Spandex

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Spandex é uma fibra sintética leve usada para fazer roupas elásticas, como roupas esportivas. É feito de um polímero de cadeia longa chamado poliuretano, que é produzido pela reação de um poliéster com um diisocianato. O polímero é convertido em uma fibra usando uma técnica de fiação a seco. Produzido pela primeira vez no início dos anos 1950, o spandex foi inicialmente desenvolvido como um substituto para a borracha. Embora o mercado de spandex permaneça relativamente pequeno em comparação com outras fibras, como algodão ou náilon, novas aplicações para spandex estão continuamente sendo descobertas.

Antecedentes

Spandex é um polímero sintético. Quimicamente, é composto por um poliglicol de cadeia longa combinado com um diisocianato curto e contém pelo menos 85% de poliuretano. É um elastômero, o que significa que pode ser esticado até certo ponto e recua ao ser liberado. Essas fibras são superiores à borracha porque são mais fortes, mais leves e mais versáteis. Na verdade, as fibras de spandex podem ser esticadas até quase 500% do seu comprimento.

Esta propriedade elástica única das fibras de spandex é um resultado direto da composição química do material. As fibras são compostas por vários fios de polímero. Esses fios são compostos por dois tipos de segmentos:segmentos longos e amorfos e segmentos curtos e rígidos. Em seu estado natural, os segmentos amorfos possuem uma estrutura molecular aleatória. Eles se misturam e tornam as fibras macias. Algumas das porções rígidas dos polímeros se ligam umas às outras e dão a estrutura da fibra. Quando uma força é aplicada para esticar as fibras, as ligações entre as seções rígidas são quebradas e os segmentos amorfos se endireitam. Isso torna os segmentos amorfos mais longos, aumentando assim o comprimento da fibra. Quando a fibra é esticada até seu comprimento máximo, os segmentos rígidos novamente se unem. Os segmentos amorfos permanecem em um estado alongado. Isso torna a fibra mais rígida e forte. Depois que a força é removida, os segmentos amorfos recuam e a fibra retorna ao seu estado relaxado. Usando as propriedades elásticas das fibras de spandex, os cientistas podem criar tecidos com características desejáveis ​​de alongamento e resistência.

O principal uso das fibras de spandex é em tecidos. Eles são úteis por vários motivos. Primeiro, eles podem ser esticados repetidamente e retornarão quase exatamente ao tamanho e forma originais. Em segundo lugar, eles são leves, macios e suaves. Além disso, eles são facilmente tingidos. Eles também são resilientes, uma vez que são resistentes à abrasão e aos efeitos deletérios dos óleos corporais, transpiração e detergentes. São compatíveis com outros materiais, podendo ser fiados com outros tipos de fibras para produzir tecidos exclusivos, que apresentam características de ambas as fibras.

O spandex é usado em diversos tipos de roupas. Por ser leve e não restringir os movimentos, é mais frequentemente usado em roupas esportivas. Isso inclui roupas como maiôs, calças de bicicleta e roupas de ginástica. As propriedades de ajuste de forma do spandex o tornam ideal para uso em roupas íntimas. Por isso, é usado em faixas de cintura, mangueiras de apoio, sutiãs e cuecas.

História

O desenvolvimento do spandex foi iniciado durante a Segunda Guerra Mundial. Nessa época, os químicos assumiram o desafio de desenvolver substitutos sintéticos para a borracha. Dois principais fatores de motivação motivaram sua pesquisa. Primeiro, o esforço de guerra exigiu a maior parte da borracha disponível para a construção de equipamentos. Em segundo lugar, o preço da borracha era instável e oscilava com frequência. O desenvolvimento de uma alternativa à borracha poderia resolver esses dois problemas.

No início, o objetivo era desenvolver um fio elástico durável à base de polímeros sintéticos. Em 1940, foram produzidos os primeiros elastômeros de poliuretano. Esses polímeros produziram gomas fresáveis, que eram uma alternativa adequada à borracha. Na mesma época, os cientistas da Du Pont produziram os primeiros polímeros de náilon. Esses primeiros polímeros de náilon eram rígidos e rígidos, então esforços foram iniciados para torná-los mais elásticos. Quando os cientistas descobriram que outros poliuretanos poderiam ser transformados em fios finos, eles decidiram que esses materiais poderiam ser úteis para fazer nylons mais elásticos ou para fazer roupas leves.

As primeiras fibras de spandex foram produzidas em nível experimental por um dos pioneiros na química de polímeros, Farbenfabriken Bayer. Ele ganhou uma patente alemã por sua síntese em 1952. O desenvolvimento final das fibras foi realizado de forma independente por cientistas da Du Pont e da U.S. Rubber Company. A Du Pont usou a marca Lycra e começou a fabricar em grande escala em 1962. Atualmente, ela é a líder mundial na produção de fibras de spandex.

Matérias-primas

Uma variedade de matérias-primas é usada para produzir fibras de spandex extensíveis. Isso inclui pré-polímeros que produzem a espinha dorsal da fibra, estabilizadores que protegem a integridade do polímero e corantes.

Dois tipos de pré-polímeros são reagidos para produzir a espinha dorsal do polímero de fibra de spandex. Um é um macroglicol flexível, enquanto o outro é um diisocianato rígido. O macro-glicol pode ser um poliéster, poliéter, policarbonato, policaprolactona ou alguma combinação destes. Estes são polímeros de cadeia longa, que possuem grupos hidroxila (-OH) em ambas as extremidades. A característica importante dessas moléculas é que elas são longas e flexíveis. Esta parte da fibra spandex é responsável por sua característica de alongamento. O outro pré-polímero usado para produzir spandex é um diisocianato polimérico. Este é um polímero de cadeia mais curta, que possui um grupo isocianato (-NCO) em ambas as extremidades. A principal característica desta molécula é a sua rigidez. Na fibra, essa molécula dá força.

Corset desenhado por Jacob Kindliman da cidade de Nova York em 1890. (Das coleções do Museu Henry Ford e Greenfield Village, Dearborn, Michigan.)

Este torso com espartilho foi produzido por Jacob Kindliman, da cidade de Nova York, em 1890. Kindliman, um corsetiere, quase não precisava fazer propaganda. Naquela época, as mulheres achavam que era necessário usar espartilho e se consideravam vestidas indecentemente sem ele até o início do século XX. Os espartilhos eram uma combinação de soutien-cincher cincher-cintura em uma peça de vestuário all-in-one, formando a base para o vestido da moda.

Dias antes do spandex, como o espartilho contornava o corpo de maneira eficaz? No século XVIII, um acolchoado grosso e costuras robustas no espartilho moldavam o corpo quando a roupa era bem amarrada. No início do século XIX, barbatana, uma substância óssea mas flexível da boca da baleia, foi costurada nas costuras do espartilho (daí o termo espartilho de osso de baleia), no entanto, os espartilhos do final de 1800 como este eram reforçados com tiras pequenas e finas de aço coberto com tecido. Esses espartilhos revestidos de aço não permitiam movimento ou conforto. Na Primeira Guerra Mundial, as mulheres americanas começaram a separar partes do espartilho em duas peças - a cinta (modelador de cintura e quadril) e bandeau (faixa mais macia usada para apoiar e modelar os seios).

Nancy EV Bryk

Quando os dois tipos de pré-polímeros são misturados, eles interagem para formar as fibras de spandex. Nesta reação, o hidroxil Processo de fiação a seco. grupos (-OH) nos macroglicóis reagem com os isocianatos. Cada molécula é adicionada ao final de outra molécula e um polímero de cadeia longa é formado. Isso é conhecido como crescimento em etapas ou polimerização por adição. Para iniciar esta reação, um catalisador como o diazobiciclo [2.2.2] octano deve ser usado. Outras aminas de baixo peso molecular são adicionadas para controlar o peso molecular das fibras.

As fibras de spandex são vulneráveis ​​a danos de uma variedade de fontes, incluindo calor, contaminantes atmosféricos leves e cloro. Por esta razão, estabilizantes são adicionados para proteger as fibras. Os antioxidantes são um tipo de estabilizador.

Vários antioxidantes são adicionados às fibras, incluindo fenóis impedidos monoméricos e poliméricos. Para proteger contra a degradação da luz, são adicionados filtros ultravioleta (UV), como hidroxibenzotriazóis. Os compostos que inibem a descoloração da fibra causada por poluentes atmosféricos são outro tipo de estabilizador adicionado. Normalmente, são compostos com funcionalidade de amina terciária, que podem interagir com os óxidos de nitrogênio na poluição do ar. Uma vez que o spandex é frequentemente usado em roupas de banho, antimildew Processo de fiação úmida. aditivos também devem ser adicionados. Todos os estabilizadores adicionados às fibras de spandex são projetados para serem resistentes à exposição a solventes, pois isso pode ter um efeito prejudicial à fibra.

Quando são produzidas pela primeira vez, as fibras de spandex são brancas. Portanto, são adicionados corantes para melhorar sua aparência estética. Corantes dispersos e ácidos são normalmente usados. Se as fibras de spandex forem entrelaçadas com outras fibras, como náilon ou poliéster, métodos especiais de tingimento são necessários.

O processo de fabricação

As fibras de spandex são produzidas de quatro maneiras diferentes, incluindo extrusão por fusão, fiação por reação, fiação a seco em solução e fiação úmida em solução. Cada um desses métodos envolve a etapa inicial de reação de monômeros para produzir um pré-polímero. Em seguida, o pré-polímero é reagido posteriormente, de várias maneiras, e retirado para produzir uma fibra longa. Uma vez que a fiação a seco por solução é usada para produzir mais de 90% das fibras de spandex do mundo, ela é descrita.

Reações de polímero

• 1 A primeira etapa na produção de spandex é a produção do pré-polímero. Isso é feito pela mistura de um macroglicol com um monômero de diisocianato. Os compostos são misturados em um vaso de reação e, nas condições certas, eles reagem para formar um pré-polímero. Uma vez que a proporção dos materiais componentes produz fibras com características variadas, ela é estritamente controlada. Uma proporção típica de glicol para diisocianato pode ser 1:2.
• 2 Na produção de fibra de fiação a seco, o pré-polímero é posteriormente reagido com uma quantidade igual de diamina. Isso é conhecido como reação de extensão em cadeia. A solução resultante é diluída com um solvente para produzir a solução de fiação. O solvente ajuda a tornar a solução mais fina e mais fácil de manusear. Ele pode então ser bombeado para a célula de produção de fibra.

Produzindo as fibras

• 3 A solução de fiação é bombeada para uma célula de fiação cilíndrica, onde é curada e convertida em fibras. Nessa célula, a solução de polímero é forçada através de uma placa de metal, chamada de fieira, que possui pequenos orifícios por toda parte. Isso faz com que a solução seja alinhada em fios de polímero líquido. Conforme os fios passam pela célula, eles são aquecidos na presença de nitrogênio e gás solvente. Essas condições fazem com que o polímero líquido reaja quimicamente e forme fios sólidos.
• 4 Conforme as fibras saem da célula, uma quantidade específica de fios sólidos são agrupados para produzir a espessura desejada. Isso é feito com um dispositivo de ar comprimido que torce as fibras juntas. Na realidade, cada fibra de spandex é composta de muitas fibras individuais menores que aderem umas às outras devido à viscosidade natural de sua superfície.

Processamento final

• 5 As fibras são então tratadas com um agente de acabamento. Este pode ser estearato de magnésio ou outro polímero, como poli (dimetil-siloxano). Esses materiais de acabamento evitam que as fibras se colem e auxiliam na fabricação de têxteis. Após esse tratamento, as fibras são transferidas por uma série de rolos para um carretel. A velocidade de conclusão de todo o processo pode ser algo em torno de 300-500 mi (482,7-804,5 km) por minuto, dependendo da espessura das fibras.
• 6 Quando os carretéis são preenchidos com fibra, eles são colocados na embalagem final e enviados para fabricantes de têxteis e outros clientes. Aqui, as fibras podem ser tecidas com outras fibras, como algodão ou náilon, para produzir o tecido que é usado na fabricação de roupas. Este tecido também pode ser tingido para produzir a cor desejada.

Controle de qualidade

Para garantir a qualidade das fibras de spandex, os fabricantes monitoram o produto durante cada fase de produção. As inspeções começam com a avaliação das matérias-primas recebidas. Várias características químicas e físicas são testadas. Por exemplo, o pH, a gravidade específica e a viscosidade do diisocianato podem ser verificados. Além disso, a aparência, a cor e o odor também podem ser avaliados. Somente tendo controles de qualidade rigorosos nos materiais de partida, o fabricante pode ter certeza de que eles produzirão um produto final consistente. Após a produção, as fibras de spandex também são testadas. Esses testes podem incluir aqueles que avaliam a elasticidade, resiliência e absorção da fibra.

O Futuro

A qualidade das fibras de spandex tem melhorado continuamente desde que foram desenvolvidas. Várias áreas de pesquisa ajudarão a continuar seu aprimoramento. Por exemplo, os cientistas descobriram que, ao mudar os pré-polímeros iniciais, eles podem desenvolver fibras com características de alongamento ainda melhores. Outras características podem ser melhoradas usando diferentes razões de pré-polímero, melhores catalisadores e vários enchimentos. Além das melhorias nas fibras de spandex, é provável que sejam produzidos tecidos avançados que incorporem fibras de spandex com fibras convencionais. Atualmente, misturas de fibras de náilon / spandex estão disponíveis. Finalmente, melhorias na fabricação também serão descobertas. Eles se concentrarão na produção de fibras com mais rapidez e eficiência.