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ナイロンは、通常は脂肪族または半芳香族基を結合したアミド骨格を持つ合成ポリマーのグループです。
ナイロンは白色または無色[1] [2]で柔らかく、絹のような性質を持つものもあります。[3]ナイロンは熱可塑性であるため、溶融加工して繊維、フィルム、さまざまな形状に加工することができます。 [4] [5] [6] : 2 ナイロンの特性は、さまざまな添加剤を混合することで変更されることがよくあります。
ナイロンには多くの種類が知られています。ナイロン-XYと呼ばれる1つのファミリーは、それぞれ炭素鎖長XとYのジアミンとジカルボン酸から誘導されます。重要な例としてはナイロン-6,6（C₁₂H₂₂N₂O₂）があります。ナイロン-Zと呼ばれるもう1つのファミリーは、炭素鎖長Zのアミノカルボン酸から誘導されます。例としてはナイロン-[6]があります。
ナイロンポリマーは、布地や繊維（衣料品、床材、ゴム補強材）、形状（自動車、電気機器などの成形部品）、フィルム（主に食品包装用）などの商業用途で重要な役割を果たしています。[7]
歴史
デュポンとナイロンの発明
デュポン社の研究者はセルロースベースの繊維の開発を開始し、最終的に合成繊維レーヨンが誕生しました。デュポン社のレーヨンに関する経験は、ナイロンの開発と販売の重要な先駆けとなりました。[8] : 8, 64, 236
デュポンのナイロンの発明は、1927年のポリマーに関する最初の研究プログラムから、 1939年のニューヨーク万国博覧会の直前の1938年の発表まで、11年にわたる期間に及んだ。[9]このプロジェクトは、1927年にチャールズ・スタインが提案したデュポンの新しい組織構造から発展した。この組織構造では、化学部門は、化学における「先駆的な研究」に焦点を当て、「実用的な応用につながる」いくつかの小さな研究チームで構成されることになっていた。[8] : 92 ハーバード大学の講師ウォレス・ヒューム・カロザースがポリマー研究グループの指揮に雇われた。当初、彼は純粋研究に集中することを許され、ドイツの化学者ヘルマン・シュタウディンガーの理論を構築し、テストした。[10]彼は非常に成功し、彼が行った研究はポリマーに関する知識を大幅に向上させ、科学に貢献した。[11]
ナイロンは、商業的に成功した最初の合成熱可塑性ポリマーでした。[12]デュポンは1927年に研究プロジェクトを開始しました。 [9] 最初のナイロンであるナイロン66は、1935年2月28日にデュポン実験ステーションの研究施設でウォレス・ヒューム・カロザースによって合成されました。[13] [14]カロザースの研究に応えて、IGファルベンのポール・シュラックは、1938年1月29日にカプロラクタムに基づく別の分子であるナイロン6を開発しました。 [15] : 10 [16]
1930年の春、カロザースと彼のチームはすでに2つの新しいポリマーを合成していた。1つはネオプレンで、第二次世界大戦中に広く使用された合成ゴムである。[17]もう1つは、後にナイロンとなる、白く弾力性があるが強度のあるペーストである。これらの発見の後、カロザースのチームは、一般的な重合を調査するより純粋な研究アプローチから、「産業用途に適した1つの化学組み合わせ」を見つけるというより実践的な目標へと研究をシフトさせられた。[8] : 94
1935年初頭になってようやく「ポリマー6-6」と呼ばれるポリマーが生産された。カロザースの同僚でワシントン大学の卒業生であるジュリアン・W・ヒルは、 1930年に冷間延伸法を使用してポリエステルを生産していた。 [18]この冷間延伸法は、後にカロザースが1935年にナイロンを完全に開発するために使用された。 [19]ナイロンの最初の例（ナイロン6.6）は、1935年2月28日にデュポンのデュポン実験ステーションの研究施設で生産された。[13]弾力性と強度という望ましい特性をすべて備えていた。しかし、将来の工業生産の基礎となる複雑な製造プロセスも必要だった。デュポンは1938年9月にこのポリマーの特許を取得し、[20]すぐに繊維の独占権を獲得した。[11]カロザースはナイロンの発表の16か月前に亡くなったため、成功を見ることはなかった。[9]
ナイロンは1938年にナイロン毛の 歯ブラシで初めて商業的に使用され、[5] [21]、より有名なものとして女性用ストッキング、つまり「ナイロン」が1939年のニューヨーク万国博覧会で展示され、1940年に初めて商業的に販売されました。[22]すると、ナイロンはすぐに商業的に成功し、市場に出た最初の年に6400万足が売れました。第二次世界大戦中、ナイロンの生産のほぼすべてが軍用に転用され、パラシュートやパラシュートコードに使用されました。戦時中のナイロンやその他のプラスチックの使用により、新素材の市場は大幅に拡大しました。[23]
ナイロンの生産には、デュポン社の化学研究部門、アンモニア部門、レーヨン部門の3部門間の部門間協力が必要でした。[24]ナイロンの主要成分の一部は、アンモニア部門の専門分野である高圧化学を使用して生産する必要がありました。ナイロンは、財政難に陥っていたアンモニア部門にとって「天の恵み」とみなされていました。[ 8 ] ナイロンの反応物はすぐにアンモニア部門の売上の半分を占め、デュポン社に雇用と収益をもたらし、大恐慌の時代から抜け出すのに役立ちました。[8]
デュポンのナイロンプロジェクトは、産業界における化学工学の重要性を実証し、雇用の創出に貢献し、化学工学技術の進歩を促進した。実際、同社は1800人の雇用を生み、当時の最新技術を採用した化学工場を開発し、それは現在でも化学工場のモデルとして使われている。[8]多数の化学者と技術者を迅速に獲得できたことが、デュポンのナイロンプロジェクトの成功に大きく貢献した。[8] : 100–101 最初のナイロン工場はデラウェア州シーフォードにあり、1939年12月15日に商業生産を開始した。1995年10月26日、シーフォード工場はアメリカ化学会により国家歴史化学ランドマークに指定された。[25]
初期のマーケティング戦略
ナイロンの人気の大きな部分は、デュポンのマーケティング戦略に由来しています。デュポンは、製品が一般市場に出る前に、需要を増やすために繊維を宣伝しました。ナイロンの商業的発表は、1938 年 10 月 27 日、ニューヨーク万国博覧会が迫る中、ヘラルド トリビューン紙の毎年恒例の「時事問題フォーラム」の最終セッションで行われました。 [10] [11] : 141 「石炭、水、空気」から生成され、「鋼鉄のように強く、蜘蛛の巣のように細い」と約束された「最初の人工有機繊維」は、中流階級の女性を多く含む聴衆に熱狂的に受け入れられ、ほとんどの新聞の見出しを飾りました。[11] : 141 ナイロンは1939年のニューヨーク万国博覧会の「明日の世界」の一部として紹介され[26] 、 1939年にサンフランシスコで開催されたゴールデンゲート国際博覧会ではデュポンの「ワンダーワールドオブケミストリー」で特集されました。[10] [27]実際のナイロンストッキングは1940年5月15日まで全国市場の選ばれた店舗に出荷されませんでした。しかし、それ以前にデラウェア州で限定数が販売されていました。 [11] : 145–146 ナイロンストッキングの最初の一般販売は1939年10月24日にデラウェア州ウィルミントンで行われました。4,000足のストッキングが販売され、3時間以内にすべて完売しました。[10]
このキャンペーンのもうひとつのメリットは、日本からの絹の輸入を減らすことであり、この主張は多くの警戒心の強い顧客の心をつかんだ。ナイロンはルーズベルト大統領の内閣でも言及され、この素材が正式に発表されてから5日後には「広大で興味深い経済的可能性」について言及された。[11]
しかし、ナイロンに対する初期の興奮は問題も引き起こした。ナイロンはシルクよりも優れ、鋼鉄のように強く、永遠に持ちこたえ、決してほつれない奇跡の生地だという不当な期待を煽ったのだ。[11] : 145–147 [22]「鋼鉄のように強い新しい靴下」や「ほつれなし」などの主張の危険性を認識したデュポンは、当初の発表の条件、特にナイロンが鋼鉄の強度を持つという内容の条件を縮小した。[11]
また、ナイロンを画期的な人工素材として売り込んでいたデュポンの幹部たちは、当初、一部の消費者が合成繊維に対して不安や不信、さらには恐怖感を抱いていることに気づいていなかった。[11] : 126–128 デュポンが1938年に取得した新ポリマーの特許を引用した特に有害なニュース記事では、ナイロンを製造する方法の1つとして、死体から抽出される化学物質であるカダベリン（ペンタメチレンジアミン）[a]を使用する可能性があると示唆していた。科学者たちは、カダベリンは石炭を加熱することによっても抽出できると主張したが、一般の人々は耳を傾けようとしなかった。ある女性がデュポンの主任科学者の1人に詰め寄り、噂が真実ではないことを認めようとしなかった。[11] : 146–147
デュポンはキャンペーン戦略を変更し、ナイロンは「石炭、空気、水」から作られていることを強調し、ナイロンの本質的な性質ではなく、ナイロンの個人的および美的側面に焦点を当て始めました。[11] : 146–147 ナイロンはこのようにして飼いならされ、[11] : 151–152 「ナイロンならもっときれいだし、ああ！乾くのも早い！」などのスローガンとともに、繊維の素材と消費者の側面に注目が移りました。[8] : 2
ナイロン生地の生産
1940年にナイロンが全国的に発売されてから、その生産量は大幅に増加しました。その年だけで1300トンの生地が生産され、この革新的な素材にとって目覚ましいスタートを切りました。[8]: 100 ナイロンの需要は急増し、特にナイロンストッキングは瞬く間に大ヒットとなりました。発売初年度には、ナイロンストッキングが6400万足も売れ、日常生活やファッションに急速に溶け込んでいったことを反映しています。[8]: 101 ナイロンは大成功を収め、発売からわずか1年後の1941年には、需要の高まりに対応し、この人気の生地を安定的に供給するために、バージニア州マーティンズビルに2番目の工場が開設されました。この拡張は、ナイロンが繊維産業に与えた大きな影響と、多用途で人気の高い素材として急速に注目を集めたことを浮き彫りにしました。[28]
ナイロンは丈夫で壊れない素材として売り出されていたが、絹のストッキングの約1.5倍の値段で売られていた（ナイロン1ポンドあたり4.27ドル、絹1ポンドあたり2.79ドル）。[8] : 101 ナイロンストッキングの売り上げが好調だったのは、女性のファッションの変化が一因である。ローレン・オールズは「1939年までに[裾の長さ]は再び膝まで伸び、10年が始まったのとちょうど同じタイミングで終わった」と説明している。スカートが短くなると、ガーターを使わずにストッキング全体をカバーできるものが求められるようになった。[29]
しかし、1942年2月11日以降、ナイロンの生産は一般消費者向けから軍用へと変更された。[10]デュポン社のナイロンストッキングやその他の下着の生産は停止し、製造されたナイロンのほとんどは第二次世界大戦のパラシュートやテントを作るために使用された。[30]戦前にすでに製造されていたナイロンストッキングは購入できたが、一般的に闇市場では20ドルほどの高値で売られていた。[28]
戦争が終わると、ナイロンの復活が大きな期待をもって待たれた。デュポンは年間3億6千万足のストッキング生産を計画していたが、戦時生産から一般消費者向け生産への切り替えが遅れた。[10] 1946年、ナイロンストッキングの需要は満たされず、ナイロン暴動につながった。ある時は、ピッツバーグで推定4万人が1万3千足のナイロンを購入するために並んだ。[22]その一方で、女性たちは戦争で残されたナイロンテントやパラシュートを切り取って、ブラウスやウェディングドレスを作った。[31] [32]戦争が終わってから1952年までの間、ストッキングとランジェリーの生産に世界のナイロンの80%が使用された。デュポンは民間の需要に応えることに重点を置き、生産を継続的に拡大した。
ナイロン混紡の導入
純粋なナイロンのストッキングがより広い市場で販売されるようになると、問題が明らかになった。ナイロンストッキングは、糸が縦方向にほどけて「ほつれ」が生じる傾向があるという意味で、もろいことがわかった。[8] : 101 また、ナイロンの吸収性が低いため、純粋なナイロン織物は不快であると報告されている。[33]高温または湿気の多い状況では、水分は「吸い取られる」のではなく、肌に近い生地の内側に留まる。[34]ナイロン生地はかゆみを伴うことがあり、摩擦によって蓄積された静電気の結果として、まとわりつき、時には火花を散らす傾向がある。[35] [36]また、状況によっては、ストッキングが分解し[11]、ナイロンの元の成分である空気、石炭、水に戻る可能性がある。科学者はこれを大気汚染の結果と説明し、1952年のロンドンのスモッグとニューヨークとロサンゼルスの空気の質の悪さに起因するものとした。[37] [38] [39]
純粋なナイロン生地の問題に対する解決策は、ナイロンを綿、ポリエステル、スパンデックスなどの他の既存の繊維やポリマーと混合することだった。これにより、さまざまな混紡生地が開発されました。新しいナイロン混紡は、ナイロンの望ましい特性（弾力性、耐久性、染色性）を保持し、衣服の価格を低く抑えて手頃な値段に抑えました。[30] : 2 1950年の時点で、陸軍と海軍の繊維を開発およびテストしていたニューヨーク補給官調達局（NYQMPA）は、ウールとナイロンの混紡の開発に取り組んでいました。天然繊維と合成繊維の両方の混紡を導入したのは、この局だけではありませんでした。America 's Textile Reporterは、 1951年を「繊維の混紡の年」と呼んでいます。[40]生地の混紡には、「ブナラ」（ウール、ウサギ、ナイロン）や「カスメット」（ウール、ナイロン、毛皮）などの混紡が含まれていました。[41]イギリスでは、1951年11月に開催された王立芸術・製造・商業奨励協会の第198回総会の開会演説で、繊維の混紡に焦点が当てられました。[42]
デュポン社の生地開発部門は、フランスのファッションデザイナーを巧みにターゲットにし、生地のサンプルを提供した。1955年、ココ・シャネル、ジャン・パトゥ、クリスチャン・ディオールなどのデザイナーがデュポン社の繊維で作ったドレスを発表し、ファッション写真家のホルスト・P・ホルストがデュポン社の生地の使用を記録するために雇われた。[22] アメリカン・ファブリックスは、混紡が「これまで夢にも思わなかったファッションの創造的な可能性と新しいアイデア」を提供すると評価した。[41]
語源
デュポンは、新製品の名前を決めるのに長いプロセスを経た。[11] : 138–139 1940年、デュポンのジョン・W・エッケルベリーは、「nyl」という文字は恣意的で、「on」は綿やレーヨンなどの他の繊維の接尾辞からコピーされたと述べた。デュポンの後の出版物（Context、vol. 7、no. 2、1978）は、名前はもともと「No-Run」（「run」は「ほつれる」という意味）になる予定だったが、そのような不当な主張を避けるために変更されたと説明している。製品は実際にはほつれないものではなかったため、母音を入れ替えて「nuron」とし、それが「神経強壮剤のように聞こえないように」「nilon」に変更された。発音を明確にするために、「i」は「y」に変更された。[22] [43]
名前は「ニューヨーク」と「ロンドン」に由来するという都市伝説が根強く残っているが、ロンドンにはナイロンの研究や生産に携わった組織はなかった。 [44]
長期的な人気
ナイロンは、その耐久性と透け感により、1940 年代から 1950 年代にかけて人気が急上昇しました。1970 年代には、その柔軟性と価格により、さらに人気が高まりました。
1970年代の石油不足にもかかわらず、ナイロン繊維の消費は1960年代から1980年代にかけて毎年7.5％増加し続けました。[45]しかし、合成繊維の総生産量は、1965年の世界の繊維生産量の63％から、1970年代初頭には世界の繊維生産量の45％に減少しました。[45]「新しい」技術の魅力は薄れ、ナイロン生地は「1970年代には時代遅れになっていました」。[8]また、消費者は、原材料（石油）の入手、生産中のエネルギー使用、繊維の製造中に生じる廃棄物、そして生分解性のない材料の最終的な廃棄物処理など、生産サイクル全体にわたる環境コストを懸念するようになりました。[45] 合成繊維は、1950年代と1960年代以降、市場を支配していません。2020年現在[アップデート]、ナイロンの世界生産量は890万トンと推定されています。[46]
純粋なナイロンには多くの欠陥があり、現在ではほとんど使用されていないが、その派生物は社会に大きな影響を与え、貢献してきた。プラスチックの生産と重合に関する科学的発見から、大恐慌時の経済的影響、女性のファッションの変化まで、ナイロンは革命的な製品であった。[22]祝賀の象徴として月に立てられた最初の旗である月面旗アセンブリはナイロンで作られた。旗自体は5ドル50セントだったが、旗が「はためいている」ように見えるように、水平の棒が付いた特別に設計された旗竿が必要だった。[47] [48]ある歴史家は、ナイロンを「欲望の対象」と表現し、20世紀の消費者の目にはこの発明がコカコーラに似ていると例えている。[8]
化学
| 外部ビデオ | |
|---|---|
 「ナイロンの製造」、ボブ・バーク、CHEM 1000、カールトン大学、オタワ、カナダ | |
| 「ナイロン6,6を作る」 | |
| 「ナイロン製造」、王立化学協会 | |
| 「ナイロンとレーヨンの製造 1949」、ブリタニカ百科事典フィルム |
一般的な用法では、接頭辞「PA」（ポリアミド）または名前「ナイロン」は互換的に使用され、意味も同等です。
ナイロンポリマーに使用される命名法は、最初の単純な脂肪族ナイロンの合成中に考案され、カルボン酸の炭素を含む各モノマー単位の炭素の数を表すために数字を使用しています。[49] [50]その後の環状および芳香族モノマーの使用には、文字または文字のセットの使用が必要でした。「PA」または「ナイロン」の後の1つの数字は、モノマーとして1つのアミノ酸（H 2 Oを除く） に基づくホモポリマーであることを示します。
- PA 6またはナイロン6：[NH−(CH 2 ) 5 −CO] n ε-カプロラクタムから作られます。
2 つの数字または文字のセットは、 2 つのモノマー (1 つのジアミンと 1 つのジカルボン酸) から形成された二元ホモポリマーを示します。最初の数字は、ジアミンの炭素数を示します。明確にするために 2 つの数字はコンマで区切る必要がありますが、コンマは省略されることがよくあります。
- PAまたはナイロン6,10（または610）：[NH−(CH 2 ) 6 −NH−CO−(CH 2 ) 8 −CO] nヘキサメチレンジアミンとセバシン酸から作られる。
共重合体の場合、コモノマーまたはコモノマーのペアはスラッシュで区切られます。
- PA 6/66: [NH−(CH 2 ) 6 −NH−CO−(CH 2 ) 4 −CO] n −[NH−(CH 2 ) 5 −CO] m はカプロラクタム、ヘキサメチレンジアミンおよびアジピン酸から製造される。
- PA 66/610: [NH−(CH 2 ) 6 −NH−CO−(CH 2 ) 4 −CO] n −[NH−(CH 2 ) 6 −NH−CO−(CH 2 ) 8 −CO] mはヘキサメチレンジアミン、アジピン酸およびセバシン酸から作られています。
ポリフタルアミド(略称 PPA)という用語は、ポリマー鎖の繰り返し単位のカルボン酸部分の 60% 以上のモルがテレフタル酸(TPA) とイソフタル酸(IPA) の組み合わせで構成されている場合使用されます。
種類
ナイロン66および関連ヘテロポリマー
ナイロン66および関連ポリアミドは、ジアミンとジカルボン酸を等量ずつ混合して形成される縮合ポリマーである。[51]最初のケースでは、「繰り返し単位」は多くのポリエステルやポリウレタンにも見られるようにABAB構造をとる。このコポリマーの各モノマーは両端に同じ反応基を持っているため、アミド結合の方向は各モノマー間で逆になり、全体的な方向性（C末端 → N末端）を持つ天然ポリアミドタンパク質とは異なります。2番目のケース（いわゆるAA）では、繰り返し単位は単一のモノマーに対応します。[15] : 45–50 [52]
デュポン社のウォレス・カロザースはナイロン66の特許を取得しました。[20] [53] [54] ジアミンとジカルボン酸の反応を伴うナイロンの場合、正確な比率を得ることが難しく、偏差により望ましい10,000ダルトン未満の分子量で連鎖停止が発生する可能性があります。この問題を解決するために、酸と塩基を正確に1:1の比率で中和して、室温で結晶性の固体「ナイロン塩」を形成できます。塩は結晶化されて精製され、望ましい正確な化学量論が得られます。285°C（545°F）に加熱すると、塩は反応して水の生成を伴いナイロンポリマーを形成します。
ペンタメチレンジアミンとセバシン酸から作られたナイロン510は、ナイロン66のカロザース特許に含まれていました[20]ナイロン610も同様にヘキサメチレンジアミンを使用して製造されています。これらの材料は、セバシン酸のコストが比較的高いため、より高価です。炭化水素含有量が多いため、ナイロン610はより疎水性であり、この特性が毛などの用途に適しています。[55]
市販されている、または過去に市販されていたポリマーの例:
- PA46 DSMスタニル[56]
- PA410 DSMエコパックス[57]
- PA4T DSMフォーティ[58]
- PA66 デュポンザイテル[59]
ナイロン6および関連ホモポリマー
これらのポリマーはラクタムまたはアミノ酸から作られています。ラクタム（環状アミド）を使用した合成経路は、IGファルベンのポール・シュラックによって開発され、開環重合によって形成されるナイロン6、またはポリカプロラクタムにつながりました。カプロラクタム内のペプチド結合は切断され、両側の露出した活性基が2つの新しい結合に組み込まれ、モノマーがポリマー骨格の一部になります。
ナイロン6の融点428°F（220°C）は、ナイロン66の融点509°F（265°C）よりも低い。[60]ホモポリマーナイロンは1つのモノマーから派生したものである。
市販されている、または過去に市販されていたポリマーの例:
- PA6 ランクセスデュレタンB [61]
- PA11 アルケマ リルサン[62]
- PA12 エボニック ベスタミドL [63]
ナイロン1,6
ナイロンは酸触媒を用いてジニトリルから合成することもできる。例えば、この方法はアジポニトリル、ホルムアルデヒド、水からナイロン1,6を製造するのに適用できる。 [64]さらに、この方法を使用してジオールとジニトリルからナイロンを合成することもできる。[65]
共重合体
ナイロンの製造に使用されるモノマーまたはモノマーのセットを混合して共重合体を得るのは簡単です。これにより結晶性が低下し、融点も低下します。
これまでに市販されている、または現在市販されている共重合体の一部を以下に示します。
- PA6/66 デュポンザイテル[66]
- PA6/6T BASF ウルトラミッド T (6/6T コポリマー) [67]
- PA6I/6T デュポンセラーPA [68]
- PA66/6TデュポンザイテルHTN [67]
- PA12/MACMI EMS グリルアミドTR [69]
ブレンド
ほとんどのナイロンポリマーは互いに混和性があり、さまざまなブレンドを作ることができます。2つのポリマーはアミド基転移反応によって互いに反応し、ランダム共重合体を形成します。[70]
結晶度
ポリアミドは結晶度に応じて次のようになります。
この分類によれば、例えば PA66 は脂肪族半結晶性ホモポリアミドです。
環境への影響
すべてのナイロンは加水分解の影響を受けやすく、特に強酸による加水分解は、本質的に合成反応の逆反応です。このようにして分解されたナイロン製品の分子量は低下し、影響を受けた部分にすぐに亀裂が生じます。ナイロンの低分子量成分（ナイロン6など）は、ナイロン12などの高分子量成分よりも影響を受けます。つまり、ナイロン部品は、鉛蓄電池に使用される電解液などの硫酸と接触させて使用することはできません。
ナイロンは成形時に乾燥して成形機バレル内での加水分解を防ぐ必要があります。高温の水はポリマーを劣化させる可能性があるためです。[71]反応は上図のようになります。
ヨーロッパで生産された場合、カーペット製造におけるナイロンの平均的な温室効果ガス排出量は、1kgあたり5.43kgのCO2相当と推定されています。これはウールとほぼ同じ炭素排出量ですが、耐久性が高く、全体的な炭素排出量は低くなります。[72]
PlasticsEuropeが発表したデータによると、ナイロン66の温室効果ガス排出量は1kgあたり6.4kg CO2相当、エネルギー消費量は138kJ/kgです。[73]ナイロンの環境影響を考慮する際には、使用段階を考慮することが重要です。
様々なナイロンが火災で分解し、有害な煙や有毒ガス、灰を発生させます。これには通常、シアン化水素が含まれています。ナイロンの製造に使用された高エネルギーを回収するためにナイロンを焼却するのは通常費用がかかるため、ほとんどのナイロンはゴミ捨て場に行き着き、ゆっくりと分解します。 [b]廃棄されたナイロン生地は分解するのに30～40年かかります。[74]漁網などの廃棄された漁具に使用されているナイロンは、海洋のゴミの原因となっています。[75]ナイロンは丈夫なポリマーであり、リサイクルに適しています。多くのナイロン樹脂は、スプルーとランナーを粉砕し、成形機で消費されるバージン顆粒と混合することで、射出成形機でクローズドループで直接リサイクルされます。[76]
ナイロンのリサイクルプロセスは費用がかかり困難であるため、それを活用している企業はほとんどなく、ほとんどの企業は代わりに安価な新しく作られたプラスチックを製品に使用することを好んでいます。[75]米国の衣料品会社パタゴニアはリサイクルナイロンを含む製品を製造しており、2010年代半ばには、使用済みの漁網からナイロンをリサイクルしてサングラスやスケートボードに使用しているBureo社に投資しました。[75]イタリアの会社アクアフィルも、海に失われた漁網を衣料品にリサイクルする実証を行っています。[77]ヴァンデンリサイクルはナイロンやその他のポリアミド（PA）をリサイクルしており、英国、オーストラリア、香港、アラブ首長国連邦、トルコ、フィンランドで事業を展開しています。[78]
ナイロンは、現在、住宅用カーペット業界で最も人気のある繊維です。[79]米国EPAは、2018年にカーペットの繊維、裏地、詰め物の9.2％がリサイクルされ、17.8％が廃棄物発電施設で焼却され、73％が埋め立て地に廃棄されたと推定しています。[80]世界最大のカーペットおよびラグメーカーの中には、業界の前進として、「ゆりかごからゆりかごへ」、つまり、これまでリサイクルされていなかったものも含め、未使用の素材の再利用を推進しているところもあります。[81] [82]
プロパティ
ナイロンのような熱可塑性プラスチックは、融点T m を超えると非晶質固体または粘性流体となり、鎖はランダムコイルに近似します。T m未満では、非晶質領域と層状結晶の領域が交互に現れます。[83]非晶質領域は弾性に寄与し、結晶領域は強度と剛性に寄与します。平面アミド基 (-CO-NH-) は非常に極性が高いため、ナイロンは隣接するストランド間に複数の水素結合を形成します。ナイロンの主鎖は非常に規則的で対称的であるため、特にアミド結合がすべてトランス配置である場合、ナイロンは結晶性が高く、優れた繊維になることがよくあります。結晶度の量は、形成の詳細とナイロンの種類によって異なります。
ナイロン 66 は、隣接するペプチド結合と正確に 6 個と 4 個の炭素原子の間隔でかなりの長さに並んだ複数の平行ストランドを持つことができるため、カルボニル 酸素とアミド水素が一列に並んで、途切れることなく繰り返し鎖間水素結合を形成できます (反対側の図を参照)。ナイロン 510 は、5 個と 8 個の炭素原子の配列を持つことができます。したがって、平行 (反平行ではない) ストランドは、拡張された途切れのない多重鎖β プリーツ シートに参加できます。これは、天然のシルク フィブロインや羽毛のβ ケラチンに見られるものと似た強くて丈夫な超分子構造です。(タンパク質には、連続する -CO-NH- グループを分離するアミノ酸 α 炭素のみがあります。) ナイロン 6 は、方向性が混在した途切れのない水素結合シートを形成しますが、β シートのしわは多少異なります。各アルカン炭化水素鎖の 3 次元配置は、単結合炭素原子の109.47°四面体結合の周りの回転によって決まります。
工業用紡糸口金の細孔から繊維に押し出されると、個々のポリマー鎖は粘性流のために整列する傾向がある。その後冷間延伸すると、繊維はさらに整列し、結晶化度が高まり、材料の引張強度がさらに増す。実際には、ナイロン繊維は加熱ロールを使用して高速で延伸されることが最も多い。[84]
ブロックナイロンは、形成中のせん断 応力により、表面付近を除いて結晶性が低い傾向があります。ナイロンは透明で無色、または乳白色ですが、染色が容易です。多重撚りナイロンコードとロープは滑りやすく、ほどけやすい傾向があります。これを防ぐには、炎や電極などの熱源を使用して端部を溶かして融合することができます。
ナイロンは吸湿性があり、周囲の湿度に応じて水分を吸収または放出します。水分含有量の変化はポリマーにいくつかの影響を及ぼします。まず、寸法が変化しますが、より重要なのは、水分が可塑剤として作用し、ガラス転移温度（Tg ）を下げ、その結果、 Tg以下の温度での弾性率が低下することです[85 ]
乾燥しているとき、ポリアミドは優れた電気絶縁体です。しかし、ポリアミドは吸湿性があります。水を吸収すると、電気抵抗など、材料の特性の一部が変化します。ナイロンはウールや綿よりも吸水性が低いです。
ナイロン 66 の特徴は次のとおりです。
- プリーツや折り目は高温で熱固定できる
- よりコンパクトな分子構造
- 耐候性、耐日光性の向上
- より柔らかい「手」
- 高い融点（256℃、492.8℉）
- 優れた色堅牢度
- 優れた耐摩耗性
一方、ナイロン 6 は染色しやすく、色褪せしにくく、耐衝撃性が高く、吸湿性が速く、弾力性、弾性回復性に優れています。
- 光沢の変化: ナイロンは、非常に光沢のあるもの、半光沢のあるもの、または鈍いものになることができます。
- 耐久性: 高い強度を持つ繊維は、シートベルト、タイヤコード、防弾布などの用途に使用されます。
- 高い伸び
- 優れた耐摩耗性
- 弾力性に優れています（ナイロン生地は熱硬化加工されています）
- お手入れが簡単な衣服への道を開いた
- 昆虫、菌類、動物、カビ、腐敗、多くの化学物質に対する高い耐性
- カーペットやナイロンストッキングに使用
- 燃えるのではなく溶ける
- 多くの軍事用途で使用されている
- 優れた比強度
- 赤外線に対して透明（−12 dB）[86] [説明が必要]
ナイロンの衣類は綿やレーヨンよりも燃えにくい傾向がありますが、ナイロン繊維が溶けて皮膚に付着する可能性があります。[87] [88]
用途
ナイロンは1938年にナイロン製の 歯ブラシで初めて商業的に使用され、 [5] [21] 、その後、 1939年のニューヨーク万国博覧会で展示され、1940年に初めて商業的に販売された女性用ストッキング、または「ナイロン」でより有名になりました。 [22]生地の需要が劇的に増加した第二次世界大戦中に、ナイロンの使用が劇的に増加しました。
繊維
ビル・ピッテンドリー、デュポン、その他の個人や企業は、第二次世界大戦の最初の数か月間、パラシュートの素材としてアジアの絹や麻をナイロンに置き換える方法を見つけるために熱心に取り組んだ。ナイロンはタイヤ、テント、ロープ、ポンチョ、その他の軍需品の製造にも使用された。米国紙幣用の高級紙の製造にも使用された。戦争が始まった当初、使用および製造された繊維の80％以上を綿が占め、残りのほとんどはウール繊維だった。1945年8月までに、製造された繊維は綿を犠牲にして25％の市場シェアを占めた。戦後、絹とナイロンの両方が不足したため、ナイロンのパラシュート素材がドレスの製造に再利用されることもあった。[89]
カーペットの製造にはナイロン 6 および 66 繊維が使用されます。
ナイロンはタイヤコードに使用される繊維の一種です。ハーマン・E・シュローダーはタイヤへのナイロンの応用を開拓しました。
金型と樹脂
ナイロン樹脂は自動車産業、特にエンジンルームで広く使用されている。[90] [6] : 514
成形ナイロンは、ヘアコームや機械部品（機械ネジ、ギア、ガスケット、その他以前は金属で鋳造されていた低から中程度の応力がかかる部品）に使用されています。[91] [92]エンジニアリンググレードのナイロンは、押し出し、鋳造、射出成形によって加工されます。タイプ6,6ナイロン101は最も一般的な商用グレードのナイロンで、ナイロン6は最も一般的な商用グレードの成形ナイロンです。[93] [94]スパッジャーなどのツールに使用するために、ナイロンには、構造強度と衝撃強度および剛性を高めるガラス充填タイプと、潤滑性を高める二硫化モリブデン充填タイプがあります。ナイロンは、ガラスや炭素繊維などの強化繊維とともに、複合材料のマトリックス材料として使用することができ、そのような複合材料は純粋なナイロンよりも密度が高くなります。[95]このような熱可塑性複合材料（ガラス繊維25％～30％）は、吸気マニホールドなどエンジンに隣接する自動車部品によく使用されており、耐熱性に優れているため金属に匹敵する材料となっています。[96]
レミントンナイロン66ライフルの銃床にはナイロンが使用されていました。[97]現代のグロックピストルのフレームはナイロン複合材で作られています。[98]
食品包装
ナイロン樹脂は、酸素バリアが必要な食品包装フィルムの成分として使用されています。[7]ナイロンをベースにした三元共重合体のいくつかは、包装に毎日使用されています。ナイロンは肉の包みやソーセージの鞘に使用されています。 [99]ナイロンは耐熱性が高いため、オーブンバッグに便利です。[100]
フィラメント
ナイロンフィラメントは主にブラシ、特に歯ブラシ[5]や糸トリマーに使用されています。また、釣り糸のモノフィラメントとしても使用されています。フィラメントに最も多く使用されているポリマーはナイロン610と612です。
また、そのさまざまな特性により、積層造形材料としても非常に有用であり、具体的には、消費者向けおよびプロ仕様の熱溶解積層法3D プリンターのフィラメントとして有用です。
その他の形式
ナイロン樹脂は棒、チューブ、シート状に押し出すことができる。[6] : 209
ナイロン粉末は金属の粉体塗装に使用されます。ナイロン11とナイロン12が最も広く使用されています。[6] : 53
1940年代半ば、クラシックギタリストのアンドレス・セゴビアは、あるパーティーで、英国大使館のリンデマン将軍を含む多くの外交官に、米国では良質のギター弦、特に彼のお気に入りのピラストロのガット弦が不足していると話した。1ヵ月後、リンデマン将軍はデュポン家から入手したナイロン弦をセゴビアに贈った。セゴビアは、その弦はクリアな音を奏でるものの、かすかに金属的な音色があり、それを除去できればと願った。[101]ナイロン弦は、1944年1月にオルガ・コエーリョによってニューヨークの舞台で初めて試された。[102] 1946年、セゴビアと弦製作者のアルバート・オーガスティンは、ギター・レビュー誌の編集者で共通の友人であるウラジミール・ボブリの紹介で出会った。セゴビアの関心とオーガスティンの過去の実験に基づき、彼らはナイロン弦の開発に取り組むことを決めた。デュポンはこのアイデアに懐疑的だったが、オーガスティンが実際に弦を開発・製造するならナイロンを供給することに同意した。3年間の開発期間を経て、オーガスティンはナイロン製の第1弦を披露し、その品質はデュポンだけでなくセゴビアを含むギタリストたちをも感心させた。[101]しかし、巻き弦はより問題が多かった。しかし、様々な種類の金属や平滑化・研磨技術を試した結果、最終的にオーガスティンは高品質のナイロン製巻き弦も製造することができた。[101]
参照
- バリスティックナイロン – 厚くて丈夫なナイロン生地
- コーデュラ – デュポン社が開発し、現在はインビスタ社が所有する高性能生地のブランド
- 法医学工学 – 法的介入に関連する失敗の調査
- ナイロンを食べる細菌 – 細菌の種類
- ポリアミド – アミド結合によって連結された繰り返し単位を持つ高分子
- リップストップナイロン - 強化織物
- 段階重合 – 重合反応機構の種類
注記
- ^ 実際、最も一般的なナイロンポリマーはヘキサメチレンジアミンから作られており、カダベリンよりも CH 2グループが 1 つ多くあります。
- ^ 通常、80～100% は埋め立て地またはゴミ捨て場に送られ、18% 未満はエネルギーを回収しながら焼却されます。Francesco La Mantia (2002 年 8 月) を参照してください。プラスチックリサイクルハンドブック。iSmithers Rapra Publishing。pp. 19– 。ISBN 978-1-85957-325-9。
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外部リンク
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