Наверняка многие из вас, дорогие мои друзья, знают эту замечательную историю, про то, как начальник цеха полимерных покрытий Череповецкого металлургического комбината на совещании отчитывал подчинённых ему специалистов по поводу того, что те плохо выполняли возложенные на них обязанности, при этом утратив (слово заменено) все полимеры. С мастерским использованием всех доступных вариантов сопряжения слов русской нецензурной лексики. Если нет, то поищите. Это очень интересный пример русской речи на производстве, выработанной веками😁.
Но, наверное, не все знают на самом деле, что такое эти странные «полимеры».
Заранее прошу покинуть канал всех ветеранов труда, которые 50 лет ковали науку, и благодаря которым я, в частности, как оказалось, хожу по Земле. Да, есть и такие. Очень любят они советы раздавать в силу своей ненужности для современного мира. Эта статья не для вас. Вы и так всё знаете, ещё и меня научите. Отпишитесь.
Умный Берцелиус
Так, о чём это я. Ах, да. Впервые слово «полимер» сказал, сидя на каком-то очередном совещании, посвящённом тому, что больше открывать нечего, и что химию, как науку, следует полностью запретить, шведский учёный Йёнс Якоб Берцелиус. Это случилось в 1830 году. Берцелиус вдруг поднял подбородок с ладони, обвёл столовую осоловевшими глазами, громко зевнул и сказал: «полимеры». А потом опять положил голову на подставленную ладонь и уснул.
Однако его коллеги засуетились. Они начали срывать с себя парики, подбрасывать их в воздух и разбрасывать вокруг бумаги, крича «мы спасены!». Веселье продолжалось до утра, под котлеты и «Шумерское безалкогольное». Но никто не даже и не подумал, что же именно имел ввиду Берцелиус, который незаметно покинул совещание, переросшее в пир, потому что у него дома сидел на подоконнике, вглядываясь в темноту, и ждал его любимый очень голодный вислоухий кот (шутка).
И только на следующее утро было установлено, что слово это означает «много частей». И что использовал этот термин Берцелиус, имея ввиду такие соединения, как этилен (C2H4) и бутилен (C4H8). Учёный знал, что молекулы этих углеводородов способны связываться между собой в большие макромолекулы, обладающими особенными свойствами.
Мы не знали про полимеры
Природные полимеры, такие как крахмал, целлюлоза, янтарь или каучук, были известны людям уже много веков. Просто они не знали, что это полимеры. И лишь в 20 веке оказалось, что их тоже можно отнести к категории, созданной Берцелиусом.
В 20-х годах прошлого века химики считали, что полимеры представляют собой небольшие молекулы, которые слабо связаны между собой, образуя коллоидные суспензии. И действительно, химический анализ последовательно подтверждал существование в образцах молекул с низкой молекулярной массой.
Однако подобные анализы всегда были делом проблематичным. Поскольку все эти соединения не образовывали «чистые» кристаллы с одной и той же температурой плавления, а эти два критерия обязательно должны были быть соблюдены, чтобы доказать, что вещество является чистым и гомогенным.
Немецкий химик
И только немецкий химик Герман Штаудингер в 20-е годы прошлого века сумел открыть тайну полимеров. Он вдруг понял, что макромолекулы, которые лежат прямо перед ним на рабочем столе, являются полимерами. И что полимеры – это огромные цепочки молекул, состоящих из звеньев (мономеров), которые соединяются друг с другом, как вагоны поезда. И что иногда при этом соединяются сотни звеньев посредством простых химических связей.
В случае крахмала и целлюлозы мономером у них является простой сахар — глюкоза. В случае с белками мономерами являются аминокислоты. А в случае с каучуком — молекула изопрена (2-метилбутадиен).
Это если сильно упростить, конечно.
Для обоснования своих утверждений Штаудингер использовал классические методы органической химии, а также новые физические принципы и приборы, включая ультрацентрифугу, ультрамикроскоп и дифракцию рентгеновских лучей.
Аргументы исследователя и представленные доказательства убедили большинство химиков в существовании макромолекул где-то к середине 1930-х годов. А Штаудингер получил за это через 30 с лишним лет Нобелевскую премию.
Но даже не зная молекулярной структуры полимеров, ещё до открытия Штаудингера, важные знания о них были собраны эмпирическим путём.
И пошло-поехало
Около 1840 года нитрование целлюлозы привело к изобретению и промышленному производству хлопкового или «бездымного пороха» (нитроцеллюлозы).
Смешение этой нитроцеллюлозы с другими органическими соединениями привело к появлению и началу производства первых искусственных полимеров: коллодия (1846 г.), ксилонита (1869 г.), и наиболее известного среди них сегодня целлулоида (1870).
Целлулоид был первым пластиком, то есть материалом, которому можно было придавать любую форму, не теряя при этом его свойств.
В конце XIX века целлулоид активно использовался для изготовления расчёсок, воротников рубашек или фотоплёнки, а также других продуктов.
Но еще до Штаудингера, в 1910 году, химик Лео Бекеланд создал первый полностью синтетический пластиковый полимер на основе фенола и формальдегида – бакелит. Этот полимер во многих отношениях намного превосходил целлулоид.
В течение следующих нескольких десятилетий в корпоративных лабораториях было создано множество новых пластмасс: полимеризованные версии акриловой кислоты, винилхлорида, стирола, этилена и многих других мономеров.
Вискоза и многое другое
Однако пластмассы были не единственными полимерами, имевшими коммерческий успех. Поскольку еще в 19 веке изобрели искусственное волокно под названием вискоза (искусственный шёлк). Вискозу начали производить в промышленных масштабах в конце 20-го века, а нейлон химика Уолланса Карозерса (полностью синтетический полиамид) произвёл буквально коммерческую революцию в 20-м веке. Это случилось в 40-х годах.
Нейлон, разработанный Карозерсом в лабораториях американской компании «DuPont», нашёл множество применений. Из него производили зубные щётки, чулки, парашюты, шины, гитарные струны многое другое. Другие синтетические волокна, такие как акрил или дакрон (искусственный хлопок), стали новыми очень популярными материалами для текстильной промышленности.
Разнообразное использование некоторых полимеров сегодня можно отметить на примере лавсана (полиэтилентерефталат или ПЭТ). Сегодня он очень популярен, потому что из него делают пищевые контейнеры, бутылки для минеральной воды и безалкогольных напитков.
Благодаря невероятным характеристикам и произведённому экономическому эффекту лаборатории по исследованию полимеров практически во всех странах были национализированы. И некоторые развитые страны оказались в результате в зависимости от источников каучука, которые добывался в некоторых тропических странах. Это по некоторым причинам стало проблемой для всех стран, воевавших в Первой мировой войне, и особенно для Германии.
К 1930 году лаборатории DuPont приобрели патент на продукт, разработанный химиком Джулиусом Ньюландом, профессором Университета Нотр-Дам, а в 1931 году Уильям Карозерс сделал его рыночным продуктом под торговой маркой DuPrene. Однако успех продукта был весьма посредственным. Поэтому он был переименован в неопрен, но остался частью каталога этой компании.
В 1935 г. немецкие учёные из компании «ИГ Фарбен» получили синтетический каучук — буна-каучук, который представлял собой сополимер бутадиена-стирола (цепочка двух мономеров). Соединённые Штаты производили огромное количество этого типа каучука для использования в военных целях.
В СССР первым заводом по производству синтетического каучука был СК-1, построенный в Ярославле 1932 году в рамках первой сталинской пятилетки. Он производил полибутадиен, синтетический каучук, разработанным химиком Сергеем Васильевичем Лебедевым. Это был первый искусственный каучук, который производился в СССР в промышленных объёмах.
Продукция завода имела огромное стратегическое значение во время Великой Отечественной войны.
Вокруг полимеры!
Сегодня полимеры присутствуют во всех аспектах повседневной жизни. И в будущем их применение будет расширяться, ведь этим уникальным материалам находится всё большее количество применений. Хорошим примером того являются, например, 3D-принтеры. Эти устройства, являются отличными индикаторами тенденции к уменьшению глобальных подходов к организации промышленного производства. Их основная задача заключаются в точном и прочном соединении слоёв полимера друг с другом.
Так что не зря ругался начальник цеха. Ой не зря.
Такие материалы терять никак нельзя!
Всем добра.
Землянин!
Хочешь наконец понять, что на самом деле творится в мозгу написавшего это человека? Тогда непременно познакомься с его личным выбором на космическую тематику *👇:
Необходимый минимум космического энтузиаста
