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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Plastiques. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Les plastiques (masses plastiques) ou plastiques sont des matériaux organiques à base de composés macromoléculaires synthétiques ou naturels (polymères). Les plastiques à base de polymères synthétiques ont reçu une utilisation exceptionnellement large. Le nom "plastiques" signifie que ces matériaux, sous l'influence de la chaleur et de la pression, sont capables de former et de conserver une forme donnée après refroidissement ou durcissement. Le processus de moulage s'accompagne du passage d'un état plastiquement déformable (ductile) à un état vitreux (solide).
L'utilisation généralisée des plastiques est l'une des caractéristiques de notre époque. Pratiquement toutes les fibres, résines et matériaux naturels ont maintenant leurs substituts artificiels. De nombreuses autres substances ont été créées avec des propriétés qui ne se trouvent pas dans la nature. Et ceci, apparemment, n'est que le début d'une grande révolution, égale en importance aux grandes révolutions matérielles du passé - le développement du bronze et du fer. En règle générale, le plastique est un composé organique complexe qui comprend plusieurs composants. Le plus important d'entre eux, qui détermine les propriétés de base du matériau, est la résine artificielle. La production de tout plastique commence par la préparation de cette résine. En général, les résines occupent une position intermédiaire entre les substances solides et liquides. D'une part, ils ont de nombreuses qualités de solides, mais ils ont aussi une grande fluidité, c'est-à-dire la capacité de changer facilement de forme. Du point de vue de leur structure interne, les résines occupent également une place à part : elles n'ont pas de réseau cristallin rigide, comme la plupart des solides ; ils n'ont pas de point de fusion défini et, lorsqu'ils sont chauffés, se ramollissent progressivement pour se transformer en un liquide visqueux. Comme le caoutchouc, dont elles sont très proches dans leurs propriétés, les résines sont des polymères, c'est-à-dire que leurs molécules sont constituées d'un grand nombre d'unités identiques (souvent de structure très simple). Les résines artificielles (synthétiques) peuvent être obtenues à la suite de deux types de réactions chimiques : les réactions de condensation et les réactions de polymérisation. Au cours de la réaction de condensation, lorsque deux substances ou plus interagissent, une nouvelle substance se forme et des sous-produits (eau, ammoniac et autres) sont toujours libérés. Les résines phénoliques, par exemple, sont obtenues à partir de phénol et de formaldéhyde : deux molécules de phénol sont en quelque sorte liées par un pont avec un groupement méthylène contenu dans le formaldéhyde, et de l'eau est libérée. Puis ces molécules, déjà doubles, se lient les unes aux autres. Au final, une grande molécule de structure linéaire ou tridimensionnelle est obtenue. Dans une réaction de polymérisation, des molécules d'une même substance entrent en interaction. En se combinant, ils forment une nouvelle substance - un polymère sans sous-produits isolants. Comme déjà noté dans le chapitre sur le caoutchouc, toutes les substances organiques qui ont des atomes de carbone avec une double ou triple liaison dans leur molécule sont capables de réactions de polymérisation. La résine lie, ou, comme on dit parfois, cimente, toutes les parties constitutives du plastique, lui confère de la plasticité et d'autres qualités précieuses - dureté, résistance à l'eau, propriétés isolantes mécaniques et électriques. Outre la résine dans de nombreux types de plastiques, une place importante (50 à 70% de la masse) est occupée par les soi-disant charges, qui peuvent être à la fois des substances organiques et minérales. Parmi les charges organiques, la cellulose est considérée comme la plus importante (utilisée sous forme de papier, de tissu ou de linter - peignes en coton ; elles sont imprégnées d'une solution de résine, puis séchées et pressées). Les charges inorganiques comprennent le mica, l'ardoise, le talc, l'amiante, le tissu de verre et le graphite. En règle générale, les charges sont beaucoup moins chères que les résines et leur introduction, avec le bon choix, n'altère presque pas les propriétés des plastiques. Parfois, l'introduction d'une charge bien choisie améliore même la qualité du plastique. Il peut également être amélioré à l'aide d'additifs et de plastifiants spéciaux. Les premiers, pris même en petite quantité, confèrent de nouvelles propriétés aux plastiques (par exemple, l'ajout d'un métal rend un plastique conducteur à partir d'un diélectrique). Et les plastifiants, formant une solution avec la résine, la ramollissent et lui confèrent une plasticité supplémentaire. Le début de la production de plastiques à base de matériaux artificiels remonte au premier tiers du XIXe siècle. En 1830, l'un des premiers plastiques, camptulikon, a été produit en Angleterre. La base de ce matériau en couches était un tissu de jute, sur lequel un mélange de caoutchouc, de liège broyé et d'autres composants était enroulé. Cependant, en raison du prix élevé du caoutchouc, la production de ce plastique n'est pas très répandue. En 1863, l'Anglais Walton remplace le caoutchouc par de la linoxine et commence ainsi la production de linoléum. Jusqu'à présent, il était largement utilisé comme revêtement de sol, car il s'efface beaucoup plus lentement que le bois et même le marbre. L'invention du celluloïd, à base de cellulose, a lancé l'utilisation généralisée des plastiques. La cellulose, ou fibre, forme la base du bois et d'autres matières végétales; sa molécule est constituée d'un grand nombre d'unités structurellement simples; sous sa forme purifiée, c'est une substance incolore, infusible et insoluble. En 1845, il a été découvert que lorsque la cellulose (ouate de coton) est traitée avec des acides nitrique et sulfurique, un ester d'acide nitrique se forme, connu sous le nom de pyroxyline. Ce matériau est très dangereux et explose avec une grande force lorsqu'il est sec. Cependant, il a été remarqué plus tard que lorsqu'il est mouillé, il n'est pas dangereux du tout. La question s'est posée: si l'eau prive la pyroxyline de son pouvoir explosif, il existe peut-être un autre moyen d'influencer ses propriétés. Il s'est avéré que si la nitrocellulose humide est mélangée avec du camphre, vous obtenez un plastique qui peut être traité sur des rouleaux, pressé et moulé. En 1869, les frères Hayeth obtiennent ainsi du celluloïd, qui commence à être produit commercialement à partir de 1872. Le celluloïd avait une grande résistance, était beau et pouvait être teint de n'importe quelle couleur ou utilisé comme film transparent. Ce plastique s'est rapidement répandu. Ils ont commencé à en faire des photos - et des films, des peignes, des boîtes, des jouets pour enfants, des boutons, des ceintures. Cependant, le celluloïd avait un inconvénient important - il s'est avéré être combustible et s'enflammer très facilement. En 1872, le chimiste allemand Bayer synthétise une nouvelle substance résineuse en combinant du phénol avec du formaldéhyde en présence d'acide chlorhydrique. En raison du manque de formaldéhyde bon marché à cette époque, cette découverte n'a pas reçu d'application industrielle. Ce n'est qu'au début du XXe siècle que la production en usine de résines phénol-formaldéhyde a commencé à s'établir, en particulier après que le chercheur anglais Baekeland a trouvé en 1908 une méthode de production de plastiques phénoliques à partir des mêmes matières premières, qui ont le capacité à devenir infusible et insoluble lorsqu'il est chauffé. Ils ont acquis une grande importance technique. Les plastiques à base de ces résines ont été nommés d'après leur inventeur Bakélites. Les matières premières des résines phénol-formaldéhyde sont le phénol (acide carbolique) et le formol (le formol est une solution de formaldéhyde gazeux dans l'eau; le formaldéhyde est obtenu artificiellement en oxydant l'alcool méthylique avec de l'oxygène atmosphérique à une température de 500 à 600 degrés). Tout d'abord, ces résines ont commencé à être utilisées comme substitut de la résine naturelle - la gomme laque pour l'isolation électrique. Mais il s'est vite avéré qu'ils avaient de nombreuses propriétés que ni la gomme laque ni les autres résines naturelles n'avaient. Les phénoplastes ont commencé à conquérir rapidement de vastes domaines d'application et ont longtemps occupé une position de leader parmi les plastiques. Les produits fabriqués à partir de ceux-ci se distinguaient par leur résistance à la chaleur, leur résistance à l'eau, leur très haute résistance mécanique et leurs bonnes propriétés isolantes. Ils ont été largement utilisés pour la fabrication de fiches, prises, cartouches et autres équipements électriques, ainsi que dans l'industrie chimique comme matériau pour cuves, réservoirs et tuyaux utilisés dans des environnements agressifs. La charge de ces plastiques était généralement de la farine de bois. Plus tard, sur la base de résines phénoliques, des plastiques aussi largement utilisés en génie mécanique que les getinaks, les textolites et autres ont commencé à être obtenus. Leurs produits sont obtenus par pressage à chaud de tissu, de papier ou de contreplaqué imprégné de résine. De cette manière, il est possible de produire des pièces très résistantes et légères (par exemple, des engrenages ou des roulements), qui remplacent avec succès celles en métal. De plus, contrairement à ces derniers, ces pièces fonctionnent en silence et ne sont pas sensibles aux effets destructeurs des huiles de lubrification. Oui, et leur fabrication est beaucoup plus facile et moins chère que les pièces métalliques. Si des fils de verre sont utilisés comme charge, des plastiques se forment qui ont une résistance accrue. Une autre variété répandue de plastiques est devenue les plastiques carbamides. Le principal matériau de départ pour la production de résines de carbamide est l'urée. L'urée a été la première substance organique de l'histoire à être synthétisée artificiellement ; le chimiste allemand Wöhler l'a obtenu en 1828 à partir de cyanure de potassium, de sulfate et d'ammonium, mais il n'a reçu d'application pratique qu'un siècle plus tard. En 1918, le chimiste tchèque John a déposé un brevet pour une méthode de fabrication d'une nouvelle résine à partir d'urée et de formaldéhyde. Cette résine avait de nombreuses propriétés remarquables: elle était incolore, durable, peu inflammable, résistante à la chaleur, transmettait parfaitement non seulement la lumière, mais également les rayons ultraviolets (que le verre ordinaire ne transmet pas) et se teintait facilement dans n'importe quelle couleur. En même temps, cependant, il présentait un inconvénient important: il absorbait l'humidité. Bientôt, la production de plastiques au carbamide a commencé. Ils se sont répandus comme excellent matériau de finition et de décoration. Mipor, qui possède d'excellentes propriétés d'isolation thermique et phonique, appartient également à la famille de ces plastiques. Au cours des années suivantes, de nombreux nouveaux plastiques ont été synthétisés. Les plastiques transparents solides se sont répandus dans la technologie, remplaçant avec succès le verre fragile. Le plus approprié à ces fins était le polyméthacrylate de méthyle obtenu à partir d'acétone, d'acide cyanhydrique et d'alcool méthylique. Il est utilisé pour produire du verre organique durable et léger. Le polystyrène (il est obtenu à partir d'éthylène et de benzène) est devenu un matériau indispensable pour l'isolation haute fréquence. En 1940, le chimiste allemand Müller et, indépendamment de lui, le scientifique soviétique Andrianov ont obtenu les premiers plastiques en silicone. Les molécules de ces plastiques, ainsi que le carbone, comprennent du silicium. Cela confère à un nouveau type de plastiques des propriétés très précieuses : ils sont très résistants à la chaleur (supportent des températures allant jusqu'à 400-500 degrés), résistants à l'eau, aux acides et aux solvants organiques. Tout cela leur a fourni un large éventail d'applications. Pendant longtemps, les chimistes n'ont pas réussi à polymériser l'éthylène. (L'éthylène est un gaz léger de formule CH2=CH2.) Ce n'est qu'en 1937 que ce problème fut en partie résolu : sous une énorme pression de 1200 atm, l'éthylène se liquéfia, tandis que la double liaison de sa molécule était rompue et la réaction de polymérisation a commencé. (Le résultat a été la molécule [-CH2-CH2-]n.) Après la synthèse de 10 à 30 % de polyéthylène, l'éthylène y a été dissous et la réaction a été arrêtée. Lorsque la pression a été abaissée, l'éthylène s'est évaporé et a ensuite été utilisé dans un nouveau cycle de réaction. Cette méthode était très coûteuse, de sorte que le polyéthylène ne pouvait alors pas être utilisé de manière significative. En 1953, Zingler met au point une méthode plus simple de production de polyéthylène : à une pression beaucoup plus faible, l'éthylène est dissous dans l'essence, puis sous une pression de 10 atmosphères et en présence d'un catalyseur (trichlorure de titane alkylé), la réaction de polymérisation commence . Avec l'approbation de cette méthode de production, le polyéthylène (excellent isolant, résistant aux acides) est devenu l'un des plastiques les plus utilisés. Auteur : Ryzhov K.V.
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