] : 146–147 El nailon se domesticó así, [11] : 151–152 y la atención se centró en el aspecto material y de consumo de la fibra con lemas como "Si es nailon, es más bonito y ¡oh! ¡Qué rápido se seca! ". [8] : 2
Después del lanzamiento nacional del nailon en 1940, la producción aumentó. Durante 1940 se produjeron 1300 toneladas de tejido. [8] : 100 Durante su primer año en el mercado, se vendieron 64 millones de pares de medias de nailon. [8] : 101 En 1941, se abrió una segunda planta en Martinsville, Virginia , debido al éxito del tejido. [28]
Si bien el nailon se comercializaba como el material duradero e indestructible de la gente, 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). [8] : 101 Las ventas de medias de nailon fueron fuertes en parte debido a los cambios en la moda femenina. Como explica Lauren Olds: "en 1939 [los dobladillos] habían vuelto a subir hasta la rodilla, cerrando la década tal como comenzó". Las faldas más cortas fueron acompañadas por una demanda de medias que ofrecieran una cobertura más completa sin el uso de ligas para sostenerlas. [29]
Sin embargo, a partir del 11 de febrero de 1942, la producción de nailon pasó de ser un material de consumo a uno utilizado por el ejército. [10] La producción de medias de nailon y otra lencería de DuPont se detuvo, y la mayor parte del nailon fabricado se utilizó para fabricar paracaídas y tiendas de campaña para la Segunda Guerra Mundial . [30] Aunque se podían comprar medias de nailon ya fabricadas antes de la guerra, generalmente se vendían en el mercado negro por hasta 20 dólares. [28]
Una vez terminada la guerra, se esperaba con gran expectación el regreso del nailon. Aunque DuPont proyectó una producción anual de 360 millones de pares de medias, hubo retrasos en la reconversión a la producción de consumo en lugar de la producción de tiempos de guerra. [10] En 1946, la demanda de medias de nailon no pudo satisfacerse, 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 medias de nailon. [22] Mientras tanto, las mujeres cortaron tiendas de campaña de nailon y paracaídas que quedaron de la guerra para confeccionar 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 del mundo. DuPont se centró en satisfacer la demanda civil y amplió continuamente su producción.
A medida que las medias de nailon puro se vendieron en un mercado más amplio, los problemas se hicieron evidentes. Se descubrió que las medias de nailon eran frágiles, en el sentido de que el hilo a menudo tendía a desenredarse longitudinalmente, creando "corridas". [8] : 101 Las personas también informaron que los textiles de nailon puro podían resultar incómodos debido a la falta de absorbencia del nailon. [33] La humedad permaneció dentro de la tela cerca de la piel en condiciones de calor o humedad en lugar de ser "eliminada". [34] La tela de nailon también puede causar picazón y tiende a adherirse y, a veces, a producir chispas como resultado de la carga eléctrica estática acumulada por la fricción. [35] [36] Además, bajo algunas condiciones, las medias podrían descomponerse [11] volviendo a convertirse en los componentes originales del nailon: aire, carbón y agua. Los científicos explicaron esto como resultado 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]
La solución encontrada a los problemas con la tela de nailon puro fue mezclar nailon con otras fibras o polímeros existentes, como algodón , poliéster y spandex . Esto llevó al desarrollo de una amplia gama de tejidos mezclados. Las nuevas mezclas de nailon conservaron las propiedades deseables del nailon (elasticidad, durabilidad, capacidad de teñirse) y mantuvieron los precios de la ropa bajos y asequibles. [30] : 2 A partir de 1950, la Agencia de Adquisiciones del Intendente de Nueva York (NYQMPA), que desarrolló y probó 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 tanto naturales como sintéticas. El America's Textile Reporter se refirió a 1951 como el "Año de la mezcla de fibras". [40] Las mezclas de telas incluían mezclas como "Bunara" (lana-conejo-nylon) y "Casmet" (lana-nylon-piel). [41] 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. [42]
El Departamento de Desarrollo de Tejidos de DuPont se centró inteligentemente en los diseñadores de moda franceses, proporcionándoles muestras de tejidos. En 1955, diseñadores como Coco Chanel , Jean Patou y Christian Dior mostraron vestidos creados con fibras DuPont, y se contrató al fotógrafo de moda Horst P. Horst para documentar el uso de telas DuPont. [22] American Fabrics atribuyó a las mezclas el mérito de proporcionar "posibilidades creativas y nuevas ideas para modas que hasta ahora no se habían soñado". [41]
DuPont pasó por un extenso proceso para generar nombres para su nuevo producto. [11] : 138-139 En 1940, John W. Eckelberry de DuPont afirmó que las letras "nyl" eran arbitrarias y que el "on" se copiaba de los sufijos de otras fibras como el algodón y el rayón . Una publicación posterior de DuPont ( Context , vol. 7, n.º 2, 1978) explicó que el nombre originalmente iba a ser "No-Run" ("ejecutar" que significa "desenredar"), pero se modificó para evitar hacer tal injustificado. afirmar. Dado que los productos no eran realmente a prueba de fugas, las vocales se intercambiaron para producir "nuron", que se cambió a "nilon" "para que sonara menos como un tónico para los nervios". Para mayor claridad en la pronunciación, la "i" se cambió por "y". [22] [43]
Existe una leyenda urbana persistente de que el nombre se deriva de "Nueva York" y "Londres"; sin embargo, ninguna organización en Londres participó jamás en la investigación y producción de nailon. [44]
A pesar de la escasez de petróleo en la década de 1970, el consumo de textiles de nailon siguió creciendo un 7,5% anual entre las décadas de 1960 y 1980. [45] Sin embargo, la producción general de fibras sintéticas cayó del 63% de la producción textil mundial en 1965 al 45% de la producción textil mundial a principios de los años 1970. [45] El atractivo de las "nuevas" tecnologías desapareció y la tela de nailon "pasó de moda en la década de 1970". [8] Además, los consumidores comenzaron a preocuparse por los costos ambientales a lo largo del ciclo de producción: obtención de materias primas (petróleo), uso de energía durante la producción, desechos producidos durante la creación de la fibra y eventual eliminación de desechos de materiales que no eran biodegradables. [45] Las fibras sintéticas no han dominado el mercado desde los años 1950 y 1960. En 2020 [actualizar], la producción mundial de nailon se estima en 8,9 millones de toneladas. [46]
Aunque el nailon puro tiene muchos defectos y ahora rara vez se utiliza, sus derivados han influido y contribuido enormemente a la sociedad. Desde los descubrimientos científicos relacionados con la producción de plásticos y la polimerización hasta el impacto económico durante la depresión y el cambio de la moda femenina, el nailon fue un producto revolucionario. [22] La Asamblea de la Bandera Lunar , la primera bandera plantada en la Luna en un gesto simbólico de celebración, estaba hecha de nailon. La bandera en sí costaba 5,50 dólares, pero tenía que tener un mástil especialmente diseñado con una barra horizontal para que pareciera "volar". [47] [48] Un historiador describe el nailon como "un objeto de deseo", comparando el invento con la Coca-Cola a los ojos de los consumidores del siglo XX. [8]
En el uso común, el prefijo "PA" ( poliamida ) o el nombre "Nylon" se usan indistintamente y tienen un significado equivalente.
La nomenclatura utilizada para los polímeros de nailon se ideó durante la síntesis de los primeros nailon alifáticos simples y utiliza números para describir la cantidad de carbonos en cada unidad monomérica, incluidos los carbonos de los ácidos carboxílicos. [49] [50] 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 monádico o basado en un aminoácido (menos H 2 O ) como monómero:
Dos números o conjuntos de letras indican un homopolímero diádico formado a partir de dos monómeros: una diamina y un ácido dicarboxílico. El primer número indica el número de carbonos en la diamina. Los dos números deben estar separados por una coma para mayor claridad, pero a menudo se omite la coma.
Para los copolímeros, los comonómeros o pares de comonómeros están separados por barras:
El término poliftalamida (abreviado como PPA) se utiliza cuando el 60 % o más moles de la porción de ácido carboxílico de la unidad repetitiva en la cadena polimérica está compuesta por una combinación de ácido tereftálico (TPA) y ácido isoftálico (IPA).
El nailon 66 y las poliamidas relacionadas son polímeros de condensación formados a partir de partes iguales de diamina y ácidos dicarboxílicos . [51] En el primer caso, la "unidad repetitiva" tiene la estructura ABAB, como también se ve 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 (llamado AA), la unidad repetitiva corresponde al monómero individual. [15] : 45–50 [52]
Wallace Carothers de DuPont patentó el nailon 66 . [20] [53] [54] En el caso de los nailon que implican la reacción de una diamina y un ácido dicarboxílico, es difícil obtener las proporciones exactamente correctas y las desviaciones pueden conducir a la terminación de la cadena con pesos moleculares inferiores a los 10.000 deseables. daltons ( tú ). Para superar este problema, se puede formar una " sal de nailon" sólida y cristalina a temperatura ambiente , utilizando una proporción exacta de 1:1 entre el 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 nailon con la producción de agua.
El nailon 510, elaborado a partir de pentametilendiamina y ácido sebácico, se incluyó en la patente de Carothers para el nailon 66 [20] . El nailon 610 se produce de manera similar utilizando hexametilendiamina. Estos materiales son más caros debido al coste relativamente alto del ácido sebácico. Debido al alto contenido de hidrocarburos, el nailon 610 es más hidrófobo y encuentra aplicaciones adecuadas para esta propiedad, como por ejemplo las cerdas. [55]
Ejemplos de estos polímeros que están o estuvieron disponibles comercialmente:
Estos polímeros están hechos de una lactama o aminoácido. La ruta sintética que utiliza lactamas (amidas cíclicas) fue desarrollada por Paul Schlack en IG Farben , dando lugar al nailon 6, o policaprolactama , formado por una polimerización con apertura de anillo . El enlace peptídico dentro de la caprolactama se rompe y los grupos activos expuestos en cada lado se incorporan en dos nuevos enlaces a medida que el monómero pasa a formar parte de la columna vertebral del polímero.
El punto de fusión de 428 °F (220 °C) del nailon 6 es inferior al punto de fusión de 509 °F (265 °C) del nailon 66 . [60] Los nailon homopolímeros se derivan de un monómero.
Ejemplos de estos polímeros que están o estuvieron disponibles comercialmente:
Los nailon también se pueden sintetizar a partir de dinitrilos mediante catálisis ácida. Por ejemplo, este método es aplicable para la preparación de nailon 1,6 a partir de adiponitrilo , formaldehído y agua. [64] Además, los nailon también se pueden sintetizar a partir de dioles y dinitrilos utilizando este método. [sesenta y cinco]
Es fácil hacer mezclas de los monómeros o conjuntos de monómeros utilizados para fabricar nailon para obtener copolímeros. Esto reduce la cristalinidad y, por tanto, puede reducir el punto de fusión.
A continuación se enumeran algunos copolímeros que han estado o están disponibles comercialmente:
La mayoría de los polímeros de nailon son miscibles entre sí, lo que permite realizar una variedad de mezclas. Los dos polímeros pueden reaccionar entre sí mediante transamidación para formar copolímeros aleatorios. [70]
Según su cristalinidad, las poliamidas pueden ser:
Según esta clasificación, la PA66, por ejemplo, es una homopoliamida alifática semicristalina.
Todos los nailon son susceptibles a la hidrólisis , especialmente por ácidos fuertes , una reacción esencialmente inversa a su síntesis. El peso molecular de los productos de nailon así atacados disminuye y se forman rápidamente grietas en las zonas afectadas. Los miembros inferiores de las medias de nailon (como el nailon 6) se ven más afectados que los miembros superiores, como el nailon 12. Esto significa que las piezas de nailon no se pueden utilizar en contacto con ácido sulfúrico , por ejemplo, como el electrolito utilizado en las baterías de plomo-ácido .
Al moldearse, el nailon debe secarse para evitar la hidrólisis en el cilindro de la máquina de moldeo, ya que el agua a altas temperaturas también puede degradar el polímero. [71] La reacción se muestra arriba.
La huella media de gases de efecto invernadero del nailon en la fabricación de alfombras se estima en 5,43 kg de CO 2 equivalente por kg, cuando se produce en Europa. Esto le confiere casi la misma huella de carbono que la lana , pero con mayor durabilidad y, por tanto, una huella de carbono general menor. [72]
Los datos publicados por PlasticsEurope indican que el nailon 66 deja una huella de gases de efecto invernadero de 6,4 kg de CO 2 equivalente por kg y un consumo de energía de 138 kJ/kg. [73] Al considerar el impacto ambiental del nailon, es importante considerar la fase de uso.
Varios tipos de nailon se descomponen en el fuego y forman humos peligrosos y vapores tóxicos o cenizas, que normalmente contienen cianuro de hidrógeno . Incinerar nailon para recuperar la alta energía utilizada para crearlo suele ser caro, por lo que la mayoría de nailon llega a los vertederos de basura y se descompone lentamente. [b] La tela de nailon desechada tarda entre 30 y 40 años en descomponerse. [74] El nailon utilizado en artes de pesca desechados, como las redes de pesca, contribuye a la acumulación de desechos en el océano. [75] El nailon es un polímero robusto y se presta bien al reciclaje. Gran parte de la resina de nailon se recicla directamente en un circuito cerrado en la máquina de moldeo por inyección, moliendo bebederos y canales y mezclándolos con los gránulos vírgenes que consume la máquina de moldeo. [76]
Debido al costo y las dificultades del proceso de reciclaje de nailon, pocas empresas lo utilizan, mientras que la mayoría prefiere utilizar plásticos recién fabricados y más baratos para sus productos. [75] La empresa de ropa estadounidense Patagonia tiene 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 utilizarlo en gafas de sol y patinetas. [75] La empresa italiana Aquafil también ha demostrado cómo reciclar redes de pesca perdidas en el océano para convertirlas en prendas de vestir. [77] Vanden Recycling recicla nailon y otras poliamidas (PA) y tiene operaciones en el Reino Unido, Australia, Hong Kong, los Emiratos Árabes Unidos, Turquía y Finlandia. [78]
El nailon es el tipo de fibra más popular en la industria de las alfombras residenciales en la actualidad. [79] La EPA de EE. UU . estima que en 2018 se recicló el 9,2 % de la fibra, el respaldo y el acolchado de las alfombras, el 17,8 % se incineró en instalaciones de conversión de residuos en energía y el 73 % se descartó en vertederos . [80] Algunas de las empresas de alfombras y tapetes más grandes del mundo están promoviendo "cradle to cradle" (la reutilización de materiales no vírgenes, incluidos los que históricamente no se reciclaron) como el camino a seguir de la industria. [81] [82]
Por encima de sus temperaturas de fusión , Tm , los termoplásticos como el nailon son sólidos amorfos o fluidos viscosos en los que las cadenas se aproximan a bobinas aleatorias . Por debajo de Tm , las regiones amorfas se alternan con regiones que son cristales laminares . [83] Las regiones amorfas aportan elasticidad y las regiones cristalinas aportan resistencia y rigidez. Los grupos amida planos (-CO-NH-) son muy polares , por lo que el nailon forma múltiples enlaces de hidrógeno entre hebras adyacentes. Debido a que la columna vertebral del nailon es tan regular y simétrica, especialmente si todos los enlaces amida están en configuración trans , el nailon suele tener una alta cristalinidad y produce fibras excelentes. La cantidad de cristalinidad depende de los detalles de la formación, así como del tipo de nailon.
El nailon 66 puede tener múltiples hebras paralelas alineadas con sus enlaces peptídicos vecinos en separaciones coordinadas de exactamente seis y cuatro carbonos en longitudes considerables, por lo que los oxígenos del carbonilo y los hidrógenos de la amida pueden alinearse para formar enlaces de hidrógeno entre cadenas repetidamente, sin interrupción (ver la figura al lado). ). El nailon 510 puede tener tiradas coordinadas de cinco y ocho carbonos. Por lo tanto, las hebras paralelas (pero no antiparalelas) pueden participar en láminas β-plegadas de cadenas múltiples extendidas, ininterrumpidas , una estructura supermolecular fuerte y resistente similar a la que se encuentra en la fibroína de la seda natural y las β-queratinas en las plumas . (Las proteínas tienen solo un aminoácido carbono α que separa los grupos -CO-NH- secuenciales). El nailon 6 formará láminas unidas por H ininterrumpidas con direccionalidades mixtas, pero el arrugamiento de la lámina β es algo diferente. La disposición tridimensional de cada cadena de hidrocarburos alcano depende de las rotaciones alrededor de los enlaces tetraédricos de 109,47° de los átomos de carbono con enlaces simples.
Cuando se extruyen en fibras a través de los poros en una hilera industrial , las cadenas de polímero individuales tienden a alinearse debido al flujo viscoso . Si posteriormente se someten a estirado en frío , las fibras se alinean más, aumentando su cristalinidad, y el material adquiere una resistencia a la tracción adicional . En la práctica, las fibras de nailon se estiran con mayor frecuencia mediante rodillos calentados a altas velocidades. [84]
El nailon en bloque tiende a ser menos cristalino, excepto cerca de las superficies, debido a las tensiones cortantes durante la formación. El nailon es transparente e incoloro o lechoso, pero se tiñe fácilmente . El cordón y la cuerda de nailon de varios hilos son resbaladizos y tienden a desenredarse. Los extremos se pueden derretir y fusionar con una fuente de calor, como una llama o un electrodo, para evitarlo.
Los nailon son higroscópicos y absorberán o desorberán la 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 cambiarán, pero lo más importante es que la humedad actúa como plastificante, reduciendo la temperatura de transición vítrea ( Tg ) y, en consecuencia, el módulo de elasticidad a temperaturas inferiores a Tg [ 85 ].
Cuando está seca, la poliamida es un buen aislante eléctrico. Sin embargo, la poliamida es higroscópica . La absorción de agua cambiará algunas de las propiedades del material como su resistencia eléctrica . El nailon es menos absorbente que la lana o el algodón.
Los rasgos característicos del nailon 66 incluyen:
Por otro lado, el nailon 6 es fácil de teñir y se decolora más fácilmente; tiene una mayor resistencia al impacto, una absorción de humedad más rápida, mayor elasticidad y recuperación elástica.
La ropa de nailon tiende a ser menos inflamable que el algodón y el rayón, pero las fibras de nailon pueden derretirse y adherirse a la piel. [87] [88]
El nailon se utilizó comercialmente por primera vez en un cepillo de dientes con cerdas de nailon en 1938, [5] [21] siguió de manera más famosa en medias de mujer o " nylons " que se exhibieron en la Feria Mundial de Nueva York de 1939 y se vendieron comercialmente por primera vez en 1940. [22] Su uso aumentó dramáticamente durante la Segunda Guerra Mundial, cuando la necesidad de telas aumentó dramáticamente.
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 paracaídas. También se utilizó para fabricar neumáticos , tiendas de campaña , cuerdas , ponchos y otros suministros militares . Incluso se utilizó 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. En agosto de 1945, las fibras manufacturadas habían adquirido 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 para paracaídas a veces se reutilizaba para hacer vestidos. [89]
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 para neumáticos . Herman E. Schroeder fue pionero en la aplicación del nailon en neumáticos.
Las resinas de nailon se utilizan ampliamente en la industria del automóvil, especialmente en el compartimento del motor. [90] [6] : 514
El nailon moldeado se utiliza en peines para el cabello y piezas mecánicas como tornillos de máquina , engranajes , juntas y otros componentes de tensión baja a media previamente fundidos en metal. [91] [92] 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. [93] [94] Para su uso en herramientas como spudgers , el nailon está disponible en variantes rellenas de vidrio que aumentan la resistencia y rigidez estructural y al impacto, y en variantes rellenas de disulfuro de molibdeno que aumentan la lubricidad . El nailon se puede utilizar como material de matriz en materiales compuestos , con fibras de refuerzo como fibra de vidrio o de carbono; un compuesto de este tipo tiene una densidad mayor que el nailon puro. [95] Estos compuestos termoplásticos (25% a 30% de fibra de vidrio) se utilizan con frecuencia en componentes de automóviles junto al motor, como los colectores de admisión, donde la buena resistencia al calor de dichos materiales los convierte en competidores viables de los metales. [96]
Se utilizó nailon para fabricar la culata del rifle Remington Nylon 66 . [97] El armazón de la pistola Glock moderna está hecho de un compuesto de nailon. [98]
Las resinas de nailon se utilizan como componente de películas para envases de alimentos donde se necesita una barrera al oxígeno. [7] Algunos de los terpolímeros basados en nailon se utilizan todos los días en envases. El nailon se ha utilizado para envoltorios de carne y fundas para salchichas . [99] La resistencia a altas temperaturas del nailon lo hace útil para bolsas de horno. [100]
Los filamentos de nailon se utilizan principalmente en cepillos, especialmente cepillos de dientes [5] y cortadoras de hilo . También se utilizan como monofilamentos en hilo de pescar . El nailon 610 y 612 son los polímeros más utilizados para los filamentos.
Sus diversas propiedades también lo hacen muy útil como material en fabricación aditiva ; específicamente, como filamento en impresoras 3D de modelado por deposición fundida de grado profesional y de consumo .
Las resinas de nailon se pueden extruir en varillas, tubos y láminas. [6] : 209
Los polvos de nailon se utilizan para recubrir metales con polvo. El nailon 11 y el nailon 12 son los más utilizados. [6] : 53
A mediados de la década de 1940, el guitarrista clásico Andrés Segovia mencionó la escasez de buenas cuerdas de guitarra en los Estados Unidos, particularmente sus cuerdas favoritas de catgut Pirastro , a varios diplomáticos extranjeros en una fiesta, incluido el general Lindeman de la embajada británica. Un mes después, el General regaló a Segovia unas cuerdas de nailon que había obtenido a través de algunos miembros de la familia DuPont. Segovia descubrió que, aunque las cuerdas producían un sonido claro, tenían un timbre metálico tenue que esperaba poder eliminar. [101] Olga Coelho probó por primera vez las cuerdas de nailon en el escenario en Nueva York en enero de 1944. [102] 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 en los experimentos pasados de Agustín, decidieron seguir desarrollando cuerdas de nailon. DuPont, escéptico ante la idea, acordó suministrar el nailon si Augustine se esforzaba por desarrollar y producir las cuerdas reales. Después de tres años de desarrollo, Augustine demostró una primera cuerda de nailon cuya calidad impresionó a guitarristas, incluido Segovia, además de DuPont. [101] Las cuerdas enrolladas, sin embargo, eran más problemáticas. Sin embargo, finalmente, después de experimentar con varios tipos de metal y técnicas de alisado y pulido, Augustine también pudo producir cuerdas entorchadas de nailon de alta calidad. [101]
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