Природа створила безліч різних матеріалів, але людині вічно чогось не вистачає. Змагаючись з природою, він створив штучні матеріали.
Природа майстерний створила безліч різних матеріалів. Але людині вічно все не вистачає. Змагаючись з природою, людина створила нові - штучні матеріали.
Перші пластмаси почали створювати від великої практичної потреби: поголів'я слонів різко скоротилося, поклади слонової кістки виснажилися, та й дорого, а з чого, скажіть на милість, більярдні кулі накажете робити?
У 1870 році американець Джон Уеслі Хайатт поєднав нитроцеллюлозу, тобто целюлозу, оброблену сумішшю азотної та сірчаної кислоти, з камфорою і отримав новий матеріал.
Хайатт запатентував процес і дав матеріалу фірмову назву «целулоїд». З першої в світі пластмаси вийшли прекрасні кулі для більярда. А ще краще з неї вийшли вставки в комірці та манжети джентльменів. Целулоїд здорово допоміг Джорджу Істмену, винахіднику плівкового фотоапарата - замінив папір як носій світлочутливого шару. На целулоїді знято все велике кіно. Декількома шарами целлулоііда Юрій Норштейе домігся ефекту туману для свого Їжачка.
Почавши «трудову діяльність» в якості кулі, целулоїд працює кулею досі: кращого матеріалу для пінг-понговий кульок не придумали.
Швейцарський текстильний інженер Жак Едвін Брандербергер дуже хотів винайти просочення, яка б оберігала скатертини від забруднення. Він експериментував з розчинами целюлози в різних солях і ефірах складних кислот. Просочення не вдавалася: покриття застигало прозорим листом і легко відокремлювався від тканини. Винахідник додав гліцерину і лист став гнутися. Вийшла, на думку Брандербергера, світла целюлоза. Він скоротив «целюлозу» і взяв грецьке слово «світлий» - «фанос», ось вам і целофан - прозора упаковка для дорогих товарів. Було це, до речі, на початку ХХ століття.
І без гліцерину речовина не пропало: цю штуку зі складною назвою ксантогенат целюлози розбавили їдким натром, тобто звичайної каустичною содою, і отримали те, що зараз називається віскоза. А вже це-то назва вам напевно траплялося: «штучний шовк», як називають віскозу за блиск одержуваних з неї ниток, широко використовується в текстильній промисловості. Інший колись поширений продукт з віскози зараз зустрічається все рідше, а шкода - з віскози робили штучну шкіру кирзу, а з неї популярну взуття.
Простенька формула С2 H4 описує вуглеводень етилен. У 1899 році у німецького інженера Ганса фон Пехманна етилен, ви не повірите, абсолютно випадково полімеризованною, тобто окремі його молекули зв'язалися один з одним в довгий ланцюжок. На жаль Пехманну: він не надав цьому ніякого значення. Та й «второоткривателі» поліетилену Ерік Фосет і Реджинальд Гібсон в 1933 році не розгледіли його великого майбутнього: спочатку поліетилен використовувався лише в кабельній промисловості. У 1939 році британська корпорація «Imperial Chemical Industries» освоїла промислове виробництво поліетилену. Але до простої ідеї - викроїти з плівки сумку з ручками додумалися тільки через 20 років, зовсім в іншій країні - Швеції і зовсім навіть не вчені, а звичайний продавець гуталіну Вільям Гамільтон. Непрактичний Гамільтон запатентував ідею, а тому був винагороджений тільки в 1989 році, зате щедро: йому присвоїли титул «Швед-89». До цього моменту в світі використовувалося одночасно кілька мільярдів сумок-пакетів Гамільтона, великих і маленьких, з малюнками і без.
Одна біда - полегшивши життя домогосподаркам, британські хіміки і примкнув до них Гамільтон завдали великої шкоди навколишньому господинь середовищі: поліетилен дуже погано розкладається, а значить, засмічує планету. Проте, поліетилен залишається пластмасою №1 за обсягами виробництва. Зрозуміло, що пакетами справа не обмежується: пакувальна плівка, в тому числі улюблена багатьма «антидепресантну», з повітряними бульбашками, труби, різноманітна тара, електроізоляція і навіть штучні катки, де катаються на ковзанах не по льоду, а по поліетилену, змоченої хитрою хімією .
4. Штучний каучук
Ще в 1839 році увічнений в сучасних бренд шин американський винахідник Чарльз Гудьир знайшов спосіб перетворювати каучук, який ламався на морозі і танув на спеці, в стійку до погоди гуму. Гума увійшла в побут і техніку, почався каучуковий бум. Зростаючі потреби в природному каучуку перекривали видобуток. У 1932 році проблему вирішили кардинально: отримали перший в світі синтетичний каучук. І дякувати за це треба російського хіміка-органіка Сергія Васильовича Лебедєва. Він отримав синтетичний каучук полімеризацією бутадієну під дією металевого натрію. І сировину знайшов - куди вже доступніше: бутадієн він отримав з етилового спирту. А сировиною для спирту служила звичайнісінька картопля. Правда, її потрібно багато: спочатку на виготовлення однієї автомобільної шини йшло п'ятсот кілограмів картоплі.
Бельгієць Лео Хендрік Бакеланда був щасливий і терплячий: до нього багато хіміки намагалися впливати формальдегідом на фенол, але не змогли дійти до практичного результату. А у Бакеланда після довгих експериментів з каталізаторами і наповнювачами вийшла тверда нерозчинна пластмаса з прекрасними електроізоляційними властивостями. Отриману в 1909 році пластмасу назвали бакелит і відразу ж пустили в справа: як заміну матеріалу для грамплатівок шелаку - природного смолі, що виробляється лаковими червецами.
Не дивуйтеся, якщо зустрінете назву карболіт - це той же бакелит, але винайдений в Росії. Назва його походить від карболової кислоти, тобто від того ж фенолу.
Всім би гарно виглядали фенол-формальдегідні смоли, але дуже шкідливі для здоров'я і екології - і їх складові частини, і їх виробництво.
Звідки взялася назва? Це таємниця, яка відома лише першим фабрикантам нового волокна. Англійська етимологічний словник виводить нейлон з Лондона з Нью-Йорком, а тлумачі додають, що група Карозерса працювала відразу в двох цих містах. Шкільний словник іншомовних слів просвіщає недоростків, що фірма DuPont оголошувала спеціальний конкурс, і нейлон побив 349 конкурентів.
Той же самий синтетик в різних країнах випускали під різними назвами: у нас - капрон, в Німеччині - перлон і дедерон (в честь НДР, яка по-німецьки пишеться DDR), в Японії - грілон, в Італії - ліліон і далі по земній кулі і алфавітом.
Нейлон і його родичі годяться не тільки для панчіх, сорочок і плащів «болонья» (так-так, це теж він), але і для інших потреб - міцний, еластичний, зносостійкий і стійкий до високої температури матеріал застосовують в електротехніці, виготовленні шин і багато де ще.
7. Лавсан, дакрон, поліестер
У лавсану своя цікава історія. По-науковому це полімерний матеріал називають важким словом поліетилентерефталат або скорочено ПЕТ. Лавсаном його назвали за місцем отримання - Лабораторія високомолекулярних сполук Академії наук СРСР. Лавсан - це суто радянська назва: в інших країнах подібний матеріал називають поліестером - від англійської транскрипції слова «поліефір», а в США ще є і спеціальну назву - дакрон. У радянські часи тканини з лавсаном дуже любили вітчизняні споживачі - вони не м'яли. Радянським споживачам в масі були невідомі інші чудові властивості лавсану: термостійкість, стійкість до агресивних середовищ, зносостійкість, висока міцність і біологічна інертність, що робить його незамінним в якості хірургічної нитки.
Гострі на язик журналісти називають тефлон слизьким типом, і це виключно вірно. Політетрафторетилен, як називають цей матеріал хіміки, володіє унікальними фізичними і хімічними властивостями. Він абсолютно не горить, його не беруть такі відомі хімічні агресори, як галогени, луги, фтороводородной кислота, і навіть царська горілка. Він не змочується ні водою, ні жирами, ні більшістю органічних розчинників. І слизький він насправді дивно: тефлон має коефіцієнт тертя найнижчий серед всіх твердих матеріалів. Він навіть більш слизький, ніж тане лід! Поетично налаштовані вчені навіть прозвали тефлон «алмазним серцем в шкурі носорога».
Де використовують тефлон, який в СРСР і Росії називають ще фторопластом? Про це знає кожна домогосподарка: тефлоновим плівкою покривають каструлі і сковорідки, і в такому посуді їжа не пригорає. До праски з тефлоновим підошвою нічого не прилипне. Леза бритви, покриті тефлоном, голять краще і служать довше. І це ще не рахуючи промисловості - там все області застосування тефлону неможливо перерахувати.
Всім відомо, що з цього пара-арамідного (поліпарафенілен-терефталамід) матеріалу виготовляють бронежилети і захисні шоломи. Ще б пак: немає сучасного бойовика або поліцейської хроніки, де б не миготіли заховані в чорні чохли (міцність матеріалу зменшується від води і ультрафіолету) кевларові жилети. Хоча розроблявся матеріал як кордова тканина для автомобільних шин: саме над цією проблемою працювала група Стефані Кволек все в тому ж концерні DuPont. Група досягла успіху в 1964 році, комерційне виробництво почали в 1970-м.
Хотілося б мати статистику, скільки куль і осколків зловив в свої мережі кевлар, скільки життів врятувало винахід Кволек, але, на жаль, статистика знає не все. Зате відомо, що крім шин і бронежилетів кевлар зміцнюють оптоволоконні кабелі та комбінезони байкерів, використовують в авіації та суднобудуванні, при виготовленні зносостійких протезів.
10. Органічне скло
В кінці 20-х років минулого століття літаки стали літати швидко. А, значить, виникла потреба в закритій кабіні льотчика. Ця потреба зажадала прозорого, міцного і безосколочного матеріалу. У 1928 році німецька Röhm and Haas Company створила такий матеріал. Назвали його плексиглас. Як і багато пізніше копір фірми «Xerox» і багато інших речей, плексиглас дав своє ім'я всім органічним склі. По крайней мере, на час. У наш політкоректний і для матеріалів час прийнято все ж назву органічне скло, в російській мові зручно скорочувати до оргскла.
Оргскло - це метилметакрилат, тільки полімеризований, тобто штучно поєднаний в довгі ланцюжки молекул.
Він мало годиться для сучасних літаків, але не втрачає прозорості, легкий, стійкий до вологи, бактерій і мікроорганізмів, екологічний матеріал широко застосовують в освітлювальної техніки, в торговому обладнанні, будівництві, приладобудуванні. Найблагородніша застосування оргскла - в офтальмології: з них роблять контактні лінзи і штучні кришталики.