|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Пластмаси. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Пластмаси (пластичні маси) або пластики – органічні матеріали, основою яких є синтетичні або природні високомолекулярні сполуки (полімери). Винятково широке застосування набули пластмаси на основі синтетичних полімерів. Назва "пластмаси" означає, що ці матеріали під дією нагрівання та тиску здатні формуватися та зберігати задану форму після охолодження або затвердіння. Процес формування супроводжується переходом пластично деформованого (в'язкотекучого) стану в склоподібний (твердий) стан.
Широке поширення пластмас - одна з відмінних рис нашого часу. Фактично всі натуральні волокна, смоли та матеріали вже мають зараз свої штучні замінники. Створено безліч інших речовин із такими властивостями, які не зустрічаються у природі. І це, мабуть, лише початок грандіозного перевороту, що дорівнює за своїм значенням великим матеріальним революціям минулого – освоєнню бронзи та заліза. Як правило, пластмаса - це складне органічне з'єднання, що включає кілька компонентів. Найважливішим із них, що задає основні властивості матеріалу, є штучна смола. Виробництво будь-якої пластмаси починається із приготування цієї смоли. Взагалі, смоли займають проміжне положення між твердими та рідкими речовинами. З одного боку, вони мають багато якостей твердих тіл, але їм також великою мірою властива плинність, тобто здатність легко змінювати свою форму. За своєю внутрішньою будовою смоли також займають відокремлене становище: вони не мають жорсткої кристалічної решітки, як більшість твердих тіл; вони не мають певної точки плавлення і при нагріванні поступово розм'якшуються, перетворюючись на в'язку рідину. Подібно до каучуку, до якого вони дуже близькі за своїми властивостями, смоли відносяться до полімерів, тобто їх молекули складаються з величезної кількості однакових (часто дуже простих за своєю будовою) ланок. Штучні (синтетичні) смоли можуть бути отримані як результат хімічної реакції двох типів: реакції конденсації та реакції полімеризації. Під час реакції конденсації при взаємодії двох або більше речовин утворюється нова речовина і при цьому виділяються побічні продукти (вода, аміак та інші). Фенольні смоли, наприклад, виходять з фенолу і формальдегіду: дві молекули фенолу зв'язуються між собою як містком метиленової групою, що міститься у формальдегіді, при цьому виділяється вода. Потім ці вже подвійні молекули зв'язуються між собою. Зрештою виходить велика молекула лінійної чи тривимірної будови. При реакції полімеризації у взаємодію вступають молекули однієї й тієї ж речовини. Поєднуючись між собою, вони утворюють нову речовину - полімер без виділення побічних продуктів. Як уже зазначалося в розділі про каучук, до реакції полімеризації здатні всі органічні речовини, що мають у своїй молекулі атоми вуглецю з подвійним або потрійним зв'язком. Смола пов'язує, або, як іноді кажуть, цементує, всі складові пластмаси, надає їй пластичність та інші цінні якості - твердість, водостійкість, механічні та електроізоляційні властивості. Крім смоли в багатьох типах пластмас важливе місце (50-70% маси) займають звані наповнювачі, які можуть бути як органічними, так і мінеральними речовинами. Серед органічних наповнювачів найбільш важливим вважається целюлоза (застосовувана у вигляді паперу, тканини або лінтера - бавовняних отчесов; їх просочують розчином смоли, потім сушать і пресують). До неорганічних наповнювачів належать слюда, шифер, тальк, азбест, скляна тканина та графіт. Як правило, наповнювачі значно дешевші за смоли, а введення їх при правильному підборі - майже не погіршує властивостей пластмас. Іноді введення успішно підібраного наповнювача навіть покращує якість пластмаси. Його можна покращити також за допомогою спеціальних добавок та пластифікаторів. Перші, взяті навіть у невеликій кількості, надають пластмас нові властивості (наприклад, добавка металу робить з діелектрика провідну пластмасу). А пластифікатори, утворюючи зі смолою розчин, пом'якшують її та повідомляють їй додаткову пластичність. Початок виробництва пластмас на основі штучних матеріалів відноситься до першої третини ХІХ століття. У 1830 році в Англії була випущена одна з перших пластмас – камптулікон. Основу цього шаруватого матеріалу становила джутова тканина, на яку накочувалась суміш із каучуку, подрібненої пробки та деяких інших компонентів. Втім, через високу ціну на каучук, виробництво цієї пластмаси не набуло широкого поширення. У 1863 році англієць Уолтон замінив каучук ліноксином і таким чином започаткував виробництво лінолеуму. Аж до теперішнього часу його повсюдно застосовують як статеве покриття, так як він стирається набагато повільніше, ніж дерево і навіть мармур. Початок широкого використання пластмас поклав винахід целулоїду, створеного на основі целюлози. Целюлоза, або клітковина, становить основу деревини та інших рослинних матеріалів; її молекула складається з величезної кількості простих за будовою ланок; в очищеному вигляді це безбарвна, неплавка і нерозчинна речовина. У 1845 року було встановлено, що з обробки целюлози (бавовняної вати) азотної і сірчаної кислотами утворюється азотнокислий ефір, відомий під назвою пироксилина. Цей матеріал дуже небезпечний і у сухому вигляді вибухає з величезною силою. Однак пізніше зауважили, що у вологому стані він зовсім не небезпечний. Виникло питання: якщо вода позбавляє піроксилін вибухової сили, то, можливо, є й інший спосіб вплинути на його властивості. Виявилося, що якщо вологу нітроцелюлозу змішати з камфорою, то вийде пластмаса, яку можна обробляти на вальцях, пресувати та формувати. У 1869 році брати Хайєт отримали таким чином целулоїд, який стали виробляти промислово з 1872 року. Целулоїд мав велику міцність, був гарний і міг фарбуватися в будь-які кольори або використовуватися як прозора плівка. Ця пластмаса незабаром набула найширшого поширення. З неї стали робити фото – і кіноплівку, гребінки, коробки, дитячі іграшки, гудзики, пояси. Однак у целулоїду був один важливий недолік - він виявився пальним і дуже легко спалахував. У 1872 році німецький хімік Байєр шляхом з'єднання фенолу з формальдегідом у присутності соляної кислоти синтезував нову смолоутворюючу речовину. Через відсутність у той час дешевого формальдегіду це відкриття не набуло промислового застосування. Лише на початку XX століття стало налагоджуватися заводське виробництво фенол-формальдегідових смол, особливо після того, як у 1908 році англійський дослідник Бакеланд знайшов спосіб виробництва з тієї ж сировини фенопластів, які мають здатність при нагріванні переходити в неплавкий і нерозчинний стан. Вони набули великого технічного значення. Пластмаси на основі цих смол були названі на ім'я їх винахідника бакелітами. Сировиною для фенол-формальдегідових смол служать фенол (карбонова кислота) і формалін (формалін - це розчин газу формальдегіду у воді; формальдегід одержують штучно, окислюючи метиловий спирт киснем повітря при температурі 500-600 градусів). Насамперед ці смоли стали застосовуватися як замінник природної смоли – шелаку для електроізоляції. Але незабаром виявилося, що вони мають безліч властивостей, яких не мали ні шелаку, ні інші природні смоли. Фенопласти стали швидко завойовувати собі великі сфери застосування і тривалий час займали провідне місце серед пластмас. Вироби з них відрізнялися теплостійкістю, водостійкістю, дуже великою механічною міцністю та хорошими ізоляційними властивостями. Їх широко застосовували для виготовлення штепселів, розеток, патронів та інших предметів електричної апаратури, а також у хімічній промисловості як матеріал для чанів, резервуарів і труб, що використовуються в агресивних середовищах. Наповнювачем у цих пластмасах зазвичай служило деревне борошно. Пізніше на основі фенольних смол стали отримувати такі пластмаси, що широко використовуються в машинобудуванні, як гетинакс, текстоліт та інші. Вироби з них одержують гарячим пресуванням тканини, паперу або фанери, просочених смолою. Таким чином можна виготовити дуже міцні та легкі деталі (наприклад, шестірні або підшипники), які з успіхом замінюють металеві. Причому на відміну від останніх, ці деталі працюють безшумно і не піддаються руйнівному впливу мастил. Та й виготовляти їх набагато простіше та дешевше, ніж деталі з металу. Якщо ж як наповнювач використовувати скляні нитки, утворюються пластмаси, що мають підвищену міцність. Ще одним поширеним різновидом пластмас стали карбамідні пластмаси. Основним вихідним матеріалом для виробництва карбамідних смол є сечовина. Сечовина була першою в історії органічною речовиною, яку вдалося синтезувати штучним шляхом; німецький хімік Велер отримав її у 1828 р. з ціаністого калію, сульфату та амонію, але практичне застосування вона отримала лише через сто років. У 1918 році чеський хімік Джон взяв патент на спосіб виготовлення нової смоли із сечовини та формальдегіду. Ця смола мала багато чудових властивостей: вона була безбарвною, міцною, малогорючою, теплостійкою, чудово пропускала не тільки світлові, але й ультрафіолетові промені (які не пропускає звичайне скло) і легко забарвлювалася в будь-які кольори. При цьому, щоправда, вона мала одну істотну ваду - поглинала вологу. Незабаром було започатковано виробництво карбамідних пластмас. Вони набули поширення як прекрасний оздоблювальний та декоративний матеріал. До сімейства цих пластмас відноситься так само мипор, що володіє чудовими тепло- та звукоізоляційними властивостями. У наступні роки було синтезовано багато нових пластмас. Велике поширення в техніці набули міцні прозорі пластмаси, які з успіхом заміняють крихке скло. Найбільш придатним для цих цілей виявився поліметилметакрилат, що отримується з ацетону, синильної кислоти та метилового спирту. З нього виробляють міцне та легке органічне скло. Незамінним матеріалом для високочастотної ізоляції став полістирол (його одержують із етилену та бензолу). 1940 року німецький хімік Мюллер і незалежно від нього радянський вчений Андріанов отримали перші силіконові пластмаси. Молекули цих пластмас поряд з вуглецем включають кремній. Це повідомляє новому виду пластмас дуже цінні властивості: вони відрізняються високою теплостійкістю (витримують температуру до 400-500 градусів), стійки до води, кислот та органічних розчинників. Все це забезпечило їм широку сферу застосування. Довгий час хімікам не вдавалося полімеризувати етилен. (Етилен - легкий газ із формулою CH2=CH2.) Тільки 1937 року цю проблему вдалося частково вирішити: під величезним тиском 1200 атм етилен скраплювався, у своїй розривався подвійний зв'язок у його молекулі і починалася реакція полімеризації. (В результаті виходила молекула [-CH2-CH2-]n.) Після того, як синтезувалося 10-30% поліетилену, етилен розчинявся в ньому, і реакція припинялася. При зниженні тиску етилен випаровувався і потім використовувався в новому циклі реакції. Цей спосіб був дуже дорогим, тому поліетилен не міг отримати значного застосування. У 1953 році Цинглер розробив простіший спосіб виробництва поліетилену: при значно нижчому тиску етилен розчинявся в бензині, потім під тиском в 10 атмосфер і в присутності каталізатора (алкілованого трихлористого титану) починалася реакція полімеризації. З твердженням цього способу виробництва поліетилен (прекрасний ізолятор, несприйнятливий до дії кислот) став однією з широко застосовуваних пластмас. Автор: Рижов К.В.
▪ млин
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Фотоелектричний датчик Omron E3FZ ▪ Фантазери виявилися альтруїстами ▪ Ремінь безпеки, що розстібається у воді
▪ розділ сайту Кольорові установки. Добірка статей ▪ стаття Камо прийдеш? Крилатий вислів ▪ стаття Шкуру якого звіра використовував Геракл як свій єдиний одяг? Детальна відповідь ▪ стаття Пальові роботи. Типова інструкція з охорони праці ▪ Стабільний генератор плавного діапазону (до 30 МГц). Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Мило в м'якій та твердій воді. Хімічний досвід
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page