Эластан

Эластан — это синтетическое эластомерное волокно, способное многократно растягиваться (до 500—700 % от первоначальной длины) и возвращаться к исходной форме без остаточной деформации. Относится к классу полиуретановых волокон. В международной практике наиболее известен под торговыми марками «спандекс» (преимущественно в США и Канаде) и «эластан» (в Европе и России). Благодаря уникальному сочетанию эластичности, прочности и лёгкости широко применяется в текстильной промышленности для придания тканям и трикотажу растяжимости и облегающих свойств.

История

Разработка эластана стала результатом научных поисков в области полиуретановой химии, которые велись в середине XX века. В 1937 году немецкий химик Отто Байер (компания IG Farben) впервые синтезировал полиуретан, однако промышленно пригодное эластомерное волокно появилось позже. Ключевой прорыв совершил американский химик Джозеф Шиверс, работавший в компании DuPont. В 1958 году он получил патент на полиуретан-мочевинное волокно, которое DuPont начала выпускать в 1959 году под торговой маркой «Lycra» (лайкра). Параллельно аналогичные разработки велись в Европе: в 1959 году компания Bayer (Германия) запустила производство волокна под названием «Dorlastan». В СССР и России волокно выпускалось под названием «полиуретановое эластомерное волокно» (ПУЭВ), а также под торговыми марками «Эластик» и «Спандекс».

Первоначально эластан применялся в корсетных изделиях и спортивной одежде, но быстро распространился на другие сегменты текстиля. К 1970-м годам лайкра стала символом качественной облегающей одежды. В 1990-е годы, с развитием технологий прядения и снижением стоимости производства, эластан вошёл в состав массовой одежды — от белья до верхней одежды.

Химический состав и строение

Эластан представляет собой блок-сополимер, состоящий из чередующихся «жёстких» и «гибких» сегментов полиуретана. Жёсткие сегменты (обычно на основе диизоцианатов и удлинителей цепи) образуют кристаллические или стеклообразные домены, которые действуют как физические сшивки. Гибкие сегменты (полиэфирные или полиэфирные диолы) обеспечивают способность к растяжению. При растяжении гибкие сегменты распрямляются, а жёсткие домены удерживают структуру, предотвращая необратимую деформацию. После снятия нагрузки гибкие сегменты возвращаются в исходное свёрнутое состояние, обеспечивая эластичность.

Волокно эластана имеет гладкую, цилиндрическую форму с продольными бороздками. Диаметр волокна варьируется от 10 до 100 мкм. В отличие от резины, эластан тоньше, легче и более устойчив к воздействию масел, пота и ультрафиолета.

Физико-механические свойства

Эластан обладает рядом уникальных характеристик:

• Удлинение при разрыве: 400—700 % (в зависимости от марки и типа).
• Восстанавливаемость: после растяжения на 200 % остаточная деформация составляет менее 5 %.
• Прочность на разрыв: 0,5—1,5 г/дтекс (уступает полиамиду и полиэстеру, но достаточна для текстильного применения).
• Плотность: 1,1—1,3 г/см³ (легче резины).
• Термостойкость: выдерживает кратковременный нагрев до 180—200 °C; длительная эксплуатация при температурах выше 120 °C приводит к потере эластичности.
• Светостойкость: умеренная; под воздействием УФ-излучения возможно пожелтение и снижение прочности.
• Химическая стойкость: устойчив к маслам, жирам, поту, слабым кислотам и щелочам; разрушается концентрированными кислотами и некоторыми органическими растворителями (ацетон, диметилформамид).

Производство

Основной промышленный метод получения эластановых волокон — сухое формование. Процесс включает следующие этапы:

1. Синтез преполимера: диизоцианат (например, 4,4'-дифенилметандиизоцианат) реагирует с полиэфирным или полиэфирным диолом, образуя преполимер с концевыми изоцианатными группами.
2. Удлинение цепи: преполимер смешивают с диамином или диолом (удлинителем цепи) в растворителе (диметилформамид или диметилацетамид). Образуется раствор полиуретан-мочевины.
3. Формование: раствор фильтруется и подаётся через фильеры (сопла) в нагретую камеру (100—200 °C). Растворитель испаряется, и полимер затвердевает в виде тонких нитей.
4. Вытяжка и термофиксация: нити вытягиваются (обычно в 2—5 раз) для ориентации макромолекул и повышения прочности, затем фиксируются при повышенной температуре.
5. Намотка: готовые нити наматываются на бобины. Для текстильного использования эластан часто обкручивают (обвивают) другими волокнами (полиамидом, хлопком, полиэстером) для улучшения внешнего вида и тактильных свойств.

Мокрое формование (используется реже) и реакционное формование (литьё из расплава) также существуют, но занимают меньшую долю рынка.

Виды и классификация

Эластан классифицируют по нескольким признакам:

• По химическому составу гибкого сегмента:
• Полиэфирный эластан (на основе сложных полиэфиров) — более устойчив к гидролизу и микроорганизмам, но менее стоек к щелочам.
• Полиэфирный эластан (на основе простых полиэфиров) — лучшая гидролитическая стабильность, но ниже стойкость к окислению.
• По типу удлинителя цепи:
• Диаминовые (полиуретан-мочевинные) — наиболее распространены, высокая эластичность.
• Диольные (полиуретан-уретановые) — более жёсткие, используются реже.
• По линейной плотности (в денье или текс): от 10 денье (очень тонкое, для чулок) до 5000 денье (толстое, для корсетов и медицинских изделий).
• По типу отделки: матовый, полуматовый, блестящий; с добавлением антистатических, антибактериальных или УФ-стабилизирующих компонентов.

Применение

Эластан редко используется в чистом виде (за исключением некоторых медицинских и технических изделий). Обычно его добавляют в смеси с другими волокнами в количестве 2—20 % от массы ткани. Основные области применения:

Одежда

• Спортивная одежда: лосины, велосипедные шорты, купальники, гидрокостюмы, компрессионное бельё. Обеспечивает свободу движений и облегание.
• Повседневная одежда: джинсы (стрейч-деним), брюки, юбки, платья, топы. Добавка эластана предотвращает мешковатость и улучшает посадку.
• Бельё и корсетные изделия: бюстгальтеры, трусы, пояса, грации. Эластан обеспечивает поддержку и комфорт.
• Чулочно-носочные изделия: колготки, гольфы, носки. Эластан в составе нити (обкрутка полиамидом) придаёт эластичность и прозрачность.
• Верхняя одежда: куртки, пальто (для подвижности в плечевых швах).

Медицина

• Компрессионный трикотаж (чулки, рукава) для лечения варикоза, лимфедемы и послеоперационной реабилитации.
• Эластичные бинты, бандажи, ортопедические фиксаторы.
• Хирургические маски и шапочки (для плотного прилегания).

Технический текстиль

• Чехлы для мебели и автомобильных сидений (обеспечивают облегание и износостойкость).
• Ленты, шнуры, ремни для фиксации грузов.
• Фильтровальные материалы (в комбинации с другими волокнами).

Другие сферы

• Игрушки (эластичные куклы, мячи).
• Упаковочные материалы (стрейч-плёнка на основе эластановых нитей).
• Рыболовные снасти (эластичные лески).

Влияние на свойства тканей

Добавление эластана в ткань или трикотаж существенно изменяет их характеристики:

• Растяжимость: ткань может растягиваться в 1,5—3 раза без разрыва.
• Восстанавливаемость: после растяжения ткань возвращается к исходным размерам, что предотвращает деформацию при носке.
• Посадка по фигуре: одежда лучше облегает тело, не создавая складок и заломов.
• Комфорт: снижается давление на тело, улучшается вентиляция (при правильном сочетании с натуральными волокнами).
• Износостойкость: эластан повышает устойчивость ткани к истиранию и многократным стиркам.
• Усадка: ткани с эластаном могут иметь меньшую усадку после стирки, но требуют бережного ухода (низкие температуры, без отбеливателей).

Недостатки: возможна потеря эластичности при длительном воздействии хлора (в бассейнах) и высоких температур; при неправильной стирке (с хлорсодержащими отбеливателями) волокно разрушается.

Уход за изделиями из эластана

Рекомендации по уходу, указанные на этикетках, обычно включают:

• Стирка при температуре не выше 30—40 °C.
• Использование мягких моющих средств без хлора и отбеливателей.
• Ручная стирка или деликатный режим в стиральной машине.
• Отжим на низких оборотах (до 600 об/мин).
• Сушка в расправленном виде вдали от прямых солнечных лучей и нагревательных приборов.
• Глажка при низкой температуре (до 110 °C) или через влажную ткань.
• Избегать химической чистки с использованием органических растворителей (особенно перхлорэтилена), так как они могут разрушить эластан.

Экологические аспекты

Эластан, как и другие синтетические волокна, не является биоразлагаемым в обычных условиях. При стирке синтетических тканей (включая содержащие эластан) в окружающую среду попадают микропластиковые частицы. Утилизация изделий с эластаном затруднена из-за сложности разделения смесовых тканей. Ведутся исследования по созданию биоразлагаемых эластановых волокон на основе полиуретанов растительного происхождения, а также по разработке методов рециклинга (химического расщепления полиуретана).

Рынок и производители

Крупнейшими мировыми производителями эластановых волокон являются:

• Invista (США) — бренд Lycra (лайкра), занимает доминирующее положение на рынке.
• Hyosung (Южная Корея) — бренд Creora.
• Asahi Kasei (Япония) — бренд Roica.
• Toray (Япония) — бренд Torelin.
• Zhejiang Huafon Spandex (Китай) — крупнейший китайский производитель под брендом Huafon.
• Bayer (Германия) — исторически выпускал Dorlastan, но в 2005 году продал производство компании Invista.

В России производство эластановых волокон осуществлялось на Кемеровском заводе «Химволокно» (марка «Эластик»), однако в постсоветский период объёмы выпуска значительно сократились. В настоящее время российский рынок в значительной степени зависит от импорта из Китая, Южной Кореи и стран ЕС.

Источники

• Энциклопедия полимеров. Том 3. — М.: Химия, 1977.
• Текстильное материаловедение / Под ред. Г. Н. Кукина. — М.: Легпромбытиздат, 1992.
• Handbook of Textile Fibers by J. Gordon Cook. — Woodhead Publishing, 2001.
• Synthetic Fibers: Nylon, Polyester, Acrylic, Polyolefin by J. E. McIntyre. — Woodhead Publishing, 2005.
• Технология химических волокон / Под ред. А. А. Конкина. — М.: Химия, 1980.
• Polyurethane Elastomers by C. Hepburn. — Springer, 1992.
• Справочник по текстильным волокнам / Под ред. Н. В. Дмитриевой. — М.: Легкая индустрия, 1979.