Первый промышленно значимый синтетический полимер
Для школьника 1 сентября — это звонок, который открывает новый год знаний. Но в науке тоже бывают свои «первые звонки» — символы начала новой эпохи. Более века назад именно такой звонок прозвучал в лаборатории бельгийско-американского химика Лео Бакеланда. Его открытие стало отправной точкой для целого столетия прогресса и подарило миру то, без чего мы уже не представляем жизнь, — пластмассы.
Бакеланд не был первым, кто открыл полимер как химическое соединение, но именно он создал первый промышленно значимый синтетический полимер — бакелит, заложивший основу для современной индустрии пластмасс.
До XX века человек использовал для своих нужд в основном природное сырьё. Древесина, металл, стекло, камень — эти материалы сопровождали человечество тысячелетиями. Даже первые «новые вещества» наподобие целлулоида или резины (вулканизированного каучука) были лишь изменёнными природными полимерами. Химики мечтали о другом: создать материал, у которого свойства можно «запрограммировать» заранее. И в 1907 году эта мечта сбылась.
Лео Бакеланд получил патент на бакелит в 1909 году, и этот материал стал первым синтетическим термореактивным полимером (реактопластом), который не размягчался при нагревании. Его открытие считается началом эпохи синтетических полимеров и промышленного производства пластмасс.
Интересный факт
В России в 1914 году создали аналогичный материал под названием «Карболит». В СССР он выпускался в г. Орехово-Зуево, и сейчас на месте старого завода находится индустриальный парк под тем же названием: АО «Карболит» и жилой микрорайон «Карболит».
Рождение материала
До Бакеланда химики и инженеры работали с природными или полусинтетическими веществами. Целлулоид производили из древесины, непрочный натуральный каучук превращали в резину вулканизацией. Но всё это были лишь вариации на тему природных материалов. Бакеланд пошёл дальше: в ходе исследований по замене дорогостоящего шеллака (природной смолы, вырабатываемой топическими насекомыми – лаковыми червецами) ему удалось создать принципиально новый пластик — фенолформальдегидную смолу. Она получалась при конденсации фенола с формальдегидом и обладала уникальными свойствами в сравнении с любыми известными материалами того времени.
В чём его особенность
Бакелит стал родоначальником нового класса синтетических соединений — термореактивных полимеров. Его свойства впечатляли и инженеров, и химиков того времени.
Во-первых, наличие трёхмерной сетчатой структуры: при взаимодействии фенола и формальдегида за счет реакций поликонденсации с вовлечением сразу нескольких реакционных центров фенольных ядер образуется пространственная решётка за счет сшивания молекулярных цепей поперечными связями.
Во-вторых, необратимость процесса. Если термопласты можно многократно плавить и формовать, то бакелит после его получения больше не поддаётся вторичной переработке или растворению — это уникальное свойство позволило создавать изделия, сохраняющие исходные характеристики десятилетиями.
В-третьих, стойкость к температурам. Бакелит сохраняет длительную работоспособность вплоть до 200–250 °C, не теряя прочности. В начале XX века это было колоссальным преимуществом для электротехники, где деревянные и целлулоидные детали со временем деструктировались или деформировались.
В-четвёртых, электроизоляционные свойства и трудногорючесть. Бакелит при температурах выше 300ОС не загорается, а только обугливается. Вкупе с отличными диэлектрическими свойствами это сделало его идеальным пластиком для корпусов выключателей, розеток, патронов и радиоприёмников.
В-пятых, химическая стойкость. Бакелит не растворяется в воде, устойчив к большинству кислот и щелочей, а также практически не изменяет свойств при длительном хранении и эксплуатации изделий из него.
И наконец, эстетика: при отливке он мог приобретать разный цвет и блеск, что открыло дорогу к применению не только в технике, но и в быту — от украшений до декоративных панелей.
Почему это было важно
Появление бакелита стало революцией. Развитие индустрии до его изобретения было ограничено возможностями модификации исходных свойств дерева, металла, стекла и натуральных смол. Новый пластик показал, что материалы можно не только искать в природе, но и конструировать под задачу. Химики получили инструмент, позволяющий «программировать» прочность, жёсткость и устойчивость вещества. Это изменило подход к инженерии: от ремесла — к науке о материалах.
Где его применяли
Его использовали для изготовления рукояток и магазинов стрелкового, корпусов бытовых и военных приборов, корпусов электроприборов, а также в локомотивостроении для изготовления рамок форточек, оконных рам, корпусов светильников и оборудования. В автомобилестроении бакелит применяли для создания ручек управления и приборных панелей, а в системе зажигания автомобилей.
Кроме того, бакелит использовали в производстве посуды, преимущественно для ручек сковородок, кастрюль и чайников. В камнеобработке бакелит применяли для специальных абразивных насадок для шлифовки твердых пород, таких как мрамор и гранит. В военное время из него изготавливали медальоны для солдат и гильзы снарядов. Также бакелит использовали как дешевый заменитель янтаря в производстве украшений. Бакелитовые браслеты и кольца ценились за необычный блеск и стойкость цвета, и сегодня они стали предметами коллекционирования.
Интересный факт
У бакелита есть особый «аромат» — лёгкий фенольный запах, по которому коллекционеры до сих пор определяют подлинность старинных изделий. Ещё один способ проверки — нагрев иголкой: настоящий бакелит не плавится, а лишь выделяет характерный запах фенола. Именно это свойство (необратимость и устойчивость) когда-то сделало его уникальным, а сегодня помогает историкам и любителям находить аутентичные вещи.
Научное наследие
Главное открытие бакелита заключалось не только в удобстве применения, но и в фундаментальном понимании роли химических сшивок. Учёные впервые столкнулись с материалом, у которого свойства определяются пространственной сеткой связей, а не только молекулярным составом. Это стало отправной точкой для целого класса термореактивных смол: эпоксидных, меламиновых, фенольных. Они до сих пор применяются в электроизоляции, композитах, связующих и тормозных колодках.
Хронология
- 1907 год — начались активные исследования и публикации.
- 1909 год — патент был зарегистрирован, материал представлен на выставке и вызывает сенсацию.
- 1910–1930-е — массовое распространение в электротехнике и повседневной жизни.
- Середина XX века — постепенный уход бакелита из быта, но сохранение фенольных смол в промышленности.
Итог
Бакелит стал настоящим «первым звонком» в мире полимеров. Он показал, что материалы можно создавать заново, управляя их свойствами на молекулярном уровне. С этого момента началась история пластмасс, которая полностью изменила технологии, быт и культуру XX века. Сегодня бакелит — это больше символ, чем практический материал, но именно он открыл дверь в мир, где полимеры окружают нас повсюду.
Переходите на нашу платформу polylab.sibur.ru, где собрана информация о деятельности центров, специализациях площадок в разных городах, типах исследований, доступном оборудовании, а также о вебинарах и обучающих курсах.
