Synteettinen kuitu

Synteettinen kuitu eli tekokuitu on ihmisen kehittämää ja kemiallis-fysikaalisin menetelmin valmistamaa kuitua, joka pyrkii jäljittelemään luonnonkuituja tai olemaan ominaisuuksiltaan niitä jossain suhteessa parempaa. Ensimmäiset synteettiset kuidut keksittiin 1800-luvun lopulla, ja 1940-luvulta lähtien niistä on tullut erittäin tärkeitä raaka-aineita erityisesti tekstiilien valmistuksessa (mm. nailon, elastaani ja polyesteri), mutta myös monilla muilla tuotannon aloilla (mm. lasikuitu, mineraalivilla ja kevlar).

Polyesteristä valmistettuja dacronlankoja.

Synteettisiä kuituja valmistetaan pääasiassa sulattamalla tai liuottamalla polymeerejä, keraameja tai metalleja pehmeäksi massaksi ja puristamalla massa sitten suulakkeen pienten reikien läpi väliaineeseen, joka kovettaa sen ohuiksi säikeiksi eli kuiduiksi.^[1]

Synteettisten kuitujen tyypit

Synteettiset kuidut jaetaan seuraaviin ryhmiin:^[2][3]

1. Synteettisistä polymeereistä valmistetut tekokuidut eli synteettiset kuidut, mm. elastaani, akryyli ja polyesteri.
2. Epäorgaaniset kuidut ei-polymeerisistä materiaaleista tai hiilletyistä polymeereistä: metalli-, lasi-, keraami- ja hiilikuidut.

Synteettisten kuitujen valmistusmenetelmät

Synteettisiä kuituja valmistetaan lähinnä neljällä eri menetelmällä:^[4][1][5]

1. Märkäkehruu on perinteisin menetelmä, jota käytetään myös luonnonkuitujen kuten pellavan kehruussa. Märkäkehruussa polymeerit liuotetaan eri kemikaaleja käyttäen puolijuoksevaksi massaksi eli kehruuliuokseksi, joka suulakepuristetaan nestemäiseen kovetinaineeseen. Näin saadut kiinteät kuidut kuivataan, vedetään, venytetään ja kelataan rullauslaitteen avulla rullaksi. Märkäkehruumenetelmällä valmistetaan muun muassa aramideja ja elastaania. Menetelmä on varsin hidas, kuitua syntyy alle 150 metriä minuutissa.
2. Kuivakehruussa selluloosa liuotetaan helposti haihtuvaan liuottimeen ja suulakepuristetut kuidut kovetetaan haihduttamalla liuotin pois kuuman ilman tai muun kaasuvirtauksen avulla. Näin valmistetaan muun muassa akryylikuituja. Kuivakehruun nopeus on noin 1 000 metriä minuutissa.
3. Sulakehruu on menetelmä, jossa kiinteät lähtöaineet sulatetaan lämmössä massaksi, joka voidaan puristaa suulakkeen läpi kuiduiksi. Kuidut kovettuvat jäähtyessään viileässä ilmassa. Sulakehruu on tekokuitujen tärkein ja tehokkain kehruumenetelmä, jolla tuotetaan muun muassa nailonkuituja jopa 6 000 metrin minuuttinopeudella.
4. Sähkökehruun eli sähköstaattisen kuidutuksen avulla tuotetaan hyvin ohuita (halkaisijaltaan 10 nm – 10 µm) mikrokuituja. Polymeeriliuokseen tai -sulaan kohdistetaan voimakas sähkövaraus, joka voittaa nesteen pintajännityksen ja vetää massasta ohuita säikeitä. Ne jäähtyvät ja kovettuvat ilmassa ja käsitellään edelleen muiden kehruumenetelmien tapaan.

Tekokuitujen historiaa

Luonnonsilkin päättymättömät kuidut saivat 1600-luvulla muun muassa englantilaisen tutkijan John Hooken kehittelemään ajatusta ihmisen valmistamasta vastaavanlaisesta kuidusta. Tämä toteutui kuitenkin vasta 1800-luvun lopulla, kun ranskalainen Hilaire de Chardonnet ja englantilaiset Cross, Beavan ja Beadley kehittelivät tahoillaan selluloosapohjaisia viskoosin kaltaisia ”tekosilkkejä”. Tuotantoon tämä ensimmäinen muuntokuitu tuli vuoden 1910 paikkeilla nimellä raion. Vuonna 1927 saksalainen nobelisti Hermann Staudinger todisti kuitujen koostuvan ketjuuntuneista makromolekyyleistä. Yhdysvaltalainen yhtiö DuPont kehitti 1930-luvulla Wallace Carothersin johdolla ensimmäisen polyamidikuidun, joka sai kauppanimen nailon (engl. nylon). Muutamaa vuotta myöhemmin englantilaiset J. Rex Whinfield ja J. T. Dickson onnistuivat kehittämään polyesterikuitujen tuotantomenetelmän. 1950-luvun keskivaiheilla tulivat ensimmäiset korkeita lämpötiloja kestävät aramidikuidut, joita kehitti etenkin Stephanie Kwolek DuPontilla. Aramidi- ja hiilikuitujen kaupallinen tuotanto alkoi vasta 1970-luvun alusta muun muassa kauppanimillä Kevlar, Trevar ja Kermel.^[6]

Lähteet

1. Hannelore Eberle, Hermann Hermeling, Marianne Hornberger, Roland Kilgus, Dieter Menzer, Werner Ring, suom. Pirjo Luoto ja Irma Boncamper: Ammattina vaate, s. 28–29. (Alkuteos Fachwissen Bekleidung) WSOY, 2002. ISBN 951-0-26522-5
2. Juhani Pihkala: Tekokuitujen valmistus (Arkistoitu – Internet Archive), sivustolla Prosessitekniikka, Keski-Pohjanmaan koulutusyhtymä. Viitattu 20.6.2014.
3. Eberle, Hannelore: Ammattina vaate, s. 8. Suomentanut Luoto, Pirjo. Sanoma Pro Oy, 2017. ISBN 978-952-63-1602-4 FI
4. Synthetic and Cellulosic Fiber Formation Technology (Arkistoitu – Internet Archive), FiberSource, American Fiber Manufacturers Association, Fiber Economics Bureau, 1997–2013. Viitattu 20.6.2014.
5. Muovit vaatetustekniikassa, opetusmoniste s. 22–37, Tampereen Teknillinen Yliopisto ym. korkeakouluja 31.3.2010. Viitattu 20.6.2014.
6. Enbom, Henrik: Kuitujen historia. Tekniikan Maailma, 1996, nro 12, s. 81. Näköislehti (maksullinen).

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Synteettinen kuitu Wikimedia Commonsissa