"Четырежды рожденный"

Синтетические термопласты появились в обращении в 20-х годах нашего века. Вначале они робко внедрялись в те области, которые были не по плечу ни реактопластам, ни иным материалам. А к нашим дням термопласты составляют уже более трех четвертей того пластмассового шара, о котором говорилось в начале книги. При этом характерно, что почти 90% мирового производства термопластов приходится на материалы из всего лишь трех синтетических полимеров - полиэтилена, поливинилхлорида и стирольных пластиков. Полистирол из них - самый старый, полиэтилен - самый молодой. Ниже будет подробно рассказана история каждого, здесь отметим лишь, что положение самого старого синтетического термопласта - полистирола - устойчиво по сей день. Темпы прироста производства полиэтилена столь высоки, что он за несколько лет обогнал все другие полимеры. В 1973 г., например, из 43 млн. т мирового ежегодного производства пластмасс 10 млн. т приходилось на долю полиэтилена. Однако стоит отметить, что еще в 1964 г. относительные объемы производства трех основных синтетических полимеров в передовых капиталистических странах выражались следующими цифрами (табл. 1).

Таблица 1

^* (Производство полистирола в каждой стране условно принято за 1.)

Приведенные данные наглядно показывают национальные особенности производства различных пластмасс. Искать объяснения этим особенностям - задача сложная и неблагодарная. Кроме специфики сырьевой базы, тут, несомненно, оказывает влияние и общий технический уровень - возможности изготовления оборудования, и национальные особенности потребления, и перипетии конкурентной борьбы - в капиталистических странах это очень существенный фактор, и многое другое. Оставим такой анализ для специалистов - экономистов и историков, мы же перейдем к описанию самих полимеров и пластмасс на их основе.

Первым из этих "трех китов" на свет появился полистирол. Еще в 1786 году Вильям Никольсон в "Словаре практической и теоретической химии" писал, что некий Ньюман, перегоняя какой-то растительный бальзам получил эмпириоматическое масло, осмоляющееся при нагревании. В 1839 г. Е. Симон повторил этот опыт и назвал получаемое масло стиролом. Дотошные архивокопатели, выискавшие эту публикацию Симона, считают, что осмоление масла было полимеризацией, а смола - полистиролом, одним из первых синтетических полимеров в истории человечества. В 1881 г. французский химик Лемуан обнаружил, что жидкий стирол, точная химическая формула которого к тому времени была уже установлена, под действием солнечного света превращается в твердое вещество, и объяснил это явление в соответствии с теорией А. М. Бутлерова как фотополимеризацию.

Промышленное производство полистирола началось, однако, лишь в 1927 г. на заводе "И. Г. Фарбениндустри" в Германии. Поскольку чистый полистирол - прозрачный термопласт, его производство было затеяно с целью получить небьющееся стекло для автомобилестроения и авиации. Однако уже к 1930 г. стало ясно, что в качестве органического стекла полистирол малоподходящий полимер: он довольно хрупок, размягчается уже при 100° С, и его быстро заменил полиметилметакрилат, производство которого под маркой перспекс было освоено в 1930 г. на заводах английской фирмы Ай-си-ай.

Полистирол нашел широкое применение в электротехнике. Из него стали делать аккумуляторные баки, каркасы катушек, детали конденсаторов, панели и изоляторы, особенно для высокочастотной техники, работающей в диапазоне температур от -60 до +80° С. Одновременно широким фронтом пошло применение полистирольных изделий в бытовой технике - от емкостей для хранения пищи до деталей холодильников.

"Второе дыхание" обрел полистирол в годы второй мировой войны. Боевые действия в Тихом океане отрезали США от источников натурального каучука, а автомобильная и авиационная промышленность жить не могли без каучука, без резиновых шин и резинотехнических изделий. Оказалось, что сополимеризация 30% стирола с 70% бутадиена дает материал, вполне удовлетворяющий потребности этих и иных отраслей. Ныне синтетические каучуки производятся в мире миллионами тонн, и стирольный среди них - один из главных. В Америке его называют джи-ар-эс, в Германии - буна-эс, в СССР - СКС. Попутно выяснилось, что сополимеризация стирола с бутадиеном в других соотношениях (более 90% стирола) дает отличные термопласты, которые к тому же не только не хрупки, а обладают высокой ударостойкостью, сохраняя прочность и великолепные электроизоляционные и диэлектрические свойства полистирола. После того как была разработана специальная технология получения таких сополимеров, их назвали ударопрочным полистиролом и стали выпускать во всех странах и применять для изготовления рассеивателей, крупногабаритных деталей технического назначения и предметов широкого потребления.

В третий раз выступил полистирол как первооткрыватель принципиально новых областей применения пластмасс уже на рубеже 50-х годов, когда был получен полистирольный пенопласт. Пенопластам и поропластам в этой книге будет посвящена отдельная глава, здесь отметим лишь, что бисерный полистирол - смесь полимера и вспенивателя в виде шариков диаметром 0,5-1,0 мм - необычайно удобный материал для получения формованных изделий из пенопласта. Насыпьте этот бисер в форму, подогрейте ее паром или просто кипящей водой, потом остудите, и вы получите готовое изделие из пенопласта нужной вам формы.

И все же по мере развития техники, по мере все более широкого применения стирольных пластиков у них стал выявляться один общий серьезный недостаток: низкая стойкость к действию бензина и минеральных масел. И этот дефект удалось преодолеть в 50-60-х годах, воспользовавшись удивительно легкой сополимеризацией стирола с различными другими мономерами. На этот раз в роли сомономера выступил акрилонитрил. Его сополимеры с 60-70% стирола оказались масло-, бензостойкими, сохранив в то же время прозрачность, отличные электрофизические и механические характеристики. К тому же сополимер оказался более термостойким. Что же касается стойкости к действию минеральных кислот и щелочей, корродирующих сред и растворов солей, то это свойство, общее у всех трех рассматриваемых термопластов, и о нем отдельно упоминать не будем.

Потому и сохраняет устойчивыми свои позиции полистирол, что он многолик. В форме литьевого материала и формованных изделий, ударостойких смол и пенопластов, порошков и пленок в мире в 1973 г. изготовлялось 5 млн. т полистирола и его сополимеров. И каждый год появляются все новые и новые примеры практического применения полистирола. Инженеры изучают распределение напряжений в фермах мостов и кранов, изготовляя их модели из полистирола и наблюдая их поведение в поляризованном свете. Моряки посыпают разлившуюся по поверхности моря нефть пенополистирольной крошкой, а потом сгребают ее в грузовые трюмы. А вот еще один пример, связанный с самоновейшими достижениями человечества - с изучением космических лучей. Читатель знает, что для таких исследований обычно используют камеры Вильсона, где след пролетевшей космической частицы фиксируется в виде туманного трека после наполнения камеры парами воды и резкого сброса давления. Однако камеры эти сложны в изготовлении и эксплуатации. Оказывается, блок очень чистого полистирола со специальными добавками, приготовленный по особой методике, может служить точно таким же фиксатором следа пролетевшей космической частицы: там, где частица ионизировала молекулы полистирола, появляется свечение. Нет числа практическим применениям стирольных пластиков, и еще неизвестно, какие новые появятся завтра.