История полимерного сырья - пластичной смолы

История полимерного сырья - пластиковой смолы ①

В этой серии статей мы рассмотрим историю индустрии пластмасс и то, как мы достигли настоящего. Открытие гуттаперчи, используемой коренными народами Юго-Восточной Азии в 1850-х годах, является важным фактом, поскольку изомеры определяют свойства полимеров, и является хорошим примером раннего примера принципа, широко используемого в современных полимерах. химия.

Время от времени я получаю электронные письма с вопросом, слышал ли я когда-нибудь об определенных исторических событиях, связанных с индустрией пластмасс. Одна из вещей, которая привлекает много внимания, - это история американского изобретателя Джона Уэсли Хаятта, который первым создал материал, который обычно называют первым пластиком.

Этот материал был запатентован в 1869 году под названием Целлулоид. В частности, Hyatt - это материал, который привлекает наибольшее внимание, и из-за нехватки слоновой кости в начале 1860-х годов он был обеспокоен тем, как это повлияет на цену бильярдных шаров.

Это правда, что он выиграл приз в 10 000 долларов.

Эта история очень интересна по нескольким причинам. Во-первых, это укрепляет глубоко укоренившуюся в индустрии пластмасс идею о том, что синтетические материалы, созданные гениями химии, заменили и улучшили материалы, полученные из природных источников. Еще одним фактором является размер денежного вознаграждения, которое сегодня составляет почти 200 000 долларов.

Как это обычно бывает, реальная история изобретения целлулоида не только намного сложнее, но и сильно зависит от достижений, которые ей предшествовали. И фактическое внедрение этого материала стало возможным благодаря другому заметному изобретению, которое оказало гораздо большее влияние на промышленность пластмасс, чем сам материал.

Работа, связанная с производством синтетических материалов, в значительной степени является частью науки, но обычно связана с привлечением адвокатов, поскольку на карту поставлен мир бизнеса и, следовательно, деньги. В этой серии статей я хотел бы изучить историю индустрии пластмасс и то, как мы достигли настоящего.

Мир синтетических материалов был вдохновлен материалами, найденными в природе. Материалом, который, кажется, послужил отправной точкой для всего этого, является натуральный каучук, химически называемый полиизопреном, который представляет собой сырье, полученное из определенного дерева. Химические структуры двух различных расположений атомов в молекуле натурального каучука, называемых изомерами, показаны на рисунке 1 ниже.

Европейские исследователи, побывавшие в Карибском бассейне и мезоамериканском регионе (Центральная Америка) в XVI и XVII веках, обнаружили цивилизацию, которая использовала этот материал не только для изготовления твердых мячей, но и для создания водонепроницаемых тканей. Существование жесткого шара, сделанного из материала, свойства которого мы называем сегодняшним эластомером, или эластомерным свойством, было шоком для нордических людей, которые видели шары, сделанные только путем вдувания воздуха в свои кожаные карманы. Все эти продукты были из цис-изомера. Транс-изомер будет обсужден позже.

Мир синтетических материалов был вдохновлен природными материалами, пластиковой смолой.

Французский исследователь отправился в Перу в 1730-х годах, чтобы обнаружить подобное вещество, но к 1751 году были опубликованы первые научные статьи об этом новом веществе. Однако даже в этот момент химические свойства этого материала не были изучены. В частности, влияние температуры на свойства сырья является препятствием для коммерческого использования в Европе.

В отличие от мезоамериканского климата, где колебания температуры относительно невелики при определенных высоких температурах, в Европе очень большие изменения температуры зимой и летом. Зимой при низких температурах материал становился твердым и хрупким, а летом при высоких температурах он становился очень мягким и липким. Самым креативным продуктом с использованием этого материала, появившимся в конце 18 века, был ластик, удаляющий карандашные следы с бумаги. Именно за эту характеристику ластики называют резиновыми.

В 1820 году два бизнесмена из совершенно разных областей также случайно обнаружили, что полиизопрен растворяется в нафте и скипидаре. Растворенную резину можно переработать в хлопок, чтобы сделать водонепроницаемую одежду. Это работало хорошо, пока погода не становилась слишком жаркой. Однако по мере повышения температуры ткань с покрытием становилась липкой и деформировалась.

Ограничение использования полиизопрена из-за температуры продолжало оставаться проблемой с 1830-х по 40-е годы. В этот период Чарльз Гудиер наткнулся на два метода решения проблемы производительности при высоких температурах путем случайного проведения полутора экспериментов, как это делали более ранние изобретатели.

Три года спустя был открыт процесс вулканизации, который, как известно, улучшает низкотемпературные свойства материала. В Goodyear не было понимания химии процесса сшивания, который значительно улучшает характеристики этого материала.

Даже термин «вулканизация» был придуман британским конкурентом, который придумал метод Goodyear, подав заявку на патент в Великобритании, в то время как Goodyear подавала патент в США. Еще несколько десятилетий пришлось ждать, прежде чем появится технология, которая изменяет свойства сырья за счет добавления пластификаторов и наполнителей (наполнителей) в резину.

Однако основы полимерной индустрии были заложены. Интересно, что коренные американцы сотни лет назад открыли, как стабилизировать свойства резины путем курения сырого латекса. Это был метод подачи нитратов и соединений серы, необходимых для сшивания материала для достижения практически такого же эффекта, хотя контроль может быть менее сложным.

Успехи, достигнутые в наш век химической пластмассы, во многом являются результатом случайных открытий, сделанных методом проб и ошибок.

В 1850-х годах, когда судебная битва между Goodyear и ее соперниками в Англии усиливалась, английский хирург в Юго-Восточной Азии увидел, как коренные жители региона извлекали сок из одной из местных пород деревьев.

Они смягчили ингредиенты, поместив их в горячую воду, а затем превратили их в различные полезные предметы, такие как ручки инструментов и палки. С химической точки зрения это вещество, получившее название гуттаперча (гуттаперча) по научному названию дерева, на котором был получен сок, является транс-изомером полиизопрена.

Это хороший пример первых дней демонстрации того важного факта, что изомеры определяют свойства полимеров (принцип, широко используемый в современной химии полимеров). Цис-изомер аморфен и очень чувствителен к изменениям температуры. Следовательно, для того, чтобы сделать его пригодным для использования материалом, требуется сшивание. Транс-изомер - это вещество, способное кристаллизоваться. Таким образом, хотя он имеет ту же температуру стеклования при комнатной температуре, что и цис-изомер, он имеет свойства полезного твердого материала при температурах выше комнатной.

Gutta Perca был еще одним материалом, который был известен и использовался в коренных цивилизациях в течение сотен лет, но когда он попал в руки более ориентированных на цель европейцев, он был быстро принят в качестве изоляционного материала для подводных телеграфных проводов. В этом отношении этот материал показывает не только некоторые сходства с цис-изомерными каучуками, но и важные различия.

Неполярная структура этих двух материалов делает их отличными электрическими изоляторами. Однако в случае каучука, даже несмотря на то, что он имеет сшитую форму, он не обладает химической стойкостью к соленой воде из-за своей уникальной аморфной структуры. Gutta Perca обладает не только желаемыми электрическими свойствами, но также демонстрирует устойчивость к морской воде и многим другим химическим веществам. Этот принцип, согласно которому наличие или отсутствие кристалличности определяет химическую стойкость, также хорошо известен в мире полимеров, и он позволил создать новые области применения даже на самых первых этапах развития индустрии пластмасс.

Он также сосредоточен на другом очень важном аспекте, связанном с использованием новых материалов:разработке нового химического сырья и изобретении методов обработки. Этот материал использовался для покрытия электрических проводов, что стало возможным благодаря очень важному изобретению, названному экструдером.

В следующей части мы поговорим о технологических достижениях, связанных с целлулоидом, и еще об одном очень важном достижении в технологии обработки в этом процессе.

Источник:plastickorea

полимерное сырье