ניילון

ניילון
צפיפות	1.15 ג'/ס"מ³
מוליכות חשמלית	10-12 S/m
מוליכות חום	0.25 W/(מ'·K)
טמפרטורת התכה	190°C-350°C

פוליאמיד, המוכר בשם המסחרי "ניילון", הוא פולימר סינתטי אורגני (פלסטיק). פוליאמיד נוצר מיחידות אמיניות חוזרות מסוג אמיד. רוב סוגי הניילון מיוצרים בפילמור דחיסה, המבוסס על יצירת קשרי אמיד בין דיאמין – מולקולה המכילה 2 קבוצות אמין וחומצה דו קרבוקסילית (המכילה 2 קבוצות של חומצה קרבוקסיליות). כך למשל ניילון 66 מיוצר בדחיסה של הקסה-מתילן-דיאמין וחומצה אדיפית (מקור השם בכך שלשני המונומרים שרשראות בנות 6 אטומי פחמן). חומר מוצא לניילון יכול להיות גם חומר שהוא אמינו-חומצה: שרשרת פחמימנים שבקצה אחד שלה קבוצה אמינית ובקצה השני קבוצה קרבוקסילית.

ריאקציית הדחיסה בין חומצה דו-קרבוקסילית ודיאמין והיחידה החוזרת בניילון.

המושג "ניילון" משמש בפי העם לציון יריעות פלסטיק שעשויות מחומרים אחרים כגון פוליאתילן או פוליוויניל כלוריד, אף כי הדבר שגוי מבחינה כימית.

היסטוריה

פרק זה טעון עריכה. אנא תרמו לוויקיפדיה ועזרו לערוך אותו. ייתכן שתמצאו פירוט בדף השיחה. הסיבה היא: תחביר, תרגמת.

אחרי מלחמת העולם הראשונה, חברת דופונט האמריקאית הפיקה אמוניה סינתטית וכימיקלים אחרים. דופונט החלה להתנסות ביצור של סיבי תאית ובסופו של דבר הצליחה לייצר סיב סינתטי. פיתוח הניילון של דופונט נמשך 11 שנים, החל מתחילת הפרויקט ב-1927 ועד להצגתו ביריד העולמי בניו יורק ב-1939 . הפרויקט גדל, ופיתוחו נוהל על ידי מבנה ניהולי חדש, שהוצע על ידי צ'ארלס סטיין ב-1927. המודל הציע פיזור של צוותי מחקר, בו המחלקה הכימית תהיה מורכבת מכמה צוותים קטנים שיתמקדו ב"מחקר חלוצי" בכימיה ויובילו ל״יישומים מעשיים״. דופונט שכרה את וואלס היום קארותרס (Wallace Hume Carothers) כדי לנהל את הפרויקט. בתחילה הוא התמקד במחקר טהור, בבניית ובבדיקת התאוריות של הכימאי הגרמני הרמן סטודינגר (Hermann Staudinger) . מחקרו של קארות'רס תרם רבות לשיפור הידע על פולימרים.

באביב 1930, קארות'רס וצוותו הצליחו לסנתז שני פולימרים חדשים. האחד היה ניאופרן, גומי סינתטי שהחליף במלחמה את הגומי הטבעי. השני היה יריעה לבנה וחזקה, שהפכה מאוחר יותר לניילון. לאחר תגליות אלו, צוותו של קארות'רס המיר את אופי המחקר שלו ממחקר טהור, שחקר פילמור כללי, למטרה ממוקדת יותר של מציאת "תהליך כימי אחד שיוביל ליישומים תעשייתיים".

הדוגמה הראשונה של ניילון (ניילון 6,6) הופקה על ידי וולאס קארות'רס בפברואר 1935, במכון המחקר "תחנת הניסויים של דופונט". לניילון זה היו את כל המאפיינים הרצויים של גמישות וכוח. עם זאת, הוא דרש תהליך ייצור תעשייתי מורכב. דופונט השיגה פטנט על הפולימר בספטמבר 1938, והפכה במהירות למונופול על ייצור הסיב.

מקור השם ניילון

כאשר חברת דופונט הציגה את הפוליאמיד הראשון בעולם היא העניקה לו את השם המסחרי ניילון, שהוא שם מומצא וחסר משמעות, שבו הסיומת on נועדה להזכיר סיבים קיימים כמו cotton (כותנה) ו-rayon (זהורית). השם הפך במרוצת השנים לשם נרדף לפוליאמיד. כיום החברה מכנה את סדרת הפוליאמיד שלה בשם המסחרי זייטל.

אחת התאוריות באשר לשמו של הניילון קשורה לתחרות המאסיבית עם יצרני המשי במזרח הרחוק על שוק הסיבים. בפיתוחו הסופי של החומר ובגילוי התכונות המעניקות לו יתרון על המשי, פלט אחד המדענים בהתרגשות – Now You Lose, Old Nippons... ראשי התיבות של המשפט נבחרו כשמו החדש של החומר, והביעו את ההתרסה כנגד היפנים והמשי שאותו שיווקו. תאוריה אחרת על שמו של הניילון נובעת מראשי התיבות New York – London. על פי תאוריה זו אלו הן שתי הערים שבהן פותח ויוצר הניילון לראשונה, אולם נציג החברה שייצרה את הניילון הפריך במכתב משנת 1940 את המיתוס.

שימושים היסטוריים ופיתוח הניילון

מצנח העשוי מניילון

במשך מלחמת העולם השנייה, הניילון החליף את המשי במצנחי החיילים. הניילון שימש אז גם לייצור אוהלים, חבלים וכובעים, ועוד ציוד צבאי. הניילון גם שימש לייצור תחליף נייר באיכות גבוהה, שממנו יוצר שטר הדולר האמריקאי.

בתחילת מלחמת העולם השנייה, יותר משמונים אחוזים מכלל הבדים היו מיוצרים מכותנה, ובדים סינתטיים היוו רק כעשרים אחוזים. באוגוסט 1945, בסוף המלחמה, סיבים סינתטיים, כולל ניילון, היוו כבר 25 אחוזים מהסיבים בשימוש.

ניילון היה החומר המהפכני ביותר בשנות השלושים, והיה החומר הסינתטי הטהור הראשון. הוא הוצג לראשונה על ידי חברת דופונט ביריד העולמי בניו יורק בשנת 1938. ב-1927 החלה החברה בפרויקט פיתוח סודי תחת השם "סיב 66" (Fiber 66). מנהל הפרויקט היה וולאס קרותרס. הוא נשכר על מנת להתעסק במחקר בלבד, אך למרות זאת הוא התעסק גם בישומים המעשיים של החומרים שיצר ובמבנה המולקולרי שלהם. הוא היה הראשון שעלה על דרך המלך ב"עיצוב מולקולרי" של חומרים.

עבודתו הובילה לפיתוח הניילון, המתאפיין בחוזקו וגמישותו. השימוש הראשון של הניילון היה במברשות השיניים, אך המטרה העיקרית שלמענה התבצע המחקר הייתה ייצור משי מלאכותי, ובמיוחד סיב שישמש לייצור גרביוני משי.

דופונט השקיעה 12 שנה והון של 27 מיליון דולר על מנת לזקק את הניילון ולפתח את שיטות היצור. אין זה מפתיע שיחד עם ההשקעה הרבה, דופונט לא היססה לשפוך הררי דולרים למסע הפרסום, תוך כדי הטבעת המושג "ניילומניה". הניילומניה הגיעה לקיצה בסוף 1941, כאשר אמריקה נכנסה למלחמת העולם השנייה. היצור הוסב מגרביונים למצנחים. אחרי המלחמה, דופונט חזרה למכור ניילון לציבור, תוך כדי השקת קמפיין חדש בשנת 1946 ויצירת "מהומות ניילון".

ניילון הוא עדיין אחד החומרים הפלאסטיים החשובים ביותר, ולא רק ביצור בגדים.

כימיה

ייצור הניילון

ניילון הוא פולימר שנוצר בתגובת דחיסה. רוב סוגי הניילונים נוצרים מתגובה של חומצה דיקרבוקסילית (למשל חומצה אדיפית) ודיאמין כך שהיחידה החוזרת מורכבת משני המונומרים לסירוגין במבנה ABAB. במקרה השני משתמשים במונומר אחד בעל קבוצה קרבוקסילית וקבוצה אמינית (מבנה AA) בדומה ליצירת פפטיד מחומצות אמינו. בשם הניילונים המספר מציין את מס' הפחמנים במונומר.

סוגי ניילון

ניילון 66

היחידה החוזרת בניילון 66

מיוצר בדופונט מחומצה אדיפית והקסה אתילן אמין. בכל מונומר יש 6+6 פחמנים משני צידי האמיד ומכאן שמו. מכינים תערובת מונומרים ביחס מולרי 1:1 במים. בתגובת סתירה בין החומצה לאמין נוצר "מלח ניילון" המועבר לריאקטור בו מתבצעת הפולימריזציה בתהליך רציף או מנתי. התגובה מבוצעת בטמפרטורה של 285°C ויציאת המים דוחפת את התגובה לכיוון התוצר. החומר המותך יוצא כסיבים או כגרגרים.

ניילון 6

מולקולת Caprolactam: חומר המוצא לייצור ניילון 6

המונומר הוא טבעת קפרולקטם Caprolactam: מולקולה המכילה קבוצת חומצה וקבוצת אמין.

תגובות בתהליך הפולימריזציה ליצירת ניילון 6

הטבעת נשברת בחימום ל 260°C באווירת חנקן ואז קבוצות החומצה והאמין יכולות להגיב ליצירת פולימר בעל 6 פחמנים בכל מונומר.

ניילון 12

מורכב מאמינו-חומצה לאורית או פולילאורילקטם (כשמו, בעל 12 פחמנים בכל מונומר). משמש בתעשיית הקוסמטיקה.

תכונות הניילון

טמפרטורת עיבוד	218-285
טמפרטורת התכה	216-221
צפיפות	1.10-1.17
מודול מתיחה	0.7-3.5
מודול אלסטיות	0.8-3.4
הולכת חום	0.17-0.29
התפשטות בחום	7.0-10.3
ספיגת מים	0.25-3.0

שימושים

חבל העשוי סיבי ניילון צבועים

לניילון שימושים רבים ומגוונים מאוד, בזכות היותו חומר גמיש, זול, וחזק יחסית. בין השימושים:

• סיבי ניילון לחבלים, רשתות דייג, שטיחים, מברשות שיניים ולמיתרי כלי נגינה.
• ביגוד תחתון: גרבי ניילון, בגדי גוף
• ביגוד עליון: מכנסיים, ג'קטים
• כרית אוויר ובלונים
• חלקי מכונות
• מטריות
• פקקים ומיכלים
• רכיבים חשמליים
• סיבים לתעשיית הבניה (בטון, טיח, תערובות צמנטיות)

קישורים חיצוניים

• ניילון, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
• איתי נבו, המצאה גאונית וטרגדיה אישית, במדור "היום לפני במדע" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 27 באוקטובר 2018