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HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Plástica. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. Los plásticos (masas plásticas) o plásticos son materiales orgánicos basados en compuestos macromoleculares sintéticos o naturales (polímeros). Los plásticos basados en polímeros sintéticos han recibido un uso excepcionalmente amplio. El nombre "plásticos" significa que estos materiales, bajo la influencia del calor y la presión, pueden adoptar y mantener una forma determinada después de enfriarse o curarse. El proceso de moldeo va acompañado de la transición de un estado plásticamente deformable (dúctil) a un estado vítreo (sólido).
El uso generalizado de los plásticos es una de las señas de identidad de nuestro tiempo. Prácticamente todas las fibras, resinas y materiales naturales tienen ahora sus sustitutos artificiales. Se han creado muchas otras sustancias con propiedades que no se encuentran en la naturaleza. Y esto, aparentemente, es solo el comienzo de una gran revolución, igual en importancia a las grandes revoluciones materiales del pasado: el desarrollo del bronce y el hierro. Como regla general, el plástico es un compuesto orgánico complejo que incluye varios componentes. El más importante de ellos, que determina las propiedades básicas del material, es la resina artificial. La producción de cualquier plástico comienza con la preparación de esta resina. En general, las resinas ocupan una posición intermedia entre las sustancias sólidas y las líquidas. Por un lado, tienen muchas de las cualidades de los sólidos, pero también tienen una gran fluidez, es decir, la capacidad de cambiar fácilmente de forma. En cuanto a su estructura interna, las resinas también ocupan una posición separada: no tienen una red cristalina rígida, como la mayoría de los sólidos; no tienen un punto de fusión definido y, cuando se calientan, se ablandan gradualmente, convirtiéndose en un líquido viscoso. Al igual que el caucho, al que sus propiedades son muy parecidas, las resinas son polímeros, es decir, sus moléculas consisten en una gran cantidad de unidades idénticas (a menudo de estructura muy simple). Las resinas artificiales (sintéticas) se pueden obtener como resultado de dos tipos de reacciones químicas: reacciones de condensación y reacciones de polimerización. Durante la reacción de condensación, cuando dos o más sustancias interactúan, se forma una nueva sustancia y aún se liberan subproductos (agua, amoníaco y otros). Las resinas fenólicas, por ejemplo, se obtienen a partir de fenol y formaldehído: dos moléculas de fenol se unen, por así decirlo, mediante un puente con un grupo metileno contenido en formaldehído, y se libera agua. Luego, estas moléculas, ya dobles, se unen entre sí. Al final se obtiene una molécula grande de estructura lineal o tridimensional. En una reacción de polimerización, entran en interacción moléculas de la misma sustancia. Al combinarse entre sí, forman una nueva sustancia: un polímero sin subproductos de aislamiento. Como ya se señaló en el capítulo sobre el caucho, todas las sustancias orgánicas que tienen átomos de carbono con un doble o triple enlace en su molécula son capaces de reacciones de polimerización. La resina une o, como se dice a veces, cementa todas las partes constituyentes del plástico, le da plasticidad y otras cualidades valiosas: dureza, resistencia al agua, propiedades de aislamiento mecánico y eléctrico. Además de la resina en muchos tipos de plásticos, los llamados rellenos, que pueden ser tanto sustancias orgánicas como minerales, ocupan un lugar importante (50-70% de la masa). Entre los rellenos orgánicos, la celulosa se considera la más importante (utilizada en forma de papel, tela o borra - peines de algodón; se impregnan con una solución de resina, luego se secan y prensan). Los rellenos inorgánicos incluyen mica, pizarra, talco, asbesto, tela de vidrio y grafito. Como regla general, los rellenos son mucho más baratos que las resinas y su introducción, con la selección correcta, casi no afecta las propiedades de los plásticos. A veces, la introducción de un relleno bien elegido incluso mejora la calidad del plástico. También se puede mejorar con la ayuda de aditivos y plastificantes especiales. Los primeros, tomados incluso en pequeñas cantidades, imparten nuevas propiedades a los plásticos (por ejemplo, la adición de un metal convierte a un plástico conductor a partir de un dieléctrico). Y los plastificantes, que forman una solución con la resina, la suavizan y le dan plasticidad adicional. El inicio de la producción de plásticos a base de materiales artificiales se remonta al primer tercio del siglo XIX. En 1830 se produjo en Inglaterra uno de los primeros plásticos, el camptulikon. La base de este material en capas era el tejido de yute, sobre el que se enrollaba una mezcla de caucho, corcho triturado y algunos otros componentes. Sin embargo, debido al alto precio del caucho, la producción de este plástico no está muy extendida. En 1863, el inglés Walton reemplazó el caucho por linoxina y así comenzó la producción de linóleo. Hasta ahora, ha sido muy utilizado como revestimiento de suelos, ya que se borra mucho más lentamente que la madera e incluso el mármol. La invención del celuloide, a base de celulosa, inició el uso generalizado de los plásticos. La celulosa, o fibra, forma la base de la madera y otros materiales vegetales; su molécula consta de una gran cantidad de unidades estructuralmente simples; en su forma purificada, es una sustancia incolora, infusible e insoluble. En 1845, se descubrió que cuando la celulosa (algodón) se trata con ácidos nítrico y sulfúrico, se forma éster de ácido nítrico, conocido como piroxilina. Este material es muy peligroso y explota con gran fuerza cuando se seca. Sin embargo, más tarde se notó que cuando está mojado, no es peligroso en absoluto. Surgió la pregunta: si el agua priva a la piroxilina de poder explosivo, entonces tal vez haya otra forma de influir en sus propiedades. Resultó que si se mezcla nitrocelulosa húmeda con alcanfor, se obtiene un plástico que se puede procesar en rodillos, prensar y moldear. En 1869, los hermanos Hayeth obtuvieron de esta forma el celuloide, que comenzó a producirse comercialmente a partir de 1872. El celuloide tenía una gran resistencia, era hermoso y podía teñirse de cualquier color o usarse como una película transparente. Este plástico pronto se generalizó. Comenzaron a hacer fotos con él, y películas, peines, cajas, juguetes para niños, botones, cinturones. Sin embargo, el celuloide tenía un inconveniente importante: resultó ser combustible y se encendió muy fácilmente. En 1872, el químico alemán Bayer sintetizó una nueva sustancia resinosa combinando fenol con formaldehído en presencia de ácido clorhídrico. Debido a la falta de formaldehído barato en ese momento, este descubrimiento no recibió aplicación industrial. Fue recién a principios del siglo XX cuando se empezó a establecer la producción industrial de resinas de fenol-formaldehído, especialmente después de que el investigador inglés Baekeland en 1908 encontrara un método para la producción de plásticos fenólicos a partir de las mismas materias primas, que tienen la capacidad de volverse infusible e insoluble cuando se calienta. Han adquirido una gran importancia técnica. Los plásticos basados en estas resinas recibieron el nombre de su inventor, las baquelitas. Las materias primas para las resinas de fenol-formaldehído son el fenol (ácido carbólico) y la formalina (la formalina es una solución de formaldehído gaseoso en agua; el formaldehído se obtiene artificialmente mediante la oxidación del alcohol metílico con oxígeno atmosférico a una temperatura de 500-600 grados). En primer lugar, estas resinas comenzaron a usarse como sustituto de la resina natural: laca para aislamiento eléctrico. Pero pronto resultó que tenían muchas propiedades que no tenían ni la goma laca ni otras resinas naturales. Los fenoplastos comenzaron a conquistar rápidamente vastas áreas de aplicación y durante mucho tiempo ocuparon una posición de liderazgo entre los plásticos. Los productos fabricados con ellos se distinguieron por su resistencia al calor, resistencia al agua, muy alta resistencia mecánica y buenas propiedades aislantes. Fueron ampliamente utilizados para la fabricación de enchufes, tomas, cartuchos y otros elementos de equipos eléctricos, así como en la industria química como material para tinas, tanques y tuberías utilizadas en ambientes agresivos. El relleno de estos plásticos solía ser harina de madera. Más tarde, sobre la base de resinas fenólicas, comenzaron a obtenerse plásticos tan utilizados en ingeniería mecánica como getinaks, textolita y otros. Los productos de ellos se obtienen mediante prensado en caliente de tela, papel o madera contrachapada impregnada con resina. De esta forma, se pueden fabricar piezas muy resistentes y ligeras (por ejemplo, engranajes o cojinetes) que sustituyen con éxito a las metálicas. Además, a diferencia de estas últimas, estas piezas funcionan en silencio y no son susceptibles a los efectos destructivos de los aceites lubricantes. Sí, y fabricarlas es mucho más fácil y económico que las piezas metálicas. Si se utilizan hilos de vidrio como relleno, se forman plásticos que tienen mayor resistencia. Otra variedad muy extendida de plásticos se ha convertido en plásticos de carbamida. El principal material de partida para la producción de resinas de carbamida es la urea. La urea fue la primera sustancia orgánica de la historia que se sintetizó artificialmente; el químico alemán Wöhler lo obtuvo en 1828 a partir de cianuro de potasio, sulfato y amonio, pero recibió aplicación práctica solo cien años después. En 1918, el químico checo John patentó un método para fabricar una nueva resina a partir de urea y formaldehído. Esta resina tenía muchas propiedades notables: era incolora, duradera, poco inflamable, resistente al calor, transmitía perfectamente no solo la luz, sino también los rayos ultravioleta (que el vidrio ordinario no transmite) y se teñía fácilmente en cualquier color. Al mismo tiempo, sin embargo, tenía un inconveniente importante: absorbía la humedad. Pronto comenzó la producción de plásticos de carbamida. Se han generalizado como un excelente material de acabado y decoración. Mipor, que tiene excelentes propiedades de aislamiento térmico y acústico, también pertenece a la familia de estos plásticos. En los años siguientes, se sintetizaron muchos plásticos nuevos. Los plásticos transparentes fuertes se han generalizado en la tecnología, reemplazando con éxito al vidrio frágil. El más adecuado para estos fines era el metacrilato de polimetilo obtenido a partir de acetona, ácido cianhídrico y alcohol metílico. Se utiliza para producir vidrio orgánico ligero y duradero. El poliestireno (se obtiene a partir del etileno y el benceno) se ha convertido en un material indispensable para el aislamiento de alta frecuencia. En 1940, el químico alemán Müller e, independientemente de él, el científico soviético Andrianov obtuvieron los primeros plásticos de silicona. Las moléculas de estos plásticos, junto con el carbono, incluyen silicio. Esto le da a un nuevo tipo de plásticos propiedades muy valiosas: son altamente resistentes al calor (soportan temperaturas de hasta 400-500 grados), resistentes al agua, ácidos y solventes orgánicos. Todo esto les proporcionó una amplia gama de aplicaciones. Durante mucho tiempo, los químicos no lograron polimerizar el etileno. (El etileno es un gas ligero con la fórmula CH2=CH2.) Fue solo en 1937 que este problema se resolvió en parte: bajo una enorme presión de 1200 atm, el etileno se licuó, mientras que el doble enlace en su molécula se rompió y la reacción de polimerización empezó. (El resultado fue la molécula [-CH2-CH2-]n). Después de sintetizar 10-30% de polietileno, se disolvió etileno en él y se detuvo la reacción. Cuando se redujo la presión, el etileno se evaporó y luego se usó en un nuevo ciclo de reacción. Este método era muy costoso, por lo que el polietileno no podía recibir un uso significativo. En 1953, Zingler desarrolló un método más simple para la producción de polietileno: a una presión mucho más baja, se disolvía el etileno en gasolina, luego, a una presión de 10 atmósferas y en presencia de un catalizador (tricloruro de titanio alquilado), comenzaba la reacción de polimerización. . Con la aprobación de este método de producción, el polietileno (excelente aislante, resistente a los ácidos) se ha convertido en uno de los plásticos más utilizados. Autor: Ryzhov K.V.
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