Спандекс

Спандекс — это общее название группы синтетических эластомерных волокон, основным компонентом которых является сегментированный полиуретан. Основным отличительным свойством спандекса является его исключительная эластичность: волокно способно растягиваться в 4–7 раз от своей первоначальной длины и после снятия нагрузки возвращаться к исходным размерам. В текстильной промышленности и торговле спандекс также известен под торговыми марками «Лайкра» (зарегистрированный товарный знак компании Invista, ранее — DuPont) и «Эластан» (термин, принятый в европейских стандартах, в частности ISO 2076).

История

Ранние разработки

Потребность в эластичном волокне, которое могло бы заменить натуральный каучук в текстильных изделиях, возникла в начале XX века. Резиновые нити, использовавшиеся в корсетах и подвязках, имели ряд недостатков: они были тяжёлыми, быстро теряли эластичность под воздействием пота, масел и ультрафиолета, а также вызывали аллергические реакции у некоторых людей.

Первые успешные попытки синтеза полиуретанового эластомера были предприняты в Германии в 1930-х годах группой химиков под руководством Отто Байера (I.G. Farben). Однако практическое применение этих разработок было ограничено из-за Второй мировой войны и последующего разделения патентов.

Создание и коммерциализация

Ключевой прорыв произошёл в США в конце 1950-х годов. Химик Джозеф Шиверс из компании DuPont в 1958 году синтезировал первое полиуретановое волокно, которое продемонстрировало высокую эластичность и устойчивость. В 1959 году компания DuPont запустила промышленное производство волокна под торговой маркой «Лайкра». Первоначально оно использовалось в производстве женских корсетных изделий и чулочно-носочной продукции, заменив резиновые нити.

В 1962 году аналогичное волокно под названием «Виролан» (позже — «Эластан») начало производиться в Европе компанией Bayer. В СССР разработка отечественного аналога велась в Научно-исследовательском институте синтетического волокна (ВНИИСВ, г. Калинин, ныне Тверь). В 1970-х годах было освоено производство полиуретановой нити под названием «Спандекс» (от англ. to span — растягиваться и to extend — расширяться), которое впоследствии стало нарицательным для всей группы волокон.

Распространение

В 1980-х годах, с развитием технологий вязания и ткачества, спандекс начал активно применяться в спортивной одежде. Популяризация аэробики, фитнеса и велоспорта привела к массовому использованию эластичных тканей. В 1990-х годах спандекс проник в повседневную моду — джинсы-стрейч, облегающие топы и купальники. К началу XXI века доля спандекса в текстильной продукции значительно выросла, и он стал обязательным компонентом многих видов одежды.

Химическая структура и производство

Состав

Спандекс относится к классу полиуретановых эластомеров. Его макромолекула состоит из чередующихся «жёстких» и «гибких» сегментов:

• Жёсткие сегменты — образуются из диизоцианатов (например, метилендифенилдиизоцианат, МДИ) и удлинителей цепи (коротких диолов или диаминов). Эти участки связаны между собой водородными связями и образуют кристаллические или стеклообразные домены, которые служат физическими «сшивками», предотвращающими необратимое скольжение цепей.
• Гибкие сегменты — представляют собой длинные цепи полиэфирных или полиэфирных гликолей (макрогликолей). Они находятся в высокоэластичном состоянии и обеспечивают способность волокна растягиваться.

Методы получения

Производство спандекса осуществляется несколькими способами, наиболее распространёнными из которых являются:

1. Сухое формование (сухой способ): Раствор полиуретана в диметилацетамиде (ДМА) или диметилформамиде (ДМФ) продавливается через фильеры (капилляры) в вертикальную шахту, обогреваемую горячим воздухом или инертным газом. Растворитель испаряется, и полимер застывает в виде тонких нитей. Этот метод обеспечивает высокую скорость производства и позволяет получать нити различной толщины.
2. Мокрое формование: Раствор полимера продавливается через фильеры в осадительную ванну с водой или другим нерастворителем, где полимер коагулирует. Этот метод менее распространён из-за более низкой производительности и сложности утилизации сточных вод.
3. Реакционное формование (реакция расплава): Расплавленный полиуретан (преполимер) продавливается через фильеры и затем отверждается в результате химической реакции (например, с удлинителем цепи). Этот метод требует точного контроля температуры и состава.

После формования нити спандекса могут быть подвергнуты дополнительной обработке: нанесению замасливателя (для снижения трения), скручиванию, текстурированию или покрытию (например, силиконом).

Свойства

Физико-механические

• Эластичность: Относительное удлинение при разрыве составляет 400–700%. Упругое восстановление после 100% растяжения — 95–99%.
• Прочность: Прочность на разрыв у спандекса ниже, чем у полиэфирных или полиамидных волокон, но выше, чем у резиновой нити. Удельная прочность составляет 0,6–0,8 ГПа.
• Модуль упругости: Низкий, что означает малое усилие, необходимое для растяжения.
• Плотность: 1,1–1,3 г/см³, что легче резины (1,5–1,7 г/см³).

Химические и термические

• Термостойкость: Плавится при температуре 230–250 °C. При длительном нагреве выше 150 °C теряет эластичность. Необратимо разрушается при кипячении в щелочных растворах.
• Химическая стойкость: Устойчив к действию масел, пота, большинства растворителей (кроме сильных кислот и щелочей). Разрушается под воздействием хлора (например, в бассейнах), что приводит к пожелтению и потере эластичности.
• Светостойкость: Под действием ультрафиолета может деградировать, поэтому в состав часто вводят стабилизаторы (УФ-абсорберы).
• Гигроскопичность: Низкая (0,3–0,5%), что делает спандекс водоотталкивающим, но одновременно ухудшает его способность впитывать влагу.

Применение

Спандекс редко используется в чистом виде из-за низкой прочности и высокой стоимости. Обычно его добавляют в состав смесовых тканей в количестве 2–20% от массы. Основные области применения:

Одежда

• Спортивная одежда: Велосипедные шорты, лосины для фитнеса, купальники, гидрокостюмы, компрессионное бельё. Обеспечивает свободу движений и облегание.
• Чулочно-носочные изделия: Колготки, гольфы, носки. Добавление спандекса (обычно 5–15%) предотвращает сползание и улучшает посадку.
• Нижнее бельё: Бюстгальтеры, корсеты, трусы, пояса для чулок. Обеспечивает поддержку и фиксацию.
• Повседневная и верхняя одежда: Джинсы-стрейч, брюки, платья, рубашки, куртки. Спандекс добавляет комфорт и предотвращает деформацию.
• Медицинская одежда: Компрессионные чулки, бандажи, эластичные бинты.

Технический текстиль

• Автомобильная промышленность: Чехлы для сидений, обивка салона (для обеспечения плотного прилегания).
• Мебель: Обивочные ткани для мебели (диванов, кресел), требующие эластичности.
• Спортивный инвентарь: Эластичные шнуры, ленты, жгуты, защитные наколенники.
• Медицина: Эластичные бинты, фиксаторы, ортопедические изделия.

Классификация волокон

В текстильной промышленности спандекс классифицируют по нескольким признакам:

• По типу полиуретана: Полиэфирные (более устойчивы к гидролизу, но менее стойки к УФ) и полиэфирные (более эластичны, но менее устойчивы к щелочам).
• По толщине: Измеряется в денье (den) или текс (tex). Типичные значения: 10–2000 den. Самые тонкие нити (10–20 den) используются в колготках, самые толстые (1000–2000 den) — в эластичных шнурах.
• По типу нити: Мононить (одиночная), мультифиламент (состоит из множества микрофиламентов), текстурированная (объёмная, пушистая).
• По покрытию: Гладкая, матовая, блестящая, с покрытием (силикон, полиуретан).

Интересные факты

• Термин «спандекс» (spandex) является анаграммой от английского слова expands (расширяется).
• В СССР и России волокно часто называли «полиуретановой нитью» или «эластиком». Торговая марка «Лайкра» стала настолько популярной, что во многих странах (особенно в США) используется как синоним спандекса.
• В 1960-х годах спандекс использовался в производстве скафандров для астронавтов программы «Аполлон» для обеспечения подвижности.
• Спандекс не подлежит биологическому разложению в обычных условиях, что создаёт проблемы с утилизацией отходов текстильной промышленности.

Критика и экологические аспекты

Производство спандекса связано с использованием токсичных растворителей (диметилацетамид, диметилформамид), которые требуют строгих мер безопасности и очистки выбросов. В процессах сухого формования растворители частично улавливаются и рециркулируются, но полное исключение выбросов технически сложно.

Сам спандекс, как синтетический полимер, не разлагается в природе. При стирке синтетических тканей, содержащих спандекс, в воду могут выделяться микропластик и химические добавки. В последние годы ведутся исследования по созданию биоразлагаемых аналогов спандекса на основе полилактида (PLA) или других полимеров, однако их промышленное внедрение пока ограничено.

Источники

• Энциклопедия полимеров. Том 3. — М.: Советская энциклопедия, 1977.
• Химические волокна: основы получения, свойства, переработка. Под ред. К. Е. Перепёлкина. — М.: Химия, 1985.
• Textile Fibers: A Handbook. — Woodhead Publishing, 2010.
• Справочник по текстильным волокнам. — М.: Легкая индустрия, 1975.
• Патент США 2,929,804 (DuPont, 1960) — «Elastic polyurethane yarn».
• ISO 2076:2013 — «Textiles — Man-made fibres — Generic names».