Наша повседневная жизнь тесно связана с полимерами. Мы используем пластиковые бутылки, полиэтиленовые пакеты, резиновые шины и одежду из синтетических тканей. Среди этих материалов особое место занимает акрил — один из первых и наиболее распространённых полимеров. Как он был создан и почему между его открытием и массовым применением прошло почти восемьдесят лет? Об этом — в нашей статье.
Химическая основа: от нефти к полимеру
Полимеры — это вещества с длинными молекулярными цепями, состоящими из повторяющихся звеньев-мономеров. В случае акрила такими «строительными блоками» служат акриловая и метакриловая кислоты — бесцветные жидкости с резким запахом. Интересно, что их производство тесно связано с нефтепереработкой. Акриловую кислоту чаще всего получают окислением пропилена — побочного продукта переработки нефти.
Метакриловая кислота синтезируется несколько сложнее. Основной метод — окисление изобутилена (который тоже является побочным продуктом при производстве бензина) до метакролеина с последующей полимеризацией. Существует и альтернативный способ с использованием ацетонциангидрина, который, в свою очередь, производится из ацетона. Таким образом, истоки акрила лежат в нефтехимической промышленности.
Ключевой этап — полимеризация, то есть соединение молекул кислот в длинные цепи. Этот процесс происходит довольно легко. Более того, полимеризуются не только сами кислоты, но и многие их производные. Например, метилметакрилат — основа знаменитого оргстекла, а полиакриламид широко используется как стабилизатор в буровых растворах.
Долгий путь от открытия к применению
Акриловые кислоты были известны ещё в XIX веке. Немецкий химик Вильгельм Рудольф Фиттиг в период с 1877 по 1880 год открыл процесс полимеризации метакриловой кислоты. Однако первые образцы полимера были мало похожи на современный акрил — это был вязкий студенистый материал, напоминающий густое желе. Учёные не видели для него практического применения, и открытие надолго осталось в лаборатории.
Прорыв произошёл в 1901 году, когда химик Отто Рём в своей докторской диссертации подробно описал продукты полимеризации акриловой кислоты. Экспериментируя с эфирами метакрилата, он создал прототип оргстекла — прозрачный материал, сочетающий прочность стекла и гибкость резины. Воодушевлённый успехом, Рём вместе с банкиром Отто Хаасом основал в 1907 году химическую компанию «Röhm & Haas».
На фото: компания Rehm & Haas начала производство винтов из плексигласа в 1958 году. Фото предоставлено: Rehm & Haas / Институт истории науки /sciencehistory.org
Будучи предпринимателем, Рём стремился создавать рыночные продукты, что иногда приводило к ошибкам. Так, в 1912 году компания попыталась запатентовать метод производства аналога вулканизированной резины из акрила, но потерпела неудачу из-за фундаментальных химических различий материалов.
Обратите внимание: История атомной промышленности СССР. Военные против ученых..
Этот опыт заставил Рёма привлечь к исследованиям других талантливых химиков, что в итоге привело к разработке новых, более эффективных методов синтеза акриловых полимеров.Дальнейшее развитие замедлилось из-за сложной экономической ситуации в Германии 1920-х годов и желания компании сохранить ноу-хау в секрете. Тем не менее, к 1930-м годам на рынке появились гибкие акриловые полимеры для электроизоляции и твёрдые материалы как лёгкая и прочная альтернатива стеклу. А в 1940-1950-е годы акрил совершил революцию в текстильной промышленности с появлением акрилового волокна.
Акрил сегодня: универсальный материал
В современном мире акриловые полимеры нашли широчайшее применение. Оргстекло используется в лабораторном оборудовании (микроскопы, колбы, пробирки) и в автомобилестроении (ударопрочные стёкла). Благодаря своим свойствам акрил идеален для звукоизоляционных барьеров, рекламных конструкций и световых указателей.
Текстильная промышленность немыслима без акрилового волокна, часто называемого «искусственной шерстью». Из него шьют костюмы, свитера, шарфы, обивочные ткани для мебели и транспорта, спецодежду и даже детские игрушки. Состав и структура волокна могут варьироваться, что позволяет получать материалы с разными свойствами: например, добавление кашемира улучшает форму, а хлопка — впитываемость.
Современные автомобильные стёкла содержат акриловые полимеры для повышения прочности.
Отдельного внимания заслуживают акриловые краски, появившиеся в 1930-х и завоевавшие популярность к 1950-м. Они быстро сохнут, устойчивы к влаге и ультрафиолету, не трескаются и подходят для любых поверхностей. В зависимости от добавок краска может имитировать гуашь или акварель, быть матовой или флуоресцентной.
Акрил проник и в быт: из него делают лёгкие и прочные ванны, лаки, клеи, герметики и шпаклёвки, которые отличаются долговечностью и отсутствием резкого запаха. Благодаря доступности сырья (нефтепродуктов) акриловые полимеры имеют сравнительно низкую стоимость, что открывает возможности для их использования в самых неожиданных сферах — от маникюрных гелей и искусственного камня в ландшафтном дизайне до медицинских протезов.
Оригинал статьи и другие материалы можно найти на сайте журнала «Энергия+:
https://e-plus.media/vse-publikatsii/
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: От «студня» до ударопрочного стекла: история изобретения акрила.