В начале нашего века техника знала только три вида пластических масс: твердые растворы нитро — и ацетилцеллюлозы, галалит, производство которого основано на применении формалина в качестве дубителя, и пластмассы, образующиеся в результате реакции конденсации — фенопласты и аминопласты.
В 1912 году русский химик И. И. Остромысленский получил новую пластическую массу — поливинилхлорид. Это изобретение основано на трудах крупнейшего русского химика Алексея Евграфовича Фаворского.
А. Е. Фаворский (родился 4 марта 1860 года в селе Павлово Горьковской области, где и прошло его раннее детство. Он любил родные степи, леса и реки. Любил ходить на лыжах, охотиться, ловить рыбу. Страсть к охоте осталась у него на всю жизнь. Он славился как искусный птицелов и охотник.
Учился Фаворский в гимназии в Нижнем-Новгороде, а последние два класса закончил в Вологде.
После окончания гимназии в 1878 году он поступил на физико-математический факультет Петербургского университета.
Еще будучи студентом Фаворский решил посвятить себя научной работе в области органической химии. Большое влияние на решение молодого Фаворского оказали проникновенные и содержательные лекции корифеев русской химической науки — Д. И. Менделеева, А. М. Бутлерова, Н. А. Меншуткина, преподававших тогда в университете.
Фаворскому на первых порах его научной деятельности не везло.
Студенты считали его неудачником. По окончании университетского курса Фаворский записался в лабораторию к Бутлерову, но все места оказались занятыми.
Чтобы не терять года, он решил стать «медиком поневоле», и поступил лаборантом к профессору анатомии Овсянникову.
Овсянников дал ему задание — найти окончание легочных нервов у лягушек. Вооружившись большими ножницами, Фаворский отсекал головы лягушкам, которые тысячами привозились для опытов в лабораторию.
«Загубил я их тьму… — рассказывал он впоследствии, — но нервных окончаний так и не нашел».
Но вот у Бутлерова неожиданно освободилось в лаборатории место.
Бутлеров дал ему тему по ацетиленовым соединениям. С жаром принялся Фаворский за работу.
Ацетилен — газ. Его получают самыми различными способами из самых различных веществ: из карбида кальция при взаимодействии его с водой, при сухой перегонке органических соединений, при нагревании разных углеводородов.
Еще в начале нашего века ацетилен широко применялся для освещения. Ацетиленовые фонари дают яркобелый ослепительный свет. Ими пользовались в цехах, мастерских. Их устанавливали на автомобилях и велосипедах.
В настоящее время ацетиленовые фонари уступили место электрическим. Но ацетилен применяется в автогенных аппаратах для резки и сварки металлов. Он служит также важнейшим сырьем в химической промышленности.
Подобно этилену ацетилен представляет ненасыщенное соединение. Его молекула состоит всего лишь из двух атомов углерода и двух атомов водорода. Поэтому у каждого углерода остаются три свободных «крючочка»-валентности, которыми они связываются Между собой. Такая связь называется тройной.
Ацетилен является родоначальником многочисленного семейства ненасыщенных соединений с тройной связью. Так же как и ненасыщенные соединения с двойной связью, ацетиленовые соединения способны полимеризоваться.
В те годы ацетиленовые соединения были еще мало исследованы. Фаворский по заданию Бутлерова изучал одно из них. До позднего вечера засиживался он в лаборатории, но выполнить задание своего учителя так и не смог.
Но, настойчиво исследуя причины неудачи, Фаворский сделал важное открытие.
Впервые в истории органической химии он установил, что в ацетиленовых углеводородах при нагревании под действием раствора щелочи в спирте происходит перегруппировка атомов. Химический состав вещества не изменяется, а само вещество словно перерождается. Образуются другие соединения с совершенно новыми свойствами. Это объясняется перемещением тройной связи между атомами углерода.
Открытие Фаворского получило высокую оценку Бутлерова. Оно позволило по-новому подойти к изучению органических молекул и химических реакций. Если раньше изучали преимущественно взаимодействие отдельных атомов и их перемещения в молекуле, то Фаворский стал исследовать перемещения внутри молекулы целых групп атомов без ее разрушения.
Химики до Фаворского исследовали наиболее «простые реакции: реакцию соединения, когда из двух-трех веществ получается одно новое, реакцию замещения, когда молекулы разных веществ обмениваются атомами, реакцию разложения, когда из одного вещества получаются два и более.
Фаворский же исследовал реакцию, в которой участвует только одно вещество. Под влиянием внешних условий оно преобразуется в новые вещества. Ученый вскрыл закономерности этой реакции и научился ею управлять.
А. Е. Фаворский развил и усовершенствовал теорию строения органических веществ, созданную великим Бутлеровым. Он изучал молекулу органических соединений в ее движении и изменении.
Много лет творческого напряженного труда посвятил Фаворский изучению ацетиленовых соединений, он предсказал им огромное будущее. Предвидение. Фаворского полностью оправдалось: из ацетилена в наши дни получают более тысячи разных химических веществ.
Фаворский открыл новый тип органических соединений, которые получили название виниловых.
Такие соединения имеют в своей молекуле группу, которая состоит из трех атомов водорода и двух атомов углерода, сцепленных двойной связью. Двойная связь непрочна, она может размыкаться. Поэтому виниловые соединения способны к полимеризации. Из них теперь получают искусственное волокно, искусственный каучук и пластические массы.
Из винилхлорида получают поливинилхлорид, из винилацетата — поливинилацетат, из акрилатов — полиакрилаты. Все эти вещества представляют собой искусственные смолы.
Поливиниловая смола (поливинилацетат) в чистом виде — стекловидное, прозрачное, твердое вещество; поливинилхлоридные же смолы представляют собой непрозрачную массу.
При нагревании поливиниловая смола, так же как и все смолы, постепенно размягчается. Такие размягчающиеся от тепла вещества называются термопластичными в отличие от тех, которые при нагревании твердеют и поэтому называются термореактивными.
В производстве виниловые смолы получают преимущественно не целым куском, а в виде белого порошка. Это удобнее для переработки.
Поливиниловые смолы обычно, в отличие от фенопластов, употребляют без наполнителей, т. е. без каолина, мела или древесной муки.
Порошок поливинилхлорида засыпают в смеситель. К нему добавляют только краски и смягчающие вещества — пластификаторы, мягчители. Пластификатора к поливинилхлориду приходится добавлять много — до 70 процентов, так как поливинилхлорид очень жесткое, твердое вещество. Образовавшуюся массу хорошо разминают на горячих вальцах и пропускают через каландр. Получается гибкая, цветная, широкая лента. Из этого материала на наших заводах изготовляют непромокаемые плащи, дамские сумочки, пояса, настольную клеенку и т. п.
Но плащи из этого материала шьют не на швейных машинах, а сваривают электропаяльником.
Листы пластиката раскраивают. Кромки, подлежащие соединению, сближают и сваривают электропаяльником с ножеобразным наконечником или струей воздуха, нагретой до 200 градусов. Точно так же и чиня г поврежденные изделия из пластиката. Зашить дыру в пластикате обычными нитками нельзя. Нельзя ее заклеить клеем — пластикат не клеится. На поврежденное место накладывают кусок пластиката и сваривают горячим утюгом. Утюг должен быть нагрет не менее чем до 200 градусов.
Поливинилхлоридные пластики с каждым днем завоевывают все новые области применения. Дешевизна исходного сырья, простота изготовления и высокие качества ставят их в первые ряды многочисленной армии пластиков.
Поливинилхлорид с успехом применяется в электротехнике и радиотехнике.
В химической промышленности поливинилхлорид применяется для изготовления змеевиковых холодильников, различных баков. Тонкими листами этого пластика вместо свинца обкладывают изнутри химические аппараты.
Из него изготовляют также гибкие, прозрачные трубки для заводской и лабораторной аппаратуры, гонки и челноки для текстильных машин.
Если поливинилхлорид нанести на ткань, то получается материал, называемый текстовинитом.
Наша промышленность освоила производство этого нового материала, который служит заменителем кожи и бархата для обивки диванов автобусов, троллейбусов и автомобилей. Из него изготовляют также дамские сумочки, обувь, мелкие галантерейные изделия. На текстовинит можно тиснением наносить разный рисунок—под шагреневую кожу, под крокодиловую и т. п.
За последние годы стали выпускать и другой виниловый пластик, который получается при совместной полимеризации винилхлорида и винилацетата.
Дело в том что пластификаторы, которые приходится добавлять к поливинилхлориду, не только смягчают его жесткость, но и сильно ослабляют его прочность. Чистый поливинилхлорид тверд и прочен, пластифицированный — гибок, но не прочен. Получить материал одновременно гибкий и прочный из поливинилхлорида не удается.
Ученые прибегают к своеобразной хитрости. Они смешивают хлористый винил с винилацетатом и заставляют их полимеризоваться совместно. При совместной полимеризации в длинную цепочку полимера соединяются попеременно маленькие молекулы обоих веществ. Как в нитке разноцветных бус чередуются бусины разного цвета, так и в большой нитевидной молекуле сополимера скованы разные звенья, молекулы двух разных веществ.
Сополимер хлористого винила и винилацетата наследует свойства обоих веществ — прочность поливинилхлорида и гибкость поливинилацетата. Получается хорошая, гибкая пластическая масса. При разном соотношении обоих участников превращения в большие молекулы получаются пластики, обладающие неодинаковым молекулярным весом и разной степенью твердости. Если процент хлористого винила превышает 70, то получается вязкая масса для покрытия ткани. При 85—88 процентах хлористого винила получается масса, из которой изготовляют граммпластинки, а также плитки для покрытия полов.
Среди поливиниловых пластиков есть один особенный. Его получают не полимеризацией жидкости, как все другие, а из искусственной смолы — поливинилацетата, обрабатывая ее щелочью или кислотой.
Эту пластическую массу называют поливиниловым спиртом, хотя он вовсе не похож на своего более известного тезку — винный (этиловый) спирт.
Для химиков спирты — это прежде всего органические соединения, в молекулах которых имеется гидроксил — группа из одного атома водорода и одного атома кислорода. Поливиниловый спирт представляет твердое вещество, которое, однако, может быть приведено в каучукообразное состояние, если его обработать глицерином.
Пластики, изготовляемые из этого спирта, не боятся ни масла, ни бензина, не растворяются почти ни в каких растворителях, даже в таких сильных, как, например, сероуглерод или хлороформ.
Трубки из поливинилового спирта обладают свойством передавать звук с минимальным искажением. Звук получается чистый, так как не поглощается стенками трубки. Поливиниловый спирт пригоден Для изготовления медицинских слуховых трубок, рупоров громкоговорителей и других акустических приборов.
Один из ведущих советских ученых, работающих в области пластических масс, член-корреспондент Академии наук СССР профессор С. Н. Ушаков разработал способы получения новых пластиков из поливинилового спирта.
Эти пластики обладают хорошими изоляционными свойствами и образуют прочные и эластичные пленки.
Некоторые из них обладают способностью самовосстанавливаться. Например, при случайном повреждении электроизоляции из формаля достаточно нагреть провод до 200 градусов. Изоляция начинает плавиться и затягивает поврежденное место.