Sexy chemie, aneb z historie nylonu
15. 12. 2010
Uhlík je všestranný prvek, který tvoří bezpočet sloučenin. Přírodní hedvábí, které během druhé světové války potřebovali spojenci pro výrobu padáků, bylo velice vzácnou surovinou. Vědci dostali za úkol vyvinout umělé hedvábí. To, co objevili, vstoupilo do dějin vědy, ale i společnosti: nylonové punčochy! Parašutista Michael vám přiblíží vědecké dobrodružství zvané nylon – od jeho laboratorních začátků až po dnešní využití i další vývoj v budoucnosti.
Michael: Chemie je vzrušující a sexy obor. Když si jen představím, jak všechny ty atomy uhlíku, vodíku a kyslíku se dělí o své elektrony v krásně tvarovaných molekulách, rozbuší se mi srdce. A dnes se zblízka podíváme na jeden z nejvíce vzrušujících vynálezů chemie – na nylon.
Michael: Jsme už druhým rokem ve válce. Tedy ve druhé světové, rozumí se. A naše americké letectvo má nedostatek padáků.
Tereza: Japonská armáda obsadila skoro celý Dálný východ, odkud americké textilky dovážely přírodní hedvábí. Chemici z koncernu Du Pont poskytli náhradu – nylonové vlákno.
Michael: Tenhle nylon je ohromně pevný. A kluci z námořní pěchoty dostali zase nové pneumatiky z nylonu. Musím odsud. Přijdou Němci.
Filip: Příběh nylonu ovšem začal o několik let dříve.
Tereza: Nylon – na rozdíl od vlny, bavlny nebo hedvábí – vyrobil člověk. Je to lidský vynález. Není to produkt přírody, ale naší znalosti chemie.
Michael: A nylon vynalezl tento muž – americký chemik Wallace Carothers.
Tereza: Carothers pracoval v chemickém koncernu Du Pont. Zajímal se o polymery. Už roku 1930 objevil nové polymery, které se daly natahovat. Jsou to chemické sloučeniny, které mají delší … co to má delší, Michaele …?
Michael: Polymers are long chain molecules composed of repeating units. Carothers was fascinated by natural polymers such as cellulose, the material from which paper is made. Carothers understood that the strength and durability of such materials was due to their large molecular size.
Polymery jsou dlouhé řetězcové molekuly, složené z opakujících se jednotek. Carotherse fascinovaly přírodní polymery, jako je celulóza. Je to látka, z níž se vyrábí papír. Carothers chápal, že síla a trvanlivost těchto látek je dána délkou jejich molekul.
Tereza: Víte, ono pokud jde o polymery, tak velikost hraje opravdu důležitou roli. A Carothers chtěl připravit nové umělé polymery ohromující velikosti.
Michael: Po pěti letech výzkumu Carothers provedl tento pokus. Vzal dvě chemikálie: první – diaminohexan. Je to molekula se řetězcem šesti atomů uhlíku a s aminoskupinami NH2 na každém jeho konci.
Tereza: Michael připravil jeho vodný roztok, který obarvíme pomocí potravinářského barviva, abychom to všechno lépe viděli.
Michael: Druhou látkou byla kyselina adipová. I ta má řetězec se šesti atomy uhlíku, ale s karboxylovou skupinou na obou svých koncích.
Filip: Tyto dvě sloučeniny vytvoří ve sklenici dvě vrstvy. Aminoskupiny z diaminohexanu na rozhraní vrstev reagují s karboxylovými skupinami kyseliny adipové.
Tereza: Při této reakci vzniká voda a nové amidové vazby mezi monomery. Postupně začíná vznikat polymer.
Filip: Když uchopíme vznikající polymer a vytáhneme jej nad hladinu, vidíme vlákno nylonu, které v reálném čase vzniká. Vytvářejí se milióny nových spojení, ohromné polymerové řetězce.
Tereza: A přesně tohle před 75 lety pozoroval ve své laboratoři také Carothers. A my to, dámy, dnes nosíme na nohou.
Michael: Our World was about to change.
A právě tehdy se náš svět změnil.
Tereza: A tohle je vůbec první využití nylonu – obyčejné štětiny zubního kartáčku.
Michael: But with the world at war, nylon became an invaluable substitute for silk.
Ale pro svět, který byl ve válce, se nylon stal neocenitelnou náhradou hedvábí.
Tereza: Ano, bylo to velmi důležité. Obzvláště pro výrobu padáků.
Michael: Ale výrobkem, díky němuž se nylon stal známý ve všech domácnostech a který skutečně nastartoval jeho obchodní úspěch, byly … ladies’ stockings … dámské punčochy.
Tereza: A chemie nikdy nebyla tak sexy.
Filip: Premiéra nylonových punčoch se odehrála 15. května 1940. Američanky šílely. Během jediného dne se tehdy ve Spojených státech prodalo pět miliónů párů.
Tereza: Ve čtyicátých letech minulého století se o přípravu umělého vlákna pokoušeli chemici i jinde ve světě. Také u nás ve Zlíně.
Filip: V laboratořích Baťových závodů tehdy začínal pozdější slavný vynálezce očních kontaktních čoček Otto Wichterle.
Tereza: Podařilo se mu připravit umělé vlákno – polyamid, ovšem z odlišných surovin než chemikům od Du Pontu.
Filip: Wichterleho tým technologii výroby před Němci utajil a teprve po válce se český nylon začal vyrábět pod názvem silon.
Tereza: Příběh nylonu však na tomto místě neskončil. Chemici brzy experimentovali s odlišnými kombinacemi amino a karboxylových monomerů.
Filip: Vznikla řada dalších typů vláken s různými vlastnostmi – Mylar, Dacron, Lycra, Nomex – ten se používá i dnes pro protipožární obleky.
Tereza: Když se řetěz šesti atomů uhlíku v nylonu nahradili šestiuhlíkovým aromatickým kruhem, zrodil se Kevlar – umělá vlákna, silnější než ocel.
Filip: Vyrábějí se z nich neprůstřelné vesty a také pevné závodní pneumatiky.
Tereza: Také díky novým umělým vláknům se mohl uskutečnit velký program kosmických letů Apollo.
Michael: Ta chemie je tak mocná. To se mi strašně líbí. Ale opravdová krása polymerů pro mne je v jejich jednoduchosti. Vezměte si třeba – dřevo. Jeho sílu a pevnost. Ale přitom jde o jednoduchý polymer: molekul glukózy, propojených dohromady.
Tereza: A pokud jsme vás naladili a máte chuť prakticky experimentovat, můžete vyzkoušet jiný přirozený polymer. A tím je kasein v mléce.
Filip: K tomuto pokusu potřebujeme půl litru – POZOR – odtučněného mléka. Necháme jej na plotně zahřívat.
Tereza: Odměříme si přiměřené množství – řekněme jedno deci – vinného octa a vlijeme do mléka.
Filip: Očekáváte správně. Mléko se srazí. Právě tato sraženina je předmětem našeho zájmu.
Tereza: Nejprve sítkem a pak jemnou tkaninou se zbavíme kapalné součásti.
Filip: A tady je to podstatné. Hrudky sražené bílkoviny.
Tereza: Sraženinu vložíme do kastrolu a přidáme trochu vody.
Filip: A taky lžičku kypřicího prášku.Už jsme jej při našich pokusech delší dobu nepoužili.
Tereza: Tuto směs na horké plotně rozvaříme na kaši.
Michael: Let’s see if our polymeric glue really does work.
Podíváme se, zda naše polymerové lepidlo opravdu lepí.
Tereza: Teď nám Michael ukáže, jak to všechno pěkně slepí.
Filip: Jak vidíte, v našem mléčném lepidle ještě zůstaly nerozvařené hrudky. Lepidlo pořádně rozetřeme po celé ploše podložky.
Tereza: Abrakadabra … Drží!
Michael: Chemie!
Filip: Nastal drobný souboj s dřevěným rámečkem.
Michael: Our glue also works for wood.
Naše lepidlo lepí také dřevo.
Filip: Na styčné plochy naneseme dostatek lepidla.
Tereza: A pozor: necháme dobře zaschnout. Přece jen to není lepidlo sekundové.
Filip: A při tom můžete zavzpomínat na pozoruhodný příběh nylonového vlákna.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough