Мы живем в эпоху полимеров. Они пьют из пластиковых бутылок, носят еду в полиэтиленовых пакетах, ездят на машинах с резиновыми шинами и носят костюмы из акрила — одного из первых и самых популярных полимеров. Что представлял собой этот материал и почему от «изобретения» до практического использования прошло почти 80 лет?
Продукт энергетики
Полимеры — это соединения с длинными молекулами, состоящие из мономеров «строительных блоков». «Строительными блоками» акрила являются акриловая кислота и метакриловая кислота, которые представляют собой бесцветные жидкости с резким запахом. Акриловую кислоту чаще всего получают путем окисления пропилена, побочного продукта нефти, образующегося при разложении.
Метакриловую кислоту обычно получают окислением углеводорода изобутилена (легко выделяемого из побочных продуктов производства бензина в промышленных масштабах) до полимера метакролеина, который также окисляется. Альтернативным методом является окисление серной кислотой органического вещества ацетонциангидрина. Он сделан из ацетона, который, в свою очередь, состоит из пропилена и бензола, которые являются обычными нефтепродуктами.
Остается только соединить «кирпичики» в единое целое, то есть полимеризовать. Обе кислоты легко образуют полимерные цепи. Многие производные этих кислот также полимеризуются. Примеры включают метилметакрилат, который является основой для производства оргстекла, и акриламид, полимер, добавляемый в буровые растворы в качестве стабилизатора.
Путь к славе
Акриловая и метакриловая кислоты были получены в 19 веке, когда химик Вильгельм Рудольф Фиттиг открыл в 1877-1880 годах процесс полимеризации метакриловой кислоты. Однако коммерческую известность акрил приобрел не сразу. Первоначально ученые могли синтезировать только вязкий студенистый материал, напоминающий очень густое желе. Никто не знал, где его можно использовать.
Лишь в 1901 году химик Отто Рем опубликовал свою докторскую диссертацию о различных продуктах полимеризации акриловой кислоты. Изучая полимеризацию эфиров метакрилата, Рем создал прототип оргстекла, бесцветного и прозрачного материала со свойствами «где-то между прочным, гибким стеклом и твердой резиной». Вдохновленный своим успехом, Рем объединился с банкиром Отто Хаасом и в 1907 году основал химическую компанию Röhm & Haas в Германии.
в 1958 году компания Rehm & Haas начала производство винтов из плексигласа. Фото предоставлено: Rehm & Haas / Институт истории науки /sciencehistory.org
Будучи скорее предпринимателем, чем химиком, Рем стремился создавать материалы, пользующиеся спросом на рынке. Это привело к серьезной ошибке. Например, в 1912 году компания запатентовала «способ производства изделий со свойствами вулканизированной резины», но идея провалилась. В отличие от резины, акриловые полимеры не поддаются вулканизации серой из-за их химической структуры.
Обратите внимание: История атомной промышленности СССР. Военные против ученых..
Похоже, негативный опыт пошел на пользу. Лем начал привлекать к своим исследованиям других химиков. Благодаря их исследованиям был разработан новый метод изготовления акриловых полимерных «строительных блоков.Дальнейшее развитие акриловых полимеров застопорилось на долгие годы. На желание компании сохранить в тайне свое развитие повлияли тяжелые экономические условия в Германии в 1920-е годы. Однако к 1930-м годам на рынке электроизоляции стали доступны гибкие акриловые полимеры, а твердые материалы стали доступны в качестве ударопрочной и легкой альтернативы стеклу. В 1940-х и 1950-х годах акриловые полимеры достигли текстильной промышленности и появились акриловые волокна.
От гардероба до химической лаборатории
Сегодня акриловые полимеры повсюду. Оргстекло можно встретить в химических лабораториях (из него изготавливают линзы микроскопов, колбы, штативы и пробирки) и на заводах автомобильного стекла (автомобильное стекло тоже органическое). Акриловые полимеры используются для создания звукоизоляционных стен на оживленных магистралях и в торговых павильонах. Даже рекламные щиты и световые указатели выхода в общественных местах были бы невозможны без этого легкого, прочного и долговечного материала.
Такая одежда, как нарядные костюмы, уютные свитера и теплые шарфы, изготавливается из акриловых волокон, называемых искусственной шерстью. Сиденья автобусов и мягкая бытовая мебель обтянуты акриловой тканью. Он также подходит для изготовления детских игрушек, спецодежды и защитных чехлов. Свойства ткани зависят от пропорций компонентов в составе и структуры волокон. Поэтому, если «разбавить» кашемир акрилом, одежда будет лучше держать форму и за ней будет легче ухаживать. Добавление небольшого количества хлопка в акрил сделает ткань более впитывающей.
Стекла автомобиля содержат акриловые полимеры
Акриловые краски появились в 1930-х годах, но уже к концу 1940-х годов они стали известны среди бизнесменов и художников. Яркие, быстросохнущие акриловые краски, в отличие от традиционных масляных красок, не боятся влаги, солнечных лучей, растрескивания и прилипают практически к любой поверхности. В зависимости от добавок краска может быть густой и вязкой, как гуашь, или жидкой, как акварель, переливающейся радугой на свету или под ультрафиолетовой лампой, может излучать флуоресценцию.
Во многих апартаментах установлена акриловая ванна. Они изготовлены из термопластов или термопластичных акриловых полимеров, которые при нагревании плавятся в размягченное или жидкое состояние, а затем затвердевают, восстанавливая свои первоначальные свойства. Акриловые лаки, клеи, герметики, грунтовки и шпаклевки отличаются от аналогичной продукции устойчивостью к механическим повреждениям и выцветанию, а также отсутствием неприятных запахов при нанесении.
Акриловые материалы ценятся за свою прочность и легкость, а благодаря нефтехимической промышленности, которая является основным источником сырья для производства акрила, такие полимеры сравнительно недороги, что делает их идеальными для гелей для ногтей и искусственных камней, но найти их можно. Ландшафтный дизайн и даже медицинское протезирование.
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.