Краткая история пластмасс

Обозначить точно дату появления пластиков в истории человеческой цивилизации достаточно сложно, но будем считать, что это был XIX век. Само же понятие «полимер» появилось в начале 20-х годов XX века, когда Герман Штаудингер (1881-1965) публикует научную работу, в которой доказывает, что пластмассы состоят из молекул с высокоймолекулярной массой, структура которой представляет собой многократные повторения звеньев, образованных из молекул малой молекулярной массы.

Впрочем, за точку отсчёта можно взять 1835 год. В то время в Берлине, по адресу Спандауер-штрассе, дом 33, находилась старая аптека под названием Zum Goldenen Bär, в которой с 1814 года работал некто Иоганн Эдуард Саймон (1789-1856). В 1835 году наш аптекарь по случаю приобрел некоторое количество смолы, называемой «сторакс», которая вытекает из растения ликвидамбар (Liquidambar) при повреждении его коры. Эту смолу с древности использовали для лечения бронхита, болезней сердца, инсульта, проказы и даже запора. Конечно всеми этими лечебными свойствами смолы «сторакс» можно было воспользоваться при наличии денег, а при их отсутствии, как говорится, «Живи быстро, умри молодым». Но, это лирическое отступление, вернёмся в аптеку. Четыре года Саймон пытался получить из купленного вещества что-нибудь интересное, пока 1839 году не обнаружил, что после перегонки этого продукта образуется прозрачная жидкость, которую он назвал «стирол». При нагревания эта жидкость не испарялась, а становилась желеобразной массой, по причине, как решил наш аптекарь, окисления. Он ошибался, но это выяснилось несколько позже, а пока он поведал миру о своем открытии в статье «Ueber den flüssigen Storax», которую опубликовал в журнале «Annalen der Pharmacie». Таким образом в мире появился первый термопласт, известный теперь под названием «полистирол», но до его промышленного производства оставалось еще почти сто лет — лишь в 1931 году было начато его промышленное производство на заводе компании IG Farben в Людвигсхафен-на-Рейне.

Теперь перенесёмся в Англию, в город Бирменгем, отметившийся на карте нашей планеты аж в 1166 году. Здесь, на предприятии Джорджа и Генри Элкинтонов начальником отдела литья трудится Александр Паркс (1813-1890). С 1855 года он работал с целлюлозой, азотной кислотой и этиловым спиртом, пытаясь получить материал для объемного формирования различных деталей. В 1862 году, выпарив из этой смеси растворитель, он получил некое твердое вещество, которое запатентовал под названием в честь себя любимого (но, заслужено! 66 патентов!) Parkesine. Этот материал показали в этом же году на международной выставке в Лондоне и дали за него бронзовую медаль. Вот теперь эпоха пластиков точно началась, но происходящая технологическая революция ещё не была осознана её участниками, что касается остальной публики, то она — как всегда — вообще была не в курсе происходящего… На другом континенте, в стране под названием США, Джон Уэсли Хайат (1837-1920), был озабочен вопросом как заменить биллиардные шары, сделанные из слоновой кости – материала дорогого и дефицитного, на шары, сделанные из материала более доступного и дешёвого. Популярность этой игры увеличивалась с каждым годом, шаров надо было всё больше и больше, и этот тренд обещал хорошую прибыль. В поиске подходящего материала, Хайат пластифицирует Parkesine камфорой, получив то, что было представлено миру в 1870 году под торговой маркой Celluloid. И далее понеслось… В 1878 году Хайат запатентовал процесс литьевого формования термопластов, и, хотя потребовалось еще пятьдесят лет, прежде чем его смогли реализовать на коммерческой основе, но зато с того времени почти 100 лет — до 50-х годов XX века, целлулоид использовался в качестве основы фото- и кинопленки.

Из целлулоида, который сначала стал модным материалом для продвинутой публики и получил название «Ivorine» или «French Ivory», начали делать ювелирные украшения и аксессуары, для изготовления которых ранее была нужна слоновая кость, рога или другие материалы, изъятые из животных, которые, наверное, были против – но кто их спрашивал — Winchester модели 1873 — вещь делающая любые возражения бессмысленными. Но за несколько лет French Ivory стало материалом весьма доступным и из него стали делать уж совсем банальные вещи вроде рам для картин, пуговиц, пряжек, ручек для столовых приборов и кухонных принадлежностей, использовать как шпон для украшения мебели и прочее, прочее, прочее. Предметы из пластика в те годы впервые появились во многих западно-европейских и американских домах.

… Иногда открытия делаются случайно. В 1872 году немецкий химик Евгений Бауман (1846-1896), научные интересы которого были далеки от изучения полимеров, забыл на подоконнике своей лаборатории стакан с хлорэтиленом. Сторона была южная, день солнечный и в результате на дне стакана появилось твердое вещество, которое теперь является третьим по объему производства пластиком, после полиэтилена и полипропилена, и называется оно поливинилхлорид (ПВХ). Попытки его коммерческого производства и использования были предприняты в 1912-13 годах Фрицем Клатте (1880- 1934), и позже русским химиком Иваном Остромысленским (1880-1939), однако успех выпал на долю американского изобретателя, работавшего исследователем в компании BF Goodrich, Уолдо Семона (1898-1999), который в 1926 году разработал метод пластификации ПВХ и произвёл более легко обрабатываемый материал, получивший вскоре широчайшее коммерческое использование. Хотя, по правде, в начале интерес к его открытию у компании был никакой, но ровно до тех пор, пока в 1929 году не грянули трудные времена – Великая Депрессия, и директора BF Goodrich наконец соизволили услышать Семона. В 1931 году на рынке появились первые изделия из «винила»…

Кстати, ПВХ — это не единственное случайное открытие пластика. В 1933 году некто Ральф Уайли очищал химическую посуду в лаборатории компании Dow Chemical и наткнулся на стакан, который он не смог очистить. Вещество, покрывшее стенки он назвал «eonite», взяв название из популярного комикса, который он читал в свободное от чистки химической посуды время, «Маленькая сирота Энни» Гарольда Грея, печатавшийся в New York Daily News с 5 августа 1924 года. И этот «eonite» оказался поливинилиденхлоридом (PVDC).

30-е годы прошлого века – это начало промышленного производства большинства пластиков. Компания DuPont начинает выпуск неопрена и нейлона, её сотрудник Рой Дж. Планкетт (1910-1994) открывает политетрафторэтилентефлон»); IG Farben начинает производство полистирола и полиуретана, открытого Отто Байером (1902-1982); Эрик Фосет и Реджинальд Гибсон, работавшие в компании английской компании Imperial Chemical Industries (приобретена AkzoNobel в 2007 году), создают установку производства полиэтилена, который был синтезирован Гансом фон Пехманном (1850-1902) ещё 1898 году. Коммерческое производство полиэтилена низкой плотности начало в 1938 году. А вот судьба полиэтилена высокой плотности складывалась труднее — работы по его созданию были начаты Карлом Циглером (1898-1983), будущим лауреатом Нобелевской премии, еще в 20-е годы, но технология получения ПЭВП была освоена лишь к 1954 году.

В 1941 году, когда уже 2-ой год шла мировая война, сотрудники британской компании Calico Printers’Association Ltd. Джон Рекс Уинфилд и Джеймс Теннант Диксон получили патент на ещё один великий пластик, полученный конденсацией терефлалевой кислоты и этиленгликоля, полиэтилентерефталат (ПЭТ). На основе этого пластика в 1971 году американский инженер Натанаэль Уайет (1911-1990) создаст бутылку для газированных напитков, которые наполняют сегодня все супермаркеты, – на разработку этого изделия у него ушло 6 лет.

В 1951 году химики фирмы Phillips Petroleum Пол Хоган и Роберт Л. Бэнкс первыми сумели полимеризовать пропилен, получив полипропилен – второй по объемам производства пластик к нынешнему времени. Через несколько лет лауреат Нобелевской премии Джулио Натта (1903-1979) нашел способ получения кристаллического изотактического полимера пропилена – это открытие позволило в 1957 году итальянской фирме Montecatini начать крупномасштабное коммерческое производство полипропилена.

Примерно с 1954 года полистирол начинают использовать как материал для изготовления упаковки, а в 60-е годы бутылки из полиэтилена высокой плотности начинают вытеснять стекло, положение которого до этого времени в качестве упаковки для жидкостей казалось незыблемым. Первые бутылки из LDPE для упаковывания средства для мытья посуды Sqezy были выпущены на рынок компанией Monsanto в 1945 году, а полиэтиленовые контейнеры для продуктов питания появились благодаря американскому изобретателю Эрлу Сайласу Тапперу (1907-1983), которые с 1949 года он реализовывал под торговой маркой Tupperware – сначала они продавались очень плохо, но через девять лет бывший инженер компании DuPont стал миллионером, продал бизнес и уехал жить в Коста-Рику. В том же 1946 году Жюль Монтеньер создал первый пластиковый распылитель, запатентованный под торговым названием Stopette. Впрочем, первая пластиковая посуда была продемонстрирована публике еще в 1926 году компаниями Brookes и Adams, Streetly Manufacturing Company и Thomas De La Rue and Co., но в силу разных обстоятельств не получила распространения в те годы.

Развитие химических технологий требовало подкрепления оборудованием для переработки пластмасс. И оно также шло полным ходом. После изобретения 1872 году братьями Хайат машины для литья под давлением, отрабатывается технология получения разных изделий из нитрата целлюлозы методом термоформирования и к 1890 году эту технологию начинают массово для изготовления детских игрушек. В 1926 году Экерт и Циглер патентуют первую машину для литья пластиков под давлением. Уже в конце 20-х годов корпуса телефонов начинаю делать из пластмасс. В 1935 году компания Troester GmbH & Co. KG из Германии изготавливает первый экструдер для термопластов… и к 1976 году, развитие химии и технологии пластиков сделали пластмассы самым используемым конструкционным материалом на планете под названием Земля.