Химическая энциклопедия

ПОЛИУРЕТАНОВЫЕ ВОЛОКНА (спандекс, эластон, клирспан, глоспан, эспа, фуджибо, кингспан, лубелл, моби-лон, опелон, ройка, дорластан, лайнел, викспан, спандэвен, ацелан), высокоэластичные синтетич. нити, получаемые из сегментир. полиуретанов (преим. полиуретанмочевин). Повторяющееся звено полиуретана включает гибкий и жесткий сегменты:

R-макрорадикал (мол. м. 1000-3000) простого полиэфира преим. состава [—СН₂СН₂СН₂СН₂О—]_n или сложного полиэфира —R:—О—[—(O)CR:COOR:O—]„ (где R:-этилен, пропилен, бутилен, изоамилен; R:- бутилен); R -этилен, 1,2-пропилен или —СН₂—Аr—СН₂—, Аr = —С₆Н₄— либо —С₆Н₄СН₂С₆Н₄—. В пром-сти используют преим. блокполиуретан, у к-рого х = у = 0.

Протяженные участки макромолекул, содержащие гибкие сегменты, имеют свернутые конформации (спираль, клубок), а группы, находящиеся в них, обладают малой энергией межмол. взаимодействия, напр. (кДж/моль): 2,8 (СН₂), 4,2 (О) и 12,1 (СОО); т. стекл. соед., содержащих такие сегменты, от —40 до — 60 °С. Более высокие энергии межмол. взаимодействия уретановых и карбамидных групп коротких жестких сегментов (36 и 59 кДж/моль соотв.) обеспечивают образование т. наз. физических поперечных связей и небольших участков кристаллизации. Сочетание гибких и жестких сегментов в макромолекулах создает каучукопо-добную структуру, способную к высокоэластичной деформации при небольшом усилии, а относит. удлинение при разрыве достигает 400-700%. Эластич. св-ва и макс. значения деформации растяжения нити можно регулировать, меняя структуру сегментов в полиуретане.

Получение. Все пром. способы произ-ва П. в. имеют общую стадию - синтез макродиизоцианата (форполимера) в массе из полиэфирдиола и диизоцианата (берется в молярном избытке) при 60 °С в среде сухого N₂. Послед. стадии -получение полиуретана взаимод. макродиизоцианата с диамином (удлинитель цепи) и формование нитей проводят разл. способами. Р-цию макродиизоцианата с диамином (р-ция удлинения цепи) осуществляют в среде р-рителя (в осн. ДМФА). Полученный формовочный р-р дозируют через фильеру в обогреваемую (185-230 °С) и интенсивно обдуваемую горячим воздухом прядильную шахту высотой до 11 м (сухой способ) или в осадит. водную ванну при комнатной т-ре (мокрый способ). По др. способу диамин (до 3%) добавляют в осадит. ванну с водой или орг. р-рителем, в к-рую через фильеры выдавливают тонкими струями макродиизоцианат (или его р-р). Образование и осаждение полиуретанмочевины происходит в ванне, поэтому этот способ получения П. в. называют реакционным или химическим формованием.

При сухом методе формования из прядильной шахты выходят 1-16 комплексных нитей, к-рые после нанесения замасливателя в кол-ве 2-7% (см. Текстильно-вспомогательные вещества )наматывают на бобины и подвергают термообработке в камере при 80 °С в течение 3 ч для снижения усадки нити в кипящей воде.

При мокром методе сформованные нити промывают водой (90-95 °С) в аппаратах, где они вытягиваются примерно в 1,5 раза, наматывают на бобины и подвергают термообработке при 120 °С в течение 20-30 ч. При хим. формовании нить, намотанную на шпулю, обрабатывают водой (40-80 °С, давление 4 МПа) в течение 15 мин-8 ч. Преимущества сухого способа формования перед мокрым: более высокая концентрация формовочного р-ра (32% против 20%), большая скорость формования (600 м/мин против 150 м/мин), проще регенерация р-рителя.

Развивается также способ формования П. в. из расплава; полиуретан в этом случае должен быть термопластичным, что достигается применением в качестве удлинителя цепи диолов - этиленгликоля или бутиленгликоля.

Наиб. распространение получил сухой способ формования П. в. (80% от их мирового произ-ва), 15% производится по мокрому и хим. способам формования, 5% П. в. формуют из расплава. В сухом способе для синтеза полиуретана применяют простой полиэфирдиол, получаемый полимеризацией ТГФ, в др. способах-преим. сложные полиэфирдиолы, во всех способах -4,4-дифенилметандиизоцианат, иногда-смесь 2,4- и 2,6-толуилендиизоцианатов.

Свойства и применение. Линейная плотн. комплексных нитей, формуемых по сухому способу, преим. 2,2-125 текс; число элементарных нитей в них 3-110 и более, их линейная плотн. 0,7-1,2 текс. Относит. прочность нитей 8-10 сН/текс, относит. удлинение при разрыве 500-800%; степень эластич. восстановления 95-96%; модуль деформации при 300%-ном растяжении 1,2-2,4 сН/текс; влагосодержание 1,0-1,3% (20 °С, относит. влажность воздуха 55-65%); плотн. 1,1-1,3 г/см³; т. размягч. 175-200 °С.

В случае мокрого и реакционного методов формования показатели прочности и удлинения при разрыве несколько меньше, а модуля деформации растяжения несколько больше, чем при сухом формовании, меньше устойчивость к истиранию и стирке, стойкость к УФ облучению и хим. стойкость.

П. в. обладает удовлетворит. стойкостью к действию масел, хлорсодержащих орг. р-рителей, разбавленных к-т и щелочей. П. в. из стабилизир. полиуретана свето- и атмос-феростойко. По растяжимости П. в. равноценны резиновым нитям, к тому же обладают меньшей толщиной, более высокими прочностью и упругим восстановлением, износостойкостью, лучшей окрашиваемостью катионными, кислотными и дисперсными красителями.

Благодаря этим преимуществам они практически вытеснили нити из резины, к-рые ранее использовались при получении текстильных изделий. Из П. в. изготовляют спортивные костюмы, женскую галантерею, купальники, мед. корсеты, эластичные бинты, лечебный трикотаж, костюмы, плащи, рубашки и ряд техн. изделий. Эластичные полотна, ткани, тесьму, чулочно-носочные изделия и колготки изготовляют из пряжи, содержащей 5-50% П. в., что придает изделиям необходимую эластичность.

Мировое произ-во П. в. достигло 20 тыс. т (1988). Доля тонких (20-140 денье) нитей постоянно возрастает.

Первое пром. произ-во полиуретановых нитей, к-рые по-прежнему занимают ведущую позицию в мире, начато в США в 1958, в 1962-64 полиуретановые нити появились в Европе, в 1963-в Японии. В России полиуретановые нити производят с 1975.

Лит.: Домброу Б. А., Полиуретаны, пер. с апгл., М., 1961; Фурне Ф., Синтетические волокна. Получение и переработка, пер. с нем., М., 1970; Чеголя А. С., Радушкевич Б. В., "Хим. волокна", 1981, №4, с. 9-12; №5, с. 12-16; Monroe Couper, High technology fibres, pt A, N.Y.-Basel, 1985, p. 51-85. См также лит. при ст. Полиуретаны . Г. Д. Михайлов.