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STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Plastica. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano Le materie plastiche (masse plastiche) o materie plastiche sono materiali organici a base di composti ad alto peso molecolare (polimeri) sintetici o naturali. Le materie plastiche basate su polimeri sintetici sono estremamente utilizzate. Il nome "plastica" significa che questi materiali sono in grado di formarsi sotto l'influenza del calore e della pressione e mantenere una determinata forma dopo il raffreddamento o l'indurimento. Il processo di stampaggio è accompagnato dalla transizione da uno stato plasticamente deformabile (flusso viscoso) a uno stato vetroso (solido).
L'uso diffuso della plastica è uno dei tratti distintivi del nostro tempo. Praticamente tutte le fibre naturali, le resine e i materiali ora hanno i loro sostituti artificiali. Molte altre sostanze sono state create con proprietà che non si trovano in natura. E questo, a quanto pare, è solo l'inizio di un grandioso sconvolgimento, uguale per significato alle grandi rivoluzioni materiali del passato: lo sviluppo del bronzo e del ferro. Di norma, la plastica è un composto organico complesso che include diversi componenti. Il più importante di questi, che determina le proprietà di base del materiale, è la resina artificiale. La produzione di qualsiasi plastica inizia con la preparazione di questa resina. In generale, le resine occupano una posizione intermedia tra le sostanze solide e liquide. Da un lato hanno molte delle qualità dei solidi, ma hanno anche una grande fluidità, cioè la capacità di cambiare facilmente la loro forma. Anche in termini di struttura interna, le resine occupano una posizione separata: non hanno un reticolo cristallino rigido, come la maggior parte dei solidi; non hanno un punto di fusione definito e, una volta riscaldati, si ammorbidiscono gradualmente, trasformandosi in un liquido viscoso. Come la gomma, a cui sono molto simili nelle loro proprietà, le resine sono polimeri, cioè le loro molecole sono costituite da un numero enorme di unità identiche (spesso molto semplici nella struttura). Le resine artificiali (sintetiche) possono essere ottenute come risultato di due tipi di reazioni chimiche: reazioni di condensazione e reazioni di polimerizzazione. Durante la reazione di condensazione, quando due o più sostanze interagiscono, si forma una nuova sostanza e vengono ancora rilasciati sottoprodotti (acqua, ammoniaca e altri). Le resine fenoliche, ad esempio, si ottengono dal fenolo e dalla formaldeide: due molecole di fenolo sono legate tra loro, per così dire, da un ponte con un gruppo metilenico contenuto nella formaldeide, e si libera acqua. Quindi queste molecole, già doppie, si legano l'una all'altra. Alla fine si ottiene una grande molecola di struttura lineare o tridimensionale. In una reazione di polimerizzazione, le molecole della stessa sostanza entrano in interazione. Combinandosi tra loro, formano una nuova sostanza: un polimero senza isolare i sottoprodotti. Come già notato nel capitolo sulla gomma, tutte le sostanze organiche che hanno atomi di carbonio con un doppio o triplo legame nella loro molecola sono capaci di reazioni di polimerizzazione. La resina lega, o, come si dice a volte, cementa, tutte le parti costitutive della plastica, le conferisce plasticità e altre qualità preziose: durezza, resistenza all'acqua, proprietà di isolamento meccanico ed elettrico. Oltre alla resina in molti tipi di plastica, un posto importante (50-70% della massa) è occupato dai cosiddetti riempitivi, che possono essere sia sostanze organiche che minerali. Tra i riempitivi organici, la cellulosa è considerata la più importante (usata sotto forma di carta, tessuto o linter - vello di cotone; vengono impregnati con una soluzione di resina, quindi essiccati e pressati). I riempitivi inorganici includono mica, ardesia, talco, amianto, tela di vetro e grafite. Di norma, i riempitivi sono molto più economici delle resine e la loro introduzione, con la giusta selezione, quasi non pregiudica le proprietà della plastica. A volte l'introduzione di un riempitivo ben scelto migliora anche la qualità della plastica. Può anche essere migliorato con l'aiuto di speciali additivi e plastificanti. I primi, presi anche in piccole quantità, conferiscono nuove proprietà alla plastica (ad esempio, l'aggiunta di un metallo rende una plastica conduttiva da un dielettrico). E i plastificanti, formando una soluzione con la resina, la ammorbidiscono e le conferiscono ulteriore plasticità. L'inizio della produzione di materie plastiche a base di materiali artificiali risale al primo terzo del XIX secolo. Nel 1830 fu prodotta in Inghilterra una delle prime materie plastiche, il camptulikon. La base di questo materiale stratificato era un tessuto di iuta, su cui veniva arrotolata una miscela di gomma, sughero frantumato e alcuni altri componenti. Tuttavia, a causa del prezzo elevato della gomma, la produzione di questa plastica non è molto diffusa. Nel 1863 l'inglese Walton sostituì la gomma con la linoxina e pose così le basi per la produzione del linoleum. Finora è stato ampiamente utilizzato come rivestimento per pavimenti, poiché si cancella molto più lentamente del legno e persino del marmo. L'uso diffuso della plastica è iniziato con l'invenzione della celluloide, creata sulla base della cellulosa. La cellulosa, o fibra, è la base del legno e di altri materiali vegetali; la sua molecola è costituita da un numero enorme di unità di struttura semplice; in forma purificata è una sostanza incolore, infusibile e insolubile. Nel 1845 si scoprì che quando la cellulosa (ovatta) viene trattata con acido nitrico e solforico, si forma l'estere dell'acido nitrico, noto come pirossilina. Questo materiale è molto pericoloso ed esplode con grande forza una volta asciutto. Tuttavia, in seguito è stato notato che quando è bagnato non è affatto pericoloso. Sorge la domanda: se l'acqua priva la pirossilina del potere esplosivo, allora forse c'è un altro modo per influenzarne le proprietà. Si è scoperto che se la nitrocellulosa bagnata viene miscelata con la canfora, si ottiene una plastica che può essere lavorata su rulli, pressata e modellata. Nel 1869 i fratelli Hayeth ottennero in questo modo la celluloide, che iniziò ad essere prodotta commercialmente dal 1872. La celluloide aveva una grande resistenza, era bella e poteva essere tinta di qualsiasi colore o usata come pellicola trasparente. Questa plastica si diffuse presto. Hanno iniziato a fare foto da esso - e film, pettini, scatole, giocattoli per bambini, bottoni, cinture. Tuttavia, la celluloide presentava un importante inconveniente: si è rivelata combustibile e si è accesa molto facilmente. Nel 1872 il chimico tedesco Bayer sintetizzò una nuova sostanza resinosa combinando il fenolo con la formaldeide in presenza di acido cloridrico. A causa della mancanza di formaldeide a basso costo in quel momento, questa scoperta non ha ricevuto applicazioni industriali. Fu solo all'inizio del XX secolo che iniziò ad affermarsi la produzione in fabbrica di resine fenolo-formaldeide, soprattutto dopo che il ricercatore inglese Baekeland nel 1908 trovò un metodo per la produzione di plastiche fenoliche dalle stesse materie prime, che hanno il capacità di diventare infusibile e insolubile quando riscaldato. Hanno acquisito una grande importanza tecnica. Le materie plastiche a base di queste resine hanno preso il nome dal loro inventore Bakelites. Le materie prime per le resine fenolo-formaldeide sono il fenolo (acido fenico) e la formalina (la formalina è una soluzione di gas di formaldeide in acqua; la formaldeide si ottiene artificialmente ossidando l'alcol metilico con ossigeno atmosferico a una temperatura di 500-600 gradi). Prima di tutto, queste resine iniziarono ad essere utilizzate come sostituto della resina naturale - gommalacca per l'isolamento elettrico. Ma presto si scoprì che avevano molte proprietà che né la gommalacca né altre resine naturali avevano. I fenoplasti iniziarono rapidamente a conquistare vasti campi di applicazione per se stessi e per molto tempo occuparono una posizione di primo piano tra le materie plastiche. I prodotti che ne derivano si distinguevano per resistenza al calore, resistenza all'acqua, altissima resistenza meccanica e buone proprietà isolanti. Trovavano largo impiego per la fabbricazione di spine, prese, cartucce e altri articoli di apparecchiature elettriche, nonché nell'industria chimica come materiale per vasche, serbatoi e tubazioni utilizzati in ambienti aggressivi. Il riempitivo in queste materie plastiche era solitamente farina di legno. Successivamente, sulla base delle resine fenoliche, iniziarono a essere ottenute materie plastiche ampiamente utilizzate nell'ingegneria meccanica come getinaks, textolite e altri. I loro prodotti sono ottenuti pressando a caldo tessuto, carta o compensato impregnato di resina. In questo modo si possono realizzare parti molto robuste e leggere (ad esempio ingranaggi o cuscinetti) che sostituiscono con successo quelle metalliche. Inoltre, a differenza di queste ultime, queste parti funzionano silenziosamente e non sono suscettibili agli effetti distruttivi degli oli lubrificanti. Sì, e realizzarli è molto più facile ed economico delle parti metalliche. Se, tuttavia, vengono utilizzati fili di vetro come riempitivo, si formano materie plastiche che hanno una maggiore resistenza. Un'altra varietà molto diffusa di plastica è diventata la plastica carbammidica. Il principale materiale di partenza per la produzione di resine carbammidiche è l'urea. L'urea è stata la prima sostanza organica della storia ad essere sintetizzata artificialmente; il chimico tedesco Wöhler lo ottenne nel 1828 da cianuro di potassio, solfato e ammonio, ma ricevette un'applicazione pratica solo cento anni dopo. Nel 1918, il chimico ceco John ottenne un brevetto per un metodo per produrre una nuova resina da urea e formaldeide. Questa resina aveva molte proprietà notevoli: era incolore, durevole, poco infiammabile, resistente al calore, trasmetteva perfettamente non solo la luce, ma anche i raggi ultravioletti (che il vetro ordinario non trasmette) ed era facilmente tingibile in qualsiasi colore. Allo stesso tempo, tuttavia, presentava uno svantaggio significativo: assorbiva l'umidità. Presto iniziò la produzione di plastica carbammidica. Si sono diffusi come ottimo materiale di finitura e decorativo. Anche il Mipor, che possiede ottime proprietà di isolamento termico e acustico, appartiene alla famiglia di queste plastiche. Negli anni successivi furono sintetizzate molte nuove plastiche. Le forti plastiche trasparenti si sono diffuse nella tecnologia, sostituendo con successo il vetro fragile. Il più adatto a questi scopi era il polimetilmetacrilato ottenuto da acetone, acido cianidrico e alcol metilico. Viene utilizzato per produrre vetro organico resistente e leggero. Il polistirene (è ottenuto da etilene e benzene) è diventato un materiale indispensabile per l'isolamento ad alta frequenza. Nel 1940, il chimico tedesco Müller e, indipendentemente da lui, lo scienziato sovietico Andrianov ottennero la prima plastica di silicone. Le molecole di queste plastiche, insieme al carbonio, includono il silicio. Ciò conferisce a un nuovo tipo di plastica proprietà molto preziose: sono altamente resistenti al calore (resistono a temperature fino a 400-500 gradi), resistenti all'acqua, agli acidi e ai solventi organici. Tutto ciò ha fornito loro una vasta gamma di applicazioni. Per molto tempo, i chimici non sono riusciti a polimerizzare l'etilene. (L'etilene è un gas leggero con la formula CH2=CH2.) Fu solo nel 1937 che questo problema fu in parte risolto: sotto un'enorme pressione di 1200 atm, l'etilene si liquefò, mentre il doppio legame nella sua molecola si ruppe e la reazione di polimerizzazione iniziò. (Il risultato è stata la molecola [-CH2-CH2-]n.) Dopo che è stato sintetizzato il 10-30% di polietilene, l'etilene è stato disciolto in esso e la reazione è stata interrotta. Quando la pressione è stata abbassata, l'etilene è evaporato ed è stato quindi utilizzato in un nuovo ciclo di reazione. Questo metodo era molto costoso, quindi il polietilene non poteva quindi ricevere un uso significativo. Nel 1953 Zingler sviluppò un metodo più semplice per la produzione del polietilene: a una pressione molto più bassa si scioglieva l'etilene in benzina, quindi ad una pressione di 10 atmosfere ed in presenza di un catalizzatore (tricloruro di titanio alchilato), iniziò la reazione di polimerizzazione . Con l'approvazione di questo metodo di produzione, il polietilene (un ottimo isolante, resistente agli acidi) è diventato una delle materie plastiche più utilizzate. Autore: Ryzhov KV
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