Пластмасса – материал, представляющий собой высокомолекулярный полимер. Эти материалы способны менять свою форму после контакта с высокими температурами и сохранять полученный вид после остывания. Процесс формирования представляет собой переход от пластически деформируемого в твердое состояние. В наши дни история создания пластмассы важна для понимания эволюционных процессов в науке и производстве.
Первые попытки
Начало история пластмассы берет с 1835 года, когда аптекарь Иоганн Эдуард Саймон начал изучать смолу дерева ликвидамбр, называемую «сторакс». Эту вязкую субстанцию люди с давних времен использовали для различных целей, например, для лечения бронхита или болезней сердца. Спустя четыре года практически безуспешных попыток изучить свойства смолы и, возможно, получить из нее что-нибудь, стоящее внимания, Саймоном была получена прозрачная жидкость, которую сам аптекарь назвал «стирол». Удивительна она была тем, что при нагревании не испарялась, а наоборот, приобретала желеобразный вид.
полистирол
Об этой любопытной жидкости и ее физических свойствах была напечатана в то время даже отдельная статья. Эту жидкость можно считать первым термопластом, который в настоящее время называется «полистирол». Однако долгое время, около сотни лет, никто не применял этот термопласт, так как люди попросту не знали, что с ним делать.
Создание пластмассы
Спустя двадцать лет, в середине XIX века, подобными соединениями заинтересовался Александр Паркс, работавший с целлюлозой, этиловым спиртом и азотной кислотой. Его целью было не создание новых соединений, а нахождение способа получить материал, который мог бы формировать объемные детали. В 1862 году, выпарив растворитель из смеси вышеперечисленных веществ, он получил новый, неизвестный раньше твердый материал. Изобретатель заслуженно назвал его в свою честь — «паркезин», но со временем он получил другое название – «целлулоид». Данное соединение вызвало у общественности довольно сильный интерес, и паркезин, представленный в том же году на Международной лондонской выставке, получил бронзовую медаль. Конечно, материал был бы оценен гораздо больше, если бы судьи и участники понимали, что за этим соединением лежит будущее. История возникновения пластмассы только начиналась.
целлулоид
На другом конце света, в США, еще один человек, Джон Уэсли Хайат, пытался решить проблему дороговизны бильярдных шаров путем изменения материалов для их изготовления с редкой и ценной слоновой кости на какой-то более дешевый и распространенный материал. Решение данной проблемы могло бы принести Хайату огромную прибыль, так как популярность бильярда все возрастала. Поиски подходящего материала привели его к паркезину. Хайат смешивает термпопласт с камфорой, и к 1870 году окончательно дорабатывает новое вещество, и получившее название целлулоид. В этом же году Хайату удалось достигнуть своей цели, и он запатентовал процесс литьевого формирования термопластов. Но на коммерческой основе люди использовать соединение так и не стали. На протяжении сотни лет, до середины XX века, термопласты не использовались по современному назначению. Например, в качестве пленочной основы фото- и видеосъемки. Из полимеров делали ювелирные украшения и различные аксессуары, для изготовления которых ранее требовались гораздо более дорогостоящие материалы. За несколько лет полимер от вещества, не имевшего никакого применения, стал ценным, но вместе с тем и легкодоступным материалом практически для всех предметов быта – картин, кухонных принадлежностей, элементов одежды и мебели, и т.д.
Продолжил историю развития пластмасс немецкий химик Евгений Бауман. Примечательно то, что у него вовсе не было цели создать новый вид пластмассы, да и вообще он не был знаком с полимерами. Однажды Бауман оставил на некоторое количество времени пробирку с хлорэтиленом. Вследствие высокой температуры, воздействовавшей на пробирку, на ее дне образовалось твердое вещество, получившее название поливинилхлорид, ставшее третьим по объему производства пластиком. Сначала ему не нашли практического применения, хотя попытки задействовать ПВХ в коммерции предпринимались как немцем Фрицем Клатте, так и русским химиком Иваном Остромысленским.
винил
Но удача улыбнулась только американцу Уолду Семону, когда тот нашел способ пластификации ПВХ и получил легко обрабатываемый и практичный материал, в настоящее время называемый «винил». Большим спросом он не пользовался вплоть до Великой Депрессии, пока целесообразным не стало использование более дешевых материалов, и тогда на полках появились товары из винила. Подобным, практически случайным образом был открыт еще один полимер – поливинилиденхлорид. В 1933 году работник компании Dow Chemical Ральф Уайли, очищал посуду от химических остатков и наткнулся на стакан, отмыть который оказалось невозможно. Его стенки оказались покрыты как раз таки поливинилиденхлоридом.
Виды и процесс изготовления
Существует два вида пластмасс. Например, термопласты, которые расплавляются при нагреве и соответственно охлаждаются при понижении температуры. Реактопласты же в начальной форме имеют определенные линейные структуры макромолекул, а при нагревании структура меняется на сетчатую. После окончательного затвердевания структура не может измениться на первичную. Существует еще один вид пластмассы, немного отличающийся от двух основных, — это пенопласт, представляющий собой вспененную пластическую массу с маленькой плотностью. История появления пластмассы обогатилась новыми ответвлениями, ведь разновидностей материала становилось все больше.
виды пластмасс
Получают пластмассы с помощью реакций полимеризации, поликонденсации и полиприсоединения исходных веществ (различных алкенов, фенолов и прочих мономеров), получаемых из угля, нефти и газа. В конечном итоге образуются высокомолекулярные связи с огромным количеством исходных молекул.
Механические свойства пластмасс сходны со свойствами неметаллов. Они мало проводят тепло и электричество, обладают небольшой плотностью и не сильно прочны. Пластмассы не устойчивы к воздействию сильных температур. Обладают интересным свойством: они тяжело разрушаются под действием кислот и оснований и не чувствительны к влажности. Для человека пластмассы безвредны, однако его неконтролируемое использование приводит к экологическим бедствиям, таким как массовые отравления животных и рыб или мусорные пятна в океанах.
Развитие технологии
Активное начало развития технологии производства полимеров пришлось на 30-е годы прошлого века, но постепенное освоение технологий работы с пластиками начинался еще в 1890-м году, когда из них начали делать детские игрушки. В начале XX века начинается выпуск неопрена и нейлона, тогда же сотрудник одной из компаний, производящей вышеупомянутые полимеры, изобрел еще один – политетрафторэтилен. Наряду с ними налаживается массовое производство полистирола и полиуретана. Известные всем нам в современном мире полиэтилен, синтезированный еще в 1898 году Гансом фон Пехманном, был запущен в производство в 1938 году. Но это был полиэтилен низкой плотности, который мало использовался в повседневной жизни. Производство полиэтилена же высокой плотности было налажено только в 1954 году, хотя и было начато еще за 20 лет до этого лауреатом Нобелевской премии Карлом Циглером. В 1926 году началось производство первой пластиковой посуды компаниями Brookes и Adams, Streetly Manufacturing Company и Thomas De La Rue and Co., но в то время спрос на нее был практически нулевым.
Во время Второй Мировой войны был создан еще один пластик – полиэтилентерефталат. Его производила британская компания Calico Printers’Association Ltd. На основе этого пластика спустя 30 лет Натанель Уайет, американский инженер, в результате кропотливой шестилетней работы, создал бутылку для газированных напитков, которая используется и по сей день.
полиэтилентерефталат
В середина XX века была произведена полимеризация еще одного соединения, пропилена, в результате чего получился полипропилен. В настоящее время это второй по объему производства пластик в мире. Его массовое производство началось после изобретения Джулио Натта способа получения кристаллического изотактического пропилена.
В быт пластик стал входить начиная все со второй половины XX века. Около 1964 года начинается производство упаковок из полистирола, а полиэтилен начинает заменять стекло в производстве бутылок. Первые пластиковые контейнеры для еды появились благодаря американскому изобретателю Эрлу Сайласу Тапперу в 1949 году, но тогда пользовались очень маленьким спросом. А вот после того, как пластик плотно укоренился в быте людей, контейнеры из полиэтилена стали распродаваться, как горячие пирожки. Примерно тогда же, в 1946 году, французом Жюлем Монтеньером был создан первый пластиковый распылитель.
Расширение количества видов пластмасс логично приводило к необходимости создания нового оборудования для их производства и переработки. Первое специализированное на полимерах устройство было создано в 1872 году братьями Хайат. Это была машина для литья под давлением. Метод термоформирования, использованный в этом устройстве, применялся впоследствии и в других приборах по обработке пластмасс. В них в основном использовался нитрат целлюлозы. В 1926 году появляется машинка для литья пластиков на методе давления. Быстрыми темпами пластмассы стали очень востребованными как в производстве, так и в быту, и к 1976 году пластмассы стали самым часто используемым конструкционным материалом в мире. Такова краткая история пластмассы.
Автор: Ксения Бирюкова