MUOVIT VAATETUSTEKNIIKASSA

Transkriptio

1 MUOVIT VAATETUSTEKNIIKASSA

2 SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO TEKSTIILEISSÄ KÄYTETTÄVÄT SYNTEETTISET POLYMEERIT JA NIISTÄ VALMISTETTAVAT KUIDUT Yleistä Akryylimuovit Modifioidut akryylit ja akryylistä kehitetyt kuidut Polyamidi Aromaattinen polyamidi Polyesteri Polyeteeni Polypropeeni Elastaani ja polyuretaani Fluoripolymeerit Klooripolymeerit Biohajoavat polymeerit Muita synteettisiä polymeerejä Polyesterieetteri Polyfenoli Polykarbonaatti Polystyreeni Polyurea Trivinyyli Polyimidi Termisesti kestävät polymeerit Yleistä Polyeetteriketoni Polyimidipohjaiset kestomuovit Polyfenyleenisulfidi Melamiini MUOVITUOTTEIDEN ERI VALMISTUSTEKNIIKAT Yleistä muovituotteiden valmistuksesta Kalvojen valmistus Yleistä kalvojen valmistuksesta Puhalluskalvoekstruusio Tasokalvoekstruusio Koekstruusio Kuitujen valmistus Sulakehruu... 48

3 3.3.2 Kuivakehruu Märkäkehruu Kalvokuidut Sähköstaattinen kuidutus VAATETUKSESSA KÄYTETTÄVÄT MUOVIKALVOT JA FUNKTIONAALISET MATERIAALIT Yleistä Vettähylkivät, hengittävät materiaalit Erittäin tiheiksi kudotut kankaat Mikrohuokoiset pinnoitteet ja kalvot Hydrofiiliset pinnoitteet ja kalvot Markkinoilla olevia vedenpitäviä materiaaleja DrymaxX DryTec Aquamax Gore-Tex SympaTex CoolMax Thermolite Nanotekniikka pinnoitteissa Muita erikoiskalvoja ja funktionaalisia materiaaleja MUOVIN JA TEKSTIILIMATERIAALIN LIITTÄMISTAVAT Laminointi Pinnoitus Hitsaus SYNTEETTISTEN TEKSTIILIMATERIAALIEN LEIKKAUSMENETELMIÄ Laserleikkaus Vesileikkaus TEKSTIILIEN VIIMEISTYS Yleistä Esikäsittely Värittäminen Värjäysmenetelmät Väriaineet Painaminen Välivaiheet ja jälkikäsittelyt Värin kiinnitys Pesu Veden poisto ja kuivaus Lämpökiinnitys Viimeistyskäsittelyt Yleistä viimeistyksestä... 77

4 7.5.2 Mekaaninen viimeistys Märkäviimeistys KÄYTTÖSOVELLUKSIA Yleistä Urheilu- ja liikuntavaatetus Juoksuasut Kuntoilu ja ulkoilu Talviurheilu Muita asusteita Moottoripyöräasut Ääriolosuhteissa käytettävä suojavaatetus Yleistä suojavaatetuksesta ja materiaaleista Masuunityöntekijän asut Palomiehen varusteet Sukeltajien asut Avaruusasut Älyvaatteet Yleistä älyvaatteista Älyvaatteiden toimintaperiaatteet ja ryhmittely Hyvinvointivaatteet Työ- ja turvavaatteet Urheilu ja liikunta Vaatetuksen tulevaisuudennäkymiä LÄHTEET

5 1(135) 1 JOHDANTO Mitä yhteistä on vaatteilla ja muoveilla. Siihen voidaan vastata, että joissakin tapauksissa niissä käytetään samaa lähtöraaka-ainetta, joskin useimmiten erilaisessa ulkomuodossa. Vaatetuksessa muovit ovat tyypillisesti kuitu- ja kalvomuodossa ja muoviteollisuudessa kalvoina, putkina, kappaletavaroina, jne. Vaatteiden tavallisimmat valmistusmateriaalit ovat nahka, kasvi- ja eläinkuidut sekä erilaiset synteettiset eli tekokuidut, joiden merkitys on jatkuvasti kasvanut niillä aikaansaatavien ominaisuuksien vuoksi. Lisäksi kaikki muut materiaalit eivät riittäisi nykyisen vaatetusteollisuuden tarpeisiin. Vaatteissa käytettävät kuitumateriaalit luokitellaan tyypillisesti seuraavasti: (1) alkuperän mukainen jako: luonnonkuidut ja tekokuidut, sekä (2) kemiallisen alkuperän mukainen jako: orgaaniset kuidut eli kuidut, joiden molekyylirakenne on hiiliyhdiste ja epäorgaaniset kuidut. Nämä pääryhmät voidaan edelleen jakaa seuraavasti pienempiin alaryhmiin. Luonnonkuidut jaetaan alkuperänsä mukaan kolmeen ryhmään taulukon 1 mukaisesti. [1] Taulukko 1. Luonnonkuitujen jako eri ryhmiin. Kasvikuidut Eläinkuidut Mineraalikuidut Siemenkuidut -puuvilla, kapokki Runkokuidut -pellava -hamppu -juti -rami -nokkonen -genistra -kenaf -sun -rosella, jne. Lehtikuidut -abaca eli manilla -sisal -esparto -henquen -tupasvilla Hedelmäkuidut Villa Jalot karvat -vuohien karvat (tavallinen vuohi, mohair, kashmir, cashgora) -kamelin heimoon kuuluvien eläinten karvat (kameli, laama, alpakka, guanako, vikunja) Karkeat karvat -turkiskarvat (angora, minkki, majava, jne.) -jouhet ja harjakset Höyhenet ja untuvat Kehrääjähyönteisten kehräämät -silkki -villisilkit Asbesti (ei saa enää käyttää)

6 2(135) -kookos Tekokuitujen jaottelu tapahtuu standardien mukaisesti aluksi kolmeen ryhmään: (1) muuntokuidut, (2) synteettiset kuidut ja (3) epäorgaaniset kuidut. Näistä ensin mainitut muuntokuidut ovat sellaisia kuituja, joiden perusrakenne esiintyy luonnossa ja on sellaisenaan sopiva kuituraaka-aineen perusosaksi. Luonnossa tämä ei ole kuitumuodossa ja siksi se on muutettava kuitumaiseksi. Kuidun muodostus tapahtuu irrottamalla, kemiallisin ja fysikaalisin tavoin, kuiduksi sopiva molekyylimassa luonnossa olevasta olomuodosta (esim. puusta) ja muodostamalla siitä kuituja. Muuntokuidut jaetaan taulukossa 2 esitetyn mukaisesti. [1] Taulukko 2. Muuntokuitujen ryhmittely. Selluloosamuuntokuidut Kuprokuitu Viskoosi, modaali Lyocell Deasetyloidut asetaattikuidut Selluloosayhdistemuuntokuidut Asetaatti Triasetaatti Proteiinimuuntokuidut Eläinkunnasta saatavat -kaseiini -fibroiini Kasvikunnasta saatavat -maapähkinä -soija -maissi Muut muuntokuidut Alginaatti Luonnonkumi Paperilangat Synteettiset kuidut ovat kuituraaka-aineita, joiden valmistus tapahtuu periaatteessa kahdessa vaiheessa: (1) valmistetaan pienimolekyylisistä lähtöaineista (monomeereistä) tekstiilikuidun valmistukseen sopivia makromolekyylejä (polymeerejä) ja (2) valmistetaan näin aikaansaaduista polymeereistä kuituja. Synteettisiä kuituja ei ole standardeissa ryhmitelty alaryhmiin. Synteettisiä kuituja ovat esimerkiksi seuraavat: akryyli, aramidi, elastaani, elastodieeni, fluorokuidut, klorokuidut, modakryyli, polyamidi, polyesterieetteri, polyesteri, polykarbonaatti, polypropeeni, polystyreeni, polyureakuidut, polyuretaanikuidut, trivinyylikuidut, vinyylikuidut, termisesti kestävät orgaaniset ja puoliorgaaniset kuidut. [1] Epäorgaaniset tekokuidut jaetaan seuraavasti: hiilikuidut, keraamiset kuidut, lasikuidut, metallikuidut ja metalloidut kuidut. [1] Toinen tapa jakaa kuituraaka-aineet ryhmiin perustuu niiden kemialliseen alkuperään. Tällainen jakotapa on tarpeellinen varsinkin kuitujen kemiallisia reaktioita tarkasteltaessa, esimerkiksi värjäys, viimeistys ja puhdistus. Pääjako on sama kuin kemiassa yleensä eli: (1) orgaaniset kuidut, joiden perustana on hiiliyhdiste, sekä (2) epäorgaaniset kuidut. Orgaanisia kuituja ovat kaikki luonnon kasvi- ja eläinkuidut sekä edellisen jaottelun mukaiset muunto- ja synteettiset kuidut. Orgaanisten kuitujen tarkempi jaottelu on taulukon 3 mukainen. [1]

7 3(135) Taulukko 3. Orgaanisten kuitujen ryhmittely. Selluloosakuidut Luonnon kasvikuidut -puuvilla -pellava -jne. Selluloosamuuntokuidut -viskoosi -modaali -jne. Selluloosayhdistemuuntokuidut Asetyloidut selluloosakuidut -asetaatti -triasetaatti Valkuaisaine- eli proteiinikuidut Luonnon eläinkuidut -villa -silkki -jne Valkuaisaine- eli proteiinimuuntokuidut -kaseiini Synteettiset eli muovikuidut Edellisen jaottelun mukaiset synteettiset kuidut -polyamidi -polyesteri Jne. Epäorgaanisia kuituja ovat mineraalikuidut ja epäorgaaniset tekokuidut (lasikuitu, keraamiset kuidut). [1] Tässä esityksessä keskitytään vain yhteen kuitumateriaaliryhmään: synteettisiin orgaanisiin materiaaleihin, joiden merkitys monissa käyttösovelluksissa on merkittävästi kasvanut. Synteettisten kuitujen hyvistä omaisuuksista voidaan mainita esimerkiksi niiden hydrofobisuus eli ne eivät ime kosteutta, yleensä hyvä kemiallinen kestävyys, lämmön avulla muokattavuus ja hyvä lujuus. Heikkouksina puolestaan ovat esimerkiksi palo-ominaisuuksien vaihtelevuus, sähköistyvyys ja nyppyyntyvyys. Näitä heikkouksia voidaan pienentää tai jopa kokonaan poistaa tarkoituksenmukaisilla käsittelyillä.

8 4(135) 2 TEKSTIILEISSÄ KÄYTETTÄVÄT SYNTEETTISET POLYMEERIT JA NIISTÄ VALMISTETTAVAT KUIDUT 2.1 Yleistä Synteettisten polymeerien raaka-aineina ovat lähinnä petrokemian teollisuuden tuottamat pienimolekyyliset yhdisteet, monomeerit, jotka liitetään toisiinsa polymerointiprosessissa ja näin saadaan makromolekyylejä eli polymeerejä. Synteettiset polymeerit ja kuidut voidaan jakaa polymeroitumismekanismien perusteella askel- ja ketjupolymeroimalla valmistettuihin kuituihin (taulukko 4). Askelpolymeroinnissa polymeerimolekyyli syntyy hitaasti ja se on suhteellisen hidas prosessi, koska monomeerit liittyvät syntyvään polymeeriin yksi kerrallaan. Ketjupolymeroinnissa polymeerimolekyylit syntyvät huomattavasti nopeammin kuin ensin mainitussa. Toinen synteettisten kuitujen jakotapa perustuu kuidun kehruumenetelmiin. Taulukko 4. Synteettisten kuitujen jako Synteettiset kuidut Askelpolymeroimalla valmistetut polyesterit modifioidut polyesterit polyamidit polyuretaanielastomeerit aramidit Ketjupolymeroimalla valmistetut akryyli klorokuidut polypropeeni polyeteeni polyvinyylialkoholi fluorokuidut Synteettiset kuidut ovat kevyitä, kestäviä ja kosteutta imemättömiä. Kuidut voidaan lämmön avulla muotoilla ja niistä valmistetuille tuotteille voidaan antaa pysyvät laskokset. Kosteudenimukyvyn puuttuessa kuidut sähköistyvät ja keräävät likaa sekä nyppyyntyvät helposti. Kosteudenimukyvyn puuttuessa synteettisistä kuiduista valmistetut tuotteet tuntuvat ihoa vasten lämpimällä hiostavilta ja kylmässä kalseilta. Toisaalta tätä ominaisuutta voidaan hyödyntää kerrospukeutumisessa siten, että ihoa vasten oleva, synteettisistä kuiduista valmistettu vaate johtaa kosteuden seuraavaan vaatekerrokseen ja iho tuntuu kuivalta myös hikoiltaessa. Synteettisistä kuiduista

9 5(135) valmistetut tuotteet on helppo pestä ja ne kuivuvat nopeasti. Synteettiset kuidut ovat yleensä kemiallisesti kestäviä, valonkesto-ominaisuuksiltaan ja palo-ominaisuuksiltaan vaihtelevia. Synteettisiä kuituja voidaan käsitellä siten, että niiden tuntu muistuttaa enemmän luonnonkuituja ja on siten miellyttävämmän tuntuinen. Tällaisia menetelmiä ovat esimerkiksi sekoittaa synteettisiin kuituihin luonnonkuituja ja kehittämällä valmistus- ja viimeistysmenetelmiä. Eräs synteettisten kuitujen osa-alue ovat mikrokuidut, joita valmistetaan mm. polyamidista ja polyesteristä. Mikrokuidut ovat hienoudeltaan silkkisäikeen luokkaa tai jopa ohuempia. Mikrokuiduille ei ole olemassa yksiselitteistä määritelmää, mutta ne ovat synteettisiä tekstiilikutuja, joiden hienous on alle 1 dtex. Ne tekevät kankaasta pehmeän, taipuisan, hengittävän ja luonnonkuidun tuntuisen. Mikrokuitujen ensimmäisiä käyttöalueita ovat olleet ulkoilu- ja vapaa-ajanvaatteet. Näistä kuiduista voidaan valmistaa myös ohuita ja hyvin laskeutuvia arki- ja juhlapukukankaita.[1] Kuitujen ominaisuuksien kannalta polymerointiprosessissa ovat tärkeitä seuraavat tekijät [1]: - molekyylin polymeroitumistase (DP), mitä pitempi polymeeriketju, sitä lujempi kuitu - mahdollisimman tasainen molekyylikoko (kapea moolimassajakauma) - polymeerin puhtaus 2.2 Akryylimuovit Polymetyylimetakrylaatti (PMMA), josta puhekielessä käytetään nimitystä akryyli tai pleksilasi, kuuluu synteettisiin polymeereihin. Sitä alettiin valmistaa jo 1930-luvulla. Polymetyylimetakrylaatti on akryylihapon ja metakrylaaatin johdannainen. Sen rakennekaava on (-CH 2 -C(CH 3 )-(COOCH 3 )) n. PMMA on amorfinen, kova ja lasinkirkas kestomuovi, jonka optiset ja pintakiilto-ominaisuudet ovat hyvät. Värjäämättömänä se läpäisee valoa 92 %. PMMA:n ominaisuuksia on esitetty taulukossa 5. [2] Polymetyylimetakrylaatin käyttökohteista voidaan mainita esimerkiksi valaisinkuvut, ns. pleksilasi, valokuitujen pinnoitus ja biolääketieteen sovellukset, kuten piilolinssit, hammaspaikat ja luusementit. Suurimmat käyttökohteet löytyvät rakennusteollisuudesta, valaistuksesta ja ajoneuvoista. [2] Akryylihapon esterit muistuttavat rakenteeltaan (-CH 2 -CH)- COOCH 3 ) n hyvin läheisesti metakryylihapon estereitä. Polymeroitaessa muodostuu kuitenkin pehmeämpiä tuotteita. Kun akryylinitriiliä polymeroidaan peroksidi-initiaattorin avulla, muodostuu polyakryylinitriiliä (-CH 2 -CHCN) n. Tästä on vähitellen muodostunut tärkeä

10 6(135) kuitumateriaali ja nykyisin se on ottanut merkittävän osuuden kaikista synteettisiistä kuiduista. Taulukko 5. Polymetyylimetakrylaatin etuja ja rajoituksia. Etuja Hyvä lujuus ja jäykkyys Korkealuokkainen pintakiilto ja kovuus Kiillotettavissa Elintarvikekelpoinen Pieni veden absorptio Erittäin hyvä säänkestävyys Hyvä vanhenemisenkestävyys Hyvä valonkestävyys Rajaton värjäysmahdollisuus Erinomaiset optiset ominaisuudet Hyvät sähköiset eristysominaisuudet Sopii metallointiin Rajoituksia Kemiallinen kestävyys rajallinen Jännityssäröilytaipumus Paloherkkyys Lämpölaajeneminen Helppo naarmuuntuvuus Akryylit ovat eniten modifioitu kuituryhmä.. Siksi on määritelty, että polyakryylistä valmistetut tekstiilikuidut ovat suoraketjuisia polymeerejä, joiden ketjussa on vähintään 85 painoprosenttia akryylinitriiliä (-CH 2 -CHCN-) n. Edellisen lisäksi kuitujen valmistukseen käytettävä polyakryyli sisältää pieniä määriä muita kemikaaleja, joiden tarkoitus on parantaa valmistettujen kuitujen väriabsorptiota. Akryylikuituja alettiin valmistaa teollisesti 1950 USA:ssa, jolloin DuPont Company käynnisti kauppanimeltään Orlon-kuidun valmistuksen [1;3] Akryylikuitujen ominaisuuksista voidaan mainita [3;4]: - pehmeys ja lämpimyys - villamainen tuntu - pysyvä muoto - joustavuus - suhteellisen pieni nyppyyntyvyys - erinomainen värjättävyys - nopea kuivuminen - hyvä kestävyys auringonvaloa, öljyä sekä eikä kemikaaleja vastaan - kestävyys koiden hyökkäyksiä vastaan Akryylikuitujen kauppanimiä ovat mm. Acrilan,Amicor, Beslon, BioFresh, Bounce- Back, Bulana, Cashmilon, CFF Fibrillated Fiber, Conductrol, Courtek, Courtelle, Creslan, Creslite,Cresloft, Crumeron, Crylon, Crysel, Dolan, Dolant, Dralon, Dunova, Drytex, Duraspun, Evolutia, Exlan, Fi-Lana, Finel, FisiaFisivon,Ginny, Hanilon, Inidex, Jaycrile, KanbeoAcryl, Leacril, Macrolan, Malon, MicroSupreme, Myolis, Neochrome,

11 7(135) Orlon, Pewlon,Pil-Trol, Ricem, Sayelle, So-lara, Tairylana, The Smart Yarns, Toraylon, Triana, Vonnel, Wear-Dated,WeatherBloc, Wintuk; Yalova. [1;3;5] Akryylistä käytetään tekstiili- ja vaatetuspuolella seuraavia lyhenteitä [1]: - EVD-koodi akryylille on PC (Huom! muoveista puhuttaessa tämä on polykarbonaatin lyhenne) - BISFA:n ja DIN 60001:n mukaan PAN - vanhan DIN 60001:n mukaan PAC. Akryylikuituja valmistetaan sekä kuivakehruulla että märkäkehruulla (- kuidutuksella). Mikäli kuituja valmistetaan kuivakehruulla, niin voidaan vaikuttaa kuidun poikkileikkauksen muotoon, joka puolestaan liittyy ulkonäköön ja tuntuun sekä peittävyyteen. Jos kuidut valmistetaan märkäkehruulla, niin tärkein tekijä on kehruusuulakkeen koko, joka vaikuttaa vain kuituhienouteen. Kuitujen jälkivenytys lisää kiteisyyttä ja kasvattaa kuidun lujuutta. [1;5] Akryylikuituja valmistetaan pääasiassa katkemuodossa villatyyppisenä kuituna. Kuidut kehrätään suuriksi filamenttikimpuiksi eli touveiksi tai tapulikuiduksi. Akryylikuituja voidaan modifioida, jotta saadaan loppukäyttöön mahdollisimman hyvät ominaisuuskombinaatiot. [3] Akryylin käyttökohteet ovat suurelta osin samoja kuin villan. Yli puolet kaikesta akryylistä menee neuletuotantoon. Neuleet on tavallisimmin valmistettu 100 prosenttisesta akryylistä. Akryyliin voidaan sekoittaa tietyn luonnonkuitumaisentunnun ja ulkonäön aikaansaamiseksi villaa, mohairia, kashmiria tai puuvillaa. Akryyliä voidaan sekoittaa myös muihin synteettisiin kuituihin, kuten polyesteriin, jolloin akryyli antaa tuotteelle villamaista luonnetta. Akryylin muista käyttökohteista voidaan mainita sukat, tekoturkikset, matot, huovat, verhot, pöytäliinat, täytemateriaalit ja sisustuskankaat. [1;3] Akryylituotteiden huolto-, hoito- ja pesuohjeita löytyy esimerkiksi seuraavista lähteistä: [6;7;8;9] 2.3 Modifioidut akryylit ja akryylistä kehitetyt kuidut Modakryylit ovat suoraketjuisia makromolekyylejä, joiden ketjussa on yli 35, mutta enintään 85 painoprosenttia akryylinitriilipolymeeriä (-CH 2 CHCN-) n. Modakryylin kemiallinen kaava voidaan esittää seuraavassa muodossa ((CH 2 CHCN) m /(CH 2 -CXY) n ) p, jossa XY on komonomeeri. Modakryyliin tavallisimmin lisättävät komonomeerit ovat vinyylikloridi, vinyylideenikloridi, vinyyliasetaatti, styreeni, vinyylipyridiini, alkyyliesterit, alkyyliamidi tai vinyylibromidi. Osa näistä komonomeereistä parantaa palo-ominaisuuksia. [3]

12 8(135) Ensimmäinen modakryyli tuli markkinoille vuonna Sen toi markkinoille Union Carbide Co. kauppanimellä Dynel. Toinen, kauppanimeltään Verel, tuli markkinoille vuotta myöhemmin eli vuonna 1950 Tennessee Eastmanin valmistamana.. Samaan aikaan Japanissa tuli markkinoille kuitu kauppanimeltä Kanekalon. Modakryylikuitujen nykyisiä kauppanimiä ovat mm. Kanecaron, Lufnen, Protex, SEF, Teklan Velicren, Verel. [1;3;10] Modakryylin ominaisuuksista voidaan mainita: - muistuttaa monilta ominaisuuksiltaan akryyliä - pehmeys - joustavuus, kimmoisuus - helppo värjättävyys kirkkaiksi värisävyiksi - nopea värjäysprosessi - kulutuskestävyys - palonkestävyys - hyvä happojen ja alkalien kestävyys - muotopysyvyys Palonsuojamääräysten tiukentuessa modakryyli on pääosin syrjäyttänyt akryylin sisustusmateriaalina. Suurin käyttöalue ovat huonekalukankaat ja vaatetus. Modakryyliä käytetään myös peruukeissa, tekoturkisten nukkamateriaalina ja erilaisina teknisinä tuotteina, kuten suodattimina, teollisuuskudoksina (viiroina) ja painotelojen pintamateriaalina. Vaatetusmateriaalina modakryyli soveltuu hyvin esimerkiksi lasten yöpukuihin ja aamutakkeihin. Lisäksi se soveltuu myös leikkikalujen täytteeksi. [1;3] Modakryyliä valmistetaan samalla tavalla kuin akryyliä. Lähtöaineissa on eroja, sillä modakryyliin lisätään tavallisesti vinyylikloridia tai vinylideenikloridia paloominaisuuksien parantamiseksi. Muista modifioiduista akryyleistä voidaan mainita erikoistarkoituksiin kehitetyt modakryylit. Näitä ovat mm. erikoislujat kuidut (Zefran 500 ja Dralon T) ja kosteutta imevät kuidut, jotka ovat huokoisia (Dunova). Lisäksi löytyy eri tavoin värjäytyviä kuituja, joissa akryylin kopolymeerina on käytetty esimerkiksi kaseiinia (Chinon) tai viskoosia (Mitilon). Palonkestävyyttä voidaan parantaa myös kehruuvaiheessa lisättävällä pienimolekyylisellä palonsuoja-aineella (Teklan, Trevira 270, Verel Modacrylic). Akryylistä voidaan valmistaa myös bikomponenttikuituja, jotka ovat kiharaisia ja kuohkeita kuituja. Nämä soveltuvat hyvin käsityölangoiksi, huoviksi ja kuitukankaiksi (Acrilan, Bayer ATF 1011, Cortelle LC, Geslam 69 ja Orlon 21). [1]

13 9(135) 2.4 Polyamidi Polyamidien kehitystyö aloitettiin 1920-luvun loppupuolella DuPont yhtiössä. Tärkein kehitystyön tulos oli Polyamidi 6.6 (Nylon 66), joka tuli markkinoille 1939 USA:ssa. Euroopassa polyamidin valmistus alkoi 1940 Englannissa ja 1942 Italiassa. Tämän jälkeen kehitystyö on jatkunut ja jatkuu edelleen. Tällä hetkellä on useita polyamidityyppejä, jotka valmistetaan erilaisista raaka-aineista. Viimeisimpiä ovat mikrokuidut sekä korkeita lämpötiloja kestävät aromaattiset polyamidit eli aramidit. Polyamideja käytetään pääasiassa kuitujen ja teknisten muovituotteiden valmistukseen, joista jälkimmäisistä voidaan mainita esimerkiksi putket, letkut, ruuvit, autojen imusarjat, sähkökotelot, kytkimet sekä erilaiset moottorikotelot ja kuljetuspyörät ja sähköteollisuuden komponentit. Lisäksi polyamideista voidaan valmistaa kalvoja, pakkauksia, makkarankuoria ja kalastusverkkoja. [12] Tekstiili- ja vaatetusalalla polyamidia käytetään suuren veto- ja hankauslujuutensa vuoksi esimerkiksi työvaatteiden materiaalina, mattoina ja huonekalukankaina. Polyamidit ovat lisäksi joustavia ja elastisia, niitä on helppo värjätä ja ne ovat kevyitä ja helppohoitoisia. Näiden ominaisuuksien puolesta ne soveltuvat hyvin moniin käyttötarkoituksiin, kuten vaatetukseen, sisustukseen ja teknisiin käyttökohteisiin. Polyamidi kestää muotoaan tai lujuuttaan menettämättä koviakin rasituksia, ja senpä vuoksi ne soveltuvat hyvin purjekankaisiin ja laskuvarjojen materiaaliksi. Eräs käyttökohde on kassien ja matkalaukkujen materiaali, koska polyamidi on kevyttä ja kestävää. Vaatetusalalla polyamidista valmistetaan sukkia ja sukkahousuja, urheilu- ja työvaatekankaita, vuorikankaita, alusasuja, pitsejä, lasten vaatekankaita, uimapukuja, verhoilukankaita, mattoja ja ompelulankoja. [1;3;13] Polyamideista valmistettujen tekstiilien ja vaatteiden hoito-, huolto- ja pesuohjeita löytyy esimerkiksi seuraavista läteistä: [6;7;8;9] Polyamidien valmistuksessa käytetään kahta lähtöainetta, joista toinen on kaksi amiiniryhmää sisältävä yhdiste ja toinen dikarboksyylihappo, tai yhtä lähtöainetta, jollaisia ovat sekä amiini- että karboksyyliryhmän sisältävät yhdisteet tai rengasmaiset amidit eli laktaamit. Eri molekyyleihin kuuluvien amiini- ja karboksyyliryhmien reagoidessa keskenään syntyy amidiryhmiä (R -CO-NH-R ), jotka liittävät lähtöaineyksiköt polymeereiksi. Polyamidi ei ole yksi, rakenteeltaan ja koostumukseltaan määrätty materiaali. Eri polyamidityypit erotetaan toisistaan merkitsemällä polyamidi-sanan perään numero tai numeroita. Numero kertoo lähtöraaka-aineessa olevien hiiliatomin lukumäärän. Jos polyamidin valmistuksessa lähtöraaka-aineita on kaksi, niin ensin mainitaan diamiini ja sitten dikarboksyylihapon hiilien lukumäärä ja hiiliatominen lukumäärää osoittavat numerot pisteellä. Tällä hetkellä valmistetaan ainakin seuraavia polyamidityyppejä: PA 4.5, PA 6, PA 6.10, PA

14 10(135) 6.12, PA 6.6, PA 11, PA 12 ja PA 6/6.6. Näistä eniten valmistettuja polyamideja ovat PA 6 ja PA 6.6 sekä PA 6/6.6. [1;14] Polyamidit voidaan jakaa eri tyyppeihin, joita ovat: alifaattiset polyamidit, alisyklisiä ja aromaattisia rakenneosia sisältävät polyamidit sekä aromaattiset polyamidit. Alifaattiset polyamidit ovat suoraketjuisia polyamideja. Nämä ovat eniten käytettyjä teknisiä muoveja sekä tekstiiliteollisuuden kuitumateriaaleja, ja tähän ryhmään kuuluvat mm. PA 6.6, PA 6, PA 11 ja PA 12. Alifaattiset polyamidit ovat osittain kiteisiä, valkoisia materiaaleja. Niiden mekaaniset ominaisuudet (lujuus ja jäykkyys) ovat suhteellisen hyvät ja niiden korkeimmat käyttölämpötilat vaihtelevat välillä C. Polyamidien kemiallinen kestävyys on hyvä, mutta joidenkin polyamidityyppien (PA 6 ja PA 6.6) kosteuden absorptio on suuri. Tämä vaikutta mekaanisiin ominaisuuksiin siten, että jäykkyys pienene, mutta iskusitkeys kasvaa. Kosteuden absorptio on eräs polyamidien teknistä käyttöä rajoittava tekijä. [2] On mahdollista valmistaa myös sellaisia polyamidityyppejä, jotka eivät kiteydy ja ovat läpinäkyviä. Tällainen polyamidien ryhmä ovat alisykliset ja aromaattisia rakenneosia sisältävät polyamidit. Näillä polyamideilla on suhteellisen korkea lasittumislämpötila (T g ) ja alifaattisia polyamideja vastaava kemiallinen ja mekaaninen kestävyys. Aromaattisia ryhmiä sisältävät polyamidit kilpailevat muiden muovien sekä lasin kanssa sovelluksissa, joissa läpinäkyvyys ja kemiallinen kestävyys ovat oleellisia ominaisuuksia. [12;15] Aromaattisilla polyamideilla on rakenteessaan kaikissa yksiköissä aromaattinen rengas tai renkaita, jotka jäykistävät molekyylirakennetta. Yhdessä amidiryhmien polaarisuuden kanssa aromaattiset renkaat lisäävät polymeerin lujuutta. Tunnetuimpia aromaattisia polyamideja ovat aramidikuidut, joita käytetään korkeaa lämpötilaa ja lujuutta sekä sitkeyttä vaativissa sovelluksissa. [16] Polyamideille tyypillisiä ominaisuuksia ovat: [12;15] - suuri lujuus, jäykkyys ja kovuus - korkea taipumislämpötila (HDT lämpötila) - hyvä kulutuskestävyys - hyvä vaimennuskyky - hyvä liuottimien, liukasteiden ja polttoaineiden kestävyys - myrkyttömyys - helppo prosessoitavuus - aromaattisia ryhmiä sisältävät polyamidit ovat kirkkaita - alifaattiset polyamidit ovat osittain kiteisiä ja läpinäkymättömiä - kosteuden absorptio heikentää mekaanisia lujuusominaisuuksia, mutta kasvattaa iskusitkeyttä.

15 11(135) Yleisimmin käytetyillä polyamideilla on runsaasti eri kauppanimiä. Seuraavassa on kauppanimien luettelo sekä teknisissä sovelluksissa että kuitupuolella käytettävistä polyamideista: PA 3: Nylon 3 PA 4: PA 4-6: Taimir Dyneema UD, Stanyl PA6: Acelan, Akulon, Aliaf, Amilan, Anso, Ansolon,Aqualon, Bafia, Caicara, Capima, Caplana, Caprolan, Capron, Captiva, Chaonalon, Chromascope, Colorsaty, Crepeset, Crepsofit, Crofil, Danamid, Demilon, Dilonl, Dorix, Dry Step, Durethan, Dyneema, Eclipse, Enkalon, Fisisa, Grilon, Hydrofil, Jamlon, Jayanka, Jaycord, Jaykalon, Kanebo Nylon, Kertaton, Kolon, Lanastil, Lilion, Long Life M, Martinese, Mismylon, Mitohijan, Supralon, Modipon, Nicord, Nirlon, Noval, Novalis, Nurel, Nylhair, Nylpak, Ortation, Palmylon, Patina, Perlon-Draht, Pixel, Polana, Pwer Silk, Prakarn AFC, Pylon, Radilon, Resistant Fibre Collection,Sakorn, Dhimmeren, Shreelon, SIFAS, Silky Touch, Snialon, Softglo, Solution 7, Sporteouch, Stilon, Sudalon, Sunylon, Tasinlon, Taslon, Texfiber, Three Gun, TNT, Toray Nylon, Toyobo Nylon, Trilene, Trilobal, Trilon,Tru-Ballistic, Tufcord, Ultar Touch, Ultramid B, Vanlon, Vanylon, Vivana, Zefran, Zefsport, Zeftee, Zefron. [1;12;15] PA 7: PA 9: PA 11: PA 12: Enanth Azelon Nylon R, Rilsan Grilamid, Rilsan, Vestamid PA 6.6: Akulon, AMNI, Antron, Assurance, Avantige, Borgolon, Cantrece, Carise, Condura, Coro, Double Six, DuPont Nylon, Duracel, Durasift, Durethan A, DyeNAMIX, Elite, Enka Nylon, Erika Sun, Enkalon, Fabelon, Hisilon, Hytel, Islon,Leona, Leona, Lilion, Maranyl A, Meryl, Meryl Microfibre, Meryl Souple, Micro Supplex, Novalis, Nycel Crolan, OPTA, Promilan, Queen, Schwarzfil, Steinmaster, Tactel, Tactel Micro, Tactesse, Taftilon, TDN Nylon, Tendrelle, Timbrelle, Traffic Control Fibre System, Ultramidd A, Ultramirage, Ultron, Wear- Dante Freedom, Weardated, Wellon, Wellstrand. [1;12;15] PA 6.10: Burlon, Platon, Survon

16 12(135) PA 9.1: Urylon Alisyklinen PA: Qiana Polyamidikuiduille seuraavat ominaisuudet ovat tyypillisiä [5]: - kuitujen tiiveys ja sileys - huono lämmöneristävyys - helppo sähköistyvyys - heikko auringon UV-säteilyn kestävyys - heikko kestävyys säänvaihteluissa Polyamidin modifioinnilla voidaan räätälöidä lopputuotteen ominaisuuksien kannalta mahdollisimman hyvin vaatimukset täyttäviä polyamidityyppejä. Teknisiin sovelluksiin on saatavilla eri menetelmillä seostettuja ja lujitettuja polyamidityyppejä. Kopolymeroimalla sopivaa monomeeriä polymeeriketjuun voidaan vähentää polyamideilla kuivana esiintyvää haurautta. Samalla tekniikalla on mahdollista valmistaa termoplastisia elastomeereja polyamideista. Polyamidien ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa myös muuttamalla moolimassaa, käyttämällä pehmittimiä ja voiteluaineita sekä ydintäjiä eli kiteytymisen tasaisuuteen vaikuttavia lisäaineita, lisäämällä stabilointiaineita ja käyttämällä jauhe- tai kuitumaisia lujitteita. [12] Kuitujen ja tekstiilien valmistuksessa on vielä muitakin mahdollisuuksia modifioida polyamidia. Seuraavassa on esitetty joitakin mahdollisuuksia. Polyamidikuiduista voidaan saada helpommin värjäytyviä, mikäli kuidun molekyyliketjuihin voidaan lisätä sellaisia molekyyliryhmiä, jotka reagoivat polyamidia helpommin tietyn tyyppisten väriaineiden kanssa. Hydrofiilisten ryhmien lisääminen polyamidimolekyylin päihin saa aikaan hydrofiilisyyden kasvua, tällöin kuidun kosteussisältö kasvaa ja sähköistyvyys pienenee. Polyamidikuiduista voidaan valmistaa myös bikomponenttikuituja vaikkapa sähköä johtavien hiilikuitujen tai metallikuitujen kanssa. Tällaisia sähköä johtavia antistaattikuituja käytetään esimerkiksi alusvaatteissa ja kokolattiamatoissa. Tällaisten kuitujen kauppanimiä ovat esimerkiksi: Antron III, Comfort antistatic, Enka, Enkastat, Perlon RT ja Ultron. [1] Polyamidikuitujen UV-valon kestävyyttä voidaan parantaa kopolymeroimalla polyamidin joukkoon polyesteriä. Kuidun kiiltoa voidaan parantaa ja kuitupinta-alaa kasvattaa valmistamalla kolmiomaisia trilobalikuituja ja ns. multilobalikuituja. Kuituun saadaan tällöin sitoutumaan lisää ilmaa, jolloin lämmöneristävyys paranee. Poikkileikkauksen muodon muuttaminen vaikuttaa myös tuotteen tuntuun.

17 13(135) Mikrokuidut on uusien polyamidikuitujen ryhmä, ja ne ovat tulleet markkinoille vaatetuskankaissa 1990-luvulta alkaen. Mikrokuiduille ei ole olemassa yksiselitteistä määritelmää, mutta ne ovat synteettisiä tekstiilikutuja, joiden hienous on alle 1 dtex. Tyypillisesti mikrokuidun paksuus on alle yhden denierin, yleisimmin 0,5 0,6 denieriä. Tätä voi verrata silkkikuidun tyypilliseen paksuuteen, mikä on 1,24 denieriä tai puuvillaan, mikä on 1,5 2 denieriä. Mikrokuiduista valmistettu lanka ja neulos on paljon paksumpaa (vrt. sukkahousut den). Mikrokuiduista valmistetut kankaat ovat keveitä, pehmeitä ja säilyttävät hyvin muotonsa. [11] Mikrokuidun valmistuksessa voidaan käyttää jotakin seuraavasta kolmesta periaatteesta: [1] - kuitu kehrätään normaalisti, mutta sitä venytetään ja jälkivenytetään, niin että hienous kasvaa - kuitu kehrätään bikomponenttikuitutekniikalla, ts. kehrätään yhteen kahta ainetta, jotka kehruun jälkeen voidaan erottaa toisistaan sopivalla käsittelyllä, tämä on useimpien polyamidimikrokuitujen valmistusmenetelmä - kuitu kehrätään bikomponenttikuituna siten, että kehrättyjen aineiden välille ei synny adheesiota, vaan ne eroavat toisistaan kehruun jälkeen, esimerkiksi polyesteri / polyamidi Mikrokuituja käytetään sadeasuissa ja urheiluvaatteissa, joissa kuidun etuna on hengittävyys. Kuiduissa olevat mikroskooppisen pienet huokoset päästävät vesihöyryn lävitseen mutta eivät vesipisaroita. Näin vaate tuntuu hikoillessakin kuivalta ja suojaa sateelta. Etenkin urheilukerrastoissa käytetään mikrokuiduista valmistettuja vaatteita juuri tästä syystä. Juhlavaatteissa mikrokuitua käytetään, koska se saadaan hohtamaan silkin lailla. Mikrokuidun nukkaamattomuus on suuri etu siivousvälineissä. Mikrokuitua myydään useilla eri tuotenimillä, joista voidaan mainita DuPont Micromatticue ja Tactel Micro ja Meryl. [11] 2.5 Aromaattinen polyamidi Aromaattiset polyamidit keksittiin 1960-luvulla parantamaan polyamidien lämpötilan kestävyyttä ja vähentämään palamisherkkyyttä. Aromaattiset polyamidit kehitettiin polyamideista modifioimalla niistä palosuojaksi sopivia kuituja. Kuitujen ominaisuudet poikkeavat niin paljon toisistaan, että ne luokiteltiin EU:ssa omaksi kuituryhmäkseen vuodesta [5] Aromaattiset polyamidikuidut tunnetaan paremmin aramidikuituina, ja ne ovat hyvin jäykkiä ja lujia, jopa terästen tasoisia lujuusominaisuuksiltaan.

18 14(135) Aramidikuitujen käyttö perustuu seuraaviin ominaisuuksiin: korkeat käyttölämpötilat ja mekaaninen lujuus. [3;14] Aramideja on kahta tyyppiä: meta- ja para-amideja. Aramidien valmistus kaupallisen tuotannon tasolle alkoi vuonna 1958 (meta-muoto) ja 1965 (para-muoto) (kuvat 1 ja 2). [17] Metamuoto (kauppanimiltään Nomex ja Teijinconex ) on korkeaa lämpötilaa kestävä polyamidi, jonka hajoamislämpötila on yli 370 C. Vastaava lineaarinen (para-muoto) aromaatinen polyamidi tunnetaan kauppanimillä Kevlar ja Twaron, jonka hajoamislämpötila on yli 500 C lämpötilassa. [14] Edellä mainittujen kaupallisten aramidikuitujen lisäksi markkinoille on tullut vuonna 1987 Teijin Aramidin tuote kauppanimeltään Technora. Se on erittäin lujaa para-amidikutua, ja se on aromaattinen kopolyamidi (kuva 3). [18] Edellä esiteltyjen kaupallisten aramidikuitujen lisäksi on kehitetty erityisesti kumituotteiden lujittamiseen soveltuva aramidikuitu Sulfron. Se pienentää hystreesiilmiötä, kumin kulumista ja lämpenemistä, sekä parantaa joustavuutta ja väsymiskestävyyttä. [18] Kuva 1. Aromaattinen ryhmä on liittynyt pääketjuun meta-asemassa (1- ja 3- kohtiin) (Nomex ja Teijinconex ) Kuva 2. Aromaattinen ryhmä on liittynyt pääketjuun para-asemassa (1- ja 4- kohtiin) (Kevlar ja Twaron ) Kuva 3. Aromaattinen kopolyamidi, joka on rakenteeltaan para-muotoinen (Techora ) Aramidikuidut valmistetaan polymeeristä kehräämällä. Lähtöraaka-aineena käytettävää polymeeriä ei ole kaupallisesti saatavilla, joten kuitutuottajien on valmistettava lähtöraaka-aine itse. Kaupallisesti tärkeimmät aramidit ovat poly(mfenyleeni-isoftaaliamidi) (Nomex ja Teijinconex ), ja poly(pfenyleenitereftaaliamidi) (Kevlar ja Twaron ). Aromaattisista kopolyamideista

19 15(135) kaupallisesti tärkein on co-poly-(p-fenyleeni/3,4 -oksidifenyleenitereftaaliamidi) (Techora ) [16;18] Aramidikuidut ovat väriltään keltaisia ja niitä on erittäin vaikea värjätä muun värisiksi. Markkinoilla on kuitenkin rajoitetussa määrin pigmentoimalla värjättyjä aramidikuituja. Yksittäiset kuidut (filamentit) ovat poikkileikkaukseltaan pyöreitä ja noin 12 μm halkaisijaltaan. Aramidikuiduille on tyypillistä suuri lujuus ja jäykkyys sekä keveys. Kuidun vetolujuus on erinomainen, mutta puristuslujuus huono. Aramidikuitujen hyvä iskusitkeys ja iskulujuus on hyödynnettävissä tuotteissa, jotka joutuvat iskumaisille kuormituksille alttiiksi. [16] Aramidikuitujen kemiallinen kestävyys on hyvä tai erinomainen joitakin vahvoja happoja ja emäksiä lukuun ottamatta. Ne kestävät myös poltto-, voitelu- ja puhdistusaineita sekä merivettä menettämättä mekaanista lujuuttaan. Aramidikuidut ovat hygroskooppisia ja ne voivat imeä kosteutta 3,4-4,5 painoprosenttia suhteellisen kosteuden ollessa 100 prosenttia. Kosteudella on vähän tai ei ollenkaan vaikutusta kuitujen vetolujuuteen, mutta se vaikuttaa leikkaus- ja puristuslujuutta sekä säteen suuntaista vetolujuutta heikentävästi. Aramidikuitujen lämmönkestävyys on hyvä, ja samoin niiden pakkasenkestävyys. Auringonvalo tummentaa aramidikuitujen väriä ja heikentää niiden lujuusominaisuuksia. Aramidkuidut eivät myöskään ylläpidä palamista. Ne alkavat hiiltyä noin 425 C:ssa ja hajota noin 500 C:ssa. [16] Aramidikuitujen tärkeimpiä ominaisuuksia ovat seuraavat: - ei sulamispistettä (alkavat hajota noin 500 C:ssa) - kankaiden hyvä kestävyys korkeissa lämpötiloissa - huono syttyvyys - pieni kutistuma - hyvä kemiallinen kestävyys - sitkeys - para-aramidikuiduilla on paremmat mekaaniset lujuusominaisuudet kuin meta-aramidikuiduilla - kosteuden imeytyminen noin 3,5 p-% (20 C, RH 65 %) - ei kestä auringonvaloa Aramidikuidut ovat erikoiskuituja, ja niiden hinta on normaaleihin polyamideihin verrattuna korkea. Aramidikuituja käytetään sekä muovi- että tekstiiliteollisuudessa tuotteissa, joilta vaaditaan samanaikaisesti sekä keveyttä että suurta lujuutta, jäykkyyttä sekä iskulujuutta ja -sitkeyttä. Muovien lujitekuituina käytetään useimmiten paramuotoisia aramidikuituja ja käytettään suurimmaksi osaksi lentokone-, avaruus- ja veneteollisuudessa sekä urheilu- ja vapaa-ajanvälineiden valmistuksessa. Aramikuidut soveltuvat hyvin myös ballistisiin sovelluksiin, esimerkiksi komposiittikypärät sekä puolikovat ja kovat levyt, joita käytetään luodeilta, räjähteiltä, sirpaleilta ja iskuilta

20 16(135) suojaamiseen. Lujitekuidun lisäksi tuotteisiin tarvitaan matriisimuovia, joka em. tapauksissa on yleensä fenoli tai polyesteri. [16] Meta-muotoisten aramidikuitujen käyttösovelluksia ovat paloturvalliset vaatteet. Kuiduista valmistetaan sekä trikoota että kudottuja kankaita. Trikoota käytetään suojaalusvaatteina ja resoreina esimerkiksi ralliautoilijoiden asuissa. Kankaista valmistetaan suojahaalareita, joissa pintakerros voi olla kiiltävä, mutta sisäosa nukattu käyttömukavuuden lisäämiseksi. Näistä kuiduista valmistetaan suojavaatteita esimerkiksi palomiehille, ralliautoilijoille, öljy- ja kemianteollisuuden työntekijöille, sähkötyöntekijöille ja avaruuspukujen käyttäjille. [1;13] Meta-muotoisia aramidikuituja käytetään myös kuljetinhihnojen, sähkömoottoreiden ja mikroaaltouunien sähköisten paperien valmistukseen. Muita käyttökohteita ovat erilaiset näppäinlevyt, kuumien kaasujen suodatinmateriaalit ja höyrysuojat. Siitä voidaan valmistaa paperinomaista tuotetta, joka soveltuu esimerkiksi sähköeristeiksi. [13] 2.6 Polyesteri Luonnossa esiintyviä polyestereitä on hyödynnetty tuhansia vuosia. Esimerkiksi muinaiset egyptiläiset käyttivät lakkakirvojen erittämää sellakkaa muumioiden balsamointiin. Sellakkaa käytettiin äänilevyissä vielä 1900-luvun alussa. Yhdysvalloissa aloitettiin 1930-luvulla synteettisten alifaattisten polyestereiden tuotanto (DuPont -yhtiö Wallace Carothersin johdolla). Tällöin tuotetut polyesterit olivat moolimassaltaan suuria, mutta ne liukenivat pesukemikaaliliuoksiin ja olivat sulamispisteiltään liian alhaisia soveltuakseen tekstiilikäyttöön. Polyesterin tutkimusta jatkettiin Englannissa toisen maailmansodan alussa ja keksittiin korkeamoolimassainen polyesteri, jossa lähtöraaka-aineena käytettiin tereftaalihappoa, sen dimetyyliesteriä ja etyleeniglykolia. Näistä raaka-aineista syntyi polyeteenitereftalaattia (PET). Alan tutkijat havaitsivat myös PET:n hyvät ja monipuoliset ominaisuudet tekstiilikuitujen valmistamiseksi. Aika ei kuitenkaan ollut sopiva uuden tekstiilimateriaalien kaupallistamiselle, vaan se tapahtui vasta sodan jälkeen vuonna International Chemical Industries (ICI) aloitti PET-kuidun valmistuksen Britanniassa kauppanimellä Terylene, samalla kun DuPont Yhdysvalloissa alkoi tuottaa sitä nimellä Dacron. [1;19] Polyesterit ovat kondensaatiopolymeerejä, joita valmistetaan dioleista ja dikarboksyylihapoista tai niiden johdannaisista. Tyydyttyneestä polyesterimuovista tai vain polyesterimuoveista puhuttaessa tarkoitetaan yleensä tereftaalihapon ja

21 17(135) eteeniglykolin polymeroitumistuotetta, polyeteenitereftalaattia (lyhenne muovitekniikassa PET), jonka rakennekaava on kuvassa 4. Polyeteenitereftalaatti voi esiintyä sekä osittain kiteisenä että amorfisena kestomuovina. Polyestereitä on myös kertamuovityyppisinä, ja tällöin puhutaan tyydyttymättömästä polyesteristä (lyhenne UP). Se on lujitemuovituotteissa eniten käytetty matriisimuovi, joka sellaisenaan on kovaa ja haurasta. [2] Polyeteenitereftalaatin etuja ja rajoituksia on koottu taulukkoon 6 [15] Taulukko 6. Polyeteenitereftalaatin (PET) hyviä ominaisuuksia ja rajoituksia. Hyviä ominaisuuksia Rajoituksia suuri lujuus ja jäykkyys hyvä mittapysyvyys hyvä sään- ja säteilyn kestävyys hyvät luisto- ja kulumisominaisuudet hyvä sähköneristävyys hyvä värjättävyys Läpinäkyvyys pieni veden absorptio pieni kaasujen läpäisevyys pieni iskulujuus lovettuna huono hydrolyysin kesto prosessointi vaatii huolellisuutta rajoitettu kemikaalinkestävyys Tekstiilimateriaaleissa polyesterillä tarkoitetaan suoraketjuisia makromolekyylejä, joiden ketjussa on vähintään 85 painoprosenttia jonkin diolin ja tereftaalihapon estereitä. Tekstiilimateriaaleista puhuttaessa käytetään lyhennettä PES, PL, PE tai PET. Lyhenteiden erilainen merkintätapa muoveissa ja tekstiileissä on syytä tiedostaa. Kuva 4. Polyeteenitereftalaatin (PET) kemiallinen rakenne. Polyeteenitereftalaattia käytetään nykyään monissa erilaisissa sovelluksissa. Sen kaupallistamisesta lähtien sitä on käytetty kuitumateriaalina ja tämän jälkeen vuorossa olivat kalvosovellukset. Kalvosovelluksista tunnetuimmat lienevät paistopussit, joissa käytetään osittain kiteistä PET:ä. Muita kalvosovelluksia ovat piirtoheitinkalvot, valokuvaus- ja röntgenfilmit. Nykyään PET:stä valmistetaan puhallusmuovaamalla muovisia juomapulloja, joissa se on syrjäyttänyt aiemmin käytetyn lasin. Pullojen uudelleen valmistukseen soveltumattomasta PET:stä valmistetaan kuituja ja niistä kudotaan fleece-kankaita.

22 18(135) Polybuteenitereftalaatti (lyhenne muovitekniikassa PBT) on osittain kiteinen kestomuovi ja se kuuluu myös polyestereihin. Sitä valmistetaan tereftaalihaposta ja 1,4- butaanidiolista. Sen polymeeriketjussa on pidempiä ja joustavampia olefiiniketjuja kuin polyeteenitereftalaatissa, ja se tämän vuoksi se on tätä sitkeämpää ja jäykkyydeltään hieman heikompaa. PBT:n kemiallinen rakennekaava on kuvassa 5. Kuva 5. Polybuteenitereftalaatin kemiallinen rakenne. Polybuteenitereftalaatin etuja ja rajoiteuksia on esitetty taulukossa 7. [2] Taulukko 7. Polybuteenitereftalaatin (PBT) hyviä ominaisuuksia ja rajoituksia. Hyviä ominaisuuksia Rajoituksia korkea taipumislämpötila (HDT) suuri lujuus ja sitkeys hyvät sähköiset eristysominaisuudet pieni veden absorptio hyvät luisto- ja kulumisominaisuudet hyvä kemiallinen kestävyys hyvä prosessoitavuus hyvä mittapysyvyys loviherkkyys vääntyilyalttius heikko hydrolyysin kestävyys suuri kutistuma lujittamattomana Polybuteenitereftalaatti kehitettiin alun perin tekstiilimateriaaliksi, mutta josta tuli tätä tärkeämpi teknisenä muovina ja runsaasti kiteytyvänä ruiskuvalupolymeerinä. Kokolattiamattoja valmistetaan PBT:stä sen hyvän puristuskimmoisuuden vuoksi. Kimmoisuus eli elastisuus on tietyille aineille tyypillinen ominaisuus. Kimmoisan aineen rakenne palautuu ennalleen, kun ainetta venyttävä tai puristava voima poistetaan. Muista käyttökohteista voidaan mainita kotitaloustavarat, sähköteollisuuden sovellukset, työkalut ja urheilutarvikkeet. [19] Tekstiilimateriaalina PBT:n käyttökohteita ovat mm. vaatetuskankaat, neulokset, verhoilukankaat, huovat, fleecet, matot, ompelulangat, vanut ja kuitukankaat. Näissä sovelluksissa hyödynnetään PBT:n hyviä ominaisuuksia, kuten rypistymättömyys,

23 19(135) oikeneminen pesun jälkeen, nopea kuivuminen, mittapysyvyys ja helppo puhdistettavuus. Huonoista ominaisuuksista voidaan mainita helppo sähköistyvyys. Muista kestomuoveihin kuuluvista polyestereistä voidaan vielä mainita polytrimeteenitereftalaatti (polytrimetyleenitereftalaatti PTT), jota käytetään tekstiilimateriaalina. PTT patentoitiin jo vuonna 1941, mutta vasta 1990-luvulla Shell Chemicals kehitti edullisen menetelmän valmistaa korkealuokkaista 1,3-propaanidiolia (PDO). PTT:a valmistetaan kondensaatiopolymeroimalla puhdistettua tereftaalihappoa (PTA) ja PDO:a. Syntyvä aromaattinen polyesteri on kauppanimeltään Corterra (Shell), jota on nykyään kaupallisesti saatavilla käytettäväksi esimerkiksi matto- ja tekstiilikuituina, pitkinä kuituina, kalvoina, non-woven -kankaina ja teknisenä muovina erilaisiin sovelluksiin. PTT muistuttaa kemialliselta rakenteeltaan PET:a ja PBT:a [20;21] (kuva 6). Vastaavanlaista polyesteriä on saatavilla myös muilta valmistajilta, kuten DuPontin Sorona. [22;23;24;25] Kuva 6. Polytrimetyleenitereftalaatin kemiallinen rakenne. Polyestereiden ominaisuuksia on kerätty taulukkoon 8. [20] Taulukko 8. Eri polyesterityyppien ja PA 6.6 ominaisuuksien vertailua. Ominaisuus PTT PET PBT PA 6.6 (Perinteinen) Vetolujuus (cn/dtex) Murtovenymä (%) Youngin moduuli (cn/dtex) Palautuma 20 % venytyksen jälkeen (%) Ominaispaino Kosteuden imeytyminen (%) Keittokutistuma (%) Sulamispiste ( C)

24 20(135) T g -lämpötila ( C) Säänkestävyys merkityksetön lujuuden menetys merkityksetön lujuuden menetys merkityksetön lujuuden menetys keskinkertainen lujuuden menetys, kellastuminen joissakin olosuhteissa Polyestereitä valmistetaan eri puolilla maailmaa ja sen vuoksi sille löytyy erittäin monta kauppanimeä, joita löytyy seuraavasta lähteestä. [1] Polyesterikuituja valmistetaan sulakehruumenetelmällä. Polyesterien valmistusprosessissa voidaan vaikuttaa polyesterin moolimassaan, joka vaikuttaa suoraan kuidun lujuuteen. Polymeeriketjultaan lyhyempien polyestereiden lujuus on alhaisempi, ja näistä voidaan mainita antipillin-kuidut. Pinnan hankauksen seurauksena syntynyt kuitunyppy katkeaa hankaavan voiman vaikutuksesta, kun kuidun lujuus on normaalia alhaisempi. Tämä saa aikaan sen, että tekstiilin pinta pysyy sileänä. Pitkistä polymeereistä valmistetaan erikoislujia kuituja. Kuidun kiteisyysasteeseen voidaan vaikuttaa kuidun jälkikäsittelyillä, kuten venytys ja lämpökäsittely. [1;5] Polyesteriä voidaan modifioida ja siten saada aikaan erikoiskuituja. Erikoislujat polyesterit valmistetaan joko venytystä tai kiteytymistä lisäämällä tai bikomponenttikuituja esimerkiksi polyamidin kanssa (kauppanimeltä Source). Näitä kuituja käytetään nostovöitten, alipainehallien ja muiden teknisten käyttökohteiden materiaalina. [1] Helposti värjäytyvät polyesterit valmistetaan kuitua modifioimalla tai tätä helpommin värjäytyvän materiaalin kanssa bikomponenttikuituina. Näin saadaan aikaan kaksi- tai useampiväriefektejä. Näistä kuiduista voidaan mainita esimerkkeinä Fortel T 762 ja Trevira 210. [1] Erikoiskiharat kuidut valmistetaan bikomponenttikuituina polyamidin kanssa, jolloin saadaan aikaan ns. kehruuteksturointi. Tällaisia kuituja käytetään mm. mattoihin ja täytteisiin. Näitä kuituja valmistetaan esimerkiksi kauppanimillä Dacron 76, Mendel ja Sideria. [1] Kutistuvat polyesterit ovat korkeissa lämpötiloissa kutistuvia katkokuituja. Kun näitä sekoitetaan lämmössä kutistumattomiin kuituihin ja käsitellään tästä materiaalista valmistettuja kankaita lämmöllä, saadaan aikaan erikoiskuohkeita kankaita. Näitä kuituja valmistetaan esimerkiksi kauppanimillä Diolen BC ja Trevira 550. [1] Antistaattiset polyesterit valmistetaan esimerkiksi hiili- tai metallikuidun kanssa. Näitä on saatavilla kauppanimillä Antron 3 ja Enka Comfort.

25 21(135) Antipillingkuidut valmistetaan kopolymeroimalla. Näistä kuiduista valmistetut vaatteet eivät nyppyynny samalla tavalla kuin käsittelemättömät. Antipilling-käsittely tehdään esimerkiksi fleece-materiaaleille. Antipilling-kuitujen lujuuden on todettu pienentyvän varastoinnin seurauksena. Näistä voidaan mainita esimerkiksi Diolen GV ja Trevira 350. [1] Korkeita lämpötiloja kestävät kuidut valmistetaan esimerkiksi käsittelemällä kuitua fenoliyhdisteillä, jolloin kuitumolekyylien välille muodostuu poikittaisia sidoksia. Tällä tavoin kuidun tuntu tulee kovemmaksi, lujuus kasvaa, paloherkkyys vähenee ja kemiallinen kestävyys paranee. Tällaisia kuituja käytetään mm. suojavaatteissa ja teknisinä erikoistekstiileinä. [1] Palosuojakuituja valmistetaan esimerkiksi oksastamalla palonsuoja-aine kuitumolekyyliin. Tällaisia kuituja käytetään mm. paljon sisustusmateriaalina kauppanimeltään Trevira CS. Kuitua modifioimalla tuotettu Avora FR on palosuojakuitu, joka on tarkoitettu kulkuneuvojen, sairaaloiden ja kodin verhoilukankaisiin. [1] Kuitujen profiilia voidaan myös muotoilla ominaisuuksien muuttamiseksi. Profiloituja kuituja valmistetaan polyesteristä samoin kuin polyamideista erilaisten kiilto- ja tuntuominaisuuksien aikaansaamiseksi. Profiloidut kuidut ovat usein kolmiomaisia tai viisikulmioita poikkileikkaukseltaan. Tällaisia kuituja valmistetaan esimerkiksi kauppanimillä CoolMax, Dacron 26, Encarone, Enkatrone, Tersil ja Vectra. [1] Polyestereistä voidaan valmistaa myös onttoja kuituja. Tähän ryhmään kuuluu kauppanimeltään Dacron Hollofil oleva polyesterikuitu, jonka sisällä on neljä ilmakanavaa. Tästä kuidusta valmistetaan erikoisolosuhteisiin hyvin lämpöeristäviä ja kimmoisia täytteitä esimerkiksi toppavaatteisiin ja makuupusseihin. Voidaan myös tehdä sekoitteita, joka on tällaisen erikoiskuidun ja untuvan sekoite. Kauppanimeltään Thermastat kuitua käytetään mm. lämpökerrastojen materiaalina. [1] Polyesterikuitu muodostuu kiteisistä ja amorfisista osista kuten useimmat muutkin kuidut. Polyesterin rakenne on hyvin tiivis ja se on kemiallisesti melko stabiili. Tämä tekee kuiduista hyvin kestävän sekä eri kemikaalien että käyttöolosuhteiden suhteen, mutta toisaalta siitä on haittaa kuituja värjättäessä. Jälkikäsittelymenetelmillä valmistetaan lujuudeltaan kahdenlaisia polyesterikuituja: normaalilujia ja erikoislujia. [1;5] Polyesterin kuituhienoudet voidaan valita käyttötarkoituksen mukaan. Hienoimmat vaatetuksessa käytetyt kuidut ovat mikrokuituja. Normaalivahvuisia kuituja vaatetustekniikassa valmistetaan hienouksina dtex, näistä 75 % on teksturoitu.

26 22(135) Tekniset polyesterikuidut ovat vahvuudeltaan dtex eli kuitujen vahvuusalue on erittäin laaja. Katkeina vahvuudet vaihtelevat 1,3 22 dtex. [1] Polyesterituotteiden huolto-, hoito- ja pesuohjeita löytyy esimerkiksi seuraavista lähteistä: [1;6;7;8;9] 2.7 Polyeteeni Polyeteenit ovat eniten käytettyjä muoveja maailmassa ja myös Euroopassa. Polyeteenit ovat erittäin monipuolinen materiaaliryhmä ja eri lajien ominaisuudet riippuvat voimakkaasti molekyylirakenteesta ja moolimassasta. Polyeteeniä (lyhenne PE) valmistetaan polymeroimalla eteeniä, ja sen kemiallinen rakenne on seuraava (-CH 2 -CH 2 -) n. Polyeteeni on rakenteeltaan suoraketjuista, mutta se voi sisältää eripituisia haaroja valmistusmenetelmästä riippuen. Kaupallisesti merkittävimmät polyeteenit voidaan jakaa kolmeen pääryhmään valmistusmenetelmän ja ominaisuuksien mukaan: - PE-LD (low density), matalatiheyksinen polyeteeni, joka sisältää lyhyitä ja pitkiä haaroja - PE-HD (high density), suurtiheyspolyeteeni, joka on suoraketjuinen - PE-LLD (linear low density), lineaarinen matalatiheyksinen polyeteeni, joka sisältää lyhyitä haaroja. Edellä mainituista polyeteeneistä PE-LD on vanhin. Se kehitettiin Englannissa ICI:n laboratoriossa 1930-luvulla. Vuonna 1939 valmistuneen ensimmäisen tehtaan tuotteet olivat strategisesti tärkeitä, sillä valmistetut polymeerit käytettiin tutkalaitteisiin. [14] Matalatiheyksistä polyeteeniä jäykempi ja lujempi on PE-HD, koska sen kiteisyysaste on ensin mainittua suurempi. PE-HD:n valmistus tuli mahdolliseksi eteenin katalyyttisen polymeroinnin keksimisen ansiosta. Katalyyttiteknologia mullisti polyeteenin teollisen polymeroinnin, sillä kehitettyjen katalyyttien ansiosta eteenin polymerointi oli mahdollista suorittaa alhaisissa lämpötiloissa ja paineissa. [14] Lineaariset matalatiheyksiset polyeteenit ovat eteenin ja jonkun 1-olefiinin kopolymeerejä. PE-LLD tyyppejä valmistetaan katalyyteillä samoilla prosesseilla kuin PE-HD polymeerejä. Yleisimmin käytetään seuraavia komonomeerejä: 1-buteeni, 1- hekseeni ja 1-okteeni. Kopolymeereissä on tyypillisesti haarahiiltä pääketjun tuhatta hiiltä kohti. Suuren komonomeerimäärän eteenipolymeerit tunnetaan myös nimillä PE-VLD (vey low density) tai PE-ULD (ultra low density). [14]