ΠOΛYMEPH. Έτσι τα πολυµερή σε πολλές περιπτώσεις είχαν συγκριτικά πλεονεκτήµατα ως προς τα παραδοσιακά υλικά, όπως γυαλί, ξύλο, µέταλλο, δέρµα κ.α.

Transcript

1 ΠOΛYMEPH Aπό των αρχαιοτάτων χρόνων είναι γνωστή η χρήση από τον άνθρωπο των φυσικών πολυµερών, όπως πρωτεϊνών και πολυσακχαριτών στη διατροφή του, καθώς και µαλλιού, δέρµατος, βαµβακιού και ξύλου για την κάλυψη διάφορων αναγκών του. Mόλις όµως κατά τη διάρκεια του προηγούµενου αιώνα ο άνθρωπος παρασκεύασε καουτσούκ (1839), νιτροκυτταρίνη (1846), κελλουλοΐτη (1868), ίνες ραιγιόν (χαλκαµµωνίας 1890 και βισκόζης 1892) τροποποιώντας φυσικά πολυµερή. Το 1907 άρχισαν να παρασκευάζονται τα καθαρά συνθετικά πολυµερή µε πρώτο το βακελίτη και το 1919 την οξική κυτταρίνη. Kυρίως όµως µε το B παγκόσµιο πόλεµο και την ανάπτυξη της πετροχηµείας (παραγωγή πρώτων υλών από το πετρέλαιο), ακολούθησε η παραγωγή πολυµερών µε τα γνωστότερα το πολυστυρένιο (1930), τα ακρυλικά (1931), το PVC (1931), το νάυλον (1939), τις πολυουθρεθάνες (1943), τους πολυεστέρες (1946) και τις ρητίνες (1946). Η παραγωγή συνθετικών πολυµερών συνεχίζεται µέχρι σήµερα µε νέα πολυµερή υλικά, όπως πολυπροπυλένιο, αραµίδια κ.ά. µε αποτέλεσµα το χαρακτηρισµό του 20 ου αιώνα ως αιώνα των πολυµερών από πλευράς υλικών. Η µεγάλη ανάπτυξη της βιοµηχανίας των πολυµερών οφείλεται στη δυνατότητα να επιτυγχάνεται η παραγωγή πολυµερών µε επιθυµητές ιδιότητες, όπως π.χ. µικρή πυκνότητα, θερµική αγωγιµότητα, µεγάλη αντοχή στην τριβή και την κρούση, καλή αντοχή στα χηµικά και εύκολη µορφοποίησή τους. Έτσι τα πολυµερή σε πολλές περιπτώσεις είχαν συγκριτικά πλεονεκτήµατα ως προς τα παραδοσιακά υλικά, όπως γυαλί, ξύλο, µέταλλο, δέρµα κ.α. εν πρέπει βέβαια να ξεχνούµε και ορισµένα µειονεκτήµατά τους, όπως η παρουσία τοξικών βοηθητικών ενώσεων απαραιτήτων στην παραγωγή τους, η µικρή θερµική αντοχή τους, και σηµαντικές δυσκολίες στη διάσπαση και την ανακύκλωσή τους. Πολυµερές είναι σύµφωνα µε τον επίσηµο ορισµό, κάθε ουσία, που τα µόριά της αποτελούνται από επανάληψη ενός ή περισσοτέρων ειδών ατόµων ή οµάδων ατόµων και ονοµάζονται δοµικές µονάδες. Aυτές ενώνονται µεταξύ τους µε οµοιοπολικό δεσµό και σε τέτοιο µεγάλο αριθµό, που η ουσία να παρουσιάζει ένα σύνολο ιδιοτήτων που παραµένει πρακτικά αµετάβλητο, αν προσθέσουµε ή αφαιρέσουµε µία ή και περισσότερες δοµικές µονάδες. 28

2 Tα πολυµερή είναι µόρια πολύ µεγάλου µοριακού βάρους, τα οποία αποτελούνται από επαναλαµβανόµενες δοµικές µονάδες. Oι ενώσεις από τις οποίες παράγονται τα πολυµερή ονοµάζονται µονοµερή. Tο πολυµερές µπορεί να προκύψει από την αντίδραση σύνδεσης πολλών µικρών µορίων δηλαδή ενός, δύο ή και περισσότερων µονοµερών. Tο µονοµερές όµως για να είναι πρώτη ύλη ενός πολυµερούς πρέπει να έχει τουλάχιστον δύο δραστικές οµάδες (καρβοξύλιο, υδροξύλιο, αµινοοµάδα) ή να έχει ένα τουλάχιστον διπλό δεσµό, ή να µπορεί να δώσει αντίδραση συµπύκνωσης (π.χ. φαινόλη και φορµαλδεΰδη δίνουν ρητίνη). O αριθµός των δοµικών µονάδων του πολυµερούς ονοµάζεται βαθµός πολυµερισµού και είναι το πηλίκο του µοριακού βάρους του πολυµερούς διά του µοριακού βάρους της δοµικής µονάδας του. Tα πολυµερή µπορεί να ταξινοµηθούν µε διάφορους τρόπους, όπως ανάλογα µε την προέλευσή τους, τη χηµική τους σύσταση και δοµή, τον τρόπο µορφοποίησης και τη χρήση τους. Kατά την ταξινόµησή τους ως προς την προέλευση διακρίνονται σε φυσικά πολυµερή (άµυλο, κυτταρίνη, πρωτεΐνες κ.λ.π.), σε φυσικά τροποποιηµένα πολυµερή (ραιγιόν, νιτρική και οξική κυτταρίνη κ.ά.) και σε συνθετικά πολυµερή (πολυαιθυλένιο, νάυλον, πολυβινυλοχλωρίδιο κ.ά.). Kατά την ταξινόµησή τους ως προς τον τρόπο µορφοποίησης διακρίνονται σε θερµοπλαστικά και θερµοσκληρυνόµενα - ρητίνες. α) θερµοπλαστικά Aπό χηµική σύνταξη ανήκουν στα γραµµικά πολυµερή και τυπικό παράδειγµα είναι το πολυαιθυλένιο, το οποίο προκύπτει από µόρια αιθυλενίου που ενώνονται µεταξύ τους σε µακριές αλυσίδες. Eίναι πολυµερή που µε τη θέρµανση γίνονται µαλακά και µε τη βοήθεια πίεσης µορφοποιούνται σε διάφορα σχήµατα. H διαδικασία αυτή γίνεται µέσα σε καλούπια και µετά το σχηµατισµό και την ψύξη των αντικειµένων διατηρούν το σχήµα τους και τις φυσικές και χηµικές τους ιδιότητες. Σε αυτά υπάγονται το νάυλον, το PVC (πολυβινυλοχλωρίδιο), οι πολυεστέρες κ.ά. 29

3 β) θερµοσκληρυνόµενα - ρητίνες Eίναι πολυµερή αποτελούµενα από µακριές αλυσίδες, που κατά τη µορφοποίησή τους γίνεται και αντίδραση µε επίδραση θερµότητας, πίεσης και καταλύτη, οπότε δηµιουργούνται διασταυρούµενοι δεσµοί (γέφυρες) και έτσι όλο το υλικό είναι σκληρό και εύθραυστο. Tα πολυµερή αυτά δεν µπορούν να επανέλθουν στην αρχική τους µορφή. Παραδείγµατα τέτοιων πολυµερών είναι ο εβονίτης οι εποξειδικές και άλλες ρητίνες. Tέλος µπορεί να ταξινοµηθούν ως προς τη χρήση τους και τις εφαρµογές τους σε: α) πλαστικά (30 %) για παραγωγή υλικών, όπως σωλήνων, φύλλων, β) υφάνσιµες ίνες (17 %), γ) ελαστοµερή (10 %) για παραγωγή ελαστικών αυτοκινήτων, δ) επικαλυπτικά επιφανειών (βερνίκια, 8 %), ε) συγκολλητικές ύλες (κόλλες, 5 %) και άλλες ενώσεις µικρότερης σηµασίας. Τα ελαστοµερή είναι εύκαµπτα πολυµερή που µπορούν να εκταθούν στο διπλάσιο µήκος τους µε την επίδραση κάποιας δύναµης και να επανέλθουν γρήγορα στο αρχικό τους µήκος, όταν αποµακρυνθεί η δύναµη έλξης τους. Παραδείγµατα ελαστοµερών είναι το φυσικό ελαστικό, το συνθετικό πολυβουταδιένιο, οι σιλικόνες, οι πολυουρεθάνες κ.ά. H κατάταξή τους ως προς τη χηµική τους δοµή µπορεί να τα διακρίνει σε οργανικά (άτοµα άνθρακα και άλλα στοιχεία, όπως N, O, S), ανόργανα (άλλα στοιχεία εκτός του άνθρακα) και οργανοµεταλλικά. Συνήθως τα εµπορικά πολυµερή είναι µίγµατα πολυµερών και βοηθητικών υλικών (πρόσθετων) µε τα οποία αναµιγνύονται πριν από τη µορφοποίησή τους µε σκοπό τη βελτίωση των ιδιοτήτων τους. Aνάλογα µε το αποτέλεσµα που επιφέρουν τα πρόσθετα χαρακτηρίζονται ως πληρωτικά υλικά, ενισχυτικά και συνδετικά µέσα, πλαστικοποιητές, σταθεροποιητές, επιβραδυντές καύσης, αντιστατικά, χρωστικές και άλλα µικρότερης σηµασίας, όπως λιπαντικά, συντηρητικά και διογκωτικά. Τα πληρωτικά, ενισχυτικά και συνδετικά µέσα µειώνουν το κόστος και βελτιώνουν την αντοχή τους. Oι πλαστικοποιητές κάνουν ευκολότερη τη µορφοποίηση του πλαστικού µε το να το κάνουν εύκαµπτο και µαλακό, οι σταθεροποιητές το προστατεύουν από την επίδραση της θερµότητας, του οξυγόνου και της υπεριώδους ακτινοβολίας και επιβραδύνουν την αποικοδόµησή του. Οι επιβραδυντές καύσης βελτιώνουν την αντοχή στην καύση, τα αντιστατικά εξουδετερώνουν το στατικό ηλεκτρισµό που αναπτύσσεται στην επιφάνειά τους και οι χρωστικές βάφουν τα πολυµερή σε βάθος ή και επιφανειακά. 30

4 Aντιδράσεις πολυµερισµού Πολυµερισµός προσθήκης Tα πολυµερή της κατηγορίας αυτής σχηµατίζονται µε αντιδράσεις προσθήκης µεταξύ των µονοµερών, που είναι µόρια µε διπλούς δεσµούς. Για παράδειγµα το πολυαιθυλένιο (PE) σχηµατίζεται µε πολυµερισµό του αιθυλενίου και το πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC) συντίθεται µε πολυµερισµό του βινυλοχλωριδίου. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν κυρίως τα συνθετικά πολυµερή και ένα µικρό µέρος των φυσικών πολυµερών. Πολυµερισµός συµπύκνωσης Οι αντιδράσεις αυτές γίνονται µε απόσπαση µορίων νερού, συνήθως µε εστεροποίηση, αντίδραση αµινοξέων, αντίδραση δικαρβονικών οξέων µε διαµίνες κ.α. Στα πολυµερή συµπύκνωσης ανήκουν ένα ποσοστό των συνθετικών και το µεγαλύτερο µέρος των φυσικών πολυµερών (µαλλί, βαµβάκι, µετάξι). Kυριότερα παραδείγµατα συνθετικών πολυµερών συµπύκνωσης είναι τα πολυαµίδια, οι πολυεστέρες, οι πολυουρεθάνες, οι ρητίνες φαινόλης - φορµαλδεΰδης κ.ά. Oι πολυεστέρες παρασκευάζονται µε εστεροποίηση δικαρβονικών οξέων και διολών ανάλογα µε την παρασκευή απλών εστέρων από οξύ και αλκοόλη. Eπίσης τα πολυαµίδια παρασκευάζονται µε πολυσυµπύκνωση δικαρβονικού οξέος και διαµίνης και οι ρητίνες µε πολυσυµπύκνωση φαινόλης και φορµαλδεΰδης. Σήµερα οι πολυµερισµοί λαµβάνοντας υπόψη το µηχανισµό και την κινητική τους διακρίνονται σε σταδιακούς και σε αλυσιδωτούς πολυµερισµούς. Σταδιακοί χαρακτηρίζονται αυτοί που το µοριακό βάρος των µακροµορίων αυξάνεται αργά και σταδιακά µε την πάροδο του χρόνου και όλα τα µόρια των µονοµερών συµµετέχουν στην αντίδραση από την αρχή, µε σχηµατισµό διµερών τριµερών, τετραµερών κ.ά., ενώ το µονοµερές εξαντλείται σχεδόν µόλις αρχίσει ο πολυµερισµός. Οι αλυσιδωτοί πολυµερισµοί χαρακτηρίζονται από την παρουσία ενός µικρού αριθµού ενεργών κέντρων που προστίθενται στα µονοµερή και κάποια µόρια αποκτούν σηµαντικό µέγεθος από την αρχή του πολυµερισµού και σε αντίθεση µε τους σταδιακούς πολυµερισµό το µονοµερές εξακολουθεί και υπάρχει µέχρι το τέλος του πολυµερισµού. 31

5 YΦANΣIMEΣ INEΣ Oι υφάνσιµες ίνες είναι εύκαµπτα, στερεά, ανθεκτικά, κυρίως οργανικά φυσικά (ζωϊκά ή φυτικά), τροποποιηµένα φυσικά ή συνθετικά πολυµερή, που έχουν µήκος πολύ µεγαλύτερο από το πάχος τους. Στις φυσικές φυτικές ίνες υπάγονται το βαµβάκι, το λίνο, η γιούτα, το σίζαλ, το ραµί, το καπόκ και το καννάβι, στις ζωικές το µαλλί και το µετάξι, ενώ στις τροποποιηµένες φυσικές ίνες (man - made fibres, τεχνητές) οι οξικοί εστέρες της κυτταρίνης, το τεχνητό µετάξι (ραιγιόν) κ.ά. Συνθετικές υφάνσιµες ίνες είναι κυρίως οι πολυεστέρες (PET, Terylene, Dacron, Diolen, Trevira), τα πολυαµίδια (νάυλον 6, νάυλον 6. 6, νάυλον κ.ά.), τα πολυακρυλικά (συµπολυµερή ακρυλονιτριλίου, Orlon, Acrilan, Courtelle), τα ελαστοµερή πολυουρεθάνης (Lycra) κ.ά. Στις ανόργανες φυσικές υφάνσιµες ίνες υπάγεται ο αµίαντος, η χρήση του οποίου όµως σήµερα αποφεύγεται λόγω δυσάρεστων επιπτώσεών του στον ανθρώπινο οργανισµό (αµιάντωση). Oι υφάνσιµες ίνες και συνεπώς και τα υφάσµατα και ενδύµατα, που προέρχονται από αυτές, πρέπει να εκπληρώνουν βασικές προδιαγραφές και απαιτήσεις των καταναλωτών, που χρόνο µε το χρόνο διαφοροποιούνται. Έτσι αυτοί που σχεδιάζουν τα υφάσµατα και τα ενδύµατα του αύριο µας εκπλήσσουν, όταν αρχίζουν να συζητούν τις προδιαγραφές και τις απαιτήσεις από ένα κοµµάτι πανί ή από µια ολόκληρη επαγγελµατική στολή. Π.χ. πρέπει να αλλάζουν χρώµα και διαφάνεια ανάλογα µε τις αυξοµειώσεις του φωτός, να προστατεύουν από τις ακτινοβολίες και ταυτόχρονα να επιτρέπουν το µαύρισµα ενώ τα φοράµε, να είναι πυρίµαχα, να µην κόβονται από το µαχαίρι, να έχουν ενσωµατωµένο κινητό τηλέφωνο και κοµπιούτερ. Στην Iαπωνία υπάρχει ένα ύφασµα πολύ διαδεδοµένης χρήσης στα νοσοκοµεία, το κουραράι, µε προσµίξεις µετάλλων, όπως άργυρος και ψευδάργυρος και την ικανότητα να καταργεί κάθε οσµή. Oι πιο απλές οσµές εξουδετερώνονται µε χηµικές αντιδράσεις εξαιτίας της παρουσίας των µεταλλικών ιόντων και οι πλέον επίµονες παύουν να µας ενοχλούν περνώντας από µια διαδικασία οξείδωσης µε τη βοήθεια των υπεριωδών ακτίνων. 32

6 Στο Πανεπιστήµιο της Λουιζιάνας δοκιµάζουν να ξαναζωντανέψουν το µύθο του Mίδα. Φτιάχνουν ρούχα µε επιστρώσεις από πολύτιµα µέταλλα όπως χρυσό, άργυρο, τιτάνιο. Tο ύφασµα εµβαπτίζεται σε διάλυµα αποσταγµένου νερού και µετά σε ειδικό αντιδραστήριο που δηµιουργεί στο νήµα µικρές θήκες, όπου στη συνέχεια θα εναποτεθούν τα ιόντα του µετάλλου. Aνάλογα µε το αντιδραστήριο (συνήθως χρησιµοποιούνται υπεροξείδιο του υδρογόνου ή υδροχλωρικό οξύ) τα πολύτιµα ιόντα συσσωρεύονται διαφορετικά δίνοντας και διαφορετική όψη στο ύφασµα. Είναι αρκετά 28 γραµµάρια χρυσού για να επεξεργαστούµε 600 χιλιόµετρα συνθετικού νήµατος. Bέβαια όλα αυτά φαίνονται πολύ παρωχηµένα µπροστά στα υφάσµατα µε νήµατα που είναι σαν λεπτοί σωλήνες και µέσα σε αυτά κυκλοφορεί αέρας. Θα φοριούνται µε το χιόνι καταργώντας τα διαδοχικά στρώµατα από φανέλες, πουκάµισα, µάλλινα πουλόβερ, αλλά και δίπλα στο τζάκι δεν θα χρειάζεται αλλαγή σε κάτι πιο δροσερό. O ιδρώτας βγαίνει ακαριαία προς τα έξω και το ρούχο έχει συνεχώς τη θερµοκρασία του σώµατος. Eίναι 30 % πιο ελαφρύ από τα συνηθισµένα υφάσµατα και επιτρέπει να φτιάχνονται και µακριές τουαλέτες, ενώ ένα άλλο ανάλογης κατασκευής το Typhoon , αντιστέκεται στον άνεµο, χάρη στις ίνες από ρητίνη που περιέχει, ώστε µπορεί να δώσει µπουφάν ανθεκτικά και στη µανία ενός τυφώνα και στην πίεση µιας κολόνας νερού ύψους 20 µέτρων. Το θέµα των «αντιδρώντων υλικών», τα οποία µπορούν να ανταποκριθούν ανάλογα µε τη θερµοκρασία του σώµατος και τις περιβαλλοντικές αλλαγές δεν είναι επιστηµονική φαντασία, αλλά ζωντανή πραγµατικότητα. Στη σηµερινή εποχή δίπλα στο δοκιµαστικό σωλήνα προστέθηκε ο ηλεκτρονικός υπολογιστής και θα µπορούν εύκολα πια να υφαίνονται υλικά προγραµµατισµένα για τις ανάγκες µας. ΦYΣIKEΣ YΦANΣIMEΣ INEΣ BAMBAKI (κυτταρίνη) Tο βαµβάκι παράγεται από φυτό του γένους Gossipium και αποτελεί την καθαρότερη µορφή κυτταρίνης, η οποία µπορεί να προέρχεται και από άλλα φυτά, αλλά και από το ξύλο. Xηµικώς η κυτταρίνη είναι φυσικό γραµµικό πολυµερές β - D - γλυκόζης, όπου µόρια β - D - γλυκόζης ενώνονται µεταξύ τους µε β - 1, 4 - γλυκοζιτικούς δεσµούς. Στο παρακάτω σχήµα παρουσιάζεται το µακροµόριο της κυτταρίνης, το οποίο αποτελείται αριστερά από το ακραίο µόριο της πυρανόζης (ετεροκυκλική εξόζη), µη-αναγωγικό, µε τέσσερα ελεύθερα υδροξύλια, τα ενδιάµεσα επαναλαµβανόµενα µόρια κελλοβιόζης, µε τρία ελεύθερα υδροξύλια ανά µόριο γλυκόζης, τους ενδιάµεσους γλυκοζιτικούς δεσµούς και το 33

7 τελευταίο µόριο πυρανόζης δεξιά, µε τέσσερα ελεύθερα υδροξύλια επίσης όπως το πρώτο, µε την ηµιακεταλική όµως δοµή, το οποίο είναι το αναγωγικό άκρο. HO HO H H O O H O H O O H O O O O O O H O O H O H O CH 2 OH n H O OH OH Tα γραµµικά µακροµόρια της κυτταρίνης συγκρατούνται µεταξύ τους κυρίως µε δεσµούς υδρογόνου και είναι διατεταγµένα κατά τον άξονα της ίνας. Σε περιοχές παραλληλισµού τους σχηµατίζουν κρυσταλλικές δοµές (70 %) µέσα στην άµορφη φάση της ίνας, έτσι ώστε η κυτταρίνη να χαρακτηρίζεται ως ηµικρυσταλλικό πολυµερές (ένα µέρος ενός µακροµορίου µπορεί να αποτελεί µέρος τόσο της άµορφης, όσο και της κρυσταλλικής φάσης του υλικού). H κρυσταλλικότητα µειώνεται στη µερσερισµένη και αναγεννηµένη κυτταρίνη (ραιγιόν, τεχνητή µέταξα) στο 50 % και 40 % αντίστοιχα. H κυτταρίνη υπάρχει σε πέντε τουλάχιστον κρυσταλλικές µορφές, από τις οποίες σηµαντικότερες είναι η κυτταρίνη I και II. Aυτές οι µορφές ενδιαφέρουν κυρίως την κλωστοϋφαντουργία. H κυτταρίνη I (κρυσταλλικότητα 70 %) είναι η µορφή που βρίσκεται στη φύση και η κυτταρίνη II (κρυσταλλικότητα %) είναι η θερµοδυναµικώς σταθερή µορφή που σχηµατίζεται, όταν η φυσική κυτταρίνη αναγεννάται από διάλυµα (κρυσταλλικότητα 40 %) ή υποβάλλεται στην επεξεργασία του µερσερισµού (κρυσταλλικότητα 50%). Tο µοριακό βάρος της κυτταρίνης ποικίλει ανάλογα µε την προέλευσή της. H κυτταρίνη του βαµβακιού έχει M.B. περίπου και βαθµό πολυµερισµού n 1500, ενώ το M.B.της κυτταρίνης του ξύλου είναι σηµαντικά µικρότερο (MB ). Oι κυτταρινούχες ίνες δεν αποικοδοµούνται µε αραιά αλκάλια (διαφορά από τις ζωϊκές) παρά µόνο σε υψηλή θερµοκρασία (> 140 C). Kατεργασία του βαµβακιού µε αλκάλια (20-26 % NaOH, o C, h) και σύγχρονη έκτασή του (µερσερισµός) βελτιώνει τη λάµψη, τη σταθερότητα διαστάσεων, τη µηχανική αντοχή και τη βαφική ικανότητά του, λόγω µεταβολής της κρυσταλλικής δοµής της κυτταρίνης I σε κυτταρίνη II. 34

8 H κυτταρίνη αντίθετα καταστρέφεται από αραιά οξέα, λόγω µερικής υδρόλυσης των γλυκοζιτικών δεσµών (αποπολυµερισµός). Aυτό έχει ως αποτέλεσµα την ελάττωση της µηχανικής αντοχής των ινών λόγω µειώσεως του µήκους των µακροµορίων (ελάττωση δεσµικών δυνάµεων). Θερµά διαλύµατα ισχυρών οξέων προκαλούν πλήρη υδρόλυση µε σχηµατισµό µονοµερούς γλυκόζης. Λόγω της ευαισθησίας των φυτικών ινών στα οξέα, πρέπει τα υπολείµµατά τους (οργανικά ή ανόργανα), και κυρίως τα µη πτητικά, να αποµακρύνονται πλήρως µε πλύση µε αραιά αλκάλια, γιατί η µετέπειτα ξήρανση του υλικού µε µεγαλύτερης διάρκειας θέρµανση παρουσία οξέων προκαλεί υδρόλυσή τους. H επίδραση στην κυτταρίνη ήπιων οξειδωτικών που χρησιµοποιούνται στη λεύκανση των βαµβακερών είναι πολύπλοκη, και ανάλογα µε το είδος και τις συνθήκες (ph, χρόνος, παρουσία Fe ++, Cu ++ κ.ά.), προκαλεί διάφορα προϊόντα οξείδωσης και µερική σχάση της αλυσίδας µε αποτέλεσµα την ελάττωση της µηχανικής αντοχής της ίνας. H επίδραση του υπεροξειδίου του υδρογόνου και του υποχλωριώδους νατρίου σε αλκαλικό περιβάλλον θεωρούνται ασφαλείς µέθοδοι λεύκανσης, αλλά συγχρόνως παρατηρείται και µια µικρή σχάση των µακροµορίων της κυτταρίνης. Σήµερα κυριαρχεί η λεύκανση µε υπεροξείδιο του υδρογόνου λόγω των σοβαρών οικολογικών επιπτώσεων, αλλά και ασθενειών από τη δράση του χλωρίου. H επίδραση του ηλιακού φωτός προκαλεί, µε την υπεριώδη ακτινοβολία του (λ < 340 nm) παρουσία οξυγόνου και υγρασίας, οξειδώσεις µέσω ελεύθερων ριζών, ενώ η απευθείας φωτόλυση της κυτταρίνης µε ακτινοβολία µεγαλύτερης ενέργειας δεν απαιτεί παρουσία οξυγόνου και παρεµποδίζεται από την υγρασία. Tο βαµβάκι αντέχει σε ξηρή θέρµανση µέχρι 120 ο C, αλλά σε υψηλότερη θερµοκρασία (> 200 C) αρχίζει να διασπάται µε σχηµατισµό καρβονυλικών και καρβοξυλικών οµάδων και έκλυση νερού, µονοξειδίου και διοξειδίου του άνθρακα. MAΛΛI Eισαγωγή Oι διάφοροι τύποι µαλλιών ταξινοµούνται ανάλογα µε τη διάµετρο και το µήκος της ίνας. Tο πιο φίνο πρώτης ποιότητας µαλλί παράγεται από το γένος merino, που εµφανίσθηκε στην Iσπανία το Mεσαίωνα. Λόγω της άριστης ποιότητας και της µεγάλης αξίας του η εξαγωγή του απαγορευόταν µέχρι τον 18ο αιώνα, οπότε εισήχθη σε άλλες χώρες και κυρίως στην 35

9 Aυστραλία, από όπου σήµερα παράγεται µαλλί εξαιρετικής ποιότητας, όσον αφορά το µήκος, το χρώµα, τη λάµψη και τη λεπτότητα της ίνας. Σύσταση του µαλλιού οµή των πρωτεϊνών του µαλλιού Tο µαλλί ανήκει στην οµάδα των πρωτεϊνών, γνωστών ως κερατίνες. Oι κερατίνες κατατάσσονται σε σκληρές και µαλακές ανάλογα µε την υφή τους. Xαρακτηριστικό των σκληρών κερατινών, όπως το µαλλί, οι τρίχες, οι οπλές των αλόγων, τα κέρατα, τα νύχια, τα φτερά, τα ράµφη των πουλιών είναι η µεγαλύτερη συγκέντρωση θείου (3%) από αυτήν στις µαλακές κερατίνες, όπως το δέρµα. Tο θείο εµφανίζεται κύρια µε τη µορφή του αµινοξέος κυστίνη. Aν και ανήκει στην κατηγορία των κερατινών, το µαλλί στην πραγµατικότητα περιέχει µόνο 82 % κερατινοειδείς πρωτεΐνες που χαρακτηρίζονται από υψηλή συγκέντρωση κυστίνης. Περίπου 17 % της µάλλινης ίνας συντίθεται από µη κερατινοειδείς πρωτεΐνες (χαµηλής περιεκτικότητας σε κυστίνη), ενώ περιέχει επίσης 1 % µη πρωτεϊνικό υλικό κηρώδη λιπίδια και µικρή ποσότητα πολυσακχαριτών. Oι µη - κερατινοειδείς πρωτεΐνες και τα λιπίδια δεν κατανέµονται οµοιόµορφα στην ίνα, αλλά συγκεντρώνονται σε ορισµένα σηµεία. Oι ίνες της κερατίνης δεν είναι χηµικά οµογενείς, αλλά µίγµα πολλών διαφορετικών µεταξύ τους πολυπεπτιδίων. Yπολογίζεται ότι το µαλλί περιέχει περίπου 170 διαφορετικούς τύπους πρωτεϊνικών µορίων. Παρά το ότι το µαλλί κατατάσσεται στις κερατίνες, οι πρωτεΐνες του ονοµάζονται κερατινοειδείς ή µη κερατινοειδείς ανάλογα µε την περιεκτικότητά τους σε κυστίνη. Oι µη-κερατινοειδείς πρωτεΐνες έχουν χαµηλό ποσοστό κυστίνης και άρα µικρή συγκέντρωση δισουλφιδικών γεφυρών. Aυτό τις κάνει περισσότερο ασταθείς και λιγότερο ανθεκτικές σε χηµικά αντιδραστήρια σε σχέση µε τις κερατινοειδείς. Xηµική δοµή του µαλλιού Aµινοξέα του µαλλιού H πλήρης υδρόλυση του µαλλιού δίνει ένα µίγµα 18 αµινοξέων. H γενική δοµή ενός πολυπεπτιδίου του µαλλιού παρουσιάζεται στο παρακάτω σχήµα, όπου µπορούµε να αναγνωρίσουµε τις πλευρικές πολυπεπτιδικές αλυσίδες, ορισµένα αµινοξέα, τον τρόπο σύνδεσής τους, καθώς και τα διάφορα είδη των δεσµών που υπάρχουν στις µάλλινες ίνες. 36

10 OC CO CH-CH 2 -S-S-CH 2 HC HN NH CO OC HC CH NH HN OC CO CH-CH 2 -CH 2 -COO - + H 3 N-H 2 C-H 2 C-H 2 C-H 2 C-HC HN NH CO OC HC CH Oι πλευρικές αλυσίδες, που κυρίως επηρεάζουν τις ιδιότητες του µαλλιού, βαφικές και άλλες, είναι αυτές που περιέχουν όξινες ή βασικές οµάδες. Όξινες καρβοξυοµάδες υπάρχουν σε πλευρικό ασπαρτικό και γλουταµινικό οξύ, ενώ η ιστιδίνη, αργινίνη και λυσίνη περιέχουν βασικές πλευρικές αλυσίδες ιµιδαζολικές, γουανιδινικές και αµινοοµάδες αντιστοίχως. Oι πεπτιδικές αλυσίδες στο µαλλί συνδέονται µε οµοιοπολικούς σταυροδεσµούς και µηπολικές αλληλεπιδράσεις - δεσµούς. Oι δεσµοί αυτοί συνδέουν πολυπεπτιδικές αλυσίδες µεταξύ τους, καθώς επίσης και διαφορετικά µέρη της ίδιας αλυσίδας. Oι πρώτοι είναι σηµαντικότεροι όσον αφορά τις ιδιότητες και την εµφάνιση του µαλλιού. Oµοιοπολικοί σταυροδεσµοί. Eκτός από ένα µικρό ποσό του αµινοξέος µεθειονίνη, το θείο στο µαλλί υπάρχει υπό τη µορφή του αµινοξέος κυστίνη. Oι δισουλφιδικοί δεσµοί της κυστίνης σχηµατίζουν σταυροδεσµούς. Στους δια - πεπτιδικούς σταυροδεσµούς οφείλεται η µεγαλύτερη σταθερότητα και µικρότερη διαλυτότητα της κερατίνης, σε σύγκριση µε άλλες πρωτεΐνες. Mη πολικοί δεσµοί Eίναι επίσης δια- και ενδο-πεπτιδικοί δεσµοί µε µεγάλη σηµασία στις ιδιότητες της ίνας και κατατάσσονται σε τρεις κύριες οµάδες. α) εσµοί υδρογόνου: Oι -CO- και -NH- οµάδες στην πεπτιδική αλυσίδα και οι αµινο- και καρβοξυ-οµάδες των πλευρικών αλυσίδων σχηµατίζουν µεταξύ τους δεσµούς υδρογόνου. Oι 37

11 δεσµοί αυτοί σχηµατίζονται ακόµη και µεταξύ των πλευρικών αµινοξέων µέσα στην ίδια αλυσίδα. β) Iονικοί δεσµοί: Oι πλευρικές αλυσίδες περιέχουν περίπου ίδιο αριθµό βασικών αµινο- και όξινων καρβοξυ-οµάδων. Aυτές οι οµάδες είναι υπεύθυνες για την επαµφοτερίζουσα φύση της ίνας και την ικανότητά της να ενώνεται µε όξινες ή βασικές ενώσεις. Στο ισοηλεκτρικό σηµείο όλες αυτές οι οµάδες είναι πλήρως ιονισµένες και το συνολικό ηλεκτρικό φορτίο της ίνας είναι µηδέν. Mαζί µε τους δεσµούς υδρογόνου επηρεάζουν σηµαντικά τις φυσικές ιδιότητες του ξηρού µαλλιού. Kαι οι δύο τύποι δεσµών καταστρέφονται βαθµηδόν, όταν το µαλλί απορροφά νερό, αλλά ακόµη και όταν η ίνα είναι κορεσµένη, µερικοί απ' αυτούς παραµένουν στη δοµή της πρωτεϊνικής ίνας. γ) Yδρόφοβες αλληλεπιδράσεις: Yπάρχουν µεταξύ µη πολικών οµάδων, αλανίνης, φαινυλαλανίνης, λευκίνης, ισολευκίνης και σχηµατίζονται µεταξύ δύο µη-πολικών πλευρικών αλυσίδων µε σύγχρονη αποβολή συνεζευγµένων µορίων νερού. Aυτός ο τύπος δεσµών συνεισφέρει στην µηχανική αντοχή της κερατίνης (ιδιαίτερα παρουσία µεγάλων ποσοτήτων νερού). METAΞI Tο µετάξι έχει όλες τις επιθυµητές ιδιότητες µιας υφάνσιµες ίνας: αντοχή, ελαστικότητα, απαλή υφή, καλή βαφική συµπεριφορά. Aποτελείται από σταθεροποιηµένο υγρό, που εκκρίνεται από ορισµένο αδένα του µεταξοσκώληκα, µια φορά κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής του (όταν είναι ακόµη χρυσσαλίδα για προστασία της). Kαλλιεργούνταν στην Kίνα ήδη από το 2600 π.x. και πιθανόν µη καλλιεργηµένο µετάξι συλλεγόταν και χρησιµοποιούνταν πριν από αυτήν την ηµεροµηνία. Mόλις το 555 µ.x. έγινε εξαγωγή του στην Eυρώπη. Yπάρχουν διάφορες ποικιλίες µεταξοσκωλήκων. Mεταξύ αυτών η ποικιλία Bombyca mori είναι αυτή που παράγει το καλύτερο µετάξι και τρέφεται µε φύλλα µουριάς. H µέση σύσταση του ακατέργαστου µεταξιού είναι: Σερικίνη ή κόλλα του µεταξιού 22-25% Φιβροΐνη % Nερό 10-11% Άλατα, ίχνη λιπών, χρωστικές κλπ % H φιβροΐνη αποτελείται από έναν αριθµό αµινοξέων, τα σπουδαιότερα των οποίων είναι: 38

12 Γλυκίνη 38% Aλανίνη 22% Σερίνη 15% Tυροσίνη 9% H φιβροΐνη δεν περιέχει το αµινοξύ κυστίνη, άρα δεν έχει καθόλου δισουλφιδικές γέφυρες - S-S-. Aυτή είναι και µια βασική διαφορά µεταξύ µαλλιού-µεταξιού. Tο µοριακό βάρος του µεταξιού είναι , ενώ η καθαρή φιβροΐνη έχει µοριακό βάρος και βαθµό πολυµερισµού Iδιότητες H επίδραση της θερµότητας είναι καταστροφική για το µετάξι. Παρατεταµένη έκθεση της ίνας στους 140 ο C προκαλεί αποχρωµατισµό και απώλεια της αντοχής σε εφελκυσµό. H καταστροφή συνοδεύεται από απελευθέρωση N 2 µε τη µορφή αµµωνίας. Παρατεταµένη έκθεση στο ηλιακό φως προκαλεί επίσης ελάττωση της αντοχής σε εφελκυσµό, που επιταχύνεται µε την παρουσία σιδήρου, χαλκού και ανόργανων οξέων. Nερό και αραιά οξέα δεν επηρεάζουν το µετάξι στη συνήθη θερµοκρασία. Aραιά αλκάλια καθώς και πυκνά οργανικά οξέα προκαλούν διόγκωση της ίνας, ενώ ισχυρά οξέα και θερµά αλκάλια την αποσυνθέτουν πλήρως. Tο µετάξι σπάνια χρησιµοποιείται χωρίς να αποµακρυνθεί η κόλλα, που περιέχει, πράγµα που προκαλεί απώλεια βάρους 22-25%. Aποµάκρυνση της κόλλας Eίναι σηµαντική διεργασία, προκειµένου το µετάξι να διοχετευθεί στο εµπόριο και συνίσταται σε εκλεκτική σχάση των πεπτιδικών δεσµών της σερικίνης υδρολυτική ή ενζυµική και ακόλουθη αποµάκρυνσή της από τη φιβροΐνη µε διαλυτοποίηση ή διασπορά στο νερό. Mπορεί να γίνει είτε στο νήµα, είτε στο ύφασµα. Oι µέθοδοι αποµάκρυνσης της κόλλας είναι: εκχύλιση µε νερό, βρασµός µε σαπούνι, αποκολλάρισµα µε αλκάλια, αποκολλάρισµα µε όξινα διαλύµατα και ενζυµικές µέθοδοι (µε τρυψίνη ή παπαΐνη σε ph 7-9 και 7 αντιστοίχως). 39

13 TPOΠOΠOIHMENEΣ ΦYΣIKEΣ INEΣ (TEXNHTEΣ) PAIΓION BIΣKOZHΣ Aνακαλύφθηκε από τους Cross και Bevan τo 1892 κατά τη διάρκεια ενός προγράµµατος έρευνας των γενικών ιδιοτήτων της κυτταρίνης. H βιοµηχανική του ανάπτυξη υποστηρίχθηκε αρχικά από την Courfaulds Ltd και στη συνέχεια από άλλες εταιρείες: Du Pont de Nemours & Co., Industrial Rayon Corporation (Aµερική), Snia Viscosa (Iταλία), Glanzstoff Corporation (Γερµανία), Enka Ltd, Harbens Ltd, North British Rayon Ltd (M. Bρεττανία). Ενώ στην αρχή το υλικό είχε µια τραχιά και καθόλου ελκυστική εµφάνιση και υφή και θρυµµατιζόταν και τσαλακωνόταν εύκολα, βελτιώθηκε πολύ γρήγορα και είναι σήµερα ένα ελκυστικό και ευρέως χρησιµοποιούµενο υλικό. Tο ραιγιόν βισκόζης ήταν πάντα το φθηνότερο όλων των τεχνητών µεταξιών και γι' αυτόν κυρίως το λόγο η παραγωγή του είναι µεγαλύτερη από όλες µαζί τις τεχνητές υφάνσιµες ίνες. Xηµική δοµή H βισκόζη είναι αναγεννηµένη κυτταρίνη, που προέρχεται από ινίδια βαµβακιού πολύ µικρού µήκους, ακατάλληλα για νηµατοποίηση και κυρίως από ξυλοπολτό. Tα στάδια παρασκευής της είναι τα εξής: 1. Προκατεργασία της πρώτης ύλης (ξυλοπολτού): Aυτός καθαρίζεται µε πλύση µε υδροθειώδες ασβέστιο και βρασµό υπό πίεση επί 14 hr. H κατεργασία αυτή δεν επηρεάζει την κυτταρίνη, αλλά διαλυτοποιεί τη λιγνίνη και άλλες προσµίξεις. Tο υπόλειµµα λευκαίνεται µε υποχλωριώδες νάτριο, αποµακρύνεται η περίσσεια του νερού και παίρνονται στερεά φύλλα καθαρής κυτταρίνης 90-94%. 2. H κυτταρίνη αυτή αντιδρά µε διάλυµα NaOH 17.5%. Προς τούτο η κυτταρίνη αφήνεται σε επαφή µε το καυστικό νάτριο για 2 περίπου ώρες. H α-κυτταρίνη µετατρέπεται έτσι σε αλκαλικυτταρίνη, ενώ οι ηµικυτταρίνες διαλύονται. Στη συνέχεια η αλκαλικυτταρίνη στραγγίζεται µε πίεση και αποµακρύνεται η περίσσεια του αλκάλεος. Tα φύλλα της αλκαλικυτταρίνης κονιοποιούνται και αφήνονται 2-3 ηµέρες σε θερµοκρασία 22 ο C. Tότε λαµβάνει χώρα µερικός αποπολυµερισµός, που εξασφαλίζει ότι το τελικό διάλυµα βισκόζης δεν θα έχει πολύ υψηλό ιξώδες, ώστε να µπορεί να νηµατοποιηθεί. Πρόσφατες εξελίξεις της µεθόδου βασισµένες σε προσεκτικό έλεγχο της θερµοκρασίας έχουν ελαττώσει σηµαντικά το χρόνο αυτό, ώστε το στάδιο να ενοποιηθεί µε την κονιοποίηση. 40

14 3. H αλκαλικυτταρίνη αντιδρά µε διθειάνθρακα προς σχηµατισµό της ξανθογονικής κυτταρίνης. H αντίδραση γίνεται στην υδροξυοµάδα της 2-θέσης της γλυκόζης. 4. H ξανθογονική κυτταρίνη διαλύεται σε αραιό διάλυµα NaOH, για να δώσει ένα παχύρρευστο υγρό (viscous liquid) γνωστό ως βισκόζη, από το οποίο πήρε και το όνοµά της η µέθοδος. Kατά τη διάλυση αυτή οι ξανθογονικές οµάδες πιθανόν ενώνονται χαλαρά µε µόρια NaOH. 5. Tο διάλυµα αφήνεται 4-5 ηµέρες σε θερµοκρασία C. Στην αρχή το διάλυµα βισκόζης είναι πολύ παχύρρευστο. Mε την παραµονή γίνεται λεπτότερο και ξανά περισσότερο παχύρρευστο. H διαδικασία αυτή είναι γνωστή ως "ωρίµανση" και πιστεύεται ότι κατά τη διάρκειά της µερικά µακροµόρια ξανθογονικής κυτταρίνης αποσυντίθενται προς κυτταρίνη. Aυτή παραµένει µε τη µορφή αιωρήµατος µε τη µη-διασπασµένη ξανθογονική κυτταρίνη, που δρα ως προστατευτικό κολλοειδές. Όταν η ωρίµανση προχωρήσει αρκετά και δεν υπάρχει αρκετή ποσότητα µη-διασπασµένης ξανθογονικής κυτταρίνης, καταστρέφεται το κολλοειδές αυτό και καταβυθίζεται η κυτταρίνη. Στην πράξη όµως, αµέσως πριν αρχίσει αυτή η καταβύθιση, αρχίζει η νηµατοποίηση. 6. Tο διάλυµα µέσω της νηµατοποιητικής µηχανής φέρεται σε λουτρό H 2 SO 4, το οποίο ολοκληρώνει τη µετατροπή της ξανθογονικής κυτταρίνης σε κυτταρίνη. Mερικές φορές προστίθεται και MgSO 4. Η βισκόζη, που παράγεται µε τις παραπάνω µεθόδους έχει πολύ µεγάλη στιλπνότητα, ανεπιθύµητη για πολλές χρήσεις. Περισσότερο µατ νήµατα µπορούν να παραχθούν µε προσθήκη περίπου 2% TiO 2 στο διάλυµα της βισκόζης πριν από τη νηµατοποίηση. Iδιότητες του ραιγιόν βισκόζης Tο ραιγιόν βισκόζης είναι αρκετά ανθεκτική ίνα, µε παρατεταµένη όµως έκθεση στο φως η ανθεκτικότητα της ίνας ελαττώνεται, ενώ παρατεταµένη έκθεση σε υψηλές θερµοκρασίες προκαλεί κιτρίνισµα της ίνας. Ψυχρά διαλύµατα οξέων δεν επηρεάζουν τη βισκόζη, ενώ σε ψηλή θερµοκρασία την απανθρακώνουν, ενώ οι διαλύτες που χρησιµοποιούνται στο στεγνό καθάρισµα δεν προσβάλλουν την ίνα. Λόγω της µεγάλης της συγγένειας µε το νερό βάφεται µε απευθείας βάφοντα χρώµατα, µε τα οποία έχει µεγαλύτερη συνάφεια από ό,τι το βαµβάκι. Eποµένως η βαφή µπορεί να γίνει σε θερµοκρασία χαµηλότερη από αυτήν, που απαιτείται για τη βαφή βαµβακερού και µε 41

15 λιγότερη ποσότητα άλατος. Mερικές φορές µάλιστα χρησιµοποιούνται και αντιδραστήρια προς επιβράδυνση της βαφής. AΣETA - OΞIKH KYTTAPINH H παραγωγή της άρχισε σε µεγάλη κλίµακα στον A Παγκόσµιο Πόλεµο Xρησιµοποιούνταν για την επάλειψη των υφασµάτων φτερών των αεροπλάνων, που γίνονταν µε αυτό τον τρόπο αεροστεγανά. H παραγωγή γινόταν στην Eλβετία από τους αδελφούς Dreyfons, αλλά αργότερα µεταφέρθηκε στην Aγγλία, όπου κατασκευάστηκε εργοστάσιο για την παραγωγή της. Mετά το τέλος του πολέµου οι κατασκευαστές έστρεψαν την προσοχή τους στη µετατροπή της οξικής κυτταρίνης σε ίνα, παρά το ότι είχαν να ανταγωνισθούν την αναπτυσσόµενη βιοµηχανία της βισκόζης. Tη νέα ίνα ονόµασαν Celanese. Aν και η παραγωγή της Celanese άρχισε ήδη από το 1921, µόλις το 1954 άρχισε η τριοξική κυτταρίνη να παράγεται σε µεγάλη κλίµακα στην Aµερική (Celanese Corporation of America, Courfaulds Ltd), τον Kαναδά (Canadian Celanese Ltd) τη M. Bρεττανία (British Celamese Ltd) µε τα ονόµατα Arnel, Courpleta, Seraceta, Trilan, Tricel κλπ. H τριοξική κυτταρίνη δεν διαλύεται σε πολλούς κοινούς διαλύτες. H τοξικότητα των διαλυτών που χρησιµοποιούνται για την νηµατοποίησή της, π.χ. CHCl 3 ήταν η κύρια αιτία, που οδήγησε στην γρήγορη ανάπτυξη της δευτεροταγούς οξικής κυτταρίνης, προϊόντος µερικής υδρόλυσης της πρώτης, που είναι διαλυτή σε ακετόνη. οµή Παράγεται µε ακετυλίωση της κυτταρίνης είναι δηλαδή ένας εστέρας της. Eίναι δυνατόν να παραχθεί ο τριεστέρας της κυτταρίνης που χαρακτηρίζεται ως τριασετά και ο διεστέρας που ονοµάζεται, λανθασµένα ίσως ασετά. H βαφή του γίνεται κύρια µε χρώµατα διασποράς, που χρησιµοποιούνται και στη βαφή των πολυεστερικών ινών. Στην τριοξική κυτταρίνη είναι εστεροποιηµένες όλες οι υδροξυοµάδες της κυτταρίνης. 'Eτσι η δοµική µονάδα της κυτταρίνης είναι η C 6 H 7 O 2 (OH) 3 µε M.B. 162, ενώ της τριοξικής κυτταρίνης η C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3 ) 3 µε M.B Mερική υδρόλυση της τριοξικής κυτταρίνης προς ένα προϊόν, που περιέχει ακετυλοοµάδες ανά δοµική µονάδα γλυκόζης (δευτεροταγής οξική κυτταρίνη) την κάνει διαλυτή σε ακετόνη και ξεπερνιέται το µειονέκτηµα της χρήσης χλωροφορµίου ή τετραχλωράνθρακα ως 42

16 διαλυτών για τη νηµατοποίηση του υλικού. (Mέσος όρος ακετυλο-οµάδων / δοµική µονάδα γλυκόζης: 2.3, C 6 H 7.7 O 2.7 (OCOCH 3 ) 2.3, M.B. 259). Παρασκευή Για την παρασκευή του ραιγιόν οξικής κυτταρίνης χρησιµοποιούνται τριχίδια βάµβακος πολύ µικρού µήκους ακατάλληλα για νηµατοποίηση, άχρηστο βαµβάκι ή ξυλοπολτός, που καθαρίζεται µε βρασµό µε άλκαλι για 4-10 hr. Στην συνέχεια στραγγίζεται, ξεπλένεται και λευκαίνεται µε υποχλωριώδες νάτριο. Mετά τον καθαρισµό η κυτταρίνη ξηραίνεται και αναµιγνύεται µε οξικό ανυδρίτη, οξικό οξύ glacial και 1% θειϊκό οξύ. H αντίδραση συνεχίζεται για 8 hr, οπότε όλη η κυτταρίνη έχει µετατραπεί σε τριοξική κυτταρίνη µε 3 ακετυλο-οµάδες / δοµική µονάδα γλυκόζης. Tο θειϊκό οξύ αντιδρά µε τον οξικό ανυδρίτη προς σχηµατισµό σουλφοξικού οξέος, που είναι το πραγµατικό ακετυλιωτικό µέσον. H ακετυλίωση είναι ισχυρά εξώθερµη αντίδραση. H θερµοκρασία πρέπει να διατηρείται χαµηλή µε ψύξη του αντιδραστήρα, ώστε να αποφεύγεται η αποικοδόµηση της κυτταρίνης. Tο τέλος της αντίδρασης αναγνωρίζεται από το ότι όλες οι ίνες έχουν διαλυθεί. Παρατήρηση στο µικροσκόπιο δείχνει όχι διογκωµένες, αλλά πλήρως διαλυµένες ίνες. Mερική υδρόλυση της τριοξικής κυτταρίνης, που σχηµατίζεται, πετυχαίνεται µε προσθήκη νερού, ώστε η συγκέντρωση του οξικού οξέος να φτάσει 95%. Mετά από παραµονή 20 hr έχει προχωρήσει η υδρόλυση τόσο, ώστε να σχηµατισθεί η δευτεροταγής οξική κυτταρίνη µε 2.3 ακετυλοοµάδες / δοµική µονάδα γλυκόζης. Tο προϊόν, που προκύπτει είναι διαλυτό σε ακετόνη. 'Oταν οι ακετυλοοµάδες φθάσουν στο επιθυµητό επίπεδο, το µίγµα χύνεται σε περίσσεια νερού και καταβυθίζεται η δευτεροταγής οξική κυτταρίνη µε τη µορφή νιφάδων. O βαθµός πολυµερισµού είναι Iδιότητες Oι ιδιότητες της οξικής κυτταρίνης καθορίζονται από το γεγονός ότι οι υδροξυοµάδες της κατά το µεγαλύτερο µέρος τους είναι εστεροποιηµένες. 'Eτσι είναι ίνα λιγότερο υγροσκοπική και περισσότερο υδρόφοβη από τη βισκόζη και διαλύεται ή διογκώνεται από οργανικούς διαλύτες πιο εύκολα από αυτήν. Aυτό δηµιουργεί πρόσθετες δυσκολίες στη βαφή της, οι οποίες υπερπηδήθηκαν µε την χρήση χρωµάτων διασποράς. H µικρή ελάττωση της αντοχής της, όταν διαβραχεί (σε σχέση µε τη βισκόζη) οφείλεται στην µικρή υγροσκοπικότητά της. 43

17 Eίναι ίνα θερµοπλαστική, δηλαδή µαλακώνει µε τη θέρµανση. Tήκεται στους 230 ο C µε διάσπαση. Kαίγεται µε ανάφλεξη, αλλά εξαιτίας της ταυτόχρονης τήξης η εξάπλωση της καύσης είναι αργή. Ως ίνα παρουσιάζει χαµηλό κίνδυνο ανάφλεξης. 'Eχει µεγάλη στιλπνότητα, η οποία όµως µετριάζεται µε προσθήκη TiO 2 στο ακετονικό διάλυµα νηµατοποίησης, όπως προαναφέρθηκε. Eπίσης η στιλνότητα της οξικής κυτταρίνης χάνεται µε εµβάπτισή της σε βραστό νερό και επανέρχεται ανοµοιόµορφα µε το σιδέρωµα. Eπειδή στην επιφάνειά της αναπτύσσεται στατικός ηλεκτρισµός είναι απαραίτητο πολλές φορές ένα αντιστατικό φινίρισµα, που συνίσταται σε µερική σαπωνοποίηση εστερικών οµάδων της και µετατροπή τους σε υδροξυοµάδες, ώστε να γίνει περισσότερο αγώγιµη. 'Oσον αφορά τις χηµικές τους ιδιότητες και οι δύο ίνες είναι σταθερές σε αραιά διαλύµατα οξέων, αλλά πυκνά διαλύµατα οξέων τις προσβάλλουν ακόµη και σε χαµηλή θερµοκρασία και η χρήση ισχυρά αλκαλικών λουτρών πρέπει να αποφεύγεται. 'Eκθεση σε ακτινοβολία προκαλεί µικρή ελάττωση της αντοχής της ίνας (15% απώλεια σε συνεκτικότητα έπειτα από 200 ώρες έκθεσης σε υπεριώδη ακτινοβολία). H δευτεροταγής οξική κυτταρίνη χάνει εντελώς τη στιλπνότητά της, όταν υποστεί κατεργασία µε νερό πάνω από 85 ο C, µε αποτέλεσµα θερµοκρασίες µέχρι 85 ο C µπορούν να χρησιµοποιηθούν στη βαφή της, ενώ η βαφή της τριοξικής γίνεται σε θερµοκρασία 115 ο C. ΣYNΘETIKEΣ YΦANΣIMEΣ INEΣ ΙΝΕΣ ΠOΛYAMI IΚΕΣ (Nάυλον) Eίναι οι πιο ανθεκτικές από τις υφάνσιµες ίνες και χρησιµοποιούνται στις περιπτώσεις όπου πρέπει να συνδυασθεί η αντοχή µε την ελαστικότητα. Στα µειονεκτήµατά τους καταγράφεται η ευαισθησία τους στη υπεριώδη ακτινοβολία και η µη αναµενόµενη όχι τόσο καλή συµπεριφορά τους στο τσαλάκωµα. Ο όρος νάυλον καθιερώθηκε για όλα τα γραµµικά συνθετικά πολυαµίδια. Οι σπουδαιότεροι εκπρόσωποι είναι τα νάυλον 6 και νάυλον 6,6. Το πρώτο παράγεται µα πολυµερισµό της καπρολακτάµης και το δεύτερο µε πολυσυµπύκνωση εξαµεθυλενοδιαµίνης και αδιπικού οξέος. Οι νάυλον ίνες βάφονται εύκολα όπως και οι µάλλινες µε όξινα χρώµατα, αλλά επιπλέον και µε χρώµατα διασποράς. 44

18 ΙΝΕΣ ΠOΛYEΣTEPIKEΣ Παράγονται µε πολυσυµπύκνωση τερεφθαλικού οξέος και αιθυλενογλυκόλη. Έτσι δηµιουργείται ο τερεφθαλικός πολυαιθυλενεστέρας, που νηµατοποιείται αφού πρώτα λιώσει στους 280 ο C. Eίναι πολύ δύσκαµπτες ίνες και χρησιµοποιούνται συνήθως ως σύµµικτες µε βαµβάκι ή µε µαλλί. Στα πλεονεκτήµατά τους καταγράφονται η ανθεκτικότητα, η αντοχή στο πλύσιµο, το σιδέρωµα και το τσαλάκωµα και η καλή αντοχή στην υπεριώδη ακτινοβολία. Ως µειονεκτήµατα αναφέρονται η δύσκολη βαφή τους (µόνο µε χρώµατα διασποράς), ο στατικός ηλεκτρισµός και η έλλειψη απορροφητικότητας. ΙΝΕΣ ΠOΛYAKPYΛIKEΣ H κύρια βάση αυτών των ινών είναι το πολυακρυλονιτρίλιο, αλλά συνήθως οι πολυακρυλικές ίνες έχουν διάφορα άλλα συµπολυµερή για να βελτιωθούν κάποια µειονεκτήµατά τους. Όταν το πολυακρυλονιτρίλιο είναι τουλάχιστον 85 % χαρακτηρίζονται ως ακρυλικές, ενώ όταν το ποσοστό περιορίζεται στο % ονοµάζονται µοδακρυλικές. EΛAΣTOMEPH ΠOΛYOYPEΘANHΣ Παρασκευάζονται µε πολυσυµπύκνωση διισοκυανικών εστέρων µε διόλες. Oι σηµαντικότερες ίνες αυτής της κατηγορίας είναι οι ίνες elastane (Spandex, όρος που χρησιµοποιείται κυρίως στις ΗΠΑ), που είναι ελαστικές αλλά και σκληρές ταυτόχρονα, διότι είναι συµπολυµερή πολυεστερικά και πολυουρεθανικά (> 85 %). 45