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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Plásticos. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor Plásticos (massas plásticas) ou plásticos são materiais orgânicos baseados em compostos sintéticos ou naturais de alto peso molecular (polímeros). Plásticos baseados em polímeros sintéticos são extremamente utilizados. O nome "plásticos" significa que esses materiais são capazes de se formar sob a influência do calor e da pressão e manter uma determinada forma após resfriamento ou endurecimento. O processo de moldagem é acompanhado pela transição de um estado plasticamente deformável (fluxo viscoso) para um estado vítreo (sólido).
A utilização generalizada de plásticos é uma das marcas do nosso tempo. Praticamente todas as fibras, resinas e materiais naturais já possuem seus substitutos artificiais. Muitas outras substâncias foram criadas com propriedades que não são encontradas na natureza. E isso, aparentemente, é apenas o começo de uma revolução grandiosa, igual em importância às grandes revoluções materiais do passado - o desenvolvimento do bronze e do ferro. Via de regra, o plástico é um composto orgânico complexo que inclui vários componentes. O mais importante deles, que determina as propriedades básicas do material, é a resina artificial. A produção de qualquer plástico começa com a preparação desta resina. Em geral, as resinas ocupam uma posição intermediária entre as substâncias sólidas e líquidas. Por um lado, possuem muitas das qualidades dos sólidos, mas também são amplamente caracterizados pela fluidez, ou seja, pela capacidade de mudar facilmente de forma. Em termos de estrutura interna, as resinas também ocupam uma posição distinta: não possuem uma rede cristalina rígida, como a maioria dos sólidos; não possuem ponto de fusão específico e, quando aquecidos, amolecem gradativamente, transformando-se em um líquido viscoso. Assim como a borracha, da qual são muito próximas em suas propriedades, as resinas são polímeros, ou seja, suas moléculas consistem em um grande número de unidades idênticas (muitas vezes de estrutura muito simples). As resinas artificiais (sintéticas) podem ser obtidas como resultado de dois tipos de reações químicas: uma reação de condensação e uma reação de polimerização. Durante uma reação de condensação, quando duas ou mais substâncias interagem, uma nova substância é formada e também são liberados subprodutos (água, amônia e outros). As resinas fenólicas, por exemplo, são obtidas a partir do fenol e do formaldeído: duas moléculas de fenol são ligadas como se por uma ponte com o grupo metileno contido no formaldeído, e a água é liberada. Então essas moléculas já duplas se ligam umas às outras. O resultado final é uma molécula grande com uma estrutura linear ou tridimensional. Durante uma reação de polimerização, moléculas da mesma substância interagem. Ao se conectarem, eles formam uma nova substância - um polímero, sem liberar subprodutos. Conforme já observado no capítulo da borracha, todas as substâncias orgânicas que possuem átomos de carbono com ligação dupla ou tripla em sua molécula são capazes de polimerização. A resina liga, ou, como às vezes dizem, cimenta, todos os componentes do plástico, conferindo-lhe plasticidade e outras qualidades valiosas - dureza, resistência à água, propriedades de isolamento mecânico e elétrico. Além da resina, em muitos tipos de plásticos um lugar importante (50-70% da massa) é ocupado pelas chamadas cargas, que podem ser substâncias orgânicas ou minerais. Dentre as cargas orgânicas, a mais importante é a celulose (utilizada na forma de papel, tecido ou linter - fiapos de algodão; são impregnadas com uma solução de resina, depois secas e prensadas). As cargas inorgânicas incluem mica, ardósia, talco, amianto, tecido de vidro e grafite. Via de regra, as cargas são muito mais baratas que a resina e sua introdução, se bem selecionada, quase não deteriora as propriedades dos plásticos. Às vezes, a introdução de um enchimento bem escolhido melhora até a qualidade do plástico. Também pode ser melhorado com a ajuda de aditivos e plastificantes especiais. Os primeiros, mesmo em pequenas quantidades, conferem novas propriedades aos plásticos (por exemplo, a adição de metal transforma um plástico condutor em um dielétrico). E os plastificantes, formando uma solução com a resina, amaciam-na e conferem-lhe plasticidade adicional. O início da produção de plásticos a partir de materiais artificiais remonta ao primeiro terço do século XIX. Em 1830, um dos primeiros plásticos, Camptulicon, foi produzido na Inglaterra. A base deste material estratificado era o tecido de juta, sobre o qual era enrolada uma mistura de borracha, cortiça triturada e alguns outros componentes. Porém, devido ao alto preço da borracha, a produção desse plástico não se generalizou. Em 1863, o inglês Walton substituiu a borracha pela linoxina e assim lançou as bases para a produção de linóleo. Até hoje é muito utilizado como revestimento de pisos, pois se desgasta muito mais lentamente que a madeira e até o mármore. A ampla utilização do plástico começou com a invenção do celulóide, criado a partir da celulose. A celulose, ou fibra, é a base da madeira e de outros materiais vegetais; sua molécula consiste em um grande número de unidades de estrutura simples; na forma purificada é uma substância incolor, infusível e insolúvel. Em 1845, descobriu-se que quando a celulose (algodão) é tratada com ácidos nítrico e sulfúrico, forma-se um éster nitrato, conhecido como piroxilina. Este material é muito perigoso e, quando seco, explode com enorme força. No entanto, mais tarde notaram que quando molhado não é nada perigoso. Surgiu a questão: se a água priva a piroxilina de seu poder explosivo, então talvez haja outra maneira de influenciar suas propriedades. Descobriu-se que se a nitrocelulose úmida for misturada com cânfora, obtém-se um plástico que pode ser processado em rolos, prensado e moldado. Em 1869, os irmãos Highet obtiveram desta forma o celulóide, que começou a ser produzido industrialmente em 1872. O celulóide era muito durável, bonito e podia ser tingido em qualquer cor ou usado como filme transparente. Este plástico logo se espalhou. Começaram a fazer fotografias e filmes, pentes, caixas, brinquedos infantis, botões e cintos. No entanto, o celulóide tinha uma desvantagem importante - revelou-se inflamável e inflamava-se com muita facilidade. Em 1872, o químico alemão Bayer sintetizou uma nova substância formadora de resina combinando fenol com formaldeído na presença de ácido clorídrico. Devido à falta de formaldeído barato na época, essa descoberta não teve aplicação industrial. Somente no início do século XX começou a se estabelecer a produção fabril de resinas de fenol-formaldeído, principalmente depois que em 1908 o pesquisador inglês Baekeland encontrou um método para produzir plásticos fenólicos a partir das mesmas matérias-primas, que têm a capacidade de se tornarem infusíveis e insolúvel quando aquecido. Eles adquiriram grande importância técnica. Os plásticos baseados nessas resinas foram nomeados baquelites em homenagem ao seu inventor. As matérias-primas para resinas de fenol-formaldeído são fenol (ácido carbólico) e formalina (a formalina é uma solução de gás formaldeído em água; o formaldeído é produzido artificialmente pela oxidação do álcool metílico com oxigênio atmosférico a uma temperatura de 500-600 graus). Em primeiro lugar, essas resinas passaram a ser utilizadas como substituto da resina natural - goma-laca para isolamento elétrico. Mas logo descobriu-se que eles tinham muitas propriedades que nem a goma-laca nem outras resinas naturais tinham. Os plásticos fenólicos rapidamente começaram a ganhar ampla gama de aplicações e por muito tempo ocuparam um lugar de destaque entre os plásticos. Os produtos feitos com eles se distinguiam pela resistência ao calor, resistência à água, resistência mecânica muito elevada e boas propriedades isolantes. Foram muito utilizados na fabricação de plugues, tomadas, cartuchos e outros itens de equipamentos elétricos, bem como na indústria química como material para cubas, tanques e tubulações utilizadas em ambientes agressivos. O enchimento desses plásticos geralmente era farinha de madeira. Posteriormente, a partir de resinas fenólicas, começaram a ser produzidos plásticos amplamente utilizados na engenharia mecânica, como getinax, textolite e outros. Os produtos deles são obtidos por prensagem a quente de tecido, papel ou compensado impregnado com resina. Desta forma, é possível produzir peças muito resistentes e leves (por exemplo, engrenagens ou rolamentos), que substituem com sucesso as metálicas. Além disso, ao contrário destas últimas, estas peças funcionam silenciosamente e não são suscetíveis aos efeitos destrutivos dos óleos lubrificantes. E são muito mais fáceis e baratos de produzir do que peças metálicas. Se fios de vidro forem usados como enchimento, são formados plásticos com maior resistência. Outro tipo de plástico muito difundido é o plástico de ureia. A principal matéria-prima para a produção de resinas de ureia é a uréia. A uréia foi a primeira substância orgânica da história que pôde ser sintetizada artificialmente; o químico alemão Wöhler obteve-o em 1828 a partir de cianeto de potássio, sulfato e amônio, mas recebeu aplicação prática apenas cem anos depois. Em 1918, o químico checo John obteve a patente de um método para produzir uma nova resina a partir de ureia e formaldeído. Essa resina tinha muitas propriedades notáveis: era incolor, durável, pouco inflamável, resistente ao calor, transmitia perfeitamente não só a luz, mas também os raios ultravioleta (que o vidro comum não transmite) e era facilmente pintada em qualquer cor. Ao mesmo tempo, porém, tinha uma desvantagem significativa - absorvia umidade. Logo começou a produção de plásticos de uréia. Difundiram-se como excelente material de acabamento e decoração. Mipore, que possui notáveis propriedades de isolamento térmico e acústico, também pertence à família desses plásticos. Nos anos seguintes, muitos novos plásticos foram sintetizados. Plásticos transparentes duráveis se espalharam pela tecnologia, substituindo com sucesso o vidro frágil. O mais adequado para esses fins era o polimetilmetacrilato, obtido a partir de acetona, ácido cianídrico e álcool metílico. É usado para produzir vidro orgânico leve e durável. O poliestireno (obtido a partir do etileno e do benzeno) tornou-se um material indispensável para o isolamento de alta frequência. Em 1940, o químico alemão Müller e, independentemente dele, o cientista soviético Andrianov obtiveram os primeiros plásticos de silicone. As moléculas desses plásticos incluem silício junto com carbono. Isso confere ao novo tipo de plástico propriedades muito valiosas: eles são caracterizados por alta resistência ao calor (resistem a temperaturas de até 400-500 graus), resistentes à água, ácidos e solventes orgânicos. Tudo isso proporcionou-lhes uma ampla gama de aplicações. Durante muito tempo, os químicos não conseguiram polimerizar o etileno. (O etileno é um gás leve com a fórmula CH2=CH2.) Somente em 1937 esse problema foi parcialmente resolvido: sob enorme pressão de 1200 atm, o etileno foi liquefeito, a ligação dupla em sua molécula foi quebrada e a reação de polimerização começou. (O resultado foi uma molécula [-CH2-CH2-]n.) Depois que 10-30% do polietileno foi sintetizado, o etileno se dissolveu nele e a reação parou. À medida que a pressão diminuiu, o etileno evaporou e foi então utilizado em um novo ciclo de reação. Esse método era muito caro, então o polietileno não podia ser amplamente utilizado naquela época. Em 1953, Zingler desenvolveu um método mais simples para a produção de polietileno: a uma pressão muito menor, o etileno foi dissolvido na gasolina, depois, sob uma pressão de 10 atmosferas e na presença de um catalisador (tricloreto de titânio alquilado), iniciou-se a reação de polimerização. Com a aprovação deste método de produção, o polietileno (excelente isolante, impermeável aos ácidos) tornou-se um dos plásticos mais utilizados. Autor: Ryzhov K.V.
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