Как устроен мир на самом деле. Наше прошлое, настоящее и будущее глазами ученого

Больше всего в мире производят термопластов — полимеров, которые размягчаются при нагревании и снова становятся твердыми при охлаждении. На полиэтилен (ПЭ) низкой и высокой плотности приходится более 20 % мирового производства полимеров, на полипропилен (ПП) — около 15 %, а на поливинилхлорид (ПВХ) — более 10 %[202]. В отличие от них, реактопласты (в частности, полиуретан, полиимид, меламин и мочевинный формальдегид) не размягчаются при нагревании.

Некоторые термопластичные соединения сочетают низкий удельный вес с относительно высокой прочностью (износостойкостью). Прочные алюминиевые сплавы в три раза легче углеродистой стали, но удельная плотность ПВХ составляет лишь 20 % удельной плотности стали, а ПП — всего 12 %. Предел прочности на разрыв конструкционной стали составляет 400 мегапаскалей, а полистирола — 100 мегапаскалей, в два раза больше, чем у дерева или стекла, и всего на 10 % меньше, чем у алюминия[203].

Это сочетание низкого веса и высокой прочности сделало термопластик превосходным материалом, например, для толстостенных труб и фланцев, противоскользящих поверхностей и химических резервуаров. Термопластичные полимеры нашли широкое применение в автомобильной промышленности, как для отделки салонов, так и для внешних деталей (бамперы из ПП, приборные панели из ПВХ, фары из поликарбоната); легкие высокотемпературные, или огнестойкие, термопласты (поликарбонат, смеси из ПВХ и акрила) используются для отделки салонов современных самолетов; армированные углеродным волокном пластмассы (композитные материалы) применяются для изготовления корпусов летательных аппаратов[204].

Первые пластмассы, в частности целлулоид, получаемый из нитрата целлюлозы и камфоры (легковоспламеняемая основа киноиндустрии, замененная только в 1950-х гг.), производились в небольших количествах еще в последние три десятилетия XIX в., но первые термореактивные пластмассы (с температурой плавления 150–160 °C) были получены в 1907 г. Лео Хендриком Бакеландом, бельгийским химиком, работавшим в Нью-Йорке[205]. Его фирма, General Bakelite Company, основанная в 1910 г., начала первой производить пластик в промышленных масштабах, формуя из него самые разные изделия, от электрических изоляторов до черных телефонов с вращающимся диском, а во время Второй мировой войны из пластика изготавливались детали легкого вооружения. В 1908 г. Жак Бранденбергер изобрел целлофан.

В период между двумя войнами начался синтез ПВХ в массовых масштабах; материал был изобретен еще в 1838 г., но использовался только в лабораториях. Компании DuPont в США, Imperial Chemical Industries (ICI) в Великобритании и IG Farben в Германии финансировали исследования (очень успешные) по разработке новых пластмасс[206]. В результате еще до Второй мировой войны началось промышленное производство ацетилцеллюлозы (в настоящее время используется в абсорбирующих тканях), неопрена (синтетическая резина), полиэстера (ткани для одежды и обивочный материал), полиметилметакрилата (органическое стекло, из-за эпидемии COVID его широко используют в качестве щитков и разделительных барьеров). С 1938 г. производится нейлон (первыми промышленными изделиями были щетина для зубных щеток и чулки, теперь из него изготавливаются самые разные изделия, от рыболовных сетей до парашютов) и — как упоминалось выше — тефлон, незаменимое антипригарное покрытие. Дешевый промышленный стирол тоже появился в 1930-х гг., но теперь используется преимущественно полистирол (ПС) — как упаковочный материал, а также для изготовления одноразовых чашек и тарелок.

В 1937 г. компания IG Farben начала выпуск полиуретана (вспененный материал для мебели, теплоизоляция), а в 1933 г. ICI применила очень высокое давление для синтеза полиэтилена (используется для упаковки и изоляции) и начала выпуск метилметакрилата (для изготовления клеящих веществ, покрытий и красок). Полиэтилентерефлатат (ПЭТ) — с 1970-х гг. он стал планетарным бедствием в виде бутылок из-под напитков — был запатентован в 1941 г., а его массовое производство началось в начале 1950-х гг. (та самая ПЭТ-бутылка была запатентована в 1973 г.)[207]. Среди самых известных изобретений послевоенного времени — поликарбонат (для оптических линз, стекол, жесткого покрытия), полиамид (для медицинских катетеров), жидкокристаллические полимеры (в первую очередь для электроники) и такие известные торговые марки компании DuPont, как тайвек (Tyvek^® 1955), лайкра (Lycra^® 1959) и кевлар (Kevlar^® 1971)[208]. К концу XX в. на мировом рынке были представлены 50 разных видов пластика, и это новое разнообразие — в сочетании с увеличением потребности в самых распространенных материалах (ПЭ, ПП, ПВХ и ПЭТ) — привело к экспоненциальному росту спроса.