Очки и контактные линзы, иллюминаторы самолетов, ванны, искусственный янтарь, шумозащитные панели на трассах и многое другое. Можно поспорить, что если в поле вашего зрения есть прозрачный предмет (например, стекло монитора, в который вы смотрите прямо сейчас), то он с большой вероятностью сделан именно из этого материала — плексигласа, он же оргстекло, он же полиметилметакрилат, он же акрил и люцит.
Этой статьей мы продолжаем нашу серию об эре полимеров, в предыдущей статье мы рассказали про бакелит. Следите за обновлениями по хештегу #всеполимеры
Легкий, прозрачный, очень похожий на обычное стекло, но при этом в пять раз более прочный, материал мгновенно покорил мир и продолжает покорять до сих пор. В его составе — исключительно смола с термопластическими свойствами, что делает его производство простым и дешевым. Совсем скоро он отметит свое столетие, и уже трудно представить, как человечество жило без него. Вместе с экспертами СИБУР ПолиЛаб рассказываем об истории этого материала и о его роли в нашей сегодняшней жизни.
Клей, который не получился
Первый шаг к появлению стеклянного полимера был сделан полтора столетия назад, в 1843 году, когда впервые была синтезирована акриловая кислота — сегодня вы сталкиваетесь с этим веществом каждый раз, когда меняете ребенку подгузники. Именно производные акриловой кислоты обеспечивают им супервпитывающие свойства. Еще через 20 лет был сделан второй шаг — из акриловой кислоты была получена метакриловая кислота.
Но после этого появления нашего главного героя пришлось ждать еще почти 60 лет, и получен он был совершенно случайно.
В 1928 году немецкий химик Отто Карл Юлиус Рём исследовал реакции алкосида натрия и метилакрилатов, пытаясь создать клей, который мог бы прочно соединить слои обычного стекла, сделав его в ударопрочным.
Так он получил материал, который совершенно не годился в качестве клея: он мгновенно застывал между двумя слоями стекла, но совсем не держал их вместе, легко отделялся, образуя прозрачный лист. Отто Рём, в отличие от первооткрывателя бакелита, понял, какие перспективы сулит производство нового типа прозрачного материала. Оставался главный вопрос — как сделать производство акрилового стекла массовым?
Как только Рём смог решить его, он тут же запатентовал свое изобретение как торговую марку Plexiglas, собрав его из трех слов — plastic, flexible и glass.
Сегодня полиметилметакрилат (ПММА) известен под многими именами. Это и оргстекло, и акрил, и люцит. Но главным остается имя, которое придумал изобретатель, который, кстати, в отличие от многих других изобретателей, смог сделать состояние на своей разработке.
И это была не такая простая задача: листовой плексиглас производили, заливая между двумя стеклами. Поэтому на заводах приходилось тщательно полировать поверхности стеклянных форм, убирая малейшие неровности и царапины, объясняет Арам Хачатуров, главный специалист исследовательского центра СИБУР ПолиЛаб.
Кроме того, добавляет он, в первых вариантах технологического процесса синтеза мономера ПММА (метилметакрилата) использовались цианиды, опасные для рабочих, и возникал побочный продукт, сульфат аммония. «Его можно было использовать для производства удобрений, но такие удобрения подходили не для всех почв», — говорит эксперт.
Война технологий
Изобретение Рёма мгновенно нашло спрос в военной промышленности — мир готовился к новой большой войне. Из его плексигласа стали делать остекление «фонарей» кабин истребителей и бомбардировщиков. Акриловое стекло было легким, прозрачным и прочным, устойчивым к атмосферному давлению, не утрачивало свои свойства под воздействием воды, авиватоплива и машинного масла. Это был настоящий подарок для авиапрома.
Почти в то же время, в 1936 году, в советском НИИ пластмасс было синтезировано органическое стекло — отечественный аналог плексигласа. Ученые и специалисты пытались найти свой способ промышленного производства этого стратегически важного материала. Борис Зверев, молодой выпускник техникума, не имея доступа к зарубежным разработкам, смог решить эту технологическую задачу.
Вторую мировую войну советские самолеты встретили, уже будучи оснащенными собственными плексигласовыми фонарями, турелями оборонительного вооружения тяжелых самолетов, стеклами для перископов подводных лодок. Зверев разработал прозрачную броню для самолетов, которая она отлично защищала от пулеметных очередей и 20-миллиметровых скорострельных авиапушек. Ценный материал производили в тылу, на засекреченном заводе «Рулон» в Дзержинске.
Опасное свойство
Однако и у плексигласа есть свои недостатки — он горюч. Из-за этого, в частности, его невозможно использовать в космической отрасли и при производстве сверхзвуковых самолетов, мощное атмосферное трение сильно разогревает поверхность акрилового стекла и приводит к возгоранию.
Но в военной и гражданской авиации теплостойкими фторакрилатными органическими стеклами по-прежнему остекляют иллюминаторы и используют при температурах от минус 60 до плюс 250 градусов.
«Если раньше остекление самолетов делали из оргстекла, то сейчас уже используют многослойное силикатное стекло, особенно в многоместных пассажирских лайнерах, это необходимо для большей безопасности. Как и прежде, ПММА конкурирует с силикатным стеклом и поликарбонатом, поскольку часто они используются в одних и тех же областях применения. Он дешевле поликарбоната (ПК) и превосходит его по УФ-стойкости, не содержит потенциально вредного бисфенола-А и отлично подходит для лазерной резки. В итоге решение о выборе материала определяется его качествами, и часто этим выбором становится ПММА», — рассказывает главный специалист СИБУР ПолиЛаба Арам Хачатуров.
Материал будущего
Хотя плексигласу скоро 100 лет, его потенциал, кажется, еще не до конца раскрыт.
Листы, трубы, стержни и пленки самых разных цветов, фасады зданий, аквариумы и океанариумы, мебель, настенные покрытия, оконные рамы, световодная пленка дисплеев, крышки задних фонарей автомобиля — Арам Хачатуров перечисляет только самые известные примеры использования плексигласа.
А есть еще медицина: благодаря биосовместимости ПММА используется для изготовления зубных протезов, искусственных зубов и ортодонтических приспособлений, в офтальмологии, ортопедической хирургии.
«Характеристики ПММА зависят от технологии его получения, экструзионной или литьевой. Ему можно придать специальное свойство - повышенную ударопрочность. В качестве инструмента изменения специальных характеристик ПММА производители применяют свои собственные рецептурные ноу-хау в виде сомономеров, добавок и особые условия синтеза», — говорит эксперт СИБУР ПолиЛаба.
ПММА легко принимает нужную форму и текстуру, не портится со временем, его можно окрашивать, резать и сверлить. Наконец, он просто красив. А это значит, что почти столетняя история плексигласа продолжается.
#всеполимеры #сибур #полимер
