Υφάνσιμες ύλες 🧵
Οι υφάνσιμες ύλες είναι ουσίες οι οποίες, με κατάλληλη επεξεργασία, μπορούν να μετατραπούν σε ίνες, δηλαδή σε λεπτά νηματοειδή υλικά από τα οποία στη συνέχεια παρασκευάζονται νήματα και υφάσματα. Ο άνθρωπος χρησιμοποιεί υφάνσιμες ίνες για την ένδυσή του εδώ και χιλιάδες χρόνια, όμως η σύγχρονη χημεία των πολυμερών πρόσθεσε στις παραδοσιακές φυσικές ίνες μια ολόκληρη νέα κατηγορία τεχνητών και συνθετικών ινών.
Ταξινόμηση των υφάνσιμων ινών
Οι υφάνσιμες ίνες διακρίνονται σε τρεις μεγάλες κατηγορίες, ανάλογα με την προέλευσή τους: φυσικές, τεχνητές και συνθετικές.
| Κατηγορία | Υποκατηγορία | Παραδείγματα |
|---|---|---|
| Φυσικές | Ανόργανες | Αμίαντος |
| Φυσικές | Φυτικές | Βαμβάκι, λινάρι, κάνναβη |
| Φυσικές | Ζωικές | Μετάξι, μαλλί |
| Τεχνητές | Από αναγεννημένη φυτική κυτταρίνη | Τεχνητό μετάξι (ραγιόν) |
| Τεχνητές | Από ζωική πρωτεΐνη (καζεΐνη του γάλακτος) | Λανιτάλη (τεχνητό μαλλί) |
| Συνθετικές | Πολυαμίδια | Nylon 6,6, Nylon 6, Nylon 10,10 |
| Συνθετικές | Πολυεστέρες | Terylene, Dacron |
| Συνθετικές | Πολυακρυλονιτρίλια (ακρυλικά) | Orlon, Acrilan |
Η κατάταξη σε φυσικές, τεχνητές και συνθετικές δεν είναι τυχαία: δείχνει πόσο έχει επέμβει ο άνθρωπος στην πρώτη ύλη. Οι φυσικές ίνες λαμβάνονται όπως είναι από φυτά, ζώα ή ορυκτά. Οι τεχνητές ξεκινούν από ένα φυσικό πολυμερές (π.χ. κυτταρίνη ή πρωτεΐνη) που υφίσταται χημική επεξεργασία για να πάρει τη μορφή ίνας. Οι συνθετικές παρασκευάζονται εξ ολοκλήρου από απλά μόρια (μονομερή) μέσω πολυμερισμού, συνήθως με πρώτη ύλη το πετρέλαιο.
Οι τρεις παραδοσιακές φυσικές ίνες
Ο άνθρωπος χρησιμοποίησε από πολύ νωρίς για την ένδυσή του τρεις κύριες φυσικές ίνες, οι οποίες διαφέρουν ριζικά ως προς τη χημική τους σύσταση:
- Μαλλί: είναι πρωτεϊνικής δομής — πρόκειται δηλαδή για ζωική πρωτεΐνη.
- Μετάξι: είναι επίσης πρωτεϊνικής δομής, ζωικής προέλευσης.
- Βαμβάκι: είναι καθαρή κυτταρίνη, δηλαδή υδατάνθρακας φυτικής προέλευσης.
Η θεμελιώδης αυτή διαφορά στη χημική σύσταση —πρωτεΐνη έναντι υδατάνθρακα— εξηγεί γιατί το μαλλί και το μετάξι μοιάζουν μεταξύ τους σε πολλές ιδιότητες, ενώ το βαμβάκι συμπεριφέρεται διαφορετικά.
Το ότι το μαλλί και το μετάξι είναι και τα δύο «ζωικά» δεν σημαίνει ότι έχουν την ίδια προέλευση ζώου ή τον ίδιο τρόπο παραγωγής — η ομοιότητά τους έγκειται στο ότι είναι και τα δύο πρωτεΐνες. Το βαμβάκι, αν και επίσης φυσική ίνα, δεν έχει καμία σχέση σύστασης με αυτά, αφού είναι υδατάνθρακας.
Γιατί χρειάστηκαν τεχνητές και συνθετικές ίνες
Οι μεγάλες ανάγκες σε υφάνσιμες ύλες, που οι φυσικές πηγές δεν μπορούσαν πλέον να καλύψουν επαρκώς, οδήγησαν στην έρευνα και στη δημιουργία τεχνητών και συνθετικών ινών. Αυτές αποτελούν σήμερα το αντικείμενο ενός μεγάλου βιομηχανικού κλάδου.
Για την παρασκευή τεχνητών υφάνσιμων ινών δοκιμάστηκαν, σε γενικές γραμμές, όλα σχεδόν τα προϊόντα πολυμερισμού. Οι πλέον γνωστές τεχνητές ίνες είναι:
- Το τεχνητό μετάξι (ραγιόν), η πλέον γνωστή τεχνητή κυτταρινούχος υφάνσιμη ύλη, που προκύπτει από αναγεννημένη φυτική κυτταρίνη.
- Η λανιτάλη, το λεγόμενο «τεχνητό μαλλί», που παράγεται από καζεΐνη και φορμόλη.
Για την παρασκευή των συνθετικών υφάνσιμων ινών χρησιμοποιήθηκαν κυρίως πολυαμίδια, πολυεστέρες και πολυακρυλονιτρίλια.
Τα πολυαμίδια: η οικογένεια του Nylon
Η πλέον γνωστή συνθετική ίνα είναι το Νylon 6,6, ένα πολυαμίδιο. Δεν υπάρχει, όμως, «ένα μόνο» Nylon: πρόκειται για μια ολόκληρη οικογένεια παρόμοιων πολυμερών.
- Το αρχικό Nylon 6,6 μετεξελίχθη στο Nylon 10,10, στο οποίο τα δύο μονομερή (ένα καρβοξυλικό οξύ και μία αμίνη) έχουν το καθένα 10 άτομα άνθρακα.
- Το Nylon 6 αποδείχτηκε το πλέον πετυχημένο. Προκύπτει από ένα μόνο μονομερές με 6 άτομα άνθρακα, το οποίο φέρει στο ένα άκρο του την ομάδα και στο άλλο άκρο την ομάδα .
Ενώ το Nylon 6,6 χρειάζεται δύο διαφορετικά μονομερή (ένα διοξύ και μία διαμίνη) για να πολυμεριστεί, το Nylon 6 φτιάχνεται από ένα και μόνο μονομερές που κουβαλάει και τις δύο απαραίτητες λειτουργικές ομάδες, στο ένα άκρο και στο άλλο. Αυτό απλοποιεί σημαντικά την παραγωγή του.
Πολυεστέρες και ακρυλικά
Μετά τα πολυαμίδια, η έρευνα οδήγησε στην παρασκευή ινών από πολυεστέρες και ακρυλικά.
Από τους πολυεστέρες, κυριότερος εκπρόσωπος είναι εκείνος που παράγεται από τη συμπύκνωση τερεφθαλικού οξέος με αιθυλενογλυκόλη. Το προϊόν αυτό, γνωστό εμπορικά ως Terylene ή Dacron, πλησιάζει περισσότερο τις ιδιότητες του μαλλιού και σε αυτό υπερτερεί του Nylon — δεν διαθέτει όμως την ελαστικότητα του τελευταίου.
Τα ακρυλικά (εμπορικά γνωστά ως Orlon, Acrilan) είναι πολυμερή του ακρυλονιτριλίου και πλησιάζουν τις ιδιότητες μιας καλής ποιότητας μαλλιού. Ένα εξελιγμένο προϊόν αυτής της κατηγορίας είναι ένα συμπολυμερές ακρυλονιτριλίου με , του οποίου οι ιδιότητες πλησιάζουν εκείνες του μεταξιού. Επιπλέον, το υλικό αυτό είναι ανθεκτικό στη φλόγα και δεν αναφλέγεται εύκολα.
Ίνες αναπτύχθηκαν επίσης από το πολυαιθυλένιο και το πολυπροπυλένιο, για ειδικότερες χρήσεις.
Το μέγεθος της βιομηχανίας συνθετικών ινών
Η ετήσια παραγωγή των υφάνσιμων συνθετικών ινών, στις αρχές της δεκαετίας του 1990, ανερχόταν σε περίπου 45.000.000 τόνους παγκοσμίως. Από αυτούς:
- Οι πολυεστέρες αντιστοιχούν στο 40%.
- Τα Nylon αντιστοιχούν στο 35%.
- Τα ακρυλικά καλύπτουν το υπόλοιπο ποσοστό.
Μόνο η ετήσια παραγωγή συνθετικών ινών, χωρίς να υπολογίζονται καν οι φυσικές και οι τεχνητές, έφτανε ήδη στις αρχές της δεκαετίας του 1990 τα 45 εκατομμύρια τόνους — ένα μέγεθος που δείχνει πόσο κεντρικό ρόλο έπαιξε ο πολυμερισμός στην κάλυψη των αναγκών ένδυσης του πλανήτη.
Το πλεονέκτημα των τεχνητών ινών
Γενικότερα, οι τεχνητές ίνες έχουν το πλεονέκτημα να παρουσιάζουν εξειδικευμένες ιδιότητες, οι οποίες καλύπτουν ευρύ φάσμα αναγκών. Αυτό αποτελεί ίσως το κυριότερο πλεονέκτημά τους έναντι των φυσικών ινών, αφού επιτρέπει την παραγωγή ινών «στα μέτρα» μιας συγκεκριμένης χρήσης.
Χημική σύσταση και ιδιότητες: η βάση των διαφορών
Οι διαφορές των υφάνσιμων υλών και ινών πηγάζουν, τελικά, από τις διαφορές στη χημική τους σύσταση:
| Υφάνσιμη ύλη | Χημική σύσταση |
|---|---|
| Μετάξι | Πρωτεϊνικής φύσης |
| Τεχνητό μετάξι (ραγιόν) | Υδατάνθρακας |
| Μαλλί | Ζωική πρωτεΐνη |
| Λανιτάλη | Ξεκινά από πρωτεΐνη γάλακτος |
| Βαμβάκι | Καθαρή κυτταρίνη (υδατάνθρακας) |
| Terylene | Πολυεστέρας |
Από αυτές τις διαφορές σύστασης προκύπτουν και πρακτικές διαφορές στη συμπεριφορά και στη μεταχείριση των ινών:
- Οι φυσικές ίνες απορροφούν νερό (όπως τον ιδρώτα) γενικά ευκολότερα από τις συνθετικές. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να βαφούν και να φινιρίζονται με τη βοήθεια ουσιών διαλυτών στο νερό.
- Οι συνθετικές ίνες, επειδή δεν προσροφούν νερό, απαιτούν πολυπλοκότερες επεξεργασίες βαφής και ακριβότερα υλικά.
- Οι φυσικές ίνες αντέχουν σε υψηλότερες θερμοκρασίες από τις συνθετικές.
- Οι φυσικές ίνες δεν διαλύονται σε πολλούς οργανικούς διαλύτες, γεγονός που διευκολύνει το λεγόμενο στεγνό καθάρισμα.
Το αν μια ίνα βάφεται εύκολα με απλές, υδατοδιαλυτές βαφές δεν είναι ανεξάρτητο από τη χημική της σύσταση: εξαρτάται άμεσα από το αν η ίνα απορροφά νερό. Οι συνθετικές ίνες, ακριβώς επειδή απωθούν το νερό, χρειάζονται πιο σύνθετες και πιο ακριβές μεθόδους βαφής σε σχέση με τις φυσικές.