Пyмяyx**
19.09.2024, 19:02
Неполная история бакелита. Как появился и где использовался первый «суперпластик» человечестваПост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
17 сентября 2024, 12:27 | Истории | Наука и космос (https://www.ixbt.com/live/blog/science/)
Бакелит — материал, изменивший мир. Его появление ознаменовало начало новой эры в истории человечества, эры синтетических полимеров. «Материал тысячи применений» — так называли бакелит современники. И действительно, трудно переоценить его влияние на развитие промышленности начала прошлого столетия.
https://img.ixbt.site/live/images/original/29/02/36/2024/09/12/cc4b62be13.jpg?w=877 (https://img.ixbt.site/live/images/original/29/02/36/2024/09/12/cc4b62be13.jpg)Автор: LeVK
До появления бакелита люди использовали лишь то, что давала им природа, лишь слегка модифицируя естественные материалы. Бакелит же открыл новую эру — эру синтетических материалов, созданных человеком «с нуля». Он ознаменовал переход от простого использования природных ресурсов к их глубокому преобразованию, позволив человечеству выйти за рамки ограничений, налагаемых природой. Но… Почему именно бакелит оказался столь уникален? Я предлагаю погрузиться в эту интересную, но, полагаю, неполную — ибо невозможно охватить всё за одну статью — историю.
Эра природных материалов: что было до бакелита?До появления бакелита человечество довольствовалось лишь тем, что могла предложить природа. Дерево, камень, металлы — вот основные материалы, из которых создавались предметы быта и производства. Конечно, люди научились модифицировать природные материалы, создавая их полусинтетические производные, но до настоящего синтеза было ещё далеко. Однако растущие потребности общества требовали новых решений, и люди начали экспериментировать с полусинтетическими материалами.
Одним из первых таких материалов стал целлулоид, изобретённый в 1869 году. Он производился из нитроцеллюлозы и камфоры и нашёл применение в производстве кинопленки, зубных протезов и бильярдных шаров. Однако целлулоид был крайне огнеопасен и не подходил для многих применений.
Собственно, целлулоид — это буквально твердая модификация нитроклетчатки. Которая, напомню, использовалась в качестве компонента бездымного пороха.
Галалит, полученный из казеина и формальдегида, использовался для изготовления пуговиц и украшений, но был недостаточно прочен и устойчив к влаге. Шеллак, природная смола, добываемая из выделений некоторых насекомых, применялся для создания лаков и грампластинок, но его производство было ограничено и дорого.
Попытки создать полностью синтетический пластик, лишенный хотя бы части этих недостатков предпринимались неоднократно, но сталкивались с серьёзными препятствиями. Главными проблемами были необходимость в высокочистых исходных веществах, которые в то время были труднодоступны, и сложность контроля процесса полимеризации.
Эти факторы делали промышленное производство синтетических полимеров экономически невыгодным и технически сложным. Кроме того, многие процессы синтеза были слишком сложны или дороги для промышленного применения. Мир ждал революционного открытия, которое изменило бы правила игры.
Путь к открытию. Эксперименты Лео БакеландаИстория бакелита неразрывно связана с именем бельгийско-американского химика Лео Бакеланда. Родившись в 1863 году в Генте, Бакеланд проявил интерес к химии ещё в юности. Получив образование в родной Бельгии, он эмигрировал в США, где сделал успешную карьеру, работая над улучшением фотоматериалов.
Именно работа над фотобумагой привела Бакеланда к экспериментам с фенолформальдегидными смолами. В 1905 году он начал систематические исследования реакции между фенолом и формальдегидом, стремясь создать синтетическую замену дорогому природному шеллаку и несовершенному галалиту, считая, что другие вещества также можно полимеризовать с помощью формальдегида, и среди них должен найтись более удачный вариант. Бакеланд методично изучал влияние различных катализаторов, температуры и давления на ход реакции, ведя подробные записи своих экспериментов.
Упорство и научный подход принесли свои плоды — в 1907 году Бакеланд подал патентную заявку (https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/003011121/publication/US942699A?q=pn%3DUS942699) на «способ изготовления нерастворимого продукта конденсации фенола и формальдегида». Этот продукт и стал известен миру как бакелит — первый полностью синтетический пластик, патент которого был официально подтвержден в 1909.
https://img.ixbt.site/live/images/original/29/02/36/2024/09/12/7d46e050f4.jpg?w=877 (https://img.ixbt.site/live/images/original/29/02/36/2024/09/12/7d46e050f4.jpg)Автор: LeVK
Именно бакелит стал первым «суперпластиком» человечества — материалом, превосходившим в своей нише все натуральные аналоги. Не «эрзац», но замена.
Химия бакелитаБакелит образуется в результате реакции поликонденсации между фенолом и формальдегидом. Это процесс, при котором молекулы двух веществ соединяются, образуя длинные полимерные цепи. Что делает бакелит особенным, так это его принадлежность к классу термореактивных полимеров.
Термореактивные полимеры при нагревании необратимо затвердевают. В случае с бакелитом, начальная реакция создаёт линейные полимерные цепи, которые при дальнейшем нагревании образуют прочные поперечные связи. Этот процесс, называемый «отверждением», придаёт бакелиту исключительную прочность и устойчивость к высоким температурам.
Однако та же особенность, которая делает бакелит столь прочным, является и его главным недостатком. Невозможность переплавки означает, что бакелитовые изделия нельзя переработать или отформовать заново. Кроме того, из-за жёсткой трёхмерной структуры бакелит довольно хрупок и может трескаться при сильном ударе.
Уникальная технологичность бакелитаОдним из ключевых факторов успеха бакелита стала его удивительная технологичность. В отличие от многих других химических процессов, синтез бакелита не требовал идеально чистых исходных веществ или стерильных условий, а производить его можно было на крайне примитивном оборудовании даже по меркам конца XIX века.
Бакелит можно было получить даже из весьма грязных материалов. Например, вместо чистого фенола можно было использовать каменноугольную «карболку» — побочный продукт перегонки каменного угля. Формальдегид тоже не требовал тщательной очистки. Конечно, использование более грязного сырья и грубые нарушения технологии производства приводили к некоторому ухудшению свойств конечного продукта, но даже в этом случае бакелит сохранял свои основные характеристики.
Эта особенность сделала производство бакелита доступным даже в условиях ограниченных ресурсов и примитивной технологической базы. Неудивительно, что он быстро распространился по всему миру, включая постреволюционную Россию, где его выпускали под маркой «Карболит». Бакелит стал поистине демократичным материалом, доступным для массового производства в самых разных условиях.
Эра бакелита: от радиоприемников до украшенийБлагодаря своим уникальным свойствам и относительной простоте производства, бакелит быстро нашёл применение в самых разных областях. Уже к концу 1910-х годов он стал незаменимым материалом в электротехнике, автомобилестроении и производстве бытовых предметов.
В электротехнике бакелит использовался для изготовления изоляторов, панелей выключателей и розеток. Его высокая термостойкость и отличные изоляционные свойства сделали его идеальным материалом для корпусов радиоприёмников и телефонов. В автомобильной промышленности из бакелита изготавливали детали систем конструкции и различные декоративные элементы.
В быту бакелит также быстро завоевал популярность. Ручки кухонной утвари, шахматные фигуры, пепельницы, футляры для косметики — всё это теперь можно было делать из прочного и элегантного материала. Особую нишу бакелит занял в ювелирном деле — броши, браслеты и другие украшения из этого материала стали символом современности и прогресса в 1920-30-е годы.
https://img.ixbt.site/live/images/original/29/02/36/2024/09/12/01739f8478.jpg?w=877 (https://img.ixbt.site/live/images/original/29/02/36/2024/09/12/01739f8478.jpg)Автор: LeVK
Нельзя не отметить оружейную промышленность, где бакелит «в ходу» до сих пор: из него делают магазины, цевья, приклады и иные пластиковые части «стрелковки», а также солдатскую аммуницию — хотя в наше время объёмы производства, бесспорно, сократились.
Примечательно, что даже с появлением новых синтетических материалов, таких как полистирол, бакелит долго сохранял свои позиции. Вплоть до 1950-х годов он оставался одним из самых востребованных пластиков, настолько универсальным и освоенным в промышленности был этот материал.
Ограничения бакелита и появление конкурентовНесмотря на свои многочисленные достоинства, бакелит не был лишен недостатков. Главным из них была хрупкость — бакелитовые изделия могли треснуть или расколоться при сильном ударе. Это ограничивало его применение в областях, где требовалась высокая ударопрочность.
Другим существенным недостатком была ограниченная цветовая гамма. Бакелит в чистом виде имеет тёмно-коричневый или чёрный цвет, и хотя его можно было окрашивать, список приемлемых красителей был весьма ограничен, в основном, оттенками серого, красного и оражевого. Это создавало проблемы для дизайнеров, стремившихся к более ярким и разнообразным цветовым решениям.
https://img.ixbt.site/live/images/original/29/02/36/2024/09/12/8fbf3aa2ef.jpg?w=877 (https://img.ixbt.site/live/images/original/29/02/36/2024/09/12/8fbf3aa2ef.jpg)Да, бесспорно, бакелит можно было покрасить. Но это решение тоже отнюдь не беспроблемное.Автор: LeVK
Кроме того, при нагревании бакелит мог выделять небольшое количество формальдегида, что ограничивало его использование в некоторых бытовых приборах, особенно связанных с приготовлением пищи.
С развитием химической промышленности появились новые синтетические полимеры, лишенные многих недостатков бакелита. Полиэтилен, нейлон, полистирол — эти материалы обладали своими уникальными свойствами и были лишены многих недостатков бакелита. Они были более гибкими, легче окрашивались и не выделяли вредных веществ при нагревании — хотя и не были термостабильными, так что бакелиту осталось место даже в новом мире. Эра безраздельного господства карболита подходила к концу, уступая место новому поколению пластиков.
Наследие бакелита в современном миреХотя бакелит в его первоначальном виде сегодня используется редко, его наследие живет в современной промышленности. Фенолформальдегидные смолы, производные бакелита, до сих пор находят применение в производстве клеев, лаков и композитных материалов.
Интересно, что старые карболитовые изделия стали предметом коллекционирования. Винтажные телефоны, радиоприёмники, украшения из бакелита высоко ценятся любителями истории дизайна и технологий. Их уникальный внешний вид и ощущение «подлинности» эпохи делают их желанными экспонатами для музеев и частных коллекций.
В промышленности место бакелита заняли его современные аналоги — фенольные смолы нового поколения. Они сохранили лучшие качества своего предшественника, но лишены многих его недостатков. Эти материалы широко используются в автомобилестроении, электронике и даже в космической технике, продолжая традиции, заложенные первым синтетическим пластиком.
Бакелит как революция человечества. Вместо итогаПоявление бакелита стало не просто технологическим прорывом — оно ознаменовало начало новой эры в истории человечества. Впервые люди создали материал, которого не существовало в природе, материал с заданными свойствами, отвечающий конкретным потребностям промышленности и общества.
Его история настолько обширна, что в этой статье я рассмотрел даже не все реперные точки — а это уже и так 10 килознаков…
Бакелит изменил саму философию производства. Если раньше человечество лишь адаптировало то, что давала природа, то теперь оно начало активно преобразовывать мир вокруг себя. Человечество больше не ограничивалось тем, что могла предложить природа — теперь оно могло создавать материалы с заданными свойствами, отвечающие конкретным потребностям. Этот шаг от использования природных ресурсов к их трансформации стал поворотным моментом в развитии цивилизации.
Сегодня, живя в мире, где пластик окружает нас повсюду, трудно не оценить значение того давнего открытия. Оно не только революционизировало промышленность, но и заложило основы современного потребительского общества, где искусственные материалы окружают нас повсюду. В этом смысле влияние бакелита на развитие цивилизации сопоставимо разве что с влиянием бетона — другого искусственного материала, изменившего облик нашего мира. Но это уже тема для совсем другой истории…
17 сентября 2024, 12:27 | Истории | Наука и космос (https://www.ixbt.com/live/blog/science/)
Бакелит — материал, изменивший мир. Его появление ознаменовало начало новой эры в истории человечества, эры синтетических полимеров. «Материал тысячи применений» — так называли бакелит современники. И действительно, трудно переоценить его влияние на развитие промышленности начала прошлого столетия.
https://img.ixbt.site/live/images/original/29/02/36/2024/09/12/cc4b62be13.jpg?w=877 (https://img.ixbt.site/live/images/original/29/02/36/2024/09/12/cc4b62be13.jpg)Автор: LeVK
До появления бакелита люди использовали лишь то, что давала им природа, лишь слегка модифицируя естественные материалы. Бакелит же открыл новую эру — эру синтетических материалов, созданных человеком «с нуля». Он ознаменовал переход от простого использования природных ресурсов к их глубокому преобразованию, позволив человечеству выйти за рамки ограничений, налагаемых природой. Но… Почему именно бакелит оказался столь уникален? Я предлагаю погрузиться в эту интересную, но, полагаю, неполную — ибо невозможно охватить всё за одну статью — историю.
Эра природных материалов: что было до бакелита?До появления бакелита человечество довольствовалось лишь тем, что могла предложить природа. Дерево, камень, металлы — вот основные материалы, из которых создавались предметы быта и производства. Конечно, люди научились модифицировать природные материалы, создавая их полусинтетические производные, но до настоящего синтеза было ещё далеко. Однако растущие потребности общества требовали новых решений, и люди начали экспериментировать с полусинтетическими материалами.
Одним из первых таких материалов стал целлулоид, изобретённый в 1869 году. Он производился из нитроцеллюлозы и камфоры и нашёл применение в производстве кинопленки, зубных протезов и бильярдных шаров. Однако целлулоид был крайне огнеопасен и не подходил для многих применений.
Собственно, целлулоид — это буквально твердая модификация нитроклетчатки. Которая, напомню, использовалась в качестве компонента бездымного пороха.
Галалит, полученный из казеина и формальдегида, использовался для изготовления пуговиц и украшений, но был недостаточно прочен и устойчив к влаге. Шеллак, природная смола, добываемая из выделений некоторых насекомых, применялся для создания лаков и грампластинок, но его производство было ограничено и дорого.
Попытки создать полностью синтетический пластик, лишенный хотя бы части этих недостатков предпринимались неоднократно, но сталкивались с серьёзными препятствиями. Главными проблемами были необходимость в высокочистых исходных веществах, которые в то время были труднодоступны, и сложность контроля процесса полимеризации.
Эти факторы делали промышленное производство синтетических полимеров экономически невыгодным и технически сложным. Кроме того, многие процессы синтеза были слишком сложны или дороги для промышленного применения. Мир ждал революционного открытия, которое изменило бы правила игры.
Путь к открытию. Эксперименты Лео БакеландаИстория бакелита неразрывно связана с именем бельгийско-американского химика Лео Бакеланда. Родившись в 1863 году в Генте, Бакеланд проявил интерес к химии ещё в юности. Получив образование в родной Бельгии, он эмигрировал в США, где сделал успешную карьеру, работая над улучшением фотоматериалов.
Именно работа над фотобумагой привела Бакеланда к экспериментам с фенолформальдегидными смолами. В 1905 году он начал систематические исследования реакции между фенолом и формальдегидом, стремясь создать синтетическую замену дорогому природному шеллаку и несовершенному галалиту, считая, что другие вещества также можно полимеризовать с помощью формальдегида, и среди них должен найтись более удачный вариант. Бакеланд методично изучал влияние различных катализаторов, температуры и давления на ход реакции, ведя подробные записи своих экспериментов.
Упорство и научный подход принесли свои плоды — в 1907 году Бакеланд подал патентную заявку (https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/003011121/publication/US942699A?q=pn%3DUS942699) на «способ изготовления нерастворимого продукта конденсации фенола и формальдегида». Этот продукт и стал известен миру как бакелит — первый полностью синтетический пластик, патент которого был официально подтвержден в 1909.
https://img.ixbt.site/live/images/original/29/02/36/2024/09/12/7d46e050f4.jpg?w=877 (https://img.ixbt.site/live/images/original/29/02/36/2024/09/12/7d46e050f4.jpg)Автор: LeVK
Именно бакелит стал первым «суперпластиком» человечества — материалом, превосходившим в своей нише все натуральные аналоги. Не «эрзац», но замена.
Химия бакелитаБакелит образуется в результате реакции поликонденсации между фенолом и формальдегидом. Это процесс, при котором молекулы двух веществ соединяются, образуя длинные полимерные цепи. Что делает бакелит особенным, так это его принадлежность к классу термореактивных полимеров.
Термореактивные полимеры при нагревании необратимо затвердевают. В случае с бакелитом, начальная реакция создаёт линейные полимерные цепи, которые при дальнейшем нагревании образуют прочные поперечные связи. Этот процесс, называемый «отверждением», придаёт бакелиту исключительную прочность и устойчивость к высоким температурам.
Однако та же особенность, которая делает бакелит столь прочным, является и его главным недостатком. Невозможность переплавки означает, что бакелитовые изделия нельзя переработать или отформовать заново. Кроме того, из-за жёсткой трёхмерной структуры бакелит довольно хрупок и может трескаться при сильном ударе.
Уникальная технологичность бакелитаОдним из ключевых факторов успеха бакелита стала его удивительная технологичность. В отличие от многих других химических процессов, синтез бакелита не требовал идеально чистых исходных веществ или стерильных условий, а производить его можно было на крайне примитивном оборудовании даже по меркам конца XIX века.
Бакелит можно было получить даже из весьма грязных материалов. Например, вместо чистого фенола можно было использовать каменноугольную «карболку» — побочный продукт перегонки каменного угля. Формальдегид тоже не требовал тщательной очистки. Конечно, использование более грязного сырья и грубые нарушения технологии производства приводили к некоторому ухудшению свойств конечного продукта, но даже в этом случае бакелит сохранял свои основные характеристики.
Эта особенность сделала производство бакелита доступным даже в условиях ограниченных ресурсов и примитивной технологической базы. Неудивительно, что он быстро распространился по всему миру, включая постреволюционную Россию, где его выпускали под маркой «Карболит». Бакелит стал поистине демократичным материалом, доступным для массового производства в самых разных условиях.
Эра бакелита: от радиоприемников до украшенийБлагодаря своим уникальным свойствам и относительной простоте производства, бакелит быстро нашёл применение в самых разных областях. Уже к концу 1910-х годов он стал незаменимым материалом в электротехнике, автомобилестроении и производстве бытовых предметов.
В электротехнике бакелит использовался для изготовления изоляторов, панелей выключателей и розеток. Его высокая термостойкость и отличные изоляционные свойства сделали его идеальным материалом для корпусов радиоприёмников и телефонов. В автомобильной промышленности из бакелита изготавливали детали систем конструкции и различные декоративные элементы.
В быту бакелит также быстро завоевал популярность. Ручки кухонной утвари, шахматные фигуры, пепельницы, футляры для косметики — всё это теперь можно было делать из прочного и элегантного материала. Особую нишу бакелит занял в ювелирном деле — броши, браслеты и другие украшения из этого материала стали символом современности и прогресса в 1920-30-е годы.
https://img.ixbt.site/live/images/original/29/02/36/2024/09/12/01739f8478.jpg?w=877 (https://img.ixbt.site/live/images/original/29/02/36/2024/09/12/01739f8478.jpg)Автор: LeVK
Нельзя не отметить оружейную промышленность, где бакелит «в ходу» до сих пор: из него делают магазины, цевья, приклады и иные пластиковые части «стрелковки», а также солдатскую аммуницию — хотя в наше время объёмы производства, бесспорно, сократились.
Примечательно, что даже с появлением новых синтетических материалов, таких как полистирол, бакелит долго сохранял свои позиции. Вплоть до 1950-х годов он оставался одним из самых востребованных пластиков, настолько универсальным и освоенным в промышленности был этот материал.
Ограничения бакелита и появление конкурентовНесмотря на свои многочисленные достоинства, бакелит не был лишен недостатков. Главным из них была хрупкость — бакелитовые изделия могли треснуть или расколоться при сильном ударе. Это ограничивало его применение в областях, где требовалась высокая ударопрочность.
Другим существенным недостатком была ограниченная цветовая гамма. Бакелит в чистом виде имеет тёмно-коричневый или чёрный цвет, и хотя его можно было окрашивать, список приемлемых красителей был весьма ограничен, в основном, оттенками серого, красного и оражевого. Это создавало проблемы для дизайнеров, стремившихся к более ярким и разнообразным цветовым решениям.
https://img.ixbt.site/live/images/original/29/02/36/2024/09/12/8fbf3aa2ef.jpg?w=877 (https://img.ixbt.site/live/images/original/29/02/36/2024/09/12/8fbf3aa2ef.jpg)Да, бесспорно, бакелит можно было покрасить. Но это решение тоже отнюдь не беспроблемное.Автор: LeVK
Кроме того, при нагревании бакелит мог выделять небольшое количество формальдегида, что ограничивало его использование в некоторых бытовых приборах, особенно связанных с приготовлением пищи.
С развитием химической промышленности появились новые синтетические полимеры, лишенные многих недостатков бакелита. Полиэтилен, нейлон, полистирол — эти материалы обладали своими уникальными свойствами и были лишены многих недостатков бакелита. Они были более гибкими, легче окрашивались и не выделяли вредных веществ при нагревании — хотя и не были термостабильными, так что бакелиту осталось место даже в новом мире. Эра безраздельного господства карболита подходила к концу, уступая место новому поколению пластиков.
Наследие бакелита в современном миреХотя бакелит в его первоначальном виде сегодня используется редко, его наследие живет в современной промышленности. Фенолформальдегидные смолы, производные бакелита, до сих пор находят применение в производстве клеев, лаков и композитных материалов.
Интересно, что старые карболитовые изделия стали предметом коллекционирования. Винтажные телефоны, радиоприёмники, украшения из бакелита высоко ценятся любителями истории дизайна и технологий. Их уникальный внешний вид и ощущение «подлинности» эпохи делают их желанными экспонатами для музеев и частных коллекций.
В промышленности место бакелита заняли его современные аналоги — фенольные смолы нового поколения. Они сохранили лучшие качества своего предшественника, но лишены многих его недостатков. Эти материалы широко используются в автомобилестроении, электронике и даже в космической технике, продолжая традиции, заложенные первым синтетическим пластиком.
Бакелит как революция человечества. Вместо итогаПоявление бакелита стало не просто технологическим прорывом — оно ознаменовало начало новой эры в истории человечества. Впервые люди создали материал, которого не существовало в природе, материал с заданными свойствами, отвечающий конкретным потребностям промышленности и общества.
Его история настолько обширна, что в этой статье я рассмотрел даже не все реперные точки — а это уже и так 10 килознаков…
Бакелит изменил саму философию производства. Если раньше человечество лишь адаптировало то, что давала природа, то теперь оно начало активно преобразовывать мир вокруг себя. Человечество больше не ограничивалось тем, что могла предложить природа — теперь оно могло создавать материалы с заданными свойствами, отвечающие конкретным потребностям. Этот шаг от использования природных ресурсов к их трансформации стал поворотным моментом в развитии цивилизации.
Сегодня, живя в мире, где пластик окружает нас повсюду, трудно не оценить значение того давнего открытия. Оно не только революционизировало промышленность, но и заложило основы современного потребительского общества, где искусственные материалы окружают нас повсюду. В этом смысле влияние бакелита на развитие цивилизации сопоставимо разве что с влиянием бетона — другого искусственного материала, изменившего облик нашего мира. Но это уже тема для совсем другой истории…