Desde una perspectiva básica el nylon por ser un polímero es un plástico. Pero también es el resultado de un increíble suceso. Ya que fue descubierto y descartado al final de una investigación porque pensaron que no tendría ninguna utilidad práctica.
Dicha investigación consistía en analizar fibras naturales como la seda, el algodón y el hule, con el propósito de replicarlos químicamente. En otras palabras, buscaban un compuesto sintético de la seda y de otras fibras naturales.
Este sustituto fue el nylon, una fibra textil elástica y resistente obtenida de compuestos químicos derivados del petróleo. Esto se traducía a la vez en una fuente abundante de materia prima. Todo un descubrimiento que incrementó exponencialmente la producción de textiles y artículos en general.
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Los primeros implementos del nylon
De los principales textiles que se produjeron a gran escala con esta nueva y versátil fibra sintética llamada nylon fueron las medias femeninas. Este fue uno de sus artículos más exitoso. Sin embargo, el año siguiente fueron desplazados temporalmente por la necesidad de crear implementos para la Segunda Guerra Mundial, tales como cuerdas y paracaídas.
El boom de las medias femeninas y los implementos de guerra, hizo pasar casi desapercibido un producto indispensable como el cepillo de dientes. Y es que con el nylon se produjeron también las cerdas de dichos cepillos. De hecho fue el cepillo dental el primer artículo en producirse con este nuevo material.
Desdesu aparición,el nylon contribuyó no solo con la evolución de la industria textil y de muchos otros productos. También alentó literalmente la fibra investigativa de múltiples empresas a nivel mundial, para encontrar cada día más aplicaciones a este gran descubrimiento.
Historia del nylon
Como se ha descrito anteriormente, el nylonfue descubierto y descartado en un punto de una investigación iniciada en el año 1930. La misma estaba liderada por el químico Wallace Carothers junto a su equipo del Departamento de Química Orgánica de la empresa DuPont.
Esta investigación se basaba en estudiar la composición química de polímeros naturales como el hule o la seda. Su interés se centraba en obtener equivalentes sintéticos de los mismos.
El primer resultado de la investigación dirigida por Carothers, fue una poliamida o fibra textil de estructura parecida a la seda. Pero, esta les pareció poco útil y por lo tanto la descartaron. Luego siguieron probando con otras fibras sintéticas más manejables como los poliésteres.
Las pruebas con los poliésteres las realizaba Julian Hill, uno de los químicos que trabajaba en el equipo de Carothers. Hill reunió una pequeña masa o bola del poliéster en la punta de una varilla de vidrio. Luego, la estiró a manera de hilo y observó que este adquiría una apariencia sedosa.
Un resultado exitoso
Ese resultado llamo la atención de Hill y sus compañeros, razón por la que decidieron aprovechar un momento en que Carothers salía al centro de la ciudad para repetir la prueba de estiramiento antes realizada, pero de una manera menos convencional.
De esta manera, tomaron otra bola de poliéster en la punta de una varilla de vidrio y comenzaron a estirarla. Uno de los participantes estiró un extremo del poliéster, a la vez que bajaba corriendo hasta la puerta principal del edificio. El resultado fue un filamento o cuerda bastante larga.
En ese sentido, la principal observación respecto a los filamentos obtenidos era la apariencia de seda que estos tenían. Asimismo, notaron que el proceso de estiramiento efectuado incrementaba la resistencia del material.
Con estas últimas pruebas llegaron a una conclusión. Que en un nivel submicroscópico las moléculas polímero del poliéster al ser estiradas se reorganizan para ajustarse al proceso de transformación.
La deficiencia de los poliésteres
Sin embargo, descubrieron también una deficiencia en los poliésteres, relacionada con un punto de ebullición demasiado bajo para ser utilizados en productos textiles. Es por esto que deciden volver a las poliamidas que se habían apartado en experimentos anteriores.
De esta manera, aplicaron a las poliamidas las pruebas de estiramiento en frío. Fue así como obtuvieron unos tejidos o filamentos fuertes y altamente resistentes al calor y a los disolventes. Ideales para la fabricación de textiles.
Finalmente, luego de tres años de incontables pruebas, ensayos y errores, y hasta de ser descartado, surge el nylon.Los relatos no son muy precisos en cuanto a la fecha, pero fueaproximadamenteen el año 1933.
Aunque el nylon fue descubierto por Wallace Carothers y su equipo, mientras trabajaban para la empresa DuPont, existen diferentes versiones con respecto a la fecha y propiedad de la patente. Lo que sí es seguro, es que la misma quedó en manos de DuPont, al morir Carothers en el año 1937.
Curiosidades sobre el origen de su nombre
Además de los eventos históricos antes expuestos, existen también curiosidades sobre el origen del nombre de esta fibra sintética. Entre ellas tenemos las siguientes:
- Se dice que está compuesto por las siglas de Nueva York (NY) y la primera sílaba de Londres (Lon). Esto era lo que veían los trabajadores de los puertos, en las listas de envío del material entre ambas ciudades. Les resultaba más fácil llamarlo nylon que por su nombre real.
- En contraste con la idea anterior, se tiene que John W. Eckelberry (DuPont), afirma que “nyl es una sílaba puesta al azar unida a la palabra “on” que en idioma inglés se utiliza como sufijo de muchas fibras.
- Otra versión que se ha difundido, es que se refiere a las iniciales de los nombres de las esposas de los miembros del equipo técnico que descubrió el nylon: Natalia, Yolanda, Laura, Olaya y Norma.
- Otro origen se refiere a la frase “Now You Lousy Old Nipponese” o “Now You Look Old Nippon. En clara referencia al recelo existente en Estados Unidos contra los japoneses que dominaban a China. País de donde era importada la seda el material sustituido por el nylon.
Cómo se produce el nylon
Este polímero es en principio una fibra creada en un laboratorio fue usada en la elaboración de muchos artículos. Se produce a través de un proceso que se conoce como policondensación, que básicamente se trata de la mezcla de ácido adípico, hexametilendiamina y amina.
Podemos resaltar que, en cualquier reacción de condensación, también conocida como reacción de deshidratación, las moléculas individuales se unen al agua como subproducto. Así pues, para crear estas fibras, se refina el proceso para destilar y eliminar el agua. Es importante remarcar que el nylon se crea propiamente al disolver la amina mediante cloruro del di-ácido.
Policondensación
Como ya se ha descrito anteriormente, este polímero se origina de la policondensación. Seguidamente, el oxígeno capta los electrones que comparte con el carbonilo, dejando al mismo tiempo al carbono contenido en el carbonilo con falla de electrones y preparado para que la amina pueda ceder dos de sus moléculas de nitrógeno. Estas reacciones producen los monómeros.
Debido a la unión se originan los dímeros. Al momento en que estos dímeros reaccionan con otros monómeros o dímeros (o también trímeros y tetrámeros), se originan los polímeros. Esto solo es posible si la reacción se realiza al vacío.
En la reacción al vacío ocurre la eliminación por evaporación del agua favoreciendo la reacción Le Châtelier.
Esta reacción no amerita ningún catalizador ácido. Pues aún sin catalizadores, sigue su curso casi hasta el final de la polimerización.
Cinética
La cinética de este polímero ocurre por pasos. Cabe señalar que, al darse la polimerización mediante la condensación, genera varios subproductos. Esto no sucede en el caso de las polimerizaciones que se llevan a cabo mediante adición.
Punto de fusión y la solubilidad
El nylon es altamente soluble en diferentes componentes como lo son el cresol, el ácido fórmico y también el fenol. En cuanto al punto de fundición este se da a los 263,12 °C.
Estado
Tomando en cuenta que posee funcionalidad 2, este producto por lo general se clasifica como fibra de alta fusión. También entra en la categoría de polímero cristalino, por el reacomodo molecular que se da y por el enfriamiento lento.
Fuerzas de Van-der-Waals
Las fuerzas o interacciones de Van-der-Waals estudian las propiedades fisicoquímicas de toda molécula. En este material, son secundarias estas fuerzas intermoleculares.
En cuanto a las interacciones físicas este polímero exhibe fuerzas de London (enlaces covalentes no polar). También presenta múltiples enlaces de hidrógeno que conservan muy unidas las cadenas poliméricas junto a otras interacciones secundarias que ocurren entre enlaces individuales.
Dicha unión dificulta el movimiento de unas moléculas sobre otras. Lo que significa en términos prácticos que este polímero casi no se estira. Por eso resulta perfecta para fabricar sogas e hilos. Otro detalle es que las fibras son más resistentes si van en la dirección que están orientadas, pero se debilitan si son estiradas en el sentido contrario.
Toda esta compleja combinación de debilidades y resistencias presentes en esta fibra ha llevado a la idea de mezclarlo con otros materiales como los termorrígidos. Este nuevo compuesto resulta en una compensación de falencias, ya que se refuerzan ambas sustancias.
Propiedades
En todo proceso productivo intervienen aspectos o variables que sirven de indicadores para evaluar dicho proceso productivo. Esto permite hacer los ajustes pertinentes a la eficacia del producto. En ese sentido, las variables antes mencionadas se establecen mayormente a partir de los parámetros básicos que el producto debe cumplir en cada fase.
Es por esta razón que no se tiene un estándar definido para evaluar un material como este. No obstante, se pueden considerar atributos o indicadores alternos como la estética, la calidad o incluso el estilo.
Estos indicadores alternos ayudarían enormemente si lo que se quiere evaluar son prendas de vestir y accesorios diversos. Ya que las variables a considerar serían cosas como la finura, la movilidad, el confort o la reflexión lumínica. En lo que se refiere a la producción de alfombras se considerarían factores como la estabilidad, el brillo y la similitud en comparación con la felpa.
Otras propiedades se pueden medir con más facilidad. Por ejemplo, su reacomodo después de ser alargado o deformado en varios sentidos, la fluencia en este material cuando es sometido a esfuerzo y su resistencia a los cambios ambientales.
Mecánicas
Estas propiedades son indicadores de la capacidad que poseen los materiales sólidos, de resistir que se les aplique una fuerza o una carga en cierto sentido. Estos son los indicadores atendidos durante la producción o transformación de este polímero:
- Densidad lineal. Esta es la relación que existe entre la longitud y el peso del nylon. Las unidades para medirla son: el Tex y el Denier. La primera es la más habitualmente usada en Europa y Canadá y el Denier es más usado en los Estados Unidos.
- Tenacidad. Energía de deformación total que logra almacenar la fibra antes de llegar a romperse.
- Tenacidad de ligadura. Es la que se aplica a un filamento simple de nylon, cuando este lleva atado un nudo entre manojos de prueba.
- Resistencia a la tensión. Es la tensión máxima que soporta justo antes de romperse.
- Resistencia al rompimiento. Establece la fuerza o carga necesaria para el rompimiento.
- Elongación en rotura. Es cuando se habla del porcentaje de la longitud adicional a la original que alcanza al efectuar la tensión.
Otros indicadores presentes
En la producción del nilón no solo están presentes los indicadores anteriores. También, se encuentran los siguientes:
- Módulo de la elasticidad. Es una constante elástica que representa el cambio de forma experimental al aplicarle esfuerzos cortantes.
- Módulo de estiramiento. Se trata del valor del módulo de la elasticidad dividido por cien.
- Trabajo para rotura. Se refiere a la tensión nominal aplicada para conseguir romperlo.
- Tenacidad de rotura. Elasticidad que se requiere para lograr el rompimiento del nylon por la unidad de densidad lineal.
- Límite elástico. Máximo esfuerzo o tensión posible que puede aplicarse al nylon sin causarle una deformación permanente.
- Elasticidad. Es la propiedad que tiene la fibra o el nylon de retornar a su tamaño y forma normales luego de ser sometido a deformación.
- Fluencia o Creep. Se define por la transformación del material sujeto a esfuerzo y está sometido al factor tiempo. La fluencia primaria es el factor recuperable, y la fluencia secundaria el factor irrecuperable.
Otras propiedades mecánicas a tomar en cuenta son el factor «Curva esfuerzo menos elongación» por una parte y el «creep y recuperación» por otra.
Factor térmico
El factor térmico, así como la humedad, influyen considerablemente en sus características físicas y por esta razón influyen en la elaboración del mismo.
La resistencia térmica, así como la resistencia a la luz, son mayormente producidas por los materiales usados como estabilizantes al momento de originar esta fibra.
Lo que debes saber sobre la hebra y sobre la fibra
El nylon resiste al desgaste y además posee una baja absorción de la humedad a productos como alfombras, vestimenta y tapices. Esto los vuelve duraderos y permite que sequen más rápido.
Estas propiedades participan de diferente forma según lo que se elabora. Y es que la fortaleza de este filamento que lo hace muy utilizado para confeccionar sogas y tejidos fuertes, no es una propiedad aceptable en la fibra del tipo hebra que se maneja en el sector textil.
Conductividad eléctrica
Este filamento es de baja conductividad eléctrica, pero esta aumenta según la humedad que contenga. En contraste, sus capacidades aislantes se ponen de manifiesto en la medida en que almacene estática.
En ese sentido, al aumentar la humedad y agregando determinadas sustancias en el proceso de fundición se pueden eliminar las cargas estáticas.
Físicas
A nivel estructural puede resaltarse que es un material termoplástico. Estos polímeros son capaces de cristalizarse y por lo tanto mantienen una alta atracción entre las moléculas.
En lo referente a la sección cristalina, tomando en cuenta que los homopolímeros de poliamida se integran de fases amorfas y de fases cristalinas, se pudo establecer al nylon como un compuesto de 40% a 50% de peso en fase cristalina.
En cuanto al factor de solubilidad el nylon no es soluble en cualquier solvente orgánico común en temperatura ambiente. Pero, sí es soluble en fenoles, alcoholes fluorados, en ácidos inorgánicos o minerales y en los ácidos clorhídrico y fórmico.
Cómo se transforma el nylon en los artículos que utilizamos
A nivel industrial existen dos maneras de procesar o transformar el nylon, bien sea para prepararlo como pieza para el desarrollo de otros productos o como producto terminado en sí. Estos son los procesos de extrusión y colada.
Proceso de extrusión
La transformación por extrusión consiste en moldear el nylon para convertirlo en formas transversales fijas y definidas. Esto consiste en presionar o extraer la fibra a través de troqueles que marcan o imprimen en la fibra, una forma transversal específica.
Un ejemplo básico de extrusión está representado en la conocida pistola eléctrica de silicón, que derrite en su cañón una barra sólida del material, para luego inyectar el pegamento viscoso por un extremo o boquilla. A nivel industrial aplica el mismo principio, pero empleando máquinas extrusoras más avanzadas.
Para la extrusión del nylon se utilizan normalmente pellas o comprimidos del mismo, que se colocan en un compartimiento de alimentación o tolva, ubicado antes del tornillo de alimentación de la máquina extrusora. El material es calentado por las resistencias ubicadas en el cañón de la misma.
La extrusión y el estado de fusión ideal
Una vez que el nylon alcanza el estado de fusión ideal (se derrite), pasa a la fase de calor por fricción que recibe del tornillo de extrusión o husillo. El husillo empuja a la resina a pasar por un cabezal o troquel que le dará la forma requerida (filamentos o hilos, láminas, cilindros, tiras, etc.)
Una vez sale del cabezal o troquel el material extruido, que continúa caliente, pasa a un depósito de agua para ser enfriado y solidificado.
También existen lo que llamaríamos dos subprocesos a partir del de extrusión, que son el hilado y el texturizado. Con estos se perfeccionan los hilos de gran utilidad para la industria textil y la costura.
Proceso de colada
La colada consiste en polimerizar la caprolactama bajo reacción química controlada. Se pueden incorporar a dicha polimerización aditivos como el aceite, estabilizadores térmicos y lubricantes sólidos, para cambiar las características típicas del nylon, según el requerimiento técnico del producto terminado.
Básicamente se trata de someter el polímero a un proceso de fundición. Aunque esto reduce significativamente sus niveles de tensión, adquiere sin embargo mayor sección cristalina y por consiguiente gana una alta resistencia a la deformación y al desgaste.
Asimismo, el nylon pasado por colada tiene gran tenacidad, dureza y resistencia a la abrasión. Además, puede amoldarse prácticamente a cualquier exigencia de forma y tamaño de diversos productos terminados.
Qué productos se hacen con el nylon
Conel nylon se pueden fabricar o producir materiales, piezas o artículos con características muy diversas y para diferentes aplicaciones o usos. Según sea el caso, se emplean los procesos de extrusión o colada. También, se toman en cuenta las propiedades químicas y físicas que requiera el acabado del producto.
En cuanto al proceso de colada, se destacan en la industria actual los productos de nylon relleno o modificado con disulfuro de molibdeno (MoS2), compuesto que por ser un lubricante sólido, le aporta al nylon mayor resistencia a la fatiga, al desgaste y a las altas temperaturas. También lo hace más manejable.
Nombres comerciales y principales artículos
Entre los nombres comerciales más conocidos de esta variedad del nylon se encuentra principalmente el Nytralon, Erlaton, Grilon y Sustamid. Estos son básicamente el mismo nylon relleno con MoS2.
Principalmente se fabrican con esta mezcla de nylon artículos como rodillos, poleas, ruedas, descansos, topes, arandelas, engranajes, bujes, rodamientos, piñones e insertos. También, se fabrican eslabones para cadenas, coronas, guías, perfiles, zapatas para laminadoras, entre otros.
En lo referente a las aplicaciones dadas al nylon a partir del proceso de extrusión, se pueden detallar innumerables artículos y accesorios. También, se incluyen en este segmento artículos que se desprenden de los subprocesos de hilado y texturizado.
Dichos artículos son las clásicas medias femeninas, ropa interior, vestidos, cerdas de cepillos, bolsos, hilos, cinchas para arneses, correas para relojes. También, nasas o redes de pesca, cuerdas de guitarras, sogas, guantes para diversos usos y muchos otros.
Lo que el nylon aporta a la humanidad
Se pueden decir muchas cosas para describir lo que la aparición de un material como el nylon ha significado para la humanidad. Tomando en cuenta además el principal reto de comienzos de siglo XX de transitar hacia una sociedad moderna y desarrollada.
Pero, con toda seguridad el reto superado con creces gracias al nylon fue el que planteaba la necesidad de suplir a la seda y otras fibras naturales. Esto la convirtió no solo en una nueva fibra, sino en la primera desarrollada por el hombre y la que marcaría el inicio de la nueva era de las fibras sintéticas.
Un dato curioso es la larga espera que debió hacer el nylon antes de ser seleccionado. Pues para ello el Dr. Carothers y su equipo evaluaron primero más de 100 poliamidas diferentes. Siendo el nylon el que mejor se adaptó a todas las pruebas y requerimientos de un óptimo desempeño como fibra sintética.
Asimismo, el Dr. Wallace Carothers, por ser el responsable de la invención del nylon, ocupa un lugar en la historia como el «padre de la ciencia de los polímeros artificiales». Igualmente la empresa DuPont tiene el mérito como pionera de este y muchos otros descubrimientos.
DuPont y su gran contribución
De hecho el proyecto sobre el nylon realizado por DuPont, contribuyó a darle mayor relevancia a la ingeniería química en la industria. También, contribuyó con la creación de muchos puestos de trabajo e impulsó el avance hacia nuevas técnicas y tecnologías aplicadas a la ingeniería química.
Dichas técnicas de ingeniería química son un modelo a seguir para las plantas químicas en actualidad. Tanto que la primera planta establecida por DuPont para la investigación y producción de nylon, recibió una importante distinción. Fue nombrada por la Sociedad de Ingeniería Química de Estados Unidos, como Monumento Histórico Nacional.
Con el auge y la fama ganada por el nylon 6,6 patentado por Carothers y DuPont, surgió la necesidad de varias empresas de entrar al negocio de las poliamidas. Por esa razón se crea en 1938 el nylon 6 o perlón, de la mano de Paul Shlack y la empresa IG Farben.
El nylon, un artículo con muchos atributos
Entre otros muchos atributos que tiene el nylon, al que los conocedores del medio científico y textil bautizaron como la seda sintética, está el hecho de ser inmune a la polilla y que los tejidos realizados con este no necesitan planchado.
En más de cuatro mil años el mundo de los textiles ha visto solo tres desarrollos básicos además de la producción mecánica en masa. Estos son el algodón mercerizado, los tintes sintéticos y el rayón. El nylon pasó a ser el cuarto.
Referencias:
www.mecanizadossinc.com/nylon-plastico-se-mecaniza/
https://es.wikipedia.org/wiki/Nailon
https://definicion.de/nylon
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