История изобретения различных полимерных материалов богата и разнообразна. Расскажем о самых ранних открытиях, а также о тех из термопластов, которые широко используются для производства тары и упаковки как для пищевой, так и для непищевой продукции.
Паркезин
 |
 |
 |
«Родина» первого искусственного пластика — Великобритания. В 1856 году он был изготовлен и запатентован английским изобретателем и металлургом Александром Парксом (1813-1890). Основу полимера составляла органика — обработанная растворителем (этанолом) и азотной кислотой древесная целлюлоза. После нагревания, формовки и последующего охлаждения материал приобретал фиксированную форму.
Полученный полимер Паркс скромно назвал в свою честь — паркезином. В 1866 году он основал компанию по выпуску продукции из этого материала. Из паркезина изготавливались небольшие предметы быта и декоративные изделия. Но дело не пошло — на исходных материалах значительно экономили, стремясь покрыть издержки. В результате качество готового продукта оставляло желать лучшего. Спустя два года компания разорилась.
Справедливости ради нужно сказать, что Паркс был выдающимся ученым и изобретателем. На его счету множество открытий, он сыграл огромную роль в совершенствовании технологии гальванизации, изобрел технику холодного отверждения при вулканизации каучука и первым создал фтористую бронзу. Только с первым в мире пластиком, как сейчас говорят, что-то пошло не так...
Целлулоид
 |
 |
 |
Тем не менее, спустя несколько лет патент на изобретение был выкуплен у Паркса американцем Джоном Хайатом. Изначальная цель Хайата была достаточно скромна — создать дешевый аналог бильярдных шаров, которые в 19 веке изготавливались исключительно из очень дорогой слоновой кости. А бильярд был крайне популярной игрой как в Старом Свете, так и в Америке.
Экспериментируя с нитратом целлюлозы и добавляя в него различные пластификаторы и наполнители (камфору и другие), Хайат создал и запатентовал в 1870 году целлулоид, который производится и поныне. Со временем из него стали изготавливаться не только шары для бильярда, но и огромное количество другой продукции — кино- и фотопленка, игрушки, шары для настольного тенниса, линейки, планшеты и многое другое.
Особенно хорошо знают, что это за материал, наши бабушки и дедушки, а также коллекционеры ретро-игрушек: из целлулоида изготавливалось огромное количество кукол. Сюда же относится и знаменитая советская игрушка «неваляшка», которая была едва ли не в каждом доме. Из него же делали предметы интерьерного декора, корпуса настольных часов, корпуса для перьевых и современных шариковых ручек и даже весьма красивую бижутерию. Но материал обладает одним, при этом огромным, недостатком — он очень горюч, а при горении — еще и дымит и издает сильный неприятный запах. В силу этих минусов выпуск продукции из целлулоида сегодня практически сошел на нет. А куклы и декоративные изделия из него в наши дни — настоящий дорогостоящий раритет.
ПВХ (винил, поливинилхлорид)
Впервые был получен в 1872 г. Евгением Бауманом — химиком из Германии. Но изобретение не было запатентовано. Лишь спустя 41 год, также немец — Фридрих Клатте — получил и запатентовал такой же материал, но получил он его уже другим методом, с использованием ультрафиолетовых лучей. Однако и самый первый, и полученный позднее ПВХ был слишком твердым и ломким. Выпуск и использование этого термопласта в промышленных масштабах начались только после 1926 года, когда состав ПВХ усовершенствовал американский ученый Вальдо Семон (1898-1999), нашедший новый способ его пластификации.
Впервые винил был использован в производстве обуви (каблуки) и шаров для гольфа. Уже в 50-е годы в США из него стали делать сегодня всем известные пластиковые окна. В настоящее время это второй в мире полимер по объемам выпуска, востребованный во многих отраслях.
В качестве пищевой упаковки и тары ПВХ и раньше использовался крайне редко. Сегодня он полностью запрещен для пищевого применения, поскольку в определенных условиях может выделять бисфенол, фталаты и другие токсичные вещества. В ряду минусов и неспособность материала к переработке — в силу той же токсичности.
Полиэтилен (РЕ)
Открытие и усовершенствование этого материала было многоэтапным. Собственно открыли его в 1935 году британцы Эрик Фоссет и Реджинальд Гибсон. Под огромным давлением в 1900 атмосфер и при температуре 170 градусов произошла реакция этилена и бензальдегида. Так был получен первый полиэтилен низкой плотности (он же полиэтилен высокого давления, ПЭВД/LPDE). В дальнейшем их опыты не сопровождались удачей, они были весьма небезопасны и их пришлось свернуть.
Эксперимент с положительным результатом повторил 2 года спустя их коллега по корпорации ICI Майкл Перрин, но и его последующие опыты не были безоговорочно успешны. Загадку наконец разгадал химик из Оксфордского университета Пол Хиншелвуд — именно он понял, что для полимеризации РЕ необходимо строго определенное количество кислорода. Почти сразу после успешных испытаний выпуск изделий из полиэтилена низкой плотности был налажен в промышленном масштабе.
Но... такой полиэтилен был достаточно легкоплавким и мягким и подходил далеко не для всех целей. Большей частью ПЭВД шел на производство изоляции для электропроводов. Настоящую революцию в работе с этим материалом совершил химик из Германии Карл Циглер — он изобрел специальные катализаторы, благодаря которым получил современный полиэтилен высокой плотности (то есть низкого давления - HDPE/ПЭНД) — твердый, плотный и прочный, при этом гибкий и эластичный материал, без которого, как это ни громко звучит, сегодня не обходится современный мир.
Сфер использования ПЭНД — множество. Среди них огромную долю занимает как пищевая, так и непищевая тара и упаковка. В ряду термопластов это один из наиболее химически стойких материалов, что напрямую сказывается на сохранности и безопасности содержимого такой упаковки. В ряду подобной продукции — пищевые контейнеры, одноразовая посуда, всевозможные флаконы для жидкой пищевой продукции, бытовой и профессиональной химии, косметики, медицинских препаратов, а также многочисленные канистры разного объема. В маркировке пластиков материал имеет индекс 2.
ПЭТ
С этой аббревиатурой в первую очередь ассоциируются бутылки из прозрачного пластика — с минеральной водой, соками, газированными напитками. Сегодня ПЭТ, или полиэтилентерефталат — один из самых распространенных полиэфиров в мире.
Работы над его синтезом параллельно велись в разных странах еще с первой половины XX века. Отсюда — множество разных коммерческих названий, которые материал получил в той или иной стране. В их числе — полиэстер, терилен, тергал и другие. В России это был лавсан (от: лаборатории Института высокомолекулярных соединений Академии наук СССР, где полиэфир был открыт в 1949 году). Со временем общепринятой аббревиатурой стало ПЭТ (также ПЭТФ — в СССР и России). К слову, у нас он стал выпускаться в промышленных масштабах с 1960 года — после открытия завода в Курске.
И всё же первыми были англичане — Джон Уинфилд и его ученик Джеймс Диксон из компании Calico Printers. Эксперименты начались в 1935 году, а в 1939-м ПЭТ был синтезирован из мономеров — этиленгликоля и терефталевой кислоты. В 1941 году ученые подали заявку на патент. Последний был засекречен и опубликован только в 1947 году. Неудивительно — с 1939 года Британия участвовала во Второй Мировой войне, и разработки подобного рода осуществлялись под грифом секретности.
В 40-е годы патент выкупался британскими и американскими концернами (в т. ч. известной компанией «Дюпон», США), так постепенно было налажено производство ПЭТ в промышленных масштабах. Примечательно, что до 60-х годов прошлого века его получали крайне сложным многоэтапным методом в силу несовершенства технологических процессов. Сам по себе ПЭТ — один из сложнейших полиэфиров. Ситуация кардинально изменилась с 1965 года. Усовершенствованные технологии были впервые использованы компанией Аmoco Соrporation — в результате процесс синтеза стал одностадийным. ПЭТ стали синтезировать из указанных выше мономеров по непрерывной схеме.
Сегодня до 43% всей тары для напитков в мире изготавливается именно из ПЭТ. В этом материалу значительно уступают алюминий (34%) и стекло (24%). К слову, сама ПЭТ-бутылка была запатентована в 1973 году.
Не забудем и про другое его название — полиэстер. А это еще и полиэфирные волокна, из которых в промышленных масштабах производятся синтетические ткани, идущие на пошив стильной и современной одежды, штор и другой продукции. Здесь — еще более внушительные цифры — из полиэстера производится 60% всех синтетических тканей в мире.
Нельзя не упомянуть и такой значительный плюс ПЭТ, как способность к переработке. Огромная доля отходов из этого пластика (особенно на Западе, в России цифры пока гораздо скромнее) идет на рециклинг, после чего из переработанного сырья выпускается новая упаковка и одежда. К слову, первые предприятия по его переработке были открыты уже в таком далеком 1977 году...
